CN102068951B - 具有位移缓冲的环管反应器 - Google Patents

Abstract

一种具有位移缓冲的环管反应器，包括直套管、夹套连通管、弯头和安装支座，直套管包括内管和外管，弯头与内管依次串联连接成反应物料输送及反应的连通流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接，将内管与外管间的夹套流道串联成输送冷却介质的连通流道，安装支座设于外管下部使直套管分为直套管上管段和直套管下管段，其中：直套管于内管与外管间设有用于吸收内管与外管之间的热胀冷缩位移的位移缓冲器，位移缓冲器与外管连接，位移缓冲器为填料函式双密封结构的位移缓冲器，或者填料函式双密封结构的位移缓冲器和波形膨胀节式位移缓冲器。具有能够适应大型化、高产能的需求，并且吸收热胀冷缩位移的性能强，密封性好、高强度、装配简单的特点。

Description

具有位移缓冲的环管反应器

技术领域

本发明涉及机械装备工程中的石油化工专用装备技术，特别是涉及一种具有位移缓冲的环管反应器。

背景技术

环管反应器主要用作石油化工领域中的聚丙烯和聚乙烯的生产设备，也常见于石油化工领域中的泥浆冷却器、丁烯冷却器等生产设备中。

现有技术中，通常的环管反应器包括有根据其视产能大小设置的包括有若干条直套管、以及对应的夹套连通管、弯头和连接梁，其中，每两条直套管于其内管与两个弯头一一对应依次串联连接成一个连通流道。因聚合反应为放热反应，会产生大量的热量，因此所设置的直套管具有内管与外管形成的夹套流道，并通过位于弯头处与外管连接的夹套连通管，将夹套流道一一对应依次串联连接成一个连通流道。通过夹套流道内的冷却介质把反应热带走。直套管的外管上还设置有波形膨胀节、安装支座和支梁座，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的环管反应器。由此使得环管反应器成为多基础支承结构，即每条直套管都由所设置的与其相对应的安装支座支承。

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、R6，五个中心距为4200 mm的 180°大弯头A1、A2、A3、B1、B2、一个90°弯头，弯头一一对应与直套管的内管依次串联连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，将内管与外管形成的夹套流道一一对应依次串联连接成一个连通流道；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泄出进入造粒系统；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。

现有技术中的环管反应器，直套管1设置有位移缓冲器的结构，如图2所示，直套管1的高度为50m，位于安装支座3上部较长段的直套管的直套管上管段121，设置有波数为三个的波形膨胀节式位移缓冲器2，位于安装支座3下部较短段的直套管的直套管下管段122，设置有波数为一个的波形膨胀节式位移缓冲器2，波形膨胀节式位移缓冲器2均设置于外管12上，直套管1的内管11的两端分别连接有法兰4与弯头连接。

但是，在直套管1的高度超过50m时，相应的直套管1的内管11和外管12之间的热胀冷缩的位移差异也将增大，如果仅靠上述结构的波形膨胀节式位移缓冲器2吸收和缓冲位移差异，则所需要的波数会逐渐增多。例如波数增加为四个或者四个以上，然而随着膨胀节波形的波数的增加，其整体的制造精度会越来越低，而且各个波形之间容易产生不均匀，导致经常会出现废品，同时其抗疲劳强度也较差，寿命也较短，使得工作效能越来越难保证。而且，波形膨胀节式位移缓冲器2与外管12的壳体焊接的厚度有一定的要求，不能太薄，由于厚度增加，使得成本增加。因此，这种单一的波形膨胀节式位移缓冲器尤其不适合用于直套管1的长度大于50m的大型结构的环管反应器。

综上所述，为迅速适应目前石油化工新建、扩建中对高产能、大结构的环管反应器发展的不断需求，满足对于传统环管反应器的增容、扩能及升级、产能增加的需求，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，针对现有技术中的不足，亟需提供一种能够适应大型化、高产能的需求，并且具有吸收热胀冷缩位移性能强，同时具有密封性好、高强度、装配简单的具有位移缓冲的环管反应器。

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，并且具有吸收热胀冷缩位移性能强，同时具有密封性好、高强度、装配简单的具有位移缓冲的环管反应器。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

本发明提供了一种具有位移缓冲的环管反应器，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，所述弯头与所述内管依次串联连接成反应物料的输送及反应的连通流道，所述夹套连通管位于所述弯头处与所述外管连接，将所述内管与所述外管之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的连通流道，所述安装支座设置于所述外管下部使所述直套管分为直套管上管段和直套管下管段，其中：所述直套管于所述内管与所述外管之间设置有用于吸收所述内管与所述外管之间的热胀冷缩位移的位移缓冲器，所述位移缓冲器与所述外管连接，所述位移缓冲器为填料函式双密封结构的位移缓冲器，或者填料函式双密封结构的位移缓冲器和波形膨胀节式位移缓冲器。

