[发明专利]热交换器组件及用于热交换器组件的操作方法

说明书

一种热交换器组件包括限定内部室的细长管状热交换器包封件。管板材定位在热交换器包封件的内部室内，从而使内部室分离成壳侧和通道侧。内部部分构造成可移除地接收管束，管束定位在内部室的壳侧内。环形套筒部件定位在热交换器包封件的内部室的通道侧内。环形弹性扭转部件定位在热交换器的内部室的通道侧内，使得套筒部件定位在管板材与弹性扭转部件之间。弹性扭转部件具有内圆周，该内圆周能够相对于弹性扭转部件的外圆周偏转，以用于扭转弹性扭转部件。

对相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2018年3月20日的序列号为62/645662的美国专利申请的优先权，该专利申请通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

公开的实施例涉及热交换器封闭组件以及用于使用和安装该热交换器封闭组件的方法，并且更特别地涉及用于密封具有可移除管束的高压壳管型热交换器的封闭系统和方法，并且还更特别地涉及构造成适应变化的热负荷的热交换器封闭组件，其具有使用锁定组件固定到热交换器的通道的封闭塞组件。

背景技术

壳管型热交换器构成化工厂、炼油厂、蒸汽厂以及类似设施中的未燃烧热传递设备的大部分。具有可移除管束(诸如具有U形管和浮动头部的管束)或者具有带有固定管板材的不可移除束的热交换器为当前使用中的壳管式热交换器的主要类型中最受欢迎的交换器之一。在实践中，通常合乎期望的是，具有可移除管束，使得热交换器可从服务中周期性地移除，管束为了清洁和检查而被移除，并且然后重新组装。还可合乎期望的是，利用可移除管束流体静力地或气动地测试管状热交换器的壳侧，使得可进行管接头和管板材垫圈的检查或验证，并且可容易地定位和维修泄漏。为了移除束，必须提供封闭件，其可在变化的热负荷和压力负荷下的长期操作之后快速地且可靠地开启。当管状热交换器相对大(在直径方面超过36英寸)并且旨在用于超过1000 psi的高压操作时，与拆卸、移除、流体静力和气动测试以及重新组装相关联的问题特别严重，因为所需构件的重量变大。为此目的开发的特定类型的封闭件为“螺旋塞”，也被称为“闩锁”型封闭件，其使用多个互锁螺纹以将锁环盖组件固定就位。该类型的系统的主要优点是，其消除了其它常规高压交换器设计的大通道盖凸缘和螺栓连接。存在现有技术中描述的螺旋塞型热交换器的两种常见分类。在其中压力在管板材的两侧上超过1000 psi使得管板材本身仅经受较低的压差的应用中，可能的是，提供完全可移除的“A型”封闭件，由此可移除束，而不移除壳盖。如果压差太高，则移除壳盖以接近束可更方便，在这种情况下，可使用“B型”封闭件。

此外，在该类型的热交换器中使用的封闭组件必须足够刚性以控制内部压力，而没有封闭组件相对于通道的显著移动，因为这种显著移动将导致用于固定封闭组件的螺纹的部分或完全脱离。然而，组件还必须足够柔性，以适应在操作期间出现的预期热负荷。预期热负荷在温度方面随着时间改变，这可在初始启动或随后维修期间发生，或者在混乱(upset)或工厂跳闸的情况下发生，该单个情况中的任何情况均可造成内部构件相对于通道的差异热膨胀。热负荷(如果在一个或多个实施例中未被恰当地适应)可继而引起内部件的不均匀塑性变形，使得垫圈负荷不再均匀地分布并且最终组件开始泄漏。特别地，因为热交换器的内部构件通常经受比通道更高的热膨胀(这是由于热膨胀系数不同，或者较薄的内部件可比厚的通道材料以更快的速率变热的事实)，所以刚性封闭组件并非合乎期望的(如果其造成：内部件的塑性变形，这导致垫圈卸载和泄漏；以及在封闭组件和通道的螺纹部分上的较高负荷，这可导致螺纹变形)。所有上述情况和操作条件均已导致许多不同的技术解决方案的采用，这些技术解决方案仅部分成功，因为它们仅解决了一些问题，并且同时引入其它问题(尤其对于其中温度、压力以及大小在高侧上的应用而言)。

在所有这些现有技术解决方案中，螺纹锁环和盖组件(或“封闭塞”)必须旋转若干次，通常20次或更多次，以便使锁环中的螺纹与热交换器的通道中的螺纹完全地接合。这引入特殊的搬运考虑，因为锁环组件必须准确地被定心和支承，同时在通道外部并且旋转到位。特别地，由于封闭塞的重量不可被允许靠在螺纹上，故搬运这样的重的设备件(重达21000 lb)的精度需要为热交换器供应专用夹具。已开发多种夹具设计。在一些情况下，配重的悬臂系统用于使锁环的重量平衡。在其它情况下，夹具直接地附接到通道。