管壳式换热器的制作方法

1.本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种管壳式换热器。


背景技术：

2.在化工领域中，普遍采用换热器对一些腐蚀性的介质进行换热，从而改变其物理形态，装有腐蚀性介质的换热管需要采用玻璃、陶瓷等非金属材料。例如，在设置于换热设备内的玻璃换热管中通入高温强腐蚀蒸汽，将玻璃换热管放置在冷空气中，使得热的强腐蚀性的介质遇冷后冷凝为液体。
3.该种情况下，由于玻璃或陶瓷等非金属材料的材质较脆，玻璃换热管在与管板连接时不能对其施加过大的夹紧力，但如果在玻璃换热管与管板之间存在间隙，又会导致管道内部的腐蚀性介质泄漏。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中换热器内部的玻璃换热管可能会与管板之间存在间隙，从而导致管道内部的腐蚀性介质泄漏的缺陷，提供一种管壳式换热器。
5.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.一种管壳式换热器，包括有壳体、上管箱和下管箱，所述壳体与上管箱、下管箱之间设置有管板，所述管板上开设有若干通孔，若干所述通孔的内部设置有台阶部，若干根换热管的两端分别穿设于对应所述通孔并连通所述上管箱和所述下管箱；所述管壳式换热器还包括有密封装置，所述密封装置包括有环绕连接在所述换热管外侧的压环和密封垫，所述密封垫卡接在所述台阶部远离所述壳体的一侧，所述压环与所述通孔远离所述壳体的一端连接，并通过所述密封垫抵接于所述台阶部。
7.在本方案中，通过在管板上开设若干通孔，换热管穿过对应开设的通孔连通上管箱和下管箱，且在通孔的内部设置有台阶部，将密封垫卡接在台阶部远离壳体的一侧，对换热管进行初步的固定密封，再利用压环与通孔远离壳体的一端连接，且通过密封垫抵接于台阶部，实现对密封垫的进一步挤压。通过该种设置，无需对换热管施加过大的夹紧力，并可以保证换热管与管板的连接处的密封性，防止上管箱、下管箱内的腐蚀性介质泄漏到壳体的内部。
8.较优的，所述通孔远离所述壳体的一端与所述压环的外表面通过螺纹配合连接。
9.在本方案中，通过螺纹配合的方式，使得压环能够紧密连接在通孔的一端，并在通孔内实现上下移动，且更方便压环通过密封垫抵接与台阶部。
10.较优的，所述压环上环绕设置有凸出部，所述凸出部沿所述压环的径向方向向外延伸，且位于所述管板远离所述壳体的表面一侧；所述密封装置还包括有垫片，所述垫片设置于所述管板远离壳体的表面上，所述凸出部通过所述垫片抵接于所述管板。
11.在本方案中，在压环通过密封垫抵接于台阶部时，凸出部可以通过垫片抵接在管
板的表面上，在压环与通孔螺纹连接时，可以防止螺纹连接处产生空隙造成泄漏；另一方面，也可以通过垫片对压环起到一定的缓冲作用，防止压环的凸出部直接抵接在管板上，在长时间的使用后造成磨损。
12.较优的，所述换热管在端部的径向尺寸大于所述换热管在中段的径向尺寸，且所述换热管在端部的径向尺寸大于所述压环的内径尺寸。
13.在本方案中，压环环绕设置在换热管的中段，换热管在端部的径向尺寸同时大于换热管在中段的尺寸以及压环的内径尺寸，使得换热管的端部可以直接抵接在压环的端部，进一步对换热管进行固定，防止换热管产生移动造成泄漏。
14.较优的，所述换热管的端部与所述换热管的中段之间呈曲面过渡，并在过渡连接处抵接于所述压环。
15.在本方案中，利用换热管端部与中段的曲面过渡，使得过渡的曲面抵接在压环上，与压环之间形成线接触，相对于换热管的端部直接抵接在压环的端部，可以同时防止换热管相对于通孔产生轴向运动和径向运动，固定效果更好。
