專利名稱：管束式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管束式換熱器，具有多個(gè)管子，所述管子在兩側(cè) 保持在管板或橢圓管-收集管板內(nèi)并且分別借助于焊縫與所述管板或 橢圓管-收集管板連接，該管束式換熱器用于通過(guò)包圍管子的冷卻介質(zhì)
冷卻通過(guò)管子引導(dǎo)的熱氣流，包括至少一個(gè)氣體輸入腔，從氣體輸 入腔出發(fā)將熱空氣流導(dǎo)入各單個(gè)管子內(nèi)，并且氣體輸入腔在一側(cè)通過(guò) 入口側(cè)的管板或者橢圓管-收集管板限定；以及至少一個(gè)氣體輸出腔， 在所述氣體輸出腔內(nèi)收集和輸出通過(guò)管子導(dǎo)過(guò)的氣流并且所述氣體輸 出腔在一側(cè)通過(guò)出口側(cè)的管板或者橢圓管-收集管板限定。
背景技術(shù)：
為了冷卻許多方法技術(shù)設(shè)備例如汽化設(shè)備、熱裂化以及催化劑裂 化設(shè)備、水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫設(shè)備等中的氣體，通常使用換熱器特別是管 束式換熱器，在其中待冷卻的氣體通過(guò)直管子流動(dòng)并且將熱空氣的潛 熱經(jīng)由管壁排放至包圍管子的介質(zhì)特別是冷卻介質(zhì)。這種換熱器的特 征在于，待冷卻的氣體通常處于高壓和高溫下并且以高速度進(jìn)入換熱 器的直管內(nèi)。由此在管子入口側(cè)或第一管段上達(dá)到高的熱流密度，其 在換熱器的管子或管板-管子結(jié)合處導(dǎo)致高溫以及高的熱應(yīng)力。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的換熱器中引導(dǎo)氣體的管子被焊入管板內(nèi)，其中 在管板和管子之間的焊縫或者安置在管板的外壁或內(nèi)壁上或者在管板 開(kāi)口的內(nèi)部。文獻(xiàn)DE 37 15 713 C2例如具有一個(gè)管子與管板或者橢 圓管-收集管板的焊接連接。
這種已知的方案的缺點(diǎn)在于，從管子至管板或者橢圓管-收集管板 的過(guò)渡處的面對(duì)氣體的輪廓或表面不具有精確的空氣動(dòng)力學(xué)形狀。使 用插入的套筒通常出于多個(gè)不同的原因，即縮小氣體側(cè)的橫截面以及 不充足的套筒冷卻，是不期望的。此外可以在管板-管連接的冷卻介質(zhì)
側(cè)存在一個(gè)間隙，其導(dǎo)致水腐蝕，或者管板-管連接可能具有一個(gè)角部，
在其中出現(xiàn)不期望的應(yīng)力集中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種管束式換熱器，其中避免上述的缺 點(diǎn)或者從管板或者橢圓管-收集管板至管子的過(guò)渡處在氣體側(cè)具有一
上述的目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分的特征實(shí)現(xiàn)。在此該方案 規(guī)定，管子與入口側(cè)的管板或者橢圓管-收集管板的連接分別借助于一 個(gè)圓錐形的或喇叭形的過(guò)渡件構(gòu)成，其橫截面在氣流方向上看縮小， 使得在氣流方向看過(guò)渡件的入口側(cè)的端部與管板或者橢圓管-收集管 板以對(duì)接的方式連接，并且過(guò)渡件和過(guò)渡件與管板或者橢圓管-收集管
地構(gòu)成和/或構(gòu)成一個(gè)從外部輪廓上測(cè)量的等于或大于5mm的半徑。 本發(fā)明的有利的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中給出。 通過(guò)本發(fā)明的方案提供一種管束式換熱器，其具有下列的優(yōu)點(diǎn) 通過(guò)避免在管子和管板或者橢圓管-收集管板之間的連接位置上
