CN101893397A - 一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器，具有控制壳程物流出口温度功能，可以减少换热器台数、优化壳体厚度、节省材料、降低材料等级、延长使用寿命。特别适合于管程物流热容流率与壳程物流热容流率比值偏离1较远的工况。

Description

一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器

技术领域

本发明涉及一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器，特别地本发明涉及一种壳程设有三个通道口的管壳式高压换热器，更特别地本发明涉及一种用于煤焦油加氢装置的壳程设有三个通道口的管壳式换热器。

背景技术

对于烃类加氢装置用高压换热器而言，加氢反应流出物通常一般流经管程，原料油或循环氢或混合反应进料或低分油或循环取热油等低温物流流经壳程，由于设计不可能绝对精确，其换热面积一般有富余。由于加氢反应流出物通常为气、液混相物流，不便设置旁路以控制传热量。通常设置壳程物流(单相或近似单相)旁路以控制传热量。当装置降低负荷率即降低处理量时，管、壳两侧物料量和预期传热量同时下降，换热面积过剩很大，为了控制传热量，必须将工艺物流分流为通过壳程的部分和通过壳程旁路的部分，增大壳程旁路流量相对量从而降低了壳程内物流的流量相对量(壳程内物流量与冷物流总量的比值)，在管程物流入口温度、出口温度不变的条件下，壳程内物流的温度差大幅度增加，在壳程物流入口温度不变的条件下，壳程物流出口温度大幅度增加，对于现有设备而言，由于壳程物流的温升超过设计值将导致增大腐蚀速度或超过设备许可强度带来破坏；对于新设备而言，由于壳程物流的出口温度高，必须提高壳体厚度增加设备强度或更换高等级耐腐蚀材料。管程物流(反应流出物)热容流率与壳程物流热容流率比值(K)越大，上述情况越严重。

第一方面，对于高氢耗烃类加氢转化过程如煤焦油或页岩油的加氢转化过程，由于氢耗高，反应放热量大，冷氢流量与第一反应器入口氢气量流率比值可以达到0.3～0.7甚至更高，偏离1较远。此时，管程物流(反应流出物)热容流率与壳程物流(第一反应器入口氢气)热容流率比值(K)远大于1。对于高氢耗烃类加氢转化过程如煤焦油加氢转化过程，为了避免重组分经历高压换热器时缩合结垢，采用将煤焦油原料分离为轻馏分原料和重馏分原料分别进入不同反应器的加工方法，管程物流(反应流出物)热容流率与壳程物流(轻馏分原料)热容流率比值(K)远大于1。常规换热器无法避免前述增大壳程旁路流量相对量导致壳程出口温度升高的缺陷。

第二方面，对于高氢耗烃类加氢转化过程如煤焦油加氢转化过程，由于氢耗高，反应放热量大，又因原料中易反应组分多，反应起始温度很低，原料油预热温度低，最终反应流出物中存在大量过剩的热能，采用取热油回收加氢转化过程热量时，需要加大取热油数量减少换热器台数，此时管程物流(反应流出物)热容流率与壳程物流(取热油)热容流率比值(K)远小于1，但是取热油加热的冷物流温度有高有低，这时需要产生温度不同的取热油，即在热源温位一定、热量一定的条件下，产生温位不同的升温后取热油。一种情况是，常规换热器增加换热器台数才能增加升温后取热油种类，这将增大管箱个数。另一种情况是，常规换热器不增加换热器台数而增加换热面积，在管道流程中采用分流、混合过程增加升温后取热油种类，这将降低换热面积利用率。

第三方面，对于含有水、硫化氢的介质(如低分油或循环氢)换热器而言，可能同时出现低温硫化氢应力腐蚀条件和高温硫化氢腐蚀条件，由于目前缺乏能同时抵抗低温硫化氢应力腐蚀和高温硫化氢腐蚀的优良钢种，分段取热的两台或多台换热器，不得不增大高等级材料换热器重量。

本发明的目的在于提出一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器，解决上述问题。

本发明人提出的申请号为200810170101.8的一种设有壳程短路进口的管壳式换热器，没有提及设置壳程中间出口结构、也没有提及壳程为双壳程的情况，其它类似的技术未见报道。

