CN105135907A - 一种耐高温单管程换热方法及换热器 - Google Patents
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Abstract
一种耐高温单管程换热方法，属于石油化工、热能利用、过程装备技术领域，用于解决高温换热器管板容易损坏问题。包括管程介质进入、经换热管束与壳程介质换热、再经集合并排出，其特征是：管程介质进入一个独立完整的外置管箱、经换热管束与壳程介质换热后进入一个独立完整的内置管箱，内置管箱与外置管箱间经一套管的外管连通，套管的内管一端在内置管箱内部另一端伸出外置管箱，内置管箱的介质通过套管的内管排出。还提供了实现本发明方法的内置管箱、外置管箱、换热管束、连接套管、导向定位设备。该换热方法可适应高温换热、逆流换热，管板温度均匀不易损坏，换热管束可整体抽出便于检修，适用于高温介质换热、蒸汽发生器。
Description
技术领域
本发明属于石油化工、热能利用、过程装备技术领域，特别涉及一种耐高温单管程换热方法及换热器。
背景技术
石油化工生产过程有很多余热，有的装置甚至有很多高温余热。如催化裂化装置分馏系统有循环油浆280℃～350℃余热、二中循环油200℃～300℃余热、一中循环油160℃～200℃余热、回炼油220℃～330℃余热等。通常通过热量交换或产生蒸汽方式回收余热，常用的热交换设备为浮头式换热器或U型管换热器。催化裂化装置循环油浆换热器或蒸汽发生器通常为4管程浮头式换热器，介质进口温度340～350℃，出口温度260～280℃，其外管箱管板介质进口区域与介质出口区域存在较大温差，使管板高低温交接处产生较大热应力，天长日久管板发生应力疲劳导致裂纹甚至断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温单管程换热方法，适应高温换热，管板温度均匀不易损坏，换热管束可整体抽出便于检修。
本发明解决其技术问题所采用的方法是：包括管程介质进入、经换热管束与壳程介质换热、再经集合并排出，其特征是：管程介质进入一个独立完整的外置管箱、经换热管束与壳程介质换热后进入一个独立完整的内置管箱，内置管箱与外置管箱间经一套管的外管连通，套管的内管一端在内置管箱内部另一端伸出外置管箱，内置管箱的介质通过套管的内管排出。
进一步，还可以管程介质经内管进入内置管箱，经换热管束与壳程介质换热后经外置管箱排出。
一种耐高温单管程换热器，包括设备壳体、外管箱、内管箱、列管或蛇形管或螺旋形管换热管束、套管，套管由内管和外管组成，设置在换热管束中心或偏心位置，换热管束及外管一端与外管箱或外集合管连接，另一端与内管箱或内集合管连接，内管的里端在内管箱内部、外端经外管箱或外集合管穿出，内管箱或内集合管设在壳体内部并与导向定位装置衔接。
进一步，换热管是列管或波纹管或螺纹管，还可以在换热管内设置内插物，还可以在换热管外侧或/和内侧设置纵向翅片或钉头。
进一步，换热管束采用弓形折流板或双弓形折流板或螺旋折流板或折流杆支撑导向。
进一步，采用圆筒式壳体或釜式壳体，卧式布置或立式布置。
进一步，还可以在内管的内侧或/和外侧设置隔热层。
进一步，当用于立式蒸汽发生器方案时还可以设置汽水分离空间、丝网或格栅、集水斗或槽、外置下水管。
进一步，导向定位装置是外部调节密闭导向定位装置，包括螺母、螺柱、填料函、导向定位键及外密封罩；或是内置固定式导向定位装置，包括导向定位圆柱键、套管及连接板。
本发明创新点和积极效果：
本发明创新点是：管程介质进入一个独立完整的外置管箱、经换热管束与壳程介质换热后进入一个独立完整的内置管箱，内置管箱与外置管箱间经一套管的外管连通，套管的内管一端在内置管箱内部另一端伸出外置管箱，内置管箱的介质通过套管的内管排出。
