CN101975527B - 一种线性急冷换热器入口连接件及其急冷换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种入口连接件及使用该入口连接件的线性急冷换热器。入口连接件由入口锥体（3）、隔热件（4）、密封件（11）、保护套管（5）和冷却介质连接件（6）组成。冷却介质连接件（6）是一截面形状为外凸曲面的回转体，可很好地吸收双套管换热元件（2）的内管（7）和外管（8）之间的热膨胀差应力。保护套管（5）对深孔焊接头及冷却介质连接件（6）入口部位起到很好的热保护作用。该发明结构简单，使用寿命长，裂解气停留时间短，既可用于新建乙烯裂解装置的线性急冷换热器，又可用于在役线性急冷换热器入口连接件的改造。

Description

一种线性急冷换热器入口连接件及其急冷换热器

技术领域

   本发明涉用于乙烯裂解技术的设备，具体涉及一种线性急冷换热器入口连接件及其急冷换热器。

背景技术

裂解炉是乙烯装置的关键单元。裂解原料在裂解炉炉管中经过高温裂解后，进入急冷换热器进行快速冷却，防止二次反应的发生，减少烯烃损失，同时将热能回收产生蒸汽。随着乙烯裂解炉急冷技术的发展，为了进一步缩短急冷换热器绝热段停留时间、避免裂解气分配不均匀问题，目前新建和改造裂解炉用急冷换热器大多采用线性急冷换热器。

众所周知，线性急冷换热器由入口连接件、双套管换热元件、冷却介质连接件、出口连接件、水汽联箱、高温介质联箱、水力清焦孔等组成。基于此，线性急冷换热器的结构形式如下：每个双套管换热元件由两个同心的管子组成，其中内管走高温介质——800℃左右的裂解气，外管和内管之间的环隙走冷却介质——350℃左右的水汽混合物，每个双套管换热元件通过一个入口连接件与一根裂解炉出口炉管连接，双套管换热元件平行布置成单排或双排排列，通过水汽联箱和高温介质联箱连接在一起，形成一台线性急冷换热器。先前技术的冷却介质连接件通常采用扁圆管结构，它可以很好地吸收双套管换热元件内管和外管之间的热膨胀差应力，但扁圆管与双套管换热元件内管和外管的焊接接头为角接接头，焊接强度不高，受制造因素影响较大，特别是扁圆管与内管角接接头处易发生腐蚀开裂，且扁圆管与多根双套管换热元件内管和外管连接，维护检修不方便。另一种先前技术的冷却介质连接件采用双壁管板连接件结构，双壁管板连接件仅与一组双套管换热元件连接，且焊接接头为对接接头，但其缺点是管板厚度大，双套管换热元件内管和外管之间的热膨胀差应力要通过内管预拉伸来消减，制造难度高。

发明内容

   本发明的目的在于提供一种结构简单、解决上述问题的线性急冷换热器入口连接件。

   本发明提供一种线性急冷换热器入口连接件，入口连接件的一端与裂解炉出口炉管1连接，另一端与双套管换热元件2相连，其特征在于线性急冷换热器入口连接件主要由入口锥体3、保护套管5、冷却介质连接件6组成。

入口锥体3为一底部带有锥形过渡段的空心圆柱体，锥形底部连接面为单壁，顶部圆柱体连接面为双壁，底部的单壁连接面与裂解炉出口炉管1连接，同时沿着入口锥体3长度方向，底部连接面从单壁过渡到顶部的双壁连接面，分为内壁连接面和外壁连接面，顶部的双壁连接面之间的环形间隙其底部封闭。入口锥体3顶部的内壁连接面与保护套管5下端连接，入口锥体3顶部的外壁连接面与冷却介质连接件6的底部连接。入口锥体3顶部的双壁连接面之间的环形间隙内置有隔热件4，其底部与环形间隙底部接触，其顶部与冷却介质连接件6之间置有密封件11。冷却介质连接件6是一截面形状为外凸曲面的回转体，分为顶部、底部、前部、背部和两个侧面，底部与入口锥体3顶部的外壁连接面连接，顶部与双套管换热元件2的外管8连接，前部设有锅炉给水接口9，背部设有排污清洁口10。冷却介质连接件6的底部还有一内伸凸台，与双套管换热元件2的内管7连接，冷却介质连接件6的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件2的内管7、外管8对接焊接后形成的腔体，通过冷却介质连接件6前部的锅炉给水接口9，使之成为引入的冷却介质通道。保护套管5的下端与入口锥体3顶部的内壁连接面连接，保护套管5的上端插入由冷却介质连接件6的底部内伸凸台和双套管换热元件2的内管7连接后形成的裂解气通道中。

