CN101983763A - 一种环管反应器 - Google Patents

Abstract

一种环管反应器，包括直套管及其内管和外管、夹套连通管、弯头和安装支座，弯头的端部与内管的端部依次串联成反应物料连通流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接将内管和外管之间形成的夹套流道串联成冷却连通流道，安装支座设于外管，弯头与内管焊接密封连接连成一体结构，或者一部分弯头与内管焊接密封连接，另一部分与内管法兰密封连接组合连成一体结构，或者弯头一端与内管焊接密封连接，另一端与内管法兰密封连接组合连成一体结构，焊接密封连接为在弯头的端部管壁外侧或者内管端部管壁外侧，先焊接连接设有同心定位块，再焊接密封连接弯头与直套管的连接端。具有能够适应大型化、高产能的需求，并且连接密封性好、强度高、稳定性好的特点。

Description

一种环管反应器

技术领域

本发明涉及石油化工专用机械装备工程技术，特别是涉及一种环管反应器。

背景技术

现有技术中，聚烯烃（例如：聚丙烯和聚乙烯）是通用合成树脂中产量和消费量最大的品种，它们的生产技术包括有三种：即淤浆法，气相法和溶液法。所谓淤浆法（Slurry Process）又称为浆液法或溶剂法工艺方法，是世界上最早的用于生产聚丙烯的工艺技术。淤浆法生产技术是生产HDPE的主要方法，该生产工艺方法为：将丙烯或乙烯与烃溶剂混合，生产出的聚合物悬浮于溶剂中，浆液法的工业化应用时间较早，工艺技术成熟，且生产过程中压力、温度较低。淤浆法采用的反应设备根据反应器形式，淤浆法采用的反应器可以分为搅拌釜式反应器和环管反应器两种。

其中，搅拌釜式反应器由于搅拌釜间歇操作时生成的聚合物分子量分布宽，共聚组分布不均，而且搅拌釜靠夹套传热，釜径较大时传热面积不足，易因反应热累积发生爆聚，从而使得搅拌釜式反应器大型化的发展较为困难。由于上述搅拌釜式反应器的弊端，影响了聚合物质量的均匀性和稳定性，并严重制约了单线规模。由此，人们为生产分子量分布窄、共聚组分分布均匀的聚合物并满足装置大型化的需求，提出了环管反应器。

现有技术中通常的环管反应器，包括有根据产能大小设置的若干条直套管、夹套连通管和弯头，其中，每两条直套管于其内管与和两个弯头一一对应依次串联连接成一个连通流道。因聚合反应会产生热量，因此在直套管具有其内管与外管形成夹套流道，并通过位于弯头处与外管连接的夹套连通管，将夹套流道依次串联成一个连通流道，通过夹套流道内的冷却物介质把反应热带走。直套管的外管上还设置有波形膨胀节、安装支座、支梁座和连接梁，连接梁通过螺栓与支梁座连接，把直套管连接组合成一个立体框架。由于环管反应器为多基础支承，即每条直套管都设置有与其相对应的安装支座支承。由此导致直套管的长度、轴线位置、方位、标高、间距等的误差，以及直套管平行度、法兰垂直度、弯头的制造误差等诸多因素都会同时对环管安装密封性能产生影响；并且环管反应器采用低温钢制造，对制造、焊接、热处理的要求都较高。

例如， 30万吨/年的生产聚丙烯的环管反应器的结构，如图1所示，包括有六条各长为50m、外径为710 mm的直套管R1、R2、R3、R4、R5、R6，六个弯头A1、A2、A3、B1、B2、B3一一对应与直套管的内管依次串联接接而形成一个循环整体的连通流道，并通过位于弯头处与外管连接的五条夹套连通管C1、C2、C3、C4、C5将夹套流道依次串联成一个连通流道；冷却介质由夹套流道的冷却介质流入口2A进入，至夹套流道的冷却介质流出口2F流出，六个安装支座D1、D2、D3、D4、D5、D6位于各直套管R1、R2、R3、R4、R5、R6的下部。环管反应器的底部弯头B1、B2、B3处设置有轴流泵，反应物料由反应物料流入口1A进入环管反应器，在轴流泵的驱动下，反应物料在直套管R1、R2、R3、R4、R5、R6内搅拌、循环，并在催化剂的作用下，进行反应形成浆状的聚丙烯后，再由反应物料流出口1B泄出，然后进入至造粒系统；该环管反应器坐落在11m高的平台基础上，整台设备重约210吨。