16.较优的，所述压环上设置有连接部，所述连接部设置在所述压环远离所述壳体的端面上，并向远离所述端面的方向延伸，所述连接部与所述压环同轴设置，且所述连接部的内径尺寸大于所述压环的内径尺寸，在所述连接部的内表面开设有环形凹槽；所述密封装置还包括有玻璃纤维绳，所述玻璃纤维绳环绕设置在所述换热管的外侧，并卡紧在所述环形凹槽内。
17.在本方案中，在压环远离壳体的端面上延伸设置有连接部，连接部与压环同轴设置，且连接部的内径尺寸大于压环的内径尺寸，环形凹槽开设于连接部的内表面，在环形凹槽与换热管之间设置玻璃纤维绳，起到进一步固定和保护换热管的作用。
18.较优的，所述密封装置还包括有密封环，所述密封环环绕连接在所述换热管外侧，并设置于所述密封垫与所述压环之间，所述密封环的硬度大于所述密封垫的硬度。
19.在本方案中，压环、密封环、密封垫与管板的台阶部形成硬硬软硬的结构，密封环承载压环的力传递到密封垫上，进一步使得密封垫被压紧变形与台阶部及换热管形成密封。
20.较优的，所述管壳式换热器还包括有若干支撑板，若干所述支撑板设置于所述壳体的内部并沿所述壳体的延伸方向依次排列；若干所述支撑板的一部分外周缘连接于所述壳体的内壁，若干所述支撑板的另一部分外周缘与所述壳体的内壁之间形成有间隙，每一根所述换热管均穿设于对应位置的所述支撑板。
21.在本方案中，通过在壳体的内部设置若干支撑板，若干支撑板在壳体的内部沿壳体的延伸方向依次排列，可以增加壳体内部介质与换热管的接触面积以及接触时间，进一步提高换热的效率。
22.较优的，所述壳体、所述上管箱和所述下管箱的内表面、所述管板的表面以及所述管板上开设的所述通孔的内部，均覆有耐腐蚀材质。
23.在本方案中，通过设置耐腐蚀材质，不仅换热管内部可以通入腐蚀性介质，也可以在壳体的内部也通入腐蚀性换热介质。相比于传统管壳式换热器在壳体的内部不能通入腐蚀性介质，在保证换热管与管板密封的前提下，进一步扩大管壳式换热器的使用范围。
24.较优的，所述耐腐蚀材质为聚四氟乙烯。
25.在本方案中，在化工领域，聚四氟乙烯的耐受温度可以达到160度左右，可以满足一般的低温换热场合，并且成本低、取材方便，为耐腐蚀介质的较优选择。
26.本实用新型的积极进步效果在于：
27.换热管通过管板上开设的通孔连通上管箱和下管箱，实现上管箱和下管箱内的介质流通。在通孔内设置台阶部，对密封垫进行卡接，实现换热管相对于管板的第一道密封；在密封垫上紧密设置密封环，形成第二道密封结构；再通过设置压环与通孔远离壳体的一端连接，并通过密封环和密封垫抵接于台阶部，对密封垫进一步挤压，实现换热管相对于管板的第三道密封；再在压环径向延伸的凸出部与管板之间塞入垫片，形成第四道密封结构；最后，在连接部的环形凹槽内设置玻璃纤维绳，在压环与换热管之间形成第五道密封结构。通过该种设置，无需对换热管施加过大的夹紧力，并可以充分保证换热管与管板的连接处的密封性，防止上管箱、下管箱内的腐蚀性介质泄漏到壳体的内部。
附图说明
28.图1为本实用新型一实施例中管壳式换热器的整体剖面示意图。
29.图2为本实用新型一实施例中换热管与管板、密封装置装配后的局部剖面示意图。
30.图3为本实用新型一实施例中管板的局部剖面示意图。
31.图4为本实用新型一实施例中压环的剖面示意图。
32.附图标记说明：
33.壳体100
34.壳程介质进口110
35.壳程介质出口120
36.上管箱200
37.管程介质出口220
38.下管箱300
39.管程介质进口320
40.上管板400
41.通孔410
42.台阶部420
43.下管板500
44.换热管600
45.压环710
46.凸出部711
47.连接部712
48.环形凹槽7120
49.密封垫720
50.垫片730
51.玻璃纤维绳740
52.密封环750
53.支撑板800
具体实施方式
