本發(fā)明涉及一種換熱設(shè)備及基于該換熱設(shè)備的換熱方法。

背景技術(shù)：

隨著國家環(huán)保要求的提高，能源的回收利用越來越受到重視，但高溫或超高溫帶壓力介質(zhì)的能量回收較為困難，主要受制于材料在高溫環(huán)境中承壓能力有限，特別是普通金屬材料在溫度超過500℃以上時，其設(shè)計(jì)許用應(yīng)力僅為常溫時的1/3，甚至更低。當(dāng)高溫介質(zhì)壓力較高時，換熱設(shè)備用材料會非常厚，有時會超出現(xiàn)有材料生產(chǎn)能力，且高溫會引起較大的膨脹應(yīng)力，造成換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在較低成本下使得換熱設(shè)備能夠承受壓力較高的高溫介質(zhì)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供了一種殼程自冷卻保護(hù)浮頭式換熱器，包括殼程簡體，殼程筒體的一端為殼程出口，另一端設(shè)有管箱，殼程入口設(shè)于殼程筒體上，管箱上設(shè)有管程入口和管程出口，其特征在于，在殼程簡體內(nèi)設(shè)置有多層套管結(jié)構(gòu)換熱管，熱介質(zhì)從殼程入口進(jìn)入多層套管結(jié)構(gòu)換熱管后，在多層套管結(jié)構(gòu)換熱管內(nèi)被由管程入口進(jìn)入的冷介質(zhì)降溫后出多層套管結(jié)構(gòu)換熱管，再折返進(jìn)入殼程筒體并自殼程出口出，同時冷介質(zhì)經(jīng)由管程入口進(jìn)入管箱后再進(jìn)入多層套管結(jié)構(gòu)換熱管，或者熱介質(zhì)從管程出口進(jìn)入多層套管結(jié)構(gòu)換熱管后，在多層套管結(jié)構(gòu)換熱管內(nèi)被由殼程出口進(jìn)入的冷介質(zhì)降溫后出多層套管結(jié)構(gòu)換熱管，降溫后的熱介質(zhì)進(jìn)入管箱后，再自管程入口出，同時，冷介質(zhì)經(jīng)由殼程出口進(jìn)入殼程筒體后，再進(jìn)入多層套管結(jié)構(gòu)換熱管。

優(yōu)選地，所述的多層套管結(jié)構(gòu)換熱管具有2-4層套管結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，每層所述套管結(jié)構(gòu)包括換熱管、套在換熱管外部的套管、套在換熱管內(nèi)部的內(nèi)套管；套管的一端固定在殼程內(nèi)封頭一上并且通過殼程內(nèi)封頭一與所述殼程入口連通，套管的另一端為開口的自由端；換熱管的一端固定且與所述管箱連通，換熱管的另一端為封閉的自由端；內(nèi)套管的一端固定在管程內(nèi)封頭二上并且通過管程內(nèi)封頭二與所述管程出口連通，內(nèi)套管的另一端為開口的自由端。

優(yōu)選地，所述殼程筒體和所述管箱之間通過管板連接，所述換熱管的一端固定在管板上并且通過管板與所述管箱連通。

優(yōu)選地，所述殼程內(nèi)封頭一及所述管程內(nèi)封頭二通過設(shè)于套管上的支撐板支撐。

優(yōu)選地，所述殼程內(nèi)封頭一和所述管程內(nèi)封頭二均為高溫內(nèi)封頭。

優(yōu)選地，在所述管箱上設(shè)置有用于設(shè)備檢修的管程筒體法蘭和人孔。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種如上所述的殼程自冷卻保護(hù)浮頭式換熱器的換熱方法，其特征在于，包括工況一及工況二：

工況一、殼程走熱介質(zhì)，管程走冷介質(zhì)：

高溫介質(zhì)從殼程入口進(jìn)入殼程內(nèi)封頭一，再進(jìn)入套管和換熱管形成的環(huán)形通道，高溫?zé)峤橘|(zhì)在此環(huán)形通道內(nèi)進(jìn)行換熱，高溫介質(zhì)流至套管出口端時被冷卻至工藝要求溫度，被冷卻的高溫介質(zhì)從套管的自由端一方面折返入殼程筒體內(nèi)，另一方面由殼程出口流出，在被冷卻的高溫介質(zhì)的折返過程中對受壓的殼程簡體進(jìn)行低溫保護(hù)；

冷介質(zhì)從管程入口進(jìn)入管箱，并對受壓的管箱起到低溫保護(hù)作用，冷介質(zhì)進(jìn)一步流經(jīng)換熱管和內(nèi)套管形成的環(huán)形通道被套管的高溫介質(zhì)加熱至工藝要求溫度，在換熱管封閉的自由端折返進(jìn)入內(nèi)套管開口的自由端，經(jīng)內(nèi)套管流至管程內(nèi)封頭二匯聚后從管程出口流出；

工況二、殼程走冷介質(zhì)，管程走熱介質(zhì)：

高溫介質(zhì)從管程出口進(jìn)入管程內(nèi)封頭二，經(jīng)由內(nèi)套管再進(jìn)入換熱管和內(nèi)套管形成的環(huán)形通道，被套管的冷介質(zhì)冷卻至工藝要求溫度后，進(jìn)入管箱，對受壓的管箱起到低溫保護(hù)作用，隨后由管程入口流出；

