一种高压高温差纯逆流多流体热交换器

技术领域

本发明属于热交换器技术领域，涉及一种高压、高温差、纯逆流多流体热交换器。

背景技术

目前，多流体热交换器采用的热交换器包括：板翅式热交换器、缠绕管式热交换器和管壳式热交换器，板翅式热交换器传热效率高，缠绕管式热交换器次之，而普通管壳式换热器最低。当传热流体均为中、低压介质时，此时优先考虑板翅式热交换器。当传热流体一种为高压，其他为中、低压时，由于板翅式热交换器只能用于中低压工况，因此不适用于该工况；缠绕管式热交换器可适用于管程中低压、壳程高压工况，故优先考虑采用缠绕管式热交换器。而当热交换介质有两种或两种以上流体为高压介质时，缠绕管式热交换器也将不再适用，此时则只能选用管壳式热交换器。

目前，高压多流体管壳式热交换器包括常规U形管式热交换器和固定管板式热交换器。当采用常规U形管式热交换器时，热交换器管箱隔板采用平板结构，由于管程介质高压条件，导致管箱隔板厚度很厚，从而使管箱隔板焊接和密封均很困难，甚至不可设计和加工，再叠加管、壳程温差应力载荷时，管板自身及管板与管箱和壳体的连接极其容易失效。当采用固定管板式热交换器结构时，设备壳径大、效率低、投资高，当附以管、壳程温差应力载荷时，由于高压工况无法设置膨胀节，固定管板式热交换器也将无法使用。

发明内容

本发明提供一种高压高温差纯逆流多流体热交换器，为目前高压多流体热交换器提供了可行的解决方案且可实现流体的高压、高温差、纯逆流传热。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高压高温差纯逆流多流体热交换器，包括水平放置的U形管束，该U形管束安装于外壳中，所述U形管束上段中央的换热管通过上管板中部管孔和上内管箱密封连通，而其余的换热管通过上管板外围管孔和上外管箱密封连通，冷流Ⅱ出口一端和上内管箱连通，另一端密封延伸出上外管箱，该上外管箱上部设置冷流Ⅰ出口；所述U形管束下段中央的换热管通过下管板中部管孔和下内管箱密封连通，而其余的换热管通过下管板外围管孔和下外管箱密封连通，冷流Ⅱ进口一端和下内管箱连通，另一端密封延伸出下外管箱；该下外管箱下部设置冷流Ⅰ入口；靠近上管板处的外壳上部设有壳程进口；靠近下管板处的外壳下部设有壳程出口。

所述下外管箱与下内管箱之间设有进料分布板。

所述上外管箱、上内管箱、下外管箱和下内管箱均由耐压圆筒和耐压球壳组成。

所述外壳由上段壳体、中段壳体、下段壳体密封连接形成U型壳体。

本发明结构简单、紧凑、占地面积小，可实现冷、热流均为高压且存在高温差的多流体纯逆流传热。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明管板的剖面示意图；

图中：冷流Ⅱ进口1、下外管箱2、冷流Ⅰ进口3、下内管箱4、热流出口5、支撑支座6、U形管束7、下段壳体8、进料分布器9、下异形管板10、冷流Ⅱ出口11、上外管箱12、冷流Ⅰ出口13、上内管箱14、上异形管板15、热流进口16、上段壳体17、中段壳体18。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1、2、3，一种高压高温差纯逆流多流体热交换器，包括水平放置的U形管束，该U形管束安装于外壳中，所述U形管束7上段中央的换热管通过上管板15中部管孔和上内管箱14密封连通，而其余的换热管通过上管板15外围管孔和上外管箱12密封连通，冷流Ⅱ出口11一端和上内管箱14连通，另一端密封延伸出上外管箱12，该上外管箱12上部设置冷流Ⅰ出口13；所述U形管束7下段中央的换热管通过下管板10中部管孔和下内管箱4密封连通，而其余的换热管通过下管板10外围管孔和下外管箱2密封连通，冷流Ⅱ进口1一端和下内管箱4连通，另一端密封延伸出下外管箱2；该下外管箱2下部设置冷流Ⅰ入口3；靠近上管板15处的外壳上部设有热流进口16；靠近下管板10处的外壳下部设有热流出口5。

其中上外管箱12与上内管箱14之间对应的上管板环形区域和下外管箱2与下内管箱4之间对应的下管板环形区域使用一组U形换热管相连接；上内管箱14对应上管板的圆形区域和下内管箱4对应下管板的圆形区域使用另一组U形换热管相连接。冷流Ⅱ走内管箱、冷流Ⅰ走外管箱、而热流走壳程，这样就保证了冷、热流体通过U形管束实现了多流体纯逆流传热。

本发明中设置的上、下管板，可避免单侧流体进、出口温差应力影响，U形管束也有效吸收了管、壳程流体的温差应力，使本发明能适应更大温差应力。

所述下外管箱2与下内管箱4之间设有进料分布板9；该下外管箱2与下内管箱4之间的环形截面为冷流Ⅰ的进口管箱截面，由于此截面内管箱的影响，使冷流Ⅰ不能均匀分配到管板换热管进口截面内，本发明在此截面设置了进料分布板，使冷流Ⅰ在管板入口截面内分布均匀。

所述上外管箱12、上内管箱14、下外管箱2和下内管箱4均由耐压圆筒和耐压球壳组成。上段壳体耐压壳和下段壳体耐压壳分别与相应的上管板和下管板焊接连接；利用回转壳耐压能力好的优点，保证了本发明的耐高压和密封性能。

所述外壳由上段壳体17、中段壳体18、下段壳体8密封连接形成U型壳体。使常规高压容器的一个大壳体变为两个小壳体，传热效率高、设备重量低、投资小。

所述外壳由支撑支座6支撑，而U型壳体槽内的上下支撑支座6相连为一体。

本发明的工作过程：

共三种流体，冷流Ⅰ、冷流Ⅱ与热流进行热交换。其中冷流Ⅰ通过冷流Ⅰ进口3进入下外管箱2和下内管箱4形成的环形密闭空间内，经过进料分布器9均匀分布后进入下管板10连接的一组U形管组内，经该U形管组与管外热流体逆流传热后进入与上管板15连接的上外管箱12和上内管箱14形成的环形密闭空间内，并由冷流Ⅰ出口13流出；冷流Ⅱ通过冷流Ⅱ进口1进入下内管箱4，然后进入下管板10连接的另一组U形管组内，经该U形管组与管外热流体逆流传热后进入与上管板15连接的上内管箱14，并由冷流Ⅱ出口11流出。热流由热流进口16流入上段壳体17，在U形管束7外与冷流Ⅰ、冷流Ⅱ逆流传热，经下段壳体8上的热流出口5流出。