54.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
55.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
57.本实施例提供了一种管壳式换热器，应用于化工设备技术领域。如图1所示，该管壳式换热器在整体上主要包括有壳体100、上管箱200和下管箱300，壳体100的顶部与底部为开口结构，壳体100的表面上设置有壳程介质进口110和壳程介质出口120，上管箱200的底部和下管箱300的顶部也均为开口结构，上管箱200上设置有排气口和管程介质出口220，下管箱300上设置有排净口和管程介质进口320。
58.此外，在上管箱200的底部与壳体100的顶部之间设置有上管板400，利用上管板400连接固定上管箱200和壳体100，在下管箱300的顶部与壳体100的底部之间设置有下管板500，利用下管板500连接固定下管箱300和壳体100，具体的固定连接方式为现有技术，在此不再赘述。在上管板400和下管板500上均开设有若干通孔410，通孔410的结构参照图3所示，在上管板400和下管板500对应位置的通孔410之间穿设换热管600，并对换热管600进行固定，换热管600的材质为玻璃，结构为内部空心的管状结构，换热管600的顶端伸出上管板400，换热管600的底端伸出下管板500，实现上管箱200和下管箱300的连通。
59.当高温腐蚀性介质通过下管箱300上的管程介质进口320进入下管箱300内后，会进入若干根换热管600的内部，并自底向上通过换热管600的内腔，在此过程中，换热介质通过壳体100上的壳程介质进口110进入壳体100内，与壳体100内的换热管600进行接触，并对换热管600内部的高温腐蚀性介质进行换热，例如对高温腐蚀性介质降温使其液化，经液化的高温腐蚀性介质顺着换热管600流进下管箱300内，经过下管箱300上的排净口可以排出，余下的未液化的腐蚀性介质通过上管箱200上的管程介质出口220可以排出到其他设备中，换热介质从壳体100上的壳程介质出口120排出。
60.本实施例中，在上管板400和下管板500上的对应位置开设有若干通孔410，若干通孔410的内部设置有台阶部420，若干根换热管600的两端分别穿设于对应通孔410并连通上管箱200和下管箱300。如图2和图3所示，通孔410的内部沿径向方向向内延伸形成台阶部420，台阶部420的内表面为光孔结构，且台阶部420的内径与换热管600的中段直径相同，使
得换热管600能够穿过管板上的通孔410，并可以利用台阶部420对换热管600进行初步的定位和固定。台阶部420的下表面与管板靠近壳体100的端面平齐，以使得通孔410内部被设置成类似台阶的结构。当然，在其他实施例中，台阶部420完全根据需要进行设置，可以设置在通孔410内部的任何位置，只要能和通孔410远离壳体100的一端形成台阶即可。
61.本实施例中，管壳式换热器还包括有密封装置，密封装置包括有环绕连接在换热管600外侧的压环710、密封垫720和密封环750以及垫片730、玻璃纤维绳740组成。
62.如图2、图3和图4所示，密封垫720卡接在台阶部420远离壳体100的一侧，通孔410远离壳体100的一端与压环710的外表面通过螺纹配合连接，并通过密封垫720抵接于台阶部420。具体的，密封垫720的内径与换热管600的外径相同，密封垫720的外径与通孔410的直径相同，高度为5毫米，密封垫720为非金属环垫，采用聚四氟乙烯材质、柔性石墨材质、硅胶、橡胶的一种或多种结构，使用寿命长。通过密封垫720的结构设置，使得密封垫720能够卡在台阶部420远离壳体100的一侧。