其中，所述直套管上管段的内管与外管之间和所述直套管下管段的内管与外管之间均设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器。

其中，所述直套管上管段的内管与外管之间设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器，所述直套管下管段的内管与外管之间设置有波形膨胀节式位移缓冲器。

其中，所述填料函式双密封结构的位移缓冲器设置于所述直套管上管段的顶部的内管与外管之间。

其中，所述填料函式双密封结构的位移缓冲器包括有填料压环、密封函、盘根填料、橡胶密封圈和紧固件，所述填料压环的一段压紧所述盘根填料于所述密封函的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，所述填料压环的另一段通过所述紧固件与所述密封函连接，所述密封函与所述外管连接，所述橡胶密封圈设置于所述密封函的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，并位于所述盘根填料的下方。

其中，所述密封函设置为具有L型横断面的密封函，所述填料压环设置为具有L型横断面的填料压环，所述具有L型横断面的填料压环的第一段的端面压紧所述盘根填料于所述具有L型横断面的密封函的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，所述具有L型横断面的填料压环的第二段通过螺柱螺母与所述具有L型横断面的密封函的第一段固定连接，所述具有L型横断面的密封函与所述外管焊接连接，所述橡胶密封圈设置于所述具有L型横断面的密封函的第二段的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，并位于所述盘根填料的下方。

其中，所述密封函的下部与所述外管双接口焊接连接。

其中，所述密封函的下部与所述外管单接口焊接连接。

其中，所述橡胶密封圈为O型橡胶密封圈或者Y型橡胶密封圈。

其中，所述盘根填料为具有石墨粉的盘根填料。

本发明的有益效果：

由于本发明的具有位移缓冲的环管反应器，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，弯头与内管依次串联连接成反应物料的输送及反应的连通流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接，将内管与外管之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的连通流道，安装支座设置于外管下部使直套管分为直套管上管段和直套管下管段，其中：直套管于内管与外管之间设置有用于吸收内管与外管之间的热胀冷缩位移的位移缓冲器，位移缓冲器与外管连接，位移缓冲器为填料函式双密封结构的位移缓冲器，或者填料函式双密封结构的位移缓冲器和波形膨胀节式位移缓冲器。由此，所设置的填料函式双密封结构的位移缓冲器能够适应动态温差较大行程的热胀冷缩位移，同时还具有自紧和自润滑的特性；并且采用填料函式双密封结构的位移缓冲器，或者填料函式双密封结构的位移缓冲器和波形膨胀节式位移缓冲器的组合，可适用于直套管长度超过50m的高产能的环管反应器。另外，由于填料函式双密封结构的位移缓冲器，采用盘根填料的动态紧密封以及橡胶密封圈的密封的双密封结构，密封可靠性更高。

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是现有技术的环管反应器的结构示意图。

图2是现有技术的环管反应器的直套管设置位移缓冲器的结构示意图。

图3是本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的直套管设置位移缓冲器的一种结构示意图。

图4是本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的直套管设置位移缓冲器的另一种结构示意图。

图5是本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的填料函式双密封结构的位移缓冲器的一种结构示意图。

图6是本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的填料函式双密封结构的位移缓冲器的另一种结构示意图。

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——冷却介质流入口、2F——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、图5和图6中包括有：

1——直套管、11——内管、12——外管、121——直套管上管段、122——直套管下管段、

2——波形膨胀节式位移缓冲器、3——安装支座、4——法兰、

5——填料函式双密封结构的位移缓冲器、51——填料压环、

511——具有L型横断面的填料压环的第一段、

512——具有L型横断面的填料压环的第二段、

52——密封函、

521——具有L型横断面的密封函的第一段、522——具有L型横断面的密封函的第二段、523——内侧、

53——盘根填料、54——橡胶密封圈、

55——紧固件、551——螺柱、552——螺母、

561——焊缝、

57——钢环。

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

本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的具体实施方式之一，如图3所示，包括有直套管1、夹套连通管、弯头和安装支座3，直套管1包括有内管11和外管12，弯头与内管11依次串联连接成反应物料的输送及反应的连通流道，夹套连通管位于弯头处与外管12连接，将内管11与外管12之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的连通流道，安装支座设置于外管12下部使直套管1分为直套管上管段121和直套管下管段122，其中，直套管1于内管11与外管12之间设置有用于吸收内管11与外管12之间的热胀冷缩位移的位移缓冲器，位移缓冲器与外管12连接，位移缓冲器为填料函式双密封结构的位移缓冲器5，或者填料函式双密封结构的位移缓冲器5和波形膨胀节式位移缓冲器2。