   本发明的冷却介质连接件6是一截面形状为外凸曲面的回转体，其结构可以很好地吸收双套管换热元件2的内管7和双套管换热元件2的外管8之间由于金属壁温的不同所形成的膨胀热应力，还可以有效地降低冷却介质连接件6的壁厚，使得其壁厚与双套管换热元件2的壁厚在同一个数量级上，一般在10mm至20mm之间。冷却介质连接件6的底部内伸凸台结构，可使得冷却介质连接件6与双套管换热元件2的内管7实现对接焊接，对接焊接接头成形质量好、焊接强度高、无明显的应力集中，利于承受载荷。

   本发明线性急冷换热器入口连接件中冷却介质连接件6的前部可设有锅炉给水接口9以引入冷却介质，冷却介质连接件6背部的底端还可设有排污清洁口10以去除冷却介质中杂质。

   本发明线性急冷换热器入口连接件的焊接接头均为对焊焊接接头，其中冷却介质连接件6底部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的对接焊接可采用深孔焊。

本发明线性急冷换热器入口连接件中入口锥体3顶部的双壁连接面之间的环形间隙内置有隔热件4，其底部与环形间隙底部接触，其顶部与冷却介质连接件6之间置有密封件11。

   本发明进一步提出，冷却介质连接件6与入口锥体3均可为整体锻造成型，冷却介质连接件6的材料推荐选择高铬钼合金材料，入口锥体3和保护套管5的材料推荐选择高镍合金材料，同时入口锥体3与冷却介质连接件6及保护套管5的对接焊缝均采用镍基焊条施焊。

   本发明进一步提出，保护套管5的插入深度最好高于冷却介质连接件6底部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的深孔焊接接头，一般在25mm至45mm之间。对深孔焊接接头及冷却介质连接件6的底部起到很好的热保护作用。保护套管5的外壁与双套管换热元件2的内管7的内壁最好有间隙，一般在1mm至2mm之间。  

   本发明线性急冷换热器入口连接件建议采用有限元分析程序对其温度场进行数值分析，为机械设计合理地进行选材提供依据。

   采用本发明提供的一种线性急冷换热器急冷入口连接件，其结构简单，使用寿命长，裂解气停留时间短，冷却介质连接件6可很好地吸收双套管换热元件2的内管7和外管8之间的热膨胀差应力，且便于维护检修。另一个特点是采用本发明的线性急冷换热器入口连接件既可用于新建乙烯裂解装置的线性急冷换热器，又可用于在役投用的线性急冷换热器入口连接件的改造。

本发明还提供一种使用该线性急冷换热器入口连接件的急冷换热器，主要由入口连接件、双套管换热元件、冷却介质连接件、出口连接件、高温介质引出管、水汽联箱、高温介质联箱、水力清焦孔组成线性急冷换热器。其特征在于一个以上的入口连接件平行布置，通过冷却介质连接件6前部的锅炉给水接口9与水汽接管A连接，水汽接管A再与水汽联箱A连接，同时相邻的冷却介质连接件6的两个侧面相互连接。冷却介质连接件6的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件2的内管7和外管8连接，双套管换热元件2的内管7和外管8的另一端分别与出口连接件12的内缘和外缘连接，出口连接件12前部的蒸汽出口15与水汽接管B连接，水汽接管B再与水汽联箱B连接，同时相邻的出口连接件12的两个侧面相互连接。高温介质引出管18与出口连接件12顶部连接，将高温介质引入高温介质联箱16，高温介质联箱16还可设有水力清焦孔17。裂解炉出口炉管1内的高温介质通过冷却介质连接件6的底部内伸凸台和双套管换热元件2的内管7连接后形成的裂解气通道引入到冷却介质连接件6内，冷却介质通过冷却介质连接件6前部的锅炉给水接口9引入到冷却介质连接件6内，两种介质开始在冷却介质连接件6内间壁换热，随后高温介质进入双套管换热元件2的内管7内，冷却介质进入双套管换热元件2的外管8和内管7之间的环形间隙，两者沿着双套管换热元件2的长度方向继续间壁换热，直至出口连接件12内。高温介质通过与出口连接件12顶部相连的高温介质引出管18引出至高温介质联箱16，冷却介质通过与出口连接件12前部蒸汽出口15相连的水汽接管B引出至水汽联箱B，两种介质最终分别通过高温介质联箱16和水汽联箱B引至下游。