伸出的邊緣或間隙， 一方面避免氣體或冷卻介質(zhì)的渦旋并且另外一方
面消除腐蝕。
從管板或者橢圓管-收集管板至管子的過(guò)渡處空氣動(dòng)力學(xué)地構(gòu)成， 從而氣體向管子內(nèi)的進(jìn)入最大程度地?zé)o渦流地實(shí)現(xiàn)并且可以消除入口 區(qū)域內(nèi)的溫度峰值。
在有利的構(gòu)造中過(guò)渡件的長(zhǎng)度Lti至少是換熱器管子的內(nèi)直徑di 的1.5倍和/或過(guò)渡件在其入口的內(nèi)直徑Di至少是換熱器管子的內(nèi)直徑 di的1.2倍，以便獲得從管板或者橢圓管-收集管板向相應(yīng)的換熱器管 子的最佳的空氣動(dòng)力學(xué)的過(guò)渡。
有利的是，將過(guò)渡件在管子的沿著氣流方向看入口側(cè)的端部處機(jī) 械地?cái)U(kuò)張。通過(guò)這個(gè)措施過(guò)渡件僅僅制成在部件(管子)上，并且用 于制造本發(fā)明的過(guò)渡件的工作過(guò)程可以簡(jiǎn)化和縮短。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的構(gòu)造中，過(guò)渡件由一個(gè)單獨(dú)的管件構(gòu)成并
且過(guò)渡件在沿著氣流方向看位于出口側(cè)的端部與管子通過(guò)焊縫以對(duì)接 的方式連接。通過(guò)使用單獨(dú)的管件可以顯著簡(jiǎn)化地且便宜地制造即使 形狀很復(fù)雜的過(guò)渡件(例如多個(gè)不同的過(guò)渡半徑)。有利的是，在本發(fā) 明的構(gòu)造中在過(guò)渡件和管子之間的焊接連接區(qū)域的內(nèi)部以及外部輪廓 無(wú)間隙地且無(wú)棱角地以及筆直地構(gòu)成和/或構(gòu)成一個(gè)從外部輪廓上測(cè)
量的等于或大于5mm的半徑。通過(guò)這個(gè)措施在氣體向管子內(nèi)的過(guò)渡 處獲得最佳的空氣動(dòng)力學(xué)的形狀。
以特別有利的方式，過(guò)渡件和過(guò)渡件與管板或者橢圓管-收集管板
構(gòu)成和/或構(gòu)成一個(gè)從外部輪廓上測(cè)量的等于或大于2mm的半徑。
以有利的方式，用作過(guò)渡件的管件構(gòu)成為鍛件。


接下來(lái)借助于附圖和說(shuō)明詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。其中 圖l 管束式換熱器的縱向剖視圖2 根據(jù)圖1的細(xì)節(jié)"A"的從管板至管子的過(guò)渡處的詳細(xì)剖 視圖3 如圖2，然而是另外一種實(shí)施方式； 圖4如圖2，然而是另外一種實(shí)施方式； 圖5 橢圓管-收集管板至管子的過(guò)渡處的詳細(xì)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意地示出管束式換熱器1的縱向剖視圖。這個(gè)管束式換熱 器1在許多的方法技術(shù)設(shè)備例如汽化設(shè)備、熱裂化以及催化劑裂化設(shè) 備、水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫設(shè)備等中是需要的，在這些設(shè)備中制成過(guò)程氣體 或廢氣等。管束式換熱器1通常用于冷卻上述的熱氣體18，其通過(guò)未 示出的管路被導(dǎo)入管束式換熱器1的氣體輸入腔8內(nèi)并且從氣體輸入 腔出發(fā)穿過(guò)多個(gè)直線的管子2，緊接著在管束式換熱器1的氣體輸出 腔9內(nèi)被收集并且借助于未示出的管路由管束式換熱器l輸出。管子 2在此分別彼此隔開(kāi)距離地設(shè)置在兩個(gè)管板3、4或橢圓管-收集管板5、 6之間并且與它們固定地且氣密地(通常焊接地)連接，通過(guò)這些管