63.在通孔410远离壳体100的一端开设有内螺纹结构，在压环710的外表面上开设有外螺纹结构，压环710在设置外螺纹的该段内径大于与换热管600在连接处的外径4毫米，且厚度尺寸为4毫米至6毫米，本实施例中具体为5毫米，高度尺寸为6毫米至8毫米，本实施例中具体为6毫米，压环710能够螺纹连接的方式在通孔410内进行移动并抵接在台阶部420上，实现对密封垫720的进一步挤压。通过该种设置，无需对换热管600施加过大的夹紧力，并可以保证换热管600与管板的连接处的密封性，防止上管箱200、下管箱300内的腐蚀性介质泄漏到壳体100的内部。
64.当然，在其他实施例中，通孔410远离壳体100的一端与压环710也可以采用其他的连接方式，只要能使得压环710连接在通孔410内部，并能抵接在台阶部420上即可。例如，可以在通孔410的内部开设卡孔，在压环710的外表面设置卡接部，使得卡接部与卡孔互相配合，并在配合的位置处，压环710能抵接在台阶部420上。但是，相比于其他连接方式，通过螺纹配合的方式，可以使得压环710能够紧密连接在通孔410的一端，并在通孔410内实现上下移动，且更方便压环710通过密封垫720抵接与台阶部420。
65.进一步的，在密封垫720和压环710之间设置有密封环750，且密封环750的硬度大于密封垫720的硬度。如图2所示，密封环750的内径与换热管600的外径相同，密封环750的外径与通孔410的内径相同，高度为3毫米。密封环750和密封垫720一样为非金属环垫，采用聚四氟乙烯材质、柔性石墨材质、硅胶、橡胶的一种或多种结合，使用寿命长，但是密封环750的硬度高于密封垫720，使得压环710、密封环750、密封垫720与管板的台阶部420形成硬硬软硬的结构，密封环750承载压环710的力传递到密封垫720上，进一步使得密封垫720被压紧变形，并与台阶部420及换热管600形成密封。
66.如图2和图4所示，压环710上环绕设置有凸出部711，凸出部711沿压环710的径向方向向外延伸，且位于管板远离壳体100的表面一侧，垫片730设置于管板远离壳体100的表面上，凸出部711通过垫片730抵接于管板。
67.具体的，压环710通过下端的外螺纹与通孔410内部的内螺纹进行连接，在压环710抵接台阶部420之后，压环710上的凸出部711位于通孔410的外部，且凸出部711是沿压环710的径向方向向外延伸，并位于管板远离壳体100的表面一侧，该凸出部711作为压环710上压紧垫片730的外缘，凸出部711的厚度为5毫米。垫片730被设置于管板远离壳体100的表
面上，凸出部711通过垫片730抵接于管板，垫片730的外径尺寸与凸出部711的外径尺寸相同，垫片730的内径尺寸大于压环710上设置螺纹的一段外径尺寸2毫米至4毫米，本实施例中具体为3毫米。通过设置凸出部711和垫片730，在压环710通过密封环750、密封垫720抵接于台阶部420时，凸出部711可以通过垫片730抵接在管板的表面上，在压环710与通孔410螺纹连接时，可以防止螺纹连接处产生空隙造成泄漏；另一方面，也可以通过垫片730对压环710起到一定的缓冲作用，防止压环710凸出部711直接抵接在管板上，在长时间的使用后造成磨损。
68.如图2和图4所示，压环710上还设置有连接部712，连接部712设置在压环710远离壳体100的端面上，并向远离端面的方向延伸，连接部712与压环710同轴设置，且连接部712的内径尺寸大于压环710的内径尺寸，在连接部712的内表面开设有环形凹槽7120，玻璃纤维绳740环绕设置在换热管600的外侧，并卡紧在环形凹槽7120内。