冷介質(zhì)從殼程出口進(jìn)入殼程筒體，對受壓的殼程筒體起到低溫保護(hù)作用，再經(jīng)由套管的開口的自由端進(jìn)入套管和換熱管形成的環(huán)形通道內(nèi)，冷介質(zhì)流至套管的另一端時被高溫?zé)峤橘|(zhì)加熱至工藝要求溫度，進(jìn)入殼程內(nèi)封頭一內(nèi)，再自殼程入口流出。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、所有換熱管和套管均采用一端固定，另一端自由端，因此不會產(chǎn)生管、殼程膨脹應(yīng)力問題；

2、高溫殼程介質(zhì)通過專門設(shè)置的通道，避免高溫介質(zhì)與受壓殼體接觸，保護(hù)受壓件不承受高溫，可以降低受壓件的材料等級，降低設(shè)備的制造成本。

3、高溫管程介質(zhì)通過專門設(shè)置的通道，避免高溫介質(zhì)與受壓管箱接觸，保護(hù)受壓件不承受高溫，可以降低受壓件的材料等級，降低設(shè)備的制造成本。

4、通過其多層套管結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)管、殼程承受高溫件不承受高壓，承受高壓件不承受高溫，實(shí)現(xiàn)了管、殼程介質(zhì)同時處于高溫、高壓工況的設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可能性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種殼程自冷卻保護(hù)浮頭式換熱器處于工況一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的工況一的多層套管內(nèi)換熱介質(zhì)流向圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

結(jié)合圖1，本發(fā)明提供的一種殼程自冷卻保護(hù)浮頭式換熱器包括殼程筒體2和管箱10。殼程筒體2和管箱10之間通過管板9連接。殼程簡體2上設(shè)置有殼程入口3及殼程出口1，殼程出口1設(shè)置在殼程筒體2的左側(cè)。管箱10上設(shè)置有管程入口15和管程出口12。

在殼程筒體2內(nèi)設(shè)置有多層套管結(jié)構(gòu)換熱管。多層套管結(jié)構(gòu)換熱管具有2-4層套管結(jié)構(gòu)。每層套管結(jié)構(gòu)包括換熱管6、套在換熱管6外部的套管5、套在換熱管6內(nèi)部的內(nèi)套管7。套管5的一端固定在殼程內(nèi)封頭一4上并且與殼程內(nèi)封頭一4連通。套管5的另一端為開口的自由端。換熱管6的一端固定在管板9上并且通過管板9與管箱10連通。換熱管6的另一端為封閉的自由端。內(nèi)套管7的一端固定在管程內(nèi)封頭二11上并且與管程內(nèi)封頭二11連通。內(nèi)套管7的另一端為開口的自由端。

殼程內(nèi)封頭一4的一端通過支撐板8支撐，并且固定套管5，另一端連通殼程入口3。管程內(nèi)封頭二11的一端通過支撐板8支撐，并且固定內(nèi)套管7，另一端連通管程出口12。殼程內(nèi)封頭一4和管程內(nèi)封頭二11均為高溫內(nèi)封頭。

在管箱10上設(shè)置有用于設(shè)備檢修的管程筒體法蘭14和人孔13。

本發(fā)明還提供了一種采用上述殼程自冷卻保護(hù)浮頭式換熱器的換熱方法，分為工況一及工況二。

結(jié)合圖2，工況一、殼程走熱介質(zhì)，管程走冷介質(zhì)：

高溫介質(zhì)從殼程入口3進(jìn)入殼程內(nèi)封頭一4，再進(jìn)入套管5和換熱管6形成的環(huán)形通道，高溫?zé)峤橘|(zhì)在此環(huán)形通道內(nèi)進(jìn)行換熱，高溫介質(zhì)流至套管5出口端時被冷卻至工藝要求溫度，被冷卻的高溫介質(zhì)從套管5的自由端一方面折返入殼程筒體2內(nèi)，另一方面由殼程出口1流出，在被冷卻的高溫介質(zhì)的折返過程中對受壓的殼程筒體2進(jìn)行低溫保護(hù)；

冷介質(zhì)從管程入口15進(jìn)入管箱10，并對受壓的管箱10起到低溫保護(hù)作用，冷介質(zhì)進(jìn)一步流經(jīng)換熱管6和內(nèi)套管7形成的環(huán)形通道被套管5的高溫介質(zhì)加熱至工藝要求溫度，在換熱管6封閉的自由端折返進(jìn)入內(nèi)套管7開口的自由端，經(jīng)內(nèi)套管7流至管程內(nèi)封頭二11匯聚后從管程出口12流出；

工況二、殼程走冷介質(zhì)，管程走熱介質(zhì)：

高溫介質(zhì)從管程出口12進(jìn)入管程內(nèi)封頭二11，經(jīng)由內(nèi)套管7再進(jìn)入換熱管6和內(nèi)套管7形成的環(huán)形通道，被套管5的冷介質(zhì)冷卻至工藝要求溫度后，進(jìn)入管箱10，對受壓的管箱10起到低溫保護(hù)作用，隨后由管程入口15流出；

冷介質(zhì)從殼程出口1進(jìn)入殼程筒體2，對受壓的殼程筒體2起到低溫保護(hù)作用，再經(jīng)由套管5的開口的自由端進(jìn)入套管5和換熱管6形成的環(huán)形通道內(nèi)，冷介質(zhì)流至套管5的另一端時被高溫?zé)峤橘|(zhì)加熱至工藝要求溫度，進(jìn)入殼程內(nèi)封頭一4內(nèi)，再自殼程入口3流出。