子與包圍管子2的冷卻介質(zhì)9實(shí)現(xiàn)間接的熱交換。
為了將在熱空氣18從氣體輸入腔8進(jìn)入相應(yīng)的換熱器管子2的入 口處在沿著氣流方向看位于入口側(cè)的管板3、5和管子2的入口側(cè)的端 部16處所出現(xiàn)的熱應(yīng)力保持盡可能小，根據(jù)本發(fā)明，管子2與入口側(cè) 的管板3 (見(jiàn)圖2至4)或橢圓管-收集管板5 (見(jiàn)圖5)的連接分別借
助于一個(gè)圓錐形的或喇p八形的過(guò)渡件IO構(gòu)成，該過(guò)渡件的橫截面在氣
流方向(箭頭)上看逐漸縮小。此外在氣流方向上看過(guò)渡件IO的入口 側(cè)的端部16與管板3或者橢圓管-收集管板5以對(duì)接的方式連接，并 且過(guò)渡件10和過(guò)渡件與管板3或者橢圓管-收集管板5的焊接連接區(qū) 域13的內(nèi)部以及外部輪廓11、 12無(wú)間隙地且無(wú)棱角地以及筆直地構(gòu) 成和/或構(gòu)成有一個(gè)從外部輪廓12上測(cè)量的至少為5mm的半徑。
這意味著，本發(fā)明的從管板3或者橢圓管-收集管板5至管子2的 過(guò)渡位置在管子2、過(guò)渡件10和管板3或者橢圓管-收集管板5的接 觸氣體的一側(cè)以及接觸冷卻介質(zhì)的一側(cè)上提供一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)的輪廓 11、 12，其在任何位置都不具有間隙、棱邊或角形的過(guò)渡。所有的過(guò) 渡，包括在內(nèi)部以及外部輪廓11、 12上的焊接連接區(qū)域13在內(nèi)，根 據(jù)本發(fā)明或者筆直地或者平面地構(gòu)成和/或設(shè)有一半徑。
根據(jù)圖2和5，過(guò)渡件10是管子2的例如機(jī)械擴(kuò)張的端部16。在 這個(gè)構(gòu)成中僅僅在管子2和管板3或5之間存在一個(gè)焊縫7，其構(gòu)成 管子2與管板3或5之間的焊接連接區(qū)域13。圖3和圖4具有一個(gè)過(guò) 渡件10，其由一個(gè)單獨(dú)的管件15構(gòu)成并且通常更加容易制造，因?yàn)?管件15相對(duì)于整個(gè)管件2短得多并且因此更加容易地加工。為了在頭 部連接管件15的沿著氣流方向看位于出口側(cè)的端部17，需要一個(gè)另 外的焊縫22，其構(gòu)成管子2和管件15之間的焊接連接區(qū)域14。這個(gè) 焊接連接區(qū)域14在內(nèi)部輪廓11以及外部輪廓12上有利地筆直地或平 面地構(gòu)成，和/或構(gòu)成一個(gè)半徑，即焊接連接區(qū)域14無(wú)間隙且無(wú)棱角 地構(gòu)成。
根據(jù)圖2至5的過(guò)渡件IO在其入口側(cè)的端部16上相對(duì)于過(guò)渡件 10的外部輪廓12例如具有一個(gè)5mm的半徑Rl。根據(jù)圖2、 3和5,與其鄰接一個(gè)另外的例如為60mm的半徑R2,而在根據(jù)圖4的過(guò)渡 件10中，第一半徑Rl之后是一個(gè)圓錐形的縮小部，該縮小部之后鄰 接是一個(gè)例如20mm的半徑。根據(jù)圖2和5的過(guò)渡件10的內(nèi)部輪廓 11具有相應(yīng)的半徑，其大出過(guò)渡件10的壁厚s。管板3、 5的壁厚t 不對(duì)應(yīng)于管子2的壁厚s，在兩個(gè)壁厚s和t之間的過(guò)渡位置在焊接連 接區(qū)域13內(nèi)部根據(jù)本發(fā)明或者筆直地或者平面地和/或構(gòu)成有一個(gè)半 徑。相對(duì)于管子2的壁厚s有偏差的管板3、 5的壁厚t可以根據(jù)圖3 和圖4利用 一個(gè)構(gòu)成為管件15的過(guò)渡件10補(bǔ)償，其中在管件15的管 端處的相應(yīng)的壁厚與管板3、 5以及管子2的壁厚t和s相適配。即在 氣流方向看，在管件15內(nèi)部壁厚t連續(xù)地減小或增大至壁厚s。管件 15可以在此有利地構(gòu)成為鍛件。