本发明进一步提出，冷却介质连接件6的结构型式也适用于线性急冷换热器的出口连接件12。出口连接件12是一截面形状为外凸曲面的回转体，分为顶部、底部、前部、背部和两个侧面，底部与双套管换热元件2的外管8连接，顶部与高温介质引出管18连接，前部设有蒸汽出口15，出口连接件12顶部还有一内伸凸台，与双套管换热元件2的内管7连接，出口连接件12的顶部内伸凸台以及底部分别与双套管换热元件2的内管7、外管8对接焊接后形成的腔体，通过出口连接件12前部的蒸汽出口15，使之成为冷却介质引出的通道。

本发明线性急冷换热器出口连接件12的焊接接头均为对焊焊接接头，其中出口连接件12的顶部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的对接焊接可采用深孔焊。

   本发明进一步提出，出口连接件12可为整体锻造成型，出口连接件12的材料推荐选择高铬钼合金材料。

   本发明进一步提出，出口连接件也可选择现有技术提及的锥形结构形式。

本发明提供的一种该使用线性急冷换热器入口连接件的急冷换热器，采用截面形状为外凸曲面的回转体的冷却介质连接件6可以很好地吸收双套管换热元件2的内管7和双套管换热元件2的外管8之间由于金属壁温的不同所形成的膨胀热应力，有效地降低了冷却介质连接件6的壁厚。所有焊接接头均为对焊焊接接头，成形质量好、焊接强度高、无明显的应力集中，利于承受载荷。同时保护套管5还对冷却介质连接件6底部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的深孔焊接接头以及冷却介质连接件6的底部起到很好的热保护作用。

附图说明

图1是本发明的线性急冷换热器入口连接件的纵向截面结构示意图。

图2是本发明的线性急冷换热器出口连接件的纵向截面结构示意图。

图3是现有技术的线性急冷换热器锥形出口连接件的纵向截面结构示意图。

图4是本发明的线性急冷换热器的轴侧图。

图中： 1--裂解炉出口炉管，2--双套管换热元件， 3--入口锥体，4--隔热件，5--保护套管，6--冷却介质连接件，7--内管，8--外管，9--锅炉给水接口， 10--排污清洁口，11--密封件， 12--出口连接件，13--水汽联箱，14--水汽接管，15--蒸汽接口，16--高温介质联箱，17水力清焦孔，18--高温介质引出管，19--现有技术的锥形出口连接件。

具体实施方式

   附图1是应用本发明的一种线性急冷换热器入口连接件，仅是本发明的一种形式，本发明并不仅限于此。

参阅图1，入口连接件的一端与裂解炉出口炉管1对接焊接，另一端与双套管换热元件2对接焊接。高温裂解气从裂解炉出口炉管1进入线性急冷换热器。

参阅图1，入口连接件由入口锥体3、隔热件4、密封件11、保护套管5和冷却介质连接件6组成。冷却介质连接件6的底部还有一内伸凸台，与双套管换热元件2的内管7连接，冷却介质连接件6的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件2的内管7、外管8对接焊接后形成的腔体，成为冷却介质的流动通道。冷却介质连接件6是一截面形状为外凸曲面的回转体，最好是截面形状为椭圆的回转体。经研究发现，截面形状为椭圆的回转体结构可以很好地吸收双套管换热元件2的内管7和双套管换热元件2的外管8之间由于金属壁温的不同所形成的膨胀热应力，还可以有效地降低冷却介质连接件6的壁厚，使得其壁厚与双套管换热元件2的壁厚在同一个数量级上，一般在10mm至20mm之间。 

   冷却介质连接件6前部设有锅炉给水接口9以引入冷却介质，冷却介质在冷却介质连接件6的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件2的内管7、外管8对接焊接后形成的腔体内流动。冷却介质连接件6的背部底端还设有排污清洁口10，一方面可以起到间断排污作用，另一方面在线性急冷换热器停车检修时，可用相应工具通过排污清洁口10将沉积在冷却介质连接件6内部底端的杂质进行机械清除。