本发明积极效果是：1、换热管束可在壳体内部自由热膨胀，可适应高温换热；2、消除了多管程换热器管板不同区域间较大温差，管板温度均匀不易损坏，换热管束可整体抽出便于检修；3、可逆流换热，实现热量交换最大化；4、立式布置可避免催化剂颗粒物沉积，尤其适用于催化裂化装置高温循环油浆换热或蒸汽发生器。
附图说明
图1是一种耐高温单管程换热方法及换热器的示意图。
1A-水汽出口，2-除氧水进口，4-设备壳体，5-密闭导向定位装置，7-内管，8-外管箱，9-管程管口，10-换热管束，11-外管，12-折流杆，13-内管箱。
图2是另一种耐高温单管程换热方法及换热器的示意图。
1-蒸汽出口，2-除氧水进口，4A-釜式设备壳体，5-密闭导向定位装置，6-丝网，7-内管，8-外管箱，9-管程管口，10-换热管束，11-外管，12-折流杆，13-内管箱，14-液位计，15-汽水分离段。
图3是另一种耐高温单管程换热方法及换热器的示意图。
1-蒸汽出口，2-除氧水进口，3-外置下水管，4-设备壳体，5A-内置导向定位连接板，5B-内置导向定位圆柱键，6-丝网，7-内管，8-外管箱，9-管程管口，10-换热管束，11-外管，12-折流杆，13-内管箱，14-液位计，15-汽水分离段。
图4是另一种耐高温单管程换热方法及换热器的示意图。
1B-烟气出口，2A-烟气进口，4-设备壳体，5A-内置导向定位连接板，5B-内置导向定位圆柱键，7-内管，8A-外集合管，9-管程管口，10A-纵向翅片换热管束，11A-纵向翅片外管，12-折流杆，13A-内集合管。
具体实施方式
见图1，是应用于催化裂化装置循环油浆卧式蒸汽发生器，换热管束10水平设置在设备壳体4内部，在下部位置设置1根外管11和内管7组成的套管，换热管束10及外管11两端分别与外管箱8、内管箱13连接，外管箱8下端设有管程管口9，内管7外端经外管箱8穿出。内管箱13设在设备壳体4内部，用2只密闭导向定位装置5导向定位，换热管束10间设置数排折流杆12。设备壳体4下部设有2～4个除氧水进口2，顶部设有2～4个水汽出口1A。
见图2，是应用于催化裂化装置循环油浆釜式蒸汽发生器，换热管束10水平设置在釜式设备壳体4A下部，并在底部位置设置1根外管11和内管7组成的套管，换热管束10及外管11两端分别与外管箱8、内管箱13连接，外管箱8下端设有管程管口9，内管7外端经外管箱8穿出。内管箱13设在釜式设备壳体4A内部，用2只密闭导向定位装置5导向定位，换热管束10间设置数排折流杆12。釜式设备壳体4A上部是蒸汽空间，设有除氧水进口2、液位计14，顶部与汽水分离段15连接；汽水分离段15内设有丝网6，顶部设有蒸汽出口1。
见图3，是应用于催化裂化装置循环油浆立式蒸汽发生器，换热管束10垂直设置在设备壳体4内部，在中心位置设置1根外管11和内管7组成的套管，换热管束10及外管11两端分别与外管箱8、内管箱13连接，外管箱8下端设有管程管口9，内管7外端经外管箱8穿出。内管箱13设在设备壳体4内部，用内置导向定位连接板5A及内置导向定位圆柱键5B组成的内置导向定位装置导向，换热管束10间设置数排折流杆12。设备壳体4上部与汽水分离段15连接，汽水分离段15中部设有除氧水进口2、液位计14，上部设有丝网6，顶部设有蒸汽出口1。外置下水管3上端与汽水分离段15下部连接并连通，下端与设备壳体4下部连接并连通。
见图4，是应用于高温烟气蒸汽过热器，设备壳体4垂直(或水平)设置，纵向翅片换热管束10A设置在设备壳体4内部，在中心位置设置1根纵向翅片外管11A和内管7组成的套管，纵向翅片换热管束10A及纵向翅片外管11A两端分别与外集合管8A、内集合管13A连接，外集合管8A设有管程管口9，内管7外端经外集合管8A穿出。内集合管13A设在设备壳体4内部，用内置导向定位连接板5A及内置导向定位圆柱键5B组成的内置导向定位装置导向，纵向翅片换热管束10A间设置数排折流杆12。设备壳体4上部设有烟气进口2A，下部设有烟气出口1B。