发明内容

本发明一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器，管程设有管程进口、管程出口，壳程设有壳程进口、壳程出口，其特征在于：在整个壳程物流流动方向上，换热器壳体设有一个中间通道口。

本发明特征进一步在于：中间通道口为中间物流进口或中间物流出口。

本发明特征进一步在于：壳程为双壳程，中间通道口位于壳体封头处。

本发明特征进一步在于：在整个壳程物流流动方向上，中间通道口与壳程出口之间距离(A)与壳程进口与壳程出口之间距离(B)之比值(A/B)，一般为0.05～0.75、通常为0.3～0.6。

本发明特征进一步在于：所述管壳式换热器为高压管壳式换热器。

本发明特征进一步在于：所述管壳式换热器为烃类加氢装置反应部分用高压管壳式换热器。

本发明特征进一步在于：所述管壳式换热器为基于煤焦油的烃类加氢装置用高压管壳式换热器。

本发明特征进一步在于：壳程介质为循环氢或循环取热油或煤焦油。

具体实施方式

本发明一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器，管程设有管程进口、管程出口，壳程设有壳程进口、壳程出口，其特征在于：在整个壳程物流流动方向上，换热器壳体设有一个中间通道口。

本发明换热器：中间通道口为中间物流进口或中间物流出口。

本发明换热器：当壳程为双壳程时，中间通道口位于壳体封头处。

本发明换热器：在整个壳程物流流动方向上，中间通道口与壳程出口之间距离(A)与壳程进口与壳程出口之间距离(B)之比值(A/B)，一般为0.05～0.75、通常为0.3～0.6。

本发明换热器可以是高压管壳式换热器。

本发明换热器可以是烃类加氢装置反应部分用高压管壳式换热器。

本发明换热器可以是基于煤焦油的烃类加氢装置用高压管壳式换热器。

本发明换热器壳程介质可以是循环氢或循环取热油或煤焦油。

与常规管壳式换热器相比，本发明管壳式换热器优点在于：

①对于烃类加氢装置用高压换热器而言，当装置降低负荷率时，为了控制传热量，工艺物流的一部分从短路进口以短路方式通过，从而调整了有效换热面积，在管程物流入口温度、出口温度不变、壳程物流入口温度不变的条件下，可以控制壳程物流出口温度基本不变。

②对于现有设备而言，由于壳程物流的温升超过设计值将导致增大腐蚀速度或超过设备强度许可带来破坏，采用本发明增加一个短路进口改造现有设备壳体，即可解决问题；

③在不增加换热器台数情况下，可以产生温位不同的升温后取热油。

④采用本发明设计的设备，可以优化设备厚度、节省材料，或采用低等级耐腐蚀材料；

⑤采用本发明设计的设备，对于含有水、硫化氢的低分油或循环氢而言，可以控制单个壳程不会同时出现低温硫化氢应力腐蚀条件和高温硫化氢腐蚀条件，可减少换热器台数；

⑥本发明用于常规标准管壳式换热器，在增加极少造价的前提下，可增加传热调节能力，延长使用寿命。

Claims (12)

1.一种壳程设有三个通道口的管壳式换热器，管程设有管程进口、管程出口，壳程设有壳程进口、壳程出口，其特征在于：在整个壳程物流流动方向上，换热器壳体设有一个中间通道口。

2.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于：中间通道口为中间物流进口。

3.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于：中间通道口为中间物流出口。

4.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于：壳程为双壳程，中间通道口位于壳体封头处。

5.根据权利要求1所述的管壳式换热器，其特征在于：在整个壳程物流流动方向上，中间通道口与壳程出口之间距离(A)与壳程进口与壳程出口之间距离(B)之比值(A/B)为0.05～0.75。

6.根据权利要求5所述的管壳式换热器，其特征在于：短路出口与壳程出口之间距离(A)与壳程进口与壳程出口之间距离(B)之比值(A/B)为0.3～0.6。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的管壳式换热器，其特征在于：管壳式换热器为高压管壳式换热器。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特征在于：管壳式换热器为烃类加氢装置反应部分用高压管壳式换热器。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的方法，其特征在于：管壳式换热器为基于煤焦油的烃类加氢装置用高压管壳式换热器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：壳程介质为循环氢。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：壳程介质为循环取热油。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：壳程介质为煤焦油。