上述现有技术中的环管反应器，当直套管的长度超过60m时，将会出现以下的不足之处：

(1)当直套管的安装方式为垂直直立式时，高耸钢结构在动载荷作用下的强度和稳定性较难保证，如果仅通过增加直套管的壁厚的方法用以提高强度和稳定性，不但设备的投资成本较大，而且直套管的热阻也随厚壁的增加而增大，对环管反应器的换热效果产生不良的影响；

(2)直套管两端法兰密封面的平行度及其垂直于直套管轴线的加工难度将会增大，弯头与直套管两端的连接密封的难度也同时增大。

此外，夹套内的冷却介质的流态渐趋稳定，在直套管的内管的外表面上形成膜状的层流，增大了热阻，从而降低了夹套内冷却介质的换热效率。

综上所述，为迅速适应目前石油化工新建、扩建中对大结构的环管反应器大量需求的市场环境，满足传统环管反应器的增容、扩能、升级，以及高产能的需求，开发新结构的高产能的环管反应器，在工业上和经济上具有深远和重大的意义。

因此，针对现有技术的不足之处，亟需提供一种能够适应大型化、高产能的需求，并且具有连接密封性好、强度高、稳定性好的环管反应器。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够适应大型化、高产能的需求，并且具有连接密封性好、强度高、稳定性好的环管反应器。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

提供一种环管反应器，包括有直套管、夹套连通管、弯头和安装支座，所述直套管包括有内管和外管，所述弯头的端部与所述内管的端部依次串联连接，连成用于反应物料的输送及反应的连通流道，所述内管和所述外管之间形成夹套流道，所述夹套连通管位于所述弯头处与所述外管连接将所述夹套流道串联成用于输送冷却介质的连通流道，所述安装支座设置于所述外管，其中，所述弯头与所述内管焊接密封连接，连成一体结构，或者一部分所述弯头与所述内管焊接密封连接，另一部分所述弯头与所述内管法兰密封连接，组合连成一体结构，或者所述弯头一端与所述内管焊接密封连接，另一端与所述内管法兰密封连接，组合连成一体结构；所述焊接密封连接为在所述弯头的端部管壁外侧或者所述内管的端部管壁外侧，先焊接连接设置有同心定位块，再焊接密封连接所述弯头与所述直套管的连接端。

