CN102183000A - 一种挠性薄管板型转化气废热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挠性薄管板型转化气废热锅炉，包括内部设置有若干换热管的壳程筒体以及分别与所述壳程筒体两端连接的进口管箱和出口管箱，在所述壳程筒体两端分别设置有带有若干通孔的管板，所述换热管两端对应焊接连接于通孔中，所述壳程筒体通过Y型连接件分别与进口管箱和出口管箱的管箱筒体连接，所述Y型连接件的内支叉与其根部齐平，外支叉向外侧扩大，所述Y型连接件的根部与壳程筒体连接，外支叉与管箱筒体连接，内支叉与管板连接。采用本发明的技术方案有效解决了现有技术存在的诸多问题，在复杂和恶劣工况条件下使用，具有安全、可靠和长周期使用等优点。

Description

一种挠性薄管板型转化气废热锅炉

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及以天然气、石油伴生气、焦炉气等气体原料生产高氢工艺气体装置中的一种挠性薄管板型转化气废热锅炉。

背景技术

转化气废热锅是合成氨、甲醇、制氢等以气体原料生产高氢工艺装置的核心设备。由于其使用工况复杂和恶劣，目前国内生产的规模大的甲醇和合成氨装置仍然大量采用进口，国内设计的转化气废锅只能用在小型装置上，并且由于设计上存在各种技术问题，转化气废锅存在着使用寿命短、安全和稳定性难以保证等问题，成为整个装置稳定和长周期生产，以及装置大型化的瓶颈。

现在国内也有各种类型结构的挠性薄管板类型转化废锅的设计和使用，但普遍存在以下一些问题：1、换热管与管板焊接接头处容易断裂和拉脱问题；2、进口管箱内金属衬筒及管板表面金属屏蔽板容易变形，造成对衬里层的防护失效；3、人孔附近钢壳超温，内堵头易脱落；4、耐火衬里容易损坏；5、气流冲刷损坏进口管板浇注料；6、陶瓷套管易碎，更换困难；7、无屏蔽板结构的进口管板上的浇注料损坏，造成管板和换热管接头超温。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能在复杂和恶劣工况下使用的、能有效克服现有技术中存在的各种技术问题的一种挠性薄管板型转化气废热锅炉。

本发明的技术方案是这样实现的：一种挠性薄管板型转化气废热锅炉，包括内部设置有若干换热管的壳程筒体以及分别与所述壳程筒体两端连接的进口管箱和出口管箱，在所述壳程筒体两端分别设置有带有若干通孔的管板，所述换热管两端对应设置于通孔中，其特征在于：所述壳程筒体通过Y型连接件分别与进口管箱和出口管箱的管箱筒体连接，所述Y型连接件的内支叉与其根部齐平，外支叉向外侧扩大，所述Y型连接件的根部与壳程筒体连接，外支叉与管箱筒体连接，内支叉与管板连接。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其所述管板周边与Y型连接件的内支叉连接段为圆弧形。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其所述管板厚度为25～30mm，其周边与Y型连接件的内支叉连接段为圆弧形。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其在所述管板周边的圆弧形段外表面设置有可高温烧失的纸板。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其所述管板和管箱筒体分别与Y型连接件的连接点在Y型连接件圆弧区以外的直段上，或者在与所述圆弧相切的点上。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其在所述进口管箱一侧的管板表面设置有由轻质耐火浇注料浇注而成的耐火衬里，所述耐火衬里上设置有与管板上通孔对应的孔。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其在所述进口管箱和出口管箱内分别设置有至少两层耐火浇注料结构，其中管箱的迎火面为由耐高温、耐冲刷的重质浇注料浇注而成的耐火衬里，非迎火面为由轻质浇注料浇注而成的隔热衬里，所述耐火衬里周边与隔热衬里的内壁紧密贴合，套接在所述隔热衬里内的耐火衬里一端抵压在管板表面的耐火衬里的周边端面上，对管板表面的耐火衬里形成环状支撑。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其在所述进口管板上的耐火衬里表面设置有屏蔽板，所述屏蔽板上设置有与耐火衬里上通孔对应的孔。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其所述屏蔽板为分片式结构，每片屏蔽板块之间有间隙，在所述屏蔽板上、间隙处设置有屏蔽压板，所述屏蔽压板与形成间隙的两片屏蔽板块之中的任意一块固定连接。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其在所述换热管靠近进口管箱一端套接有金属套管，所述金属套管置于换热管内的一端呈喇叭口型，其另一端依次穿过对应管板、耐火衬里和屏蔽板，在所述金属套管上、耐火衬里与管板之间和耐火衬里与屏蔽板之间分别设置有支撑环，所述每片屏蔽板块有若干个固定点，在所述固定点处屏蔽板与金属套管上的支撑环固定连接。