69.具体的，在压环710远离壳体100的端面上，沿轴向方向向外延伸形成连接部712，连接部712的形状同样为圆环柱状体，连接部712与压环710同轴设置，且连接部712的内径尺寸大于压环710的内径尺寸，连接部712的厚度尺寸在5毫米至8毫米之间，本实施例中具体为6毫米。在连接部712的外环面上设置有扳手槽，在连接部712的内环面上开设有环形凹槽7120，玻璃纤维绳740环绕设置在换热管600的外侧，并卡紧在环形凹槽7120内，起到进一步固定和保护换热管600的作用。
70.如图2和图4所示，换热管600在端部的径向尺寸大于换热管600在中段的径向尺寸，且换热管600在端部的径向尺寸大于压环710的内径尺寸，使得换热管600的端部可以直接抵接在压环710的端部，对压环710进行固定，防止压环710相对于管板和换热管600产生轴向的移动。进一步的，换热管600的端部与换热管600的中段之间呈曲面过渡，并在过渡连接处抵接于压环710，通过曲面过渡的方式，使得过渡的曲面抵接在压环710上，与压环710之间形成线接触，相对于换热管600的端部与压环710的端部之间的面接触，可以同时防止换热管600相对于通孔410产生轴向运动和径向运动，固定效果更好。
71.本实施例中管壳式换热器上密封装置的密封过程具体为：
72.首先，在管板上通过若干通孔410穿入换热管600，穿入换热管600后，在通孔410内的台阶部420上塞入密封垫720，密封垫720、换热管600、管板三者之间形成第一道密封结构。再塞入密封环750，密封环750与第一道密封结构紧密结合，形成第二道密封结构。然后拧入压环710，压环710压紧密封垫720和密封环750，形成第三道密封结构。在压环710伸出管板部分的凸出部711与管板之间塞入垫片730，形成第四道密封结构。最后塞入玻璃纤维绳740，在压环710与换热管600之间形成第五道密封结构，同时进一步固定和保护换热管600。通过以上设置，采用五重密封、加固方式，形成了一个密封性良好的密封结构，不仅提高了管板和换热管600之间的密封性，减少了泄漏和热量损失，而且结构简单、使用寿命长，同时易更换换热管600，更能有效的保护换热管600。
73.如图1所示，本实施例中，管壳式换热器还包括有四块支撑板800，四块支撑板800设置于壳体100的内部并沿壳体100的延伸方向依次排列，四块支撑板800的一部分外周缘连接于壳体100的内壁，四块支撑板800的另一部分外周缘与壳体100的内壁之间形成有间隙，每一根换热管600均穿设于对应位置的至少两块支撑板800。
74.具体的，四块支撑板800在壳体100的内壁上交错设置，上管板400、下管板500、壳
体100内壁与、四块支撑板800构成“之”字型的介质通道，壳体100的壳程介质进口110位于壳体100上端侧壁上，壳体100的壳程介质出口120位于壳体100下端侧壁上，换热介质通过壳程介质进口110进入壳体100内，利用壳体100内的支撑板800可以增加壳体100内部换热介质与换热管600的接触面积以及接触时间，进一步提高换热的效率。
75.此外，在本实施例中，在壳体100、上管箱200和下管箱300的内表面、管板的表面以及管板上开设的通孔410的内部，均覆有2毫米厚的耐腐蚀材质。通过该种设置，不仅换热管600内部可以通入腐蚀性介质，也可以在壳体100的内部也通入腐蚀性换热介质。相比于传统管壳式换热器在壳体100的内部不能通入腐蚀性换热介质，在保证换热管600与管板密封的前提下，进一步扩大管壳式换热器的使用范围。进一步的，该耐腐蚀材质为聚四氟乙烯，在化工领域，聚四氟乙烯的耐受温度可以达到160度左右，可以满足一般的低温换热场合，并且成本低、取材方便，为耐腐蚀介质的较优选择。
