常用双壳程热交换器纵向隔板密封结构

一.前言

    在石油化工、煤制油项目，燃气电厂的工艺装置中，热交换器占设备总数量的30％左右，占总投资的40％～50％，近年来随着节能技术的发展，其应用领域不断扩大;利用热交换器进行高温和低温热能回收带来了显着的经济效益。常用的列管式换热器，有单壳程和双壳程之分，二者相比，在某些工艺条件下，双壳程热交换器具有结构紧凑，传热效率高，节省投资等优点。

二.双壳程热交换器优缺点

优点：双壳程换热器由于能实现冷，热流介质在纯逆流条件下进行热交换，其温差校正系数F接近于1，一般条件下，仅仅传热效率这一项就比单壳程换热器提高约25％;又由于壳程被中间隔板分割成两个半圆筒形，使截面积缩小1/2，而壳程介质的流速却提高了一倍，雷诺数得到提高，强化了传热，其值可比单壳程提高5％以上。总的来说，在工艺条件合适，双壳程换热器的传热效率比单壳程换热器提高30％～45％。

缺点：壳程流体压降提高了4倍左右，同时壳程纵向隔板与壳体的密封结构容易发生泄露，造成介质走短路，影响传热效率，对壳程壳体制造同心度和圆度要求较高，另外纵向隔板一般为非绝热材料，隔板上下表面温度传递，影响传热效率。

如果壳程压降允许值较大，在管、壳程进出口温度交叉，或壳程介质流量小，需要提高壳程流速和传热系数的情况下，双壳程热交换器是一个合适的选择，然而要实现纵向隔板的良好密封，应从两方面着手：一是保证隔板本身的强度和刚度，避免过大变形；二是合理密封结构选择及加工精度要求.

三.常用纵向隔板与壳体密封结构

1.焊接结构

这种结构由于纵向隔板与壳体焊接连接，泄漏率几乎为零，其中图1结构适用于大直径具备内部施焊条件的热交换器，但组装困难，图2结构适用于不具备内部施焊直径小的热交换器，但这种结构由于焊接连接，纵向隔板容易变形，影响管束装配，同时由于焊接连接，纵向隔板与壳体连接处存在局部焊接残余应力，影响壳体使用寿命，同时这种结构对壳体的加工制造精度要求较高，要严格控制壳体的椭圆度，所有此种焊接结构不适合用于壳程高压、疲劳工况的热交换器，也不适用于管束可抽芯的热交换器。

                                  图2

2.滑道结构

     此种结构都是两块连接板焊接或预制成滑道形状，纵向隔板安放在滑道内部，其中图3结构是由两块板与壳体焊接，形成空心滑道结构，此种结构要求控制两块板焊后的平行度，否则纵向隔板很难装入到，而且介质容易短路。图4结构采用双面焊有圆钢的纵向隔板插入与壳体相焊的“［”型滑道内，其中圆钢与“［”形滑道均为不锈钢，一般圆钢采用φ5mm不锈钢棒制作，“［”型滑道采用6mm不锈钢煨制成型，安装时圆钢与“［”型滑轨留有0.5mm间隙，在压差的作用下，介质来气侧的纵向隔板会压着介质出气侧的圆钢，使得该圆钢与“［”型滑轨紧密接触，从而实现密封，此种结构不仅有密封作用，在管束装卸时还能起导向、支撑作用。

                                   图3

                                图4

3. 不锈钢弹簧压片式

此结构采用8片，每片厚度为0.125mm，或5片，每片厚度为0.2mm，总厚度为1mm的材料为不锈钢的弹簧密封片式结构。弹簧密封片可设置纵向隔板两侧（图5），也可以弹簧密封片设置在压力较高的一侧（图6），在使用时，由于压差的作用，压片将紧紧压在壳体内壁，从而起到密封的效果。另外，此结构由间隔为100mm的螺栓通过压条固定在纵向隔板上，各螺栓采用点焊固定，减少了变形和振动的影响，延长了使用寿命和可靠性，但纵向隔板需要提出严格的直线度和平面度要求，由于采用不锈钢弹簧密封片结构，变形协调能力强，密封可靠，适用于高温、高压、疲劳工况热交换器。

   图5 

                                图6

4. 整体压片式结构

本结构（图7）为整体式结构，密封条由4层总厚为0.8mm的不锈钢与1mm厚度不锈钢板整体电阻焊连接而成，密封面可布置在纵向隔板两侧，也可布置在高压介质一侧，由于纵向隔板两侧的压差使得该密封条越压越紧，从而密封更可靠，另外该密封条的大小可根据纵向隔板的厚度调整，折流板压在该密封条上，起到固定密封条的作用，与传统不锈钢弹簧压片式结构相比，不需要螺栓固定，同时该密封结构中密封条为整体结构，避免了常规密封结构中弹簧片脱落问题，安装更加方便。

                                 图7

                        整体压片式结构

四.常用纵向隔板与管板密封结构

     常用结构有如下三种，图8结构是可拆卸结构，具有操作灵活、结构简单特点，但是如果纵向隔板发生震动时螺栓容易脱落；图9结构也是可拆卸结构，纵向隔板与管板通过垫片密封，具有密封可靠，更换方便特点；图10结构是焊接不可拆卸结构，与前两个结构比较具有简单可靠特点，是目前比较常用的结构。

   图8    

 图9

                                图10

五.密封结构选用准则

   根据以上密封结构介绍，结合热交换器运行工况总结如下选用原则：

1. 当热交换器管束固定不可抽且压力和温度较低时，优先选用焊接结构，当具备内部施焊时，优先选用图1结构；

2. 当管束需要抽芯并且设备处在高温工况下，或者对壳侧介质漏率要求不严时，可以选用滑道结构；

3. 当管束需要抽芯并且设备处在高温、高压、疲劳工况时，宜选用不锈钢弹簧压片式；

4.  当管束需要抽芯且设备长径比大于15时，或热交换器直径大于2000mm时，宜选用整体压片式结构。