本发明所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其在所述金属套管的支撑环与换热管端部之间设置有由耐火纤维制成的隔离环，金属套管在插入换热管的范围内、金属套管与换热管之间设置有纤维纸的隔离层。

本发明由于采用了上述技术方案，其有益效果是：

1、采用特殊的Y型连接件结构，即壳程筒体与管板持平，管箱筒体加大的结构。此结构相比其它结构的废锅布管更多，换热面积更大，因而具有产蒸汽量更大的功能，同时也利于装置放大。

2、进口管箱处管板表面采用轻质的氧化铝空心球浇注料，该轻质浇注料比现有的设计采用的重质浇注料的导热系数低得多，可使管板及换热管焊接接头的温度大大降低，对管板和换热管接头保护效果更好，有效防止了出现超温以及在使用工况恶劣时换热管与管板的接头开裂和拉脱等问题。

3、进口管箱处管板表面的耐火衬里表面设置有金属屏蔽板，对轻质耐火浇注进行防护，并且即便当该层耐火衬里出现小缺陷时，也不会使进口高温气体窜到管板表面，造成管板超温；该金属屏蔽板为分块结构，一方面，可以很容易从人孔送入设备内进行拼装，二方面可免除板片在设备内的组装焊接，第三方面，每块挡板间的衔接处的特殊设计即可满足高温下膨胀需要，又可以防止高温气流通过板片间的间隙冲刷管板表面的轻质浇注料。

4、采用1Cr25Ni20和Inconel602材料作为金属屏蔽板和金属套管材料，解决了转化气体高温和还原性气氛对金属材料造成的腐蚀问题，使设备寿命长，更为可靠；金属套管结构为非受压元件，材料本身的金属塑性好的特性使其对于沿套管长度方向的温差变化或局部受力时都有足够的适应性，不会出现破坏，因此，非常可靠。相比起来，陶瓷套管则由于材料为脆性材料，当出现温度差和局部受力后，很容易发生脆裂而失去套管的有效导流作用。

5、在进、出口管箱内采用双层耐火浇注料结构，管箱的迎火面采用耐高温、耐冲刷的纯铝酸钙重质浇注料，非迎火面采用隔热效果好的高铝轻质浇注料，从而避免了如果采用单层轻质浇注料结构时，必须配套设置的高合金材料制作的金属内衬筒结构带来的金属材料价格高、设计结构复杂、安装困难、容易变形、最终失去对耐火衬里层防护作用等问题。

6、管箱筒体与管板上的耐火衬里间采用特殊的衔接结构，通过相互交叠的结构，筒体内耐火衬里对管板表面的耐火衬里起到了环向支撑的作用，因此，可取消其它结构设计中采用的焊接在管板表面的金属拉钉，而不会出现衬里脱落。金属拉钉的取消可以避免由于拉钉的热传导作用造成管板表面出现高温点，同时也使管板表面的浇注料施工更为容易。

7、金属套管上采用特殊双金属支撑环配隔热纤维环的结构，便于管板表面耐火衬里的施工和套管的安装定位。同时金属支撑环与换热管端部间可设置耐火纤维隔离环，对换热管与管板的焊接接头起到了有效隔离、降温的保护作用。

8、在薄管板圆弧段的外边缘贴有可烧损材料，烧损后形成的间隙可保证薄管板在圆弧区域有足够的变形空间，使管板体现出挠性变形效果，防止出现因无间隙时浇注料阻碍管板变形而起不到降低管板应力的作用。

9、人孔堵头采用特殊设计，并增设耐火纤维隔热层。解决了由于堵头结构设计不当而出现人孔附近钢壳超温，内堵头脱落的问题，同时克服了其它结构设计中采用的金属套筒内置浇注料结构中的堵头结构，金属套筒对设备钢壳的热传导造成设备在人孔附近钢壳超温的问题。

10、设备支座设置在Y型连接件的直筒段，由于该直筒段厚度大，钢度好，在废锅重量很大的情况下，可使更有效支撑设备，使筒体受力更为合理。

11、两个管箱采用无外水夹套结构，免除了脱盐水消耗，以及脱盐水系统的设备、管道的投资，以及减少了设备运行和维护的费用。

12、在管箱钢壳外表面涂刷热敏漆，对钢壳壁温进行监控，防止出现人为检查的漏点，提供对设备的监控和保护，当管箱内衬里出现问题而造成钢壳上出现超温热点时能够及时发现和处理，提高了设备的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A剖面图。