其中，所述弯头包括有上弯头和下弯头，所述上弯头与所述内管的上端法兰密封连接，所述下弯头与所述内管的下端设置同心定位块并焊接密封连接。

其中，所述弯头包括有上弯头和下弯头，所述上弯头与所述内管的上端设置同心定位块并焊接密封连接，所述下弯头与所述内管的下端法兰密封连接。

其中，所述弯头为180°弯头，所述弯头的弯曲半径为4200mm～4800mm。

其中，所述弯头为组合式的弯头，包括有两个90°弯头和一个直管，所述两个90°弯头分别连接设置于所述直管的两端。

其中，所述直管为长度小于或者等于1m的直管。

其中，所述直套管的底部位于所述外管的管壁或者位于所述直套管下端的所述弯头的底侧管壁设置有用于排液的螺塞或者阀门。

其中，所述直套管的每两条之间设置有支梁座和连接梁，所述支梁座连接于所述外管管壁，所述连接梁两端部分别与所述支梁座连接。

其中，所述直套管设置有六条直套管，所述直套管设置为两排三列。

其中，设置有螺旋式扶梯，所述螺旋式扶梯设置于所述直套管下部，并位于所述直套管三分之一的高度范围内，所述螺旋式扶梯内侧与所述外管管壁连接。

本发明的有益效果：

本发明的环管反应器，包括有直套管、夹套连通管、弯头和安装支座，直套管包括有内管和外管，弯头的端部与内管的端部依次串联连接，连成用于反应物料的输送及反应的连通流道，内管和外管之间形成夹套流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接将夹套流道串联成用于输送冷却介质的连通流道，安装支座设置于外管，其中：弯头与内管焊接密封连接，连成一体结构，或者一部分弯头与内管焊接密封连接，另一部分弯头与内管法兰密封连接，组合连成一体结构，或者弯头一端与内管焊接密封连接，另一端与内管法兰密封连接，组合连成一体结构；焊接密封连接为在弯头的端部管壁外侧或者内管的端部管壁外侧，先焊接连接设置有同心定位块，再焊接密封连接弯头与直套管的连接端。由于环管反应器结构高大，而且通常建在沿海地区，所受风力载荷和地震载荷的作用力较大，单一的法兰螺栓密封连接的结构将会受到很大的外来弯矩的作用，其密封性能难以长期保证。而本发明的结构可以确保弯头与直套管的内管的两端的连接紧密性，并且焊缝在管内表面只形成一条细小的缝隙，比法兰螺栓密封连接结构的内壁开口要窄小和浅，有利于直套管内管物料的流动。同时，本发明的环管反应器在动载荷的作用下具有较高的强度和较好的稳定性，能够适应大型化、高产能的需求。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的环管反应器的结构示意图。

图2是本发明的一种环管反应器的带同心定位块的焊接密封连接的结构示意图。

图3是本发明的一种环管反应器的弯头的一种结构示意图。

图4是本发明的一种环管反应器的弯头的另一种结构示意图。

图5是本发明的一种环管反应器的连接梁和支梁座连接的结构示意图。

在图1中包括有：

R1、R2、R3、R4、R5、R6——直套管、

A1、A2、A3、B1、B2、B3——弯头、

C1、C2、C3、C4、C5——夹套连通管、

D1、D2、D3、D4、D5、D6——安装支座、

2A——夹套流道的冷却介质流入口、2F——夹套流道的冷却介质流出口、

1A——反应物料流入口、1B——反应物料流出口。

在图2、图3、图4和图5中包括有：

10——直套管、11——内管、12——外管、13——垫板、

20——弯头、21——180°弯头、22——90°弯头、23——直管、

31——同心定位块、32——焊缝、

41——垫板环、42——支梁座、43——连接梁、44——螺栓、45——连续焊缝。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明的一种环管反应器的具体实施方式之一，如图2所示，包括有直套管10、夹套连通管、弯头20和安装支座，直套管10包括有内管11和外管12，弯头20的端部与内管11的端部依次串联连接，并把直套管10连成用于反应物料的输送及反应的连通流道，直套管10的内管11和外管12之间形成夹套流道，夹套连通管位于弯头20处与外管12连接将夹套流道串联成用于输送冷却介质的连通流道，安装支座设置于直套管10的外管12，其中，弯头20与内管11焊接密封连接，连成一体结构，或者一部分弯头20与内管11焊接密封连接，另一部分弯头20与内管11法兰密封连接，组合连成一体结构，或者弯头20一端与内管11焊接密封连接，另一端与内管11法兰密封连接，组合连成一体结构；焊接密封连接为设置同心定位块的焊接密封连接，具体为在弯头的端部管壁外侧或者内管的端部管壁外侧，先焊接连接设置有同心定位块31，再焊接密封连接弯头20与直套管10的连接端。

具体的，将弯头20分为上弯头和下弯头，上弯头与直套管10的内管11的上端的连接方式为法兰密封连接，下弯头与直套管10的内管11的下端的连接方式为带同心定位块31的焊接密封连接，即设置同心定位块31并焊接密封连接。在下弯头与直套管10的内管11的下端采用带同心定位块31的焊接密封连接，不仅稳定性较好，而且便于焊接作业，焊接效率高，同时施工安全。

需要解释说明，上弯头为用于连接相邻的直套管10的上端的内管11的弯头，下弯头为用于连接相邻的直套管10的下端的内管11的弯头，上弯头的具体方位可以参考图1中弯头A1、A2、A3，下弯头的具体方位可以参考图1中弯头B1、B2、B3。

另，所采用的法兰密封连接优选凹凸槽较深的凹凸法兰密封连接，而不是现有技术中凹凸槽较浅的法兰密封连接，该凹凸槽较深的凹凸法兰密封连接的紧密性更好。

另，所采用的带同心定位块31的焊接密封连接可以为带三块同心定位块31的焊接密封连接，采用带三块同心定位块31在直套管10和弯头20的接口处的外圆周上隔120°均匀设置三块同心定位块31，这种焊接密封连接可以保证弯头20与直套管10的内管11的两端的接口的紧密性更好。