過(guò)渡件10的長(zhǎng)度Lii有利地是管2的內(nèi)直徑di的1.5倍，并且過(guò) 渡件10直接在進(jìn)入過(guò)渡件10的入口處的內(nèi)直徑Di有利地是管子2 的內(nèi)直徑di的1.2倍。
代替一個(gè)喇叭形的過(guò)渡件10，圖4示出例如一個(gè)圓錐形的過(guò)渡件 10，其也由一個(gè)單獨(dú)的管件15構(gòu)成。在此管件15通過(guò)兩個(gè)焊縫7、 22與管板3以及管子2連接。
圖5示出具有雙管子2、 21的管束式換熱器1，其中冷卻介質(zhì)19 在內(nèi)管2和外管21之間的圓環(huán)形的橫截面內(nèi)循環(huán)。通過(guò)引導(dǎo)冷卻介質(zhì) 19的外管21取消了否則需要的(如圖1所示的)換熱的外殼體23。 在圖1中示出的換熱器1中冷卻介質(zhì)19被輸送給外殼體23和管板3、 5以及4、 6之間的空間內(nèi)和從這個(gè)空間輸出，而根據(jù)圖5冷卻介質(zhì)19 借助于橢圓管-收集器實(shí)現(xiàn)輸入和輸出。本發(fā)明的過(guò)渡件IO在這種情 況下與橢圓管-收集管板5連接。
可以使用水作為冷卻介質(zhì)19，其通過(guò)熱量輸入部分或完全蒸發(fā)。
附圖標(biāo)記清單
1管束式換熱器
2管子
3管板，入口側(cè)
4管板，出口側(cè)
5橢圓管-收集管板，入口側(cè)
6橢圓管-收集管板，出口側(cè)
7焊縫
8氣體輸入腔
9氣體輸出腔
10過(guò)渡件
11內(nèi)部輪廓
12外部輪廓
13焊接連接區(qū)域
14焊接連接區(qū)域
15管件
16過(guò)渡件或管子入口側(cè)的端部
17過(guò)渡件或管件的出口側(cè)的端部
18氣體
19冷卻介質(zhì)
20橢圓管-收集器
21外管
22焊縫
23外殼體
權(quán)利要求
1.管束式換熱器，具有多個(gè)管子(2)，所述管子在兩側(cè)保持在管板(3，4)或橢圓管-收集管板(5，6)內(nèi)并且分別借助于焊縫(7)與所述管板或橢圓管-收集管板連接，該管束式換熱器用于通過(guò)包圍管子(2)的冷卻介質(zhì)(19)冷卻通過(guò)管子(2)引導(dǎo)的熱氣流(18)，包括至少一個(gè)氣體輸入腔(18)，從氣體輸入腔出發(fā)將熱空氣流(18)導(dǎo)入各單個(gè)管子(2)內(nèi)，并且氣體輸入腔在一側(cè)通過(guò)入口側(cè)的管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)限定；以及至少一個(gè)氣體輸出腔(9)，在所述氣體輸出腔內(nèi)收集和輸出通過(guò)管子(2)導(dǎo)過(guò)的氣流(18)并且所述氣體輸出腔在一側(cè)通過(guò)出口側(cè)的管板(4)或者橢圓管-收集管板(6)限定，其特征在于，管子(2)與入口側(cè)的管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)的連接分別借助于一個(gè)圓錐形的和/或喇叭形的過(guò)渡件(10)構(gòu)成，所述過(guò)渡件的橫截面在氣流方向上看減??；過(guò)渡件(10)的在氣流方向看入口側(cè)的端部(16)與管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)以對(duì)接的方式連接，并且過(guò)渡件(10)以及過(guò)渡件與管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)的焊接連接區(qū)域(13)的內(nèi)部輪廓(11)和外部輪廓(12)無(wú)間隙地且無(wú)棱角地以及筆直地構(gòu)成和/或構(gòu)成有一個(gè)從外部輪廓(12)上測(cè)量的至少為5mm的半徑(R)。