图3是图1中A部放大图。

图4是本发明中金属套管的结构示意图。

图5是本发明中分片式结构的屏蔽板的示意图。

图6是图5中B-B剖面图。

图7是本发明中人孔堵头处的结构示意图。

图中标记：1为壳程筒体，2为换热管，3为进口管箱，4为出口管箱，5为管板，6为Y型连接件，6a为Y型连接件的内支叉，6b为Y型连接件的根部，6c为Y型连接件的外支叉，7为管箱筒体，8为连接点，9a、9b为耐火衬里，10为屏蔽板，11为金属套管，12为可高温烧失的纸板，13为纤维纸的隔离层，14为隔热衬里，15为间隙，16为屏蔽压板，17为支撑环，18为固定点，19为隔离环，20为支座，21为人孔，22为耐火纤维隔热层，23为堵头，24为支撑板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种挠性薄管板型转化气废热锅炉，包括内部设置有若干换热管2的壳程筒体1以及分别与所述壳程筒体1两端连接的进口管箱3和出口管箱4，在壳程筒体1内设置有用于支撑换热管2的支撑板24，在管箱钢壳表面涂刷有热敏漆，在所述壳程筒体1两端分别设置有带有若干通孔的管板5，所述换热管2两端对应焊接连接于通孔中，所述壳程筒体1通过Y型连接件6分别与进口管箱3和出口管箱4的管箱筒体7连接，支座20设置在Y型连接件6的直筒段。

如图3所示，所述Y型连接件6的内支叉6a与其根部6b齐平，外支叉6c向外侧扩大，所述Y型连接件6的根部6b与壳程筒体1连接，外支叉6c与管箱筒体7连接，内支叉6a与管板5连接；其中，所述管板5周边与Y型连接件6的内支叉6a连接段为圆弧形，在所述管板5周边的圆弧形段外表面设置有可高温烧失的纸板12；所述管板5和管箱筒体7分别与Y型连接件6的连接点8在Y型连接件6圆弧区以外的直段上，或者在与所述圆弧相切的点上。采用独特的Y型锻件结构，使薄管板、壳程筒体、管箱筒体有机的连接在一起，并可根据需要进行调整；采用带圆弧型过渡段的具有挠性的薄管板结构，减少了管板自身的温差应力，其柔性结构提高了管板吸收变形的能力，厚度为25～30mm，材料为15CrMoR，同时，采用厚壁换热管，加强对管板的支撑作用，并已开发使用了Φ45和Φ38两个管径系列，采用大管间距，防止出现壳程气阻。

其中，在所述进口管箱3一侧的管板5表面设置有由轻质耐火浇注料浇注而成的耐火衬里9a，所述耐火衬里9a上设置有与管板5上通孔对应的孔，如图2和3所示，在所述进口管箱3和出口管箱4内分别设置有两层耐火浇注料结构，其中管箱的迎火面为由耐高温、耐冲刷的重质浇注料浇注而成的耐火衬里9b，非迎火面为由轻质浇注料浇注而成的隔热衬里14，所述耐火衬里9a周边与隔热衬里14的内壁紧密贴合，套接在所述隔热衬里14内的耐火衬里9b一端抵压在进口管板表面上的耐火衬里9a的周边端面上，对耐火衬里9a形成环状支撑。

如图4、5和6所示，在所述耐火衬里9a表面设置有屏蔽板10，所述屏蔽板10上设置有与耐火衬里9a上通孔对应的孔；所述屏蔽板10为分片式结构，每片屏蔽板块之间有间隙15，在所述屏蔽板10上、间隙15处设置有屏蔽压板16，所述屏蔽压板16与形成间隙15的两片屏蔽板块之中的任意一块固定连接，采用屏蔽压板能将板间的膨胀间隙挡住，屏蔽压板只与形成间隙的两片屏蔽板块之中的任意一块焊接固定，使金属屏蔽板在高温下有一定形变的膨胀位移的空间，同时又可以防止高温气流冲刷间隙处管板上的耐火衬里；在所述换热管2靠近进口管箱3一端套接有金属套管11，所述金属套管11置于换热管2内的一端呈喇叭口型，其另一端依次穿过对应管板5、耐火衬里9a和屏蔽板10，在所述金属套管11与换热管2之间的间隙内设置有纤维纸的隔离层13；其中，在所述金属套管11上、耐火衬里9a与管板5之间和耐火衬里9a与屏蔽板10之间的位置分别设置有金属支撑环17，所述支撑环17与换热管2的端部之间还设置有由耐火纤维制成的隔离环19，所述每片屏蔽板块有若干个固定点18，在所述固定点18处屏蔽板与金属套管11上的支撑环17焊接，所述金属支撑环17的材料采用1Cr25Ni20和Inconel602制作，支撑环对金属套管能起到限位、保护的作用。