   如图1所示，入口锥体3底部连接面与裂解炉出口炉管1、入口锥体3顶部内壁连接面与保护套管5下端、入口锥体3顶部外壁连接面与冷却介质连接件6底部的焊接接头均为对焊焊接接头，入口锥体3与保护套管5、冷却介质连接件6焊后形成的的环隙内装有隔热件4、密封件11。冷却介质连接件6与双套管换热元件2的焊接接头也为对焊焊接接头，其中冷却介质连接件6的底部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的对接焊接采用深孔焊。

组装后保护套管5的外壁与双套管换热元件2的内管7的内壁间隙为1mm, 保护套管5可沿其轴向自由膨胀；保护套管5的插入深度高于冷却介质连接件6的底部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的深孔焊接接头30mm，对深孔焊接接头及冷却介质连接件6底部起到很好的热保护作用。

如图1所示，冷却介质连接件6与入口锥体3均为整体锻造成型，冷却介质连接件6的材料选用高铬钼合金材料，入口锥体3和保护套管5的材料选用高镍合金材料。入口锥体3与冷却介质连接件6及保护套管5的对接焊接接头均采用镍基焊条施焊。

参阅图2，出口连接件12也是一截面形状为外凸曲面的回转体，最好是截面形状为椭圆的回转体。出口连接件12顶部还有一内伸凸台，与双套管换热元件2的内管7连接，出口连接件12的顶部内伸凸台以及底部分别与双套管换热元件2的内管7、外管8对接焊接后形成的腔体，通过出口连接件12前部的蒸汽出口15成为冷却介质引出的通道。出口连接件12为整体锻造成型，出口连接件12的材料选用高铬钼合金材料。出口连接件12与双套管换热元件2的焊接接头也为对焊焊接接头，其中出口连接件12的顶部内伸凸台与双套管换热元件2的内管7的对接焊接可采用深孔焊。出口连接件12的壁厚与双套管换热元件2的壁厚在同一个数量级上，一般在10mm至20mm之间。

参阅图3，出口连接件也可选择现有技术提及的锥形结构形式，现有技术的出口连接件19为一带有锥形过渡段的空心圆柱体，锥形顶部连接面为单壁，底部连接面为双壁，顶部的单壁连接面与高温介质引出管18连接，同时沿着出口连接件19长度方向，顶部连接面从单壁过渡到底部的双壁连接面，分为内壁连接面和外壁连接面，底部的双壁连接面之间的环形间隙其顶部封闭。出口连接件19底部的内壁连接面与双套管换热元件2的内管7连接，底部的外壁连接面与双套管换热元件2的外管8连接。

参阅图4，入口连接件平行布置，通过冷却介质连接件6前部的锅炉给水接口9与水汽接管A连接，水汽接管A再与水汽联箱A连接，同时相邻的冷却介质连接件6的两个侧面相互连接。冷却介质连接件6的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件2的内管7和外管8连接，双套管换热元件2的内管7和外管8的另一端分别与出口连接件12顶部内伸凸台和底部连接，出口连接件12前部的蒸汽出口15与水汽接管B连接，水汽接管B再与水汽联箱B连接，同时相邻的出口连接件12的两个侧面相互连接。高温介质引出管18与出口连接件12顶部连接，将高温介质引入高温介质联箱16，高温介质联箱16还可设有水力清焦孔17。入口连接件、双套管换热元件、冷却介质连接件、出口连接件、高温介质引出管、水汽联箱、高温介质联箱、水力清焦孔组成线性急冷换热器。

Claims (18)