由于本实施例的环管反应器结构高大，通常建在海边，所受风载荷和地震载荷作用力较大，单一的法兰螺栓密封结构将会受到很大的外来弯矩的作用，而且其密封性能也难以长期保证。弯头20与直套管10的内管11的两端的连接方式采用带同心定位块31的焊接密封连接和法兰螺栓密封连接的组合连接，其中通过带同心定位块31的焊接密封连接来保证弯头20与直套管10的内管11的两端的接口的紧密性，通常坡口的钝边L只有2mm（如图2所示），既不会氩弧焊穿，也容易现场焊透，使焊缝32在管内表面只形成一条细小的缝隙，相比法兰密封连接结构的内壁开口要窄小和浅，有利于直套管10内管11物料的流动。同时，本发明的环管反应器在动载荷的作用下具有较高的强度和较好的稳定性。克服了现有技术中当直套管10的高度增加时，其高耸的结构在动载荷作用下的强度和稳定性较难保证的问题，以及直套管10两端法兰密封面的平行度及其垂直于直套管10轴线的加工难度将会增大，弯头20与直套管10两端的连接密封的难度也同时增大。

具体的，如图3所示，弯头20为180°弯头21，弯头20的弯曲半径为4200mm～4800mm。该180°弯头21可以一体成型。

具体的，如图4所示，弯头20为组合式的弯头20，组合式的弯头20包括有两个90°弯头22和一个直管23，两个90°弯头22分别设置于直管23的两端。直管23可以选用长度小于或者等于1m的直管23。长度大于1m的直管也可以采用，但是成本较高。

另，弯头20还可以是除上述两种形状外的其它任意的形状或形式且能使淤浆在其间流动即可。

具体的，直套管10的底部位于外管12的管壁或者位于直套管10下端的弯头20的底侧管壁设置有用于排液的螺塞或者阀门。螺塞为粗螺纹螺塞结构。可以采用一对粗螺纹螺塞结构，所采用的粗螺纹螺塞结构的螺距为1英寸，现有技术中的夹套的底部设置的用于排净流体的装置为细螺纹螺塞结构，通常细螺纹螺塞结构的螺距为1/2英寸，细螺纹的齿形细小，易被水锈腐蚀损坏，而采用粗螺纹代替细螺纹，其螺纹较粗，不易被损坏，同时设置一对粗螺纹螺塞结构的好处是，当其中一只粗螺纹螺塞结构损坏了，还可以启用另一只粗螺纹螺塞结构。

具体的，如图5所示，直套管10的每两条之间设置有支梁座42和连接梁43，支梁座42连接于外管12管壁，连接梁43两端部分别与支梁座42连接。其中所采用的连接方式为定位螺栓连接和/或强度焊接连接。具体的定位螺栓连接和/或强度焊接连接包括定位螺栓连接、强度焊接连接、以及定位螺栓连接和强度焊接连接的组合连接，通过支梁座42可以把直套管10组合成一个立体框架的连接梁43。优选的，环管反应器的下部的三分之一高度范围内的连接梁43与支梁座42的连接方式采用定位螺栓连接和强度焊接连接的组合，其它位置的连接梁43与支梁座42的连接方式可以仅选用定位螺栓连接。在环管反应器的下部的三分之一高度范围内，将连接梁43与支梁座42的连接方式采用定位螺栓连接和强度焊接连接的组合连接方式，是强强组合结构，并且可以进一步增强直套管10的高耸结构在动载荷作用下的强度性和稳定性。

另，如图5所示，直套管10的内管11和外管之间设置有垫板13，直套管10的外管外可以焊接有垫板环41，支梁座42再焊接在垫板环41上，连接梁43先通过两个螺栓44与支梁座42连接后，再通过两侧的连续焊缝45与支梁座42焊牢。其中，垫板环41还可以用垫板13代替。