如图7所示，人孔21内堵头23采用台阶式结构，所述堵头23可以是整体结构，也可以是沿断面切分为多块的结构，在相邻堵头之间以及堵头与管箱衬里间的台阶处以及堵头与人孔法兰盖之间分别设置有耐火纤维隔热层22，这样，解决了由于堵头结构不当而出现人孔附近钢壳超温，内堵头脱落的问题，同时克服了其它结构设计中采用的金属套筒内置浇注料结构的堵头结构中，金属套筒的热传导造成设备在人孔附近钢壳超温的问题。

该结构已运用到15万吨/年合成氨、20万吨/年合成氨，以及20万吨/年甲醇装置中，取得了良好的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种挠性薄管板型转化气废热锅炉，包括内部设置有若干换热管（2）的壳程筒体（1）以及分别与所述壳程筒体（1）两端连接的进口管箱（3）和出口管箱（4），在所述壳程筒体（1）两端分别设置有带有若干通孔的管板（5），所述换热管（2）两端对应设置于通孔中，其特征在于：所述壳程筒体（1）通过Y型连接件（6）分别与进口管箱（3）和出口管箱（4）的管箱筒体（7）连接，所述Y型连接件（6）的内支叉（6a）与其根部（6b）齐平，外支叉（6c）向外侧扩大，所述Y型连接件（6）的根部（6b）与壳程筒体（1）连接，外支叉（6c）与管箱筒体（7）连接，内支叉（6a）与管板（5）连接。

2.根据权利要求1所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：所述管板（5）厚度为25～30mm，其周边与Y型连接件（6）的内支叉（6a）连接段为圆弧形。

3.根据权利要求2所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：在所述管板（5）周边的圆弧形段外表面设置有可高温烧失的纸板（12）。

4.根据权利要求1、2或3所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：所述管板（5）和管箱筒体（7）分别与Y型连接件（6）的连接点（8）在Y型连接件（6）圆弧区以外的直段上，或者在与所述圆弧相切的点上。

5.根据权利要求4所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：在所述进口管箱（3）一侧的管板（5）表面设置有由轻质耐火浇注料浇注而成的耐火衬里（9a），所述耐火衬里（9a）上设置有与管板（5）上通孔对应的孔。

6.根据权利要求5所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：在所述进口管箱（3）和出口管箱（4）内分别设置有至少两层耐火浇注料结构，其中管箱的迎火面为由耐高温、耐冲刷的重质浇注料浇注而成的耐火衬里（9b），非迎火面为由轻质浇注料浇注而成的隔热衬里（14），所述耐火衬里（9a）周边与隔热衬里（14）的内壁紧密贴合，套接在所述隔热衬里（14）内的耐火衬里（9b）一端抵压在管板（5）表面的耐火衬里（9a）的周边端面上，对管板（5）表面的耐火衬里（9a）形成环状支撑。

7.根据权利要求6所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：在所述耐火衬里（9a）表面设置有屏蔽板（10），所述屏蔽板（10）上设置有与耐火衬里（9a）上通孔对应的孔。

8.根据权利要求7所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：所述屏蔽板（10）为分片式结构，每片屏蔽板块之间有间隙（15），在所述屏蔽板（10）上、间隙（15）处设置有屏蔽压板（16），所述屏蔽压板（16）与形成间隙（15）的两片屏蔽板块之中的任意一块固定连接。

9.根据权利要求8所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：在所述换热管（2）靠近进口管箱（3）一端套接有金属套管（11），所述金属套管（11）置于换热管（2）内的一端呈喇叭口型，其另一端依次穿过对应管板（5）、耐火衬里（9a）和屏蔽板（10），在所述金属套管（11）上、耐火衬里（9a）与管板（5）之间和耐火衬里（9a）与屏蔽板（10）之间分别设置有支撑环（17），所述每片屏蔽板块有若干个固定点（18），在所述固定点（18）处屏蔽板与金属套管（11）上的支撑环（17）固定连接。

10.根据权利要求9所述的挠性薄管板型转化气废热锅炉，其特征在于：在所述金属套管的支撑环（17）与换热管（2）端部之间设置有由耐火纤维制成的隔离环（19），金属套管（11）在插入换热管（2）的范围内、金属套管（11）与换热管（2）之间设置有纤维纸的隔离层（13）。

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