具体的，直套管上管段121的内管11与外管12之间设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器5，以及直套管下管段122的内管11与外管12之间设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器5。

由于在设备运行时，直套管1的内管11受反应热的作用要伸长，外管12温度相对较低而其伸长量相对较小，因此，在直套管1的外管12，位于安装支座3两侧的两段直套管（即直套管上管段121和直套管下管段122）分别设置有吸收内管11与外管12之间热胀冷缩位移的填料函式双密封结构的位移缓冲器5，填料函式双密封结构的位移缓冲器5，能够封闭内管11和外管12之间的空隙，不让夹套流道的流体介质流到外面，也不让外面的空气进入到夹套流道，与此同时，允许内管11与外管12之间的相对轴向滑动，其滑动位移的大小就是内管11与外管12两者的轴向热膨胀位移之差。因此填料函式双密封结构的位移缓冲器5既是热胀冷缩位移的缓冲器，又是内管11与外管12之间的密封结构。同时，填料函式双密封结构的位移缓冲器5能够适应动态温差较大行程的热胀冷缩位移，还具有自紧和自润滑的特性，可适用于直套管1长度超过50m的高产能的环管反应器。

具体的，如图5和图6所示，填料函式双密封结构的位移缓冲器5包括有填料压环51、密封函52、盘根填料53、橡胶密封圈54和紧固件55，填料压环51的一段压紧盘根填料53于密封函52的内侧与直套管1的内管11的外壁面之间的间隙，填料压环51的另一段通过紧固件55与密封函52的上部连接，密封函52的下部与直套管1的外管12焊接，橡胶密封圈54设置于密封函52的内侧523与直套管1的内管11的外壁面之间的间隙，橡胶密封圈54设置于盘根填料53的下方。本实施例所采用的填料函式双密封结构的位移缓冲器5，由于具有盘根填料53的动态紧密封以及橡胶密封圈54的密封的双密封结构，因此可靠性更高。

具体的，密封函52的下部与直套管1的外管12可以为双接口焊接连接或者单接口焊接连接。双接口焊接连接即具有两条焊缝561的双接口焊接连接，单接口焊接连接即具有一条焊缝561的单接口焊接连接。

具体的，橡胶密封圈54为O型橡胶密封圈或者Y型橡胶密封圈。橡胶密封圈54还可以采用其它形状的橡胶密封圈，但优选O型橡胶密封圈或者Y型橡胶密封圈。

具体的，盘根填料53为具有石墨粉的盘根填料。盘根填料53中具有石墨粉，可以起到润滑的作用，有利于直套管1的内管11与外管12之间的滑动，冷却介质吸收内管11的反应热而升温时会把热量传递到石墨，石墨则受热会膨胀，从而对密封起到自紧作用。盘根填料53为多层的盘根填料53。

在实际应用中，填料函式双密封结构的位移缓冲器5安装后，可以通过夹套流道的进出口分别连接压力表和泵，加压到设计规定的压力来检测填料函式双密封结构的位移缓冲器5的密封性能。特别注意需排净夹套内的空气。在静止试压合格后，通过带压连续转动直套管1来模拟检测其动态密封性能或者通过在设计规定压力正负10﹪的压力连续波动来模拟检测其动态密封性能。由于环管反应器设备庞大，内管11和外管12均有双循环流程，既要对单条直套管1的填料函式双密封结构的位移缓冲器5密封性进行检测合格，还需要对几条直套管1在制造厂预组装后在所有零部件的配合情况、相互之间的空间几何尺寸也应检测合格，设备整体充水试压合格后，才能出厂。

具有位移缓冲的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，要求配合精密。

实施例2

本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的具体实施方式之二，如图4所示，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，而且在图4中与图2和图3相同的部件采用相同的标号。本实施例与实施例1的区别在于，直套管上管段121的内管11与外管12之间设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器5，直套管下管段122的内管11与外管12之间设置有波形膨胀节式位移缓冲器2。其中，波形膨胀节式位移缓冲器2可以选用波数为一个的波形膨胀节即可，由于仅设置有一个波数的波形膨胀节，使得制造精度易于控制，而且单一的波形膨胀节不存在与其他波形膨胀节对比要求的均匀性，同时，本实施例是更多的用于对现有技术中的单纯波形膨胀节式位移缓冲器2的改进，只需在原有的基础上，将直套管上管段121的波形膨胀节式位移缓冲器2更换为填料函式双密封结构的位移缓冲器5。