参见图1，高温循环油浆从管程管口9进入，经外管箱8分配进入换热管束10及套管的夹层，然后向另一端流动并与壳程的除氧水换热，循环油浆降低温度后由内管箱13集合，经内管7排出。除氧水从除氧水进口2进入，向上流动经换热管束10壳程及外管11与高温循环油浆换热使部分除氧水汽化，汽水混合物继续向上流动最后从水汽出口1A排出。高温循环油浆也可以从内管7进入从管程管口9排出。
参见图2，高温循环油浆从管程管口9进入，经外管箱8分配进入换热管束10及套管的夹层，然后向另一端流动并与壳程的除氧水换热，循环油浆降低温度后由内管箱13集合，经内管7排出。除氧水从除氧水进口2进入，除氧水经换热管束10壳程及外管11与高温循环油浆换热使部分除氧水汽化，汽泡向上流动脱离水面进入上部空间进行汽水沉降分离，然后蒸汽进入顶部汽水分离段15进一步脱水后从蒸汽出口1排出。高温循环油浆也可以从内管7进入从管程管口9排出。
参见图3，高温循环油浆从内管7进入，向上流动进入内管箱13，经内管箱13分配进入换热管束10及套管的夹层，然后向下流动并与壳程的除氧水换热，循环油浆降低温度后由外管箱8集合，经管程管口9排出。除氧水从除氧水进口2进入，经外置下水管3输送到设备壳体4及换热管束10下部，然后在换热管束10壳程向上流动，与高温循环油浆换热使部分除氧水汽化，汽泡向上流动脱离水面进入上部的汽水分离段15进行汽水沉降分离，继续向上流动经丝网6进一步脱水后从蒸汽出口1排出。高温循环油浆也可以从管程管口9进入从内管7排出。
参见图4，饱和蒸汽从内管7进入内集合管13A，经分配进入纵向翅片换热管束10A及套管夹层并向上流动，与壳程的高温烟气逆流换热，蒸汽温度升高后进入外集合管8A，经管程管口9排出。高温烟气从烟气进口2A进入，在纵向翅片换热管束10A的壳程向下流动，与饱和蒸汽换热，温度降低后从烟气出口1B排出。
Claims (9)
1.一种耐高温单管程换热方法，包括管程介质进入、经换热管束与壳程介质换热、再经集合并排出，其特征是：管程介质进入一个独立完整的外置管箱、经换热管束与壳程介质换热后进入一个独立完整的内置管箱，内置管箱与外置管箱间经一套管的外管连通，套管的内管一端在内置管箱内部另一端伸出外置管箱，内置管箱的介质通过套管的内管排出。
2.根据权利要求1所述的耐高温单管程换热方法，其特征是：还可以管程介质经内管进入内置管箱，经换热管束与壳程介质换热后经外置管箱排出。
3.一种耐高温单管程换热器，包括设备壳体、外管箱、内管箱、列管或蛇形管或螺旋形管换热管束、套管，套管由内管和外管组成，设置在换热管束中心或偏心位置，换热管束及外管一端与外管箱或外集合管连接，另一端与内管箱或内集合管连接，内管的里端在内管箱内部、外端经外管箱或外集合管穿出，内管箱或内集合管设在壳体内部并与导向定位装置衔接。
4.根据权利要求3所述的耐高温单管程换热器，其特征是：换热管是列管或波纹管或螺纹管，还可以在换热管内设置内插物，还可以在换热管外侧或/和内侧设置纵向翅片或钉头。
5.根据权利要求3所述的耐高温单管程换热器，其特征是：换热管束采用弓形折流板或双弓形折流板或螺旋折流板或折流杆支撑导向。
6.根据权利要求3所述的耐高温单管程换热器，其特征是：采用圆筒式壳体或釜式壳体，卧式布置或立式布置。
7.根据权利要求3所述的耐高温单管程换热器，其特征是：还可以在内管的内侧或/和外侧设置隔热层。
8.根据权利要求3所述的耐高温单管程换热器，其特征是：当用于立式蒸汽发生器方案时还可以设置汽水分离空间、丝网或格栅、集水斗或槽、外置下水管。
9.根据权利要求3所述的耐高温单管程换热器，其特征是：导向定位装置是外部调节密闭导向定位装置，包括螺母、螺柱、填料函、导向定位键及外密封罩；或是内置固定式导向定位装置，包括导向定位圆柱键、套管及连接板。
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