具体的，直套管10设置有六条直套管10，直套管10设置为两排三列。便于弯头20与直套管10之间的连通流道的组成，以及夹套连通管与夹套间的连通流道的组成。

具体的，设置有螺旋式扶梯，螺旋式扶梯设置于直套管10下部，并位于直套管10三分之一的高度范围内，螺旋式扶梯内侧与外管12管壁连接。随着直套管10的高度的增加，环管反应器的下部三分之一的高度范围内的扶梯是螺旋式扶梯，并沿环管反应器的安装平面的周边布置。设置螺旋式扶梯便于加强结构周边的强度，并抵抗弯矩的作用，并且可以进一步增强直套管10的高耸结构在动载荷作用下的强度性和稳定性。

该环管反应器本身既是反应类压力容器，又具备套管换热器的性能，还是设备框架、平台的支持钢柱，结构高大，配合精密。

实施例2

本发明的一种环管反应器的具体实施方式之二，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，弯头20包括有上弯头和下弯头，上弯头与直套管10的内管11的上端设置同心定位块31并焊接密封连接，下弯头与直套管10的内管11的下端法兰密封连接。

实施例3

本发明的一种环管反应器的具体实施方式之三，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于，弯头20与直套管10的内管11的上端和下端分别设置同心定位块31并焊接密封连接。

具体的，弯头20包括有上弯头和下弯头，上弯头与直套管10的内管11的上端设置同心定位块31并焊接密封连接，下弯头与直套管10的内管11的下端设置同心定位块31并焊接密封连接。

本发明的环管反应器，适用于石油化工中的聚乙烯、聚丙烯的生产，而且还适用于石油化工领域中的泥浆冷却器、丁烯冷却器等生产工艺上，同时其附属的换热功能也可适用于煤化工、化肥、空调、空冷、电力设施装备等的热交换设备。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种环管反应器，包括有直套管、夹套连通管、弯头和安装支座，所述直套管包括有内管和外管，所述弯头的端部与所述内管的端部依次串联连接，连成用于反应物料的输送及反应的连通流道，所述内管和所述外管之间形成夹套流道，所述夹套连通管位于所述弯头处与所述外管连接将所述夹套流道串联成用于输送冷却介质的连通流道，所述安装支座设置于所述外管，其特征在于：所述弯头与所述内管焊接密封连接，连成一体结构，或者一部分所述弯头与所述内管焊接密封连接，另一部分所述弯头与所述内管法兰密封连接，组合连成一体结构，或者所述弯头一端与所述内管焊接密封连接，另一端与所述内管法兰密封连接，组合连成一体结构；所述焊接密封连接为在所述弯头的端部管壁外侧或者所述内管的端部管壁外侧，先焊接连接设置有同心定位块，再焊接密封连接所述弯头与所述直套管的连接端。

2.根据权利要求1所述的环管反应器，其特征在于：所述弯头包括有上弯头和下弯头，所述上弯头与所述内管的上端法兰密封连接，所述下弯头与所述内管的下端设置同心定位块并焊接密封连接。

3.根据权利要求1所述的环管反应器，其特征在于：所述弯头包括有上弯头和下弯头，所述上弯头与所述内管的上端设置同心定位块并焊接密封连接，所述下弯头与所述内管的下端法兰密封连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的环管反应器，其特征在于：所述弯头为180°弯头，所述弯头的弯曲半径为4200mm～4800mm。

5.根据权利要求1或2或3所述的环管反应器，其特征在于：所述弯头为组合式的弯头，包括有两个90°弯头和一个直管，所述两个90°弯头分别连接设置于所述直管的两端。

6.根据权利要求5所述的环管反应器，其特征在于：所述直管为长度小于或者等于1m的直管。

7.根据权利要求1所述的环管反应器，其特征在于：所述直套管的底部位于所述外管的管壁或者位于所述直套管下端的所述弯头的底侧管壁设置有用于排液的螺塞或者阀门。

8.根据权利要求1所述的环管反应器，其特征在于：所述直套管的每两条之间设置有支梁座和连接梁，所述支梁座连接于所述外管管壁，所述连接梁两端部分别与所述支梁座连接。

9.根据权利要求1所述的环管反应器，其特征在于：所述直套管设置有六条直套管，所述直套管设置为两排三列。

10.根据权利要求1所述的环管反应器，其特征在于：设置有螺旋式扶梯，所述螺旋式扶梯设置于所述直套管下部，并位于所述直套管三分之一的高度范围内，所述螺旋式扶梯内侧与所述外管管壁连接。

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