2. 如權(quán)利要求l所述的管束式換熱器，其特征在于，過(guò)渡件(IO) 的長(zhǎng)度(Lii)至少是管子(2)的內(nèi)直徑(di)的1.5倍。
3. 如權(quán)利要求1所述的管束式換熱器，其特征在于，在氣流方向 上看過(guò)渡件(10)在其入口的內(nèi)直徑(Di)至少是管子(2)的內(nèi)直徑(di)的1.2倍。
4. 如權(quán)利要求1所述的管束式換熱器，其特征在于，過(guò)渡件(IO) 通過(guò)在管子(2)的沿著氣流方向看入口側(cè)的端部(16)處的機(jī)械擴(kuò)張 構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求l所述的管束式換熱器，其特征在于，過(guò)渡件(IO) 由一個(gè)單獨(dú)的管件(15)構(gòu)成并且過(guò)渡件(10)的在氣流方向看出口 側(cè)的端部(17)與管子(2)通過(guò)焊縫(22)以對(duì)接的方式連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的管束式換熱器，其特征在于，在過(guò)渡件(10 ) 和管子(2)之間的焊接連接區(qū)域(14)的內(nèi)部以及外部輪廓(11、 12) 無(wú)間隙地且無(wú)棱角地以及筆直地構(gòu)成和/或構(gòu)成有一個(gè)從外部輪廓(12)上測(cè)量的至少為5mm的半徑(R)。
7. 如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的管束式換熱器，其特征在于，過(guò) 渡件(10)和過(guò)渡件與管板(3)或橢圓管-收集管板(5)以及與管子(2)的焊接連接區(qū)域(13, 14)的內(nèi)部以及外部輪廓(11、 12)無(wú)間 隙地且無(wú)棱角地以及筆直地構(gòu)成和/或構(gòu)成有一個(gè)從外部輪廓(12)上 測(cè)量的至少為2mm的半徑(R)。
8. 如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的管束式換熱器，其特征在于，管 件(15)構(gòu)成為鍛件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管束式換熱器，具有多個(gè)管子(2)，所述管子在兩側(cè)保持在管板(3，4)或橢圓管-收集管板(5，6)內(nèi)并且分別借助于焊縫(7)與所述管板或橢圓管-收集管板連接，管子(2)與入口側(cè)的管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)的連接分別借助于一個(gè)圓錐形的和/或喇叭形的過(guò)渡件(10)構(gòu)成，所述過(guò)渡件的橫截面在氣流方向上看縮??；在氣流方向看過(guò)渡件的入口側(cè)的端部(16)與管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)以對(duì)接的方式連接，并且過(guò)渡件(10)和過(guò)渡件與管板(3)或者橢圓管-收集管板(5)的焊接連接區(qū)域(13)的內(nèi)部以及外部輪廓(11、12)無(wú)間隙地且無(wú)棱角地以及筆直地構(gòu)成和/或構(gòu)成一個(gè)從外部輪廓(12)上測(cè)量的至少為5mm的半徑(R)。
文檔編號(hào)F28D7/16GK101371097SQ200780002867
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者J·耶克勒 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司