具体的，填料函式双密封结构的位移缓冲器5设置于直套管上管段121的顶部的内管11与外管12之间。设置于顶部可以避免填料函式双密封结构的位移缓冲器5承受近60m的静水压力。

实施例3

本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的具体实施方式之三，如图5所示，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，而且在图5中与图3相同的部件采用相同的标号。本实施例与实施例1的区别在于，密封函52为具有L型横断面的密封函52，填料压环51为具有L型横断面的填料压环51，具有L型横断面的填料压环的第一段511的端面压紧盘根填料53于具有L型横断面的密封函52的内侧与直套管1的内管11的外壁面之间的间隙。具有L型横断面的密封函的第一段521设置有内螺纹孔，具有L型横断面的填料压环的第二段512，在螺母552绕着螺柱551旋紧时，使得具有L型横断面的填料压环的第一段511的端面对盘根填料53产生一个压力，逼紧盘根填料53在密封函52内形成密封，同时螺柱551的拧进具有L型横断面的密封函的第一段521的螺纹孔内。具有L型横断面的密封函的第一段521与第二段的折角位置与直套管1的外管12焊接，橡胶密封圈54设置于具有L型横断面的密封函的第二段的端面与直套管1的内管11的外壁面之间的间隙，橡胶密封圈54设置于盘根填料53的下方。其中，密封函52的下部与直套管1的外管12采用单接口焊接连接。具体的接口焊接的位置在具有L型横断面的密封函的第一段521与第二段的折角位置。其中，橡胶密封圈54采用O型橡胶密封圈。直套管1的内管111和外管122之间的密缝通过 O型形橡胶密封圈的初步密封和盘根填料53的动态紧密封来实现。

实施例4

本发明的一种具有位移缓冲的环管反应器的具体实施方式之三，如图6所示，本实施例的主要技术方案与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例3中的解释，在此不再进行赘述，而且在图6中与图5相同的部件采用相同的标号。本实施例与实施例3的区别在于，可以设置有钢环57，同时采用螺钉将钢环57压紧橡胶密封圈54，设置螺钉和钢环57的可拆卸式连接，可以方便地拆下螺钉及钢环57，即可更换橡胶密封圈54。其中，螺钉可以采用沉头螺钉。

本发明的具有位移缓冲的环管反应器，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，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中。

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 (9)

1. 一种具有位移缓冲的环管反应器，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，所述弯头与所述内管依次串联连接成反应物料的输送及反应的连通流道，所述夹套连通管位于所述弯头处与所述外管连接，将所述内管与所述外管之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的连通流道，所述安装支座设置于所述外管下部使所述直套管分为直套管上管段和直套管下管段，其特征在于：所述直套管于所述内管与所述外管之间设置有用于吸收所述内管与所述外管之间的热胀冷缩位移的位移缓冲器，所述位移缓冲器与所述外管连接，所述位移缓冲器为填料函式双密封结构的位移缓冲器，或者填料函式双密封结构的位移缓冲器和波形膨胀节式位移缓冲器；所述填料函式双密封结构的位移缓冲器包括有填料压环、密封函、盘根填料、橡胶密封圈和紧固件，所述填料压环的一段压紧所述盘根填料于所述密封函的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，所述填料压环的另一段通过所述紧固件与所述密封函连接，所述密封函与所述外管连接，所述橡胶密封圈设置于所述密封函的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，并位于所述盘根填料的下方。

2. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述直套管上管段的内管与外管之间和所述直套管下管段的内管与外管之间均设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器。

3. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述直套管上管段的内管与外管之间设置有填料函式双密封结构的位移缓冲器，所述直套管下管段的内管与外管之间设置有波形膨胀节式位移缓冲器。

4. 根据权利要求3所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述填料函式双密封结构的位移缓冲器设置于所述直套管上管段的顶部的内管与外管之间。

5. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述密封函设置为具有L型横断面的密封函，所述填料压环设置为具有L型横断面的填料压环，所述具有L型横断面的填料压环的第一段的端面压紧所述盘根填料于所述具有L型横断面的密封函的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，所述具有L型横断面的填料压环的第二段通过螺柱、螺母与所述具有L型横断面的密封函的第一段固定连接，所述具有L型横断面的密封函与所述外管焊接连接，所述橡胶密封圈设置于所述具有L型横断面的密封函的第二段的内侧与所述内管的外壁面之间的间隙，并位于所述盘根填料的下方。

6. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述密封函的下部与所述外管双接口焊接连接。

7. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述密封函的下部与所述外管单接口焊接连接。

8. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述橡胶密封圈为O型橡胶密封圈或者Y型橡胶密封圈。

9. 根据权利要求1所述的具有位移缓冲的环管反应器，其特征在于：所述盘根填料为具有石墨粉的盘根填料。

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