1.一种线性急冷换热器入口连接件，入口连接件的一端与裂解炉出口炉管（1）连接，另一端与双套管换热元件（2）相连，其特征在于线性急冷换热器入口连接件主要由入口锥体（3）、隔热件（4）、密封件（11）、保护套管（5）、冷却介质连接件（6）组成；入口锥体（3）为一带有锥形过渡段的空心圆柱体，锥形底部连接面为单壁，顶部连接面为双壁，底部的单壁连接面与裂解炉出口炉管（1）连接，同时沿着入口锥体（3）长度方向，底部连接面从单壁过渡到顶部的双壁连接面，分为内壁连接面和外壁连接面，顶部的双壁连接面之间的环形间隙其底部封闭；入口锥体（3）顶部的内壁连接面与保护套管（5）下端连接，入口锥体（3）顶部的外壁连接面与冷却介质连接件（6）的底部连接；入口锥体（3）顶部的双壁连接面之间的环形间隙内置有隔热件（4），其底部与环形间隙底部接触，其顶部与冷却介质连接件（6）之间置有密封件（11）；冷却介质连接件（6）是一截面形状为外凸曲面的回转体，分为顶部、底部、前部、背部和两个侧面，底部与入口锥体（3）顶部的外壁连接面连接，顶部与双套管换热元件（2）的外管（8）连接，前部设有锅炉给水接口（9），背部设有排污清洁口（10）；冷却介质连接件（6）的底部还有一内伸凸台，与双套管换热元件（2）的内管（7）连接，冷却介质连接件（6）的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件（2）的内管（7）、外管（8）对接焊接后形成的腔体，通过冷却介质连接件（6）前部的锅炉给水接口（9），使之成为引入的冷却介质通道；保护套管（5）的下端与入口锥体（3）顶部的内壁连接面连接，保护套管(5)的上端插入由冷却介质连接件（6）的底部内伸凸台和双套管换热元件（2）的内管（7）连接后形成的裂解气通道中；保护套管（5）的插入深度高于冷却介质连接件（6）底部内伸凸台与双套管换热元件（2）的内管（7）的深孔焊接接头；保护套管（5）的外壁与双套管换热元件（2）的内管（7）的内壁有间隙。

2.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于冷却介质连接件（6）是一截面形状为椭圆的回转体。

3.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于线性急冷换热器入口连接件的焊接接头均为对焊焊接接头。

4.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于冷却介质连接件（6）的壁厚与双套管换热元件（2）的壁厚为10mm～20mm。

5.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于冷却介质连接件（6）底部内伸凸台与双套管换热元件（2）的内管（7）的对接焊接采用深孔焊。

6.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于冷却介质连接件（6）与入口锥体（3）均为整体锻造成型。

7.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于冷却介质连接件（6）的材料为高铬钼合金材料，入口锥体（3）和保护套管（5）的材料为高镍合金材料。

8.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于冷却介质连接件（6）与入口锥体（3）以及入口锥体（3）与保护套管（5）的对接焊接接头均采用镍基焊条施焊。

9.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于保护套管（5）的插入深度高出冷却介质连接件（6）底部内伸凸台与双套管换热元件（2）的内管（7）的深孔焊接接头25mm～45mm。

10.根据权利要求1所述的线性急冷换热器入口连接件，其特征在于保护套管（5）的外壁与双套管换热元件（2）的内管（7）的内壁的间隙为1mm～2mm。

11.一种含有权利要求1所述入口连接件的线性急冷换热器，主要由入口连接件、双套管换热元件、冷却介质连接件、出口连接件、高温介质引出管、水汽联箱、高温介质联箱、水力清焦孔组成，其特征在于一个以上的入口连接件平行布置，通过冷却介质连接件（6）前部的锅炉给水接口（9）与水汽接管A连接，水汽接管A再与水汽联箱A连接，同时相邻的冷却介质连接件（6）的两个侧面相互连接；冷却介质连接件（6）的底部内伸凸台以及顶部分别与双套管换热元件（2）的内管（7）和外管（8）连接，双套管换热元件（2）的内管（7）和外管（8）的另一端分别与出口连接件（12）的内缘和外缘连接，出口连接件（12）前部的蒸汽出口（15）与水汽接管B连接，水汽接管B再与水汽联箱B连接，同时相邻的出口连接件（12）的两个侧面相互连接；高温介质引出管（18）与出口连接件（12）顶部连接，将高温介质引入高温介质联箱（16）。

12.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12）是一截面形状为外凸曲面的回转体，分为顶部、底部、前部、背部和两个侧面，底部与双套管换热元件（2）的外管（8）连接，顶部与高温介质引出管（18）连接，前部设有蒸汽出口（15），出口连接件（12）顶部有一内伸凸台，与双套管换热元件（2）的内管（7）连接，出口连接件（12）的顶部内伸凸台以及底部分别与双套管换热元件（2）的内管（7）、外管（8）对接焊接后形成的腔体，通过出口连接件（12）前部的蒸汽出口（15），使之成为冷却介质引出的通道。

13.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12）是截面形状为椭圆的回转体。

14.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12）的焊接接头均为对焊焊接接头。

15.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12）的壁厚与双套管换热元件（2）的壁厚为10mm～20mm。

16.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12）顶部内伸凸台与双套管换热元件（2）的内管（7）的对接焊接采用深孔焊。

17.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12）为整体锻造成型。

18.根据权利要求11所述的线性急冷换热器，其特征在于出口连接件（12），材料为高铬钼合金材料。

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