76.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种管壳式换热器，包括有壳体、上管箱和下管箱，所述壳体与上管箱、下管箱之间设置有管板，其特征在于：所述管板上开设有若干通孔，若干所述通孔的内部设置有台阶部，若干根换热管的两端分别穿设于对应所述通孔并连通所述上管箱和所述下管箱；所述管壳式换热器还包括有密封装置，所述密封装置包括有环绕连接在所述换热管外侧的压环和密封垫，所述密封垫卡接在所述台阶部远离所述壳体的一侧，所述压环与所述通孔远离所述壳体的一端连接，并通过所述密封垫抵接于所述台阶部。2.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述通孔远离所述壳体的一端与所述压环的外表面通过螺纹配合连接。3.如权利要求2所述的管壳式换热器，其特征在于，所述压环上环绕设置有凸出部，所述凸出部沿所述压环的径向方向向外延伸，且位于所述管板远离所述壳体的表面一侧；所述密封装置还包括有垫片，所述垫片设置于所述管板远离壳体的表面上，所述凸出部通过所述垫片抵接于所述管板。4.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述换热管在端部的径向尺寸大于所述换热管在中段的径向尺寸，且所述换热管在端部的径向尺寸大于所述压环的内径尺寸。5.如权利要求4所述的管壳式换热器，其特征在于，所述换热管的端部与所述换热管的中段之间呈曲面过渡，并在过渡连接处抵接于所述压环。6.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述压环上设置有连接部，所述连接部设置在所述压环远离所述壳体的端面上，并向远离所述端面的方向延伸，所述连接部与所述压环同轴设置，且所述连接部的内径尺寸大于所述压环的内径尺寸，在所述连接部的内表面开设有环形凹槽；所述密封装置还包括有玻璃纤维绳，所述玻璃纤维绳环绕设置在所述换热管的外侧，并卡紧在所述环形凹槽内。7.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述密封装置还包括有密封环，所述密封环环绕连接在所述换热管外侧，并设置于所述密封垫与所述压环之间，所述密封环的硬度大于所述密封垫的硬度。8.如权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于，所述管壳式换热器还包括有若干支撑板，若干所述支撑板设置于所述壳体的内部并沿所述壳体的延伸方向依次排列；若干所述支撑板的一部分外周缘连接于所述壳体的内壁，若干所述支撑板的另一部分外周缘与所述壳体的内壁之间形成有间隙，每一根所述换热管均穿设于对应位置的所述支撑板。9.如权利要求1-8任一项所述的管壳式换热器，其特征在于，所述壳体、所述上管箱和所述下管箱的内表面、所述管板的表面以及所述管板上开设的所述通孔的内部，均覆有耐腐蚀材质。10.如权利要求9所述的管壳式换热器，其特征在于，所述耐腐蚀材质为聚四氟乙烯。

技术总结
本实用新型提供了一种管壳式换热器，涉及化工设备技术领域。该管壳式换热器包括有壳体、上管箱、下管箱和密封装置，壳体与上管箱、下管箱之间设置有管板，管板上开设有内部含台阶部的若干通孔，若干根换热管的两端分别穿设于对应通孔并连通上管箱和下管箱。密封装置包括有环绕连接在换热管外侧的压环和密封垫，密封垫卡接在台阶部远离壳体的一侧，实现换热管相对于管板的初步固定和密封，压环与通孔远离壳体的一端连接，并通过密封垫抵接于台阶部，对密封垫挤压，实现换热管相对于管板的再次密封。通过该种设置，无需对换热管施加过大的夹紧力，并可以保证换热管与管板在连接处的密封性，防止上、下管箱内的腐蚀性介质泄漏到壳体的内部。的内部。的内部。


技术研发人员：刘芳 齐俊岭 黄锐
受保护的技术使用者：科洋环境工程（上海）有限公司
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/9/1