CN102500279A - 用于热高压分离器的封头及具有该封头的热高压分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于热高压分离器的封头及具有该封头的热高压分离器，其中用于热高压分离器的封头包括：球形封头部，球形封头部的上端与热高压分离器的筒体的下端相接合；锥形封头部，锥形封头部的上端与球形封头部的下端相接合。根据本发明制造的热壁高压分离器，结构合理、重量轻、造价低、施工方便，投产后不担心壳体壁温超温、隔热层脱落，有利于安全生产，便于定期检修。

Description

用于热高压分离器的封头及具有该封头的热高压分离器

技术领域

本发明涉及一种用于热高压分离器的封头及具有该封头的热高压分离器。

背景技术

热高压分离器是煤液化单元的核心设备之一。通常情况下，煤液化用的高压分离器的设计温度为482℃，设计压力均为20.6MPa，主要操作介质为煤粉、烃类、H₂、H₂S等。主要是为了将反应器出来的气、液、固进行分离，按照工艺要求，热高压分离器直径Φ4600mm，为了防止煤粉和催化剂的热高压分离器底部的沉积，热高压分离器的下部必须设计成锥段。

请参照图1，其中示出了一种现有技术中的热高压分离器的封头的结构方案。

在图1中，分离器的封头20是采用冷壁构造。具体地说，其结构示意图如图1所示，该方案采用球形封头21与筒体22相连接，在球形封头内部浇筑锥形隔热层(隔热层为图2中以剖面线示出的部分)。隔热层最大厚度将近1m。隔热层与物料接触一侧温度将近455℃，而与球形封头接触一侧的温度只有几十度，即，与球形封接头相接触的壁相对于内部的高温来说是冷的，称为“冷壁”。

对于如图1所示的现有技术的构造中的隔热层来说，具有以下的缺陷：即，一方面，如此厚的隔热层在如此高的温差下，容易因热胀冷缩而开裂；另一方面这些隔热层也要承受20MPa的高压，风险较大。

而且，隔热层需要焊接锚固件，焊接前必须预热到150℃以上.焊后需要加热到300℃消氢，但是由于不能入炉，全靠手工操作，很难保证施工质量，容易由于锚固件的焊接引起壳体裂纹。

另外，对于如图1所示的现有技术的构造中的分离器封头的外壁(即，隔热层之外的壁部分)来说，具有这样的缺陷：在对应于锥形隔热层最下部的位置处，即在球形封头与圆柱形的筒体接合的位置(本领域中也称为开口接口)处，温差较大。造成温差较大的原因在于所述位置上方的隔热层厚度大，从而外壁的温度较低，而该位置下方的隔热层厚度较小，从而外壁的温度较高。所述开口接口的位置处的较大温差较造成外壁产生温差应力，从而导致外壁存在被损坏的风险。

进一步地，对于如图1所示的现有技术的构造中的分离器外壁，在所述开口接口的位置处的结构由球形急速转变为圆柱形，即，结构变化很大。在制造这种形状的外壁时较会存在较大的结构应力，这种结构应力显然也容易导致外壁的损坏。

因而，存在对于一种能够使得结构简单并且能够同时防止外壁由于应力等原因损坏的分离器。

发明内容

本发明正是致力于克服现有技术的上述缺陷而做出的。本发明的目的在于提出一种用于热高压分离器的封头，其特征在于，封头包括：球形封头部，球形封头部的上端与热高压分离器的筒体的下端相接合；锥形封头部，锥形封头部的上端与球形封头部的下端相接合。

进一步地，球形封头部的上端的内径与筒体的内径相同。

进一步地，锥形封头部的半顶角为30度，并且锥形封头部的上端以与球形封头部相切的方式接合于球形封头部。

进一步地，锥形封头部的壁厚根据以下公式确定：

t＝P*R/(S-0.5P)

其中，t为锥形封头部的壁厚；

P为热高压分离器的设计压力；

R为球形封头部的半径；

S为热高压分离器的许用压力。

进一步地，锥形封头部的上端的壁厚为311mm。

进一步地，锥形封头部的壁厚是沿着向下的方向逐渐减少地设置的。

进一步地，筒体、球形封头部和锥形封头部的上端的壁厚是均匀设置的。

进一步地，筒体、球形封头部、锥形封头部的上端的壁厚均为311mm。

进一步地，封头由合金钢制成。

本发明还提供了一种热高压分离器，该热高压分离器包括前述任一种封头。

根据本发明制造的热壁高压分离器，由于其封头的球形封头部与锥形封头部的组合，从而在避免使用衬里的同时，还避免了现有技术中由于温差应力和结构应力而造成的损坏。而且，本发明的热壁高压分离器的结构合理、重量轻、造价低、施工方便，投产后不担心壳体壁温超温、隔热层脱落，有利于安全生产，便于定期检修。另外，根据本发明的热高压分离器还解决了现有技术方案中的高温差应力下隔热层脱落的风险、隔热层锚固件焊接和热处理不当引起壳体裂纹的风险、和高温差应力接管设计的难题。

具体地，对于本说明书“背景技术”部分中所描述的现有技术的方案，根据本发明的热高压分离器解决了现有技术方案中的不能满足设计压力和许用应力的比值P/S必须小于0.02的要求以及壁厚超过359mm锻件质量不能保证的难题。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图组成本说明书的一部分，用来帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本发明的原理。附图中：

图1示出了根据现有技术的采用冷壁的用于热高压分离器的封头的截面示意图。

图2示出了根据本发明的采用热壁的热高压分离器的封头截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。在附图中相同的部件用相同的标号表示。

下面参照图2来详细描述根据本发明的一种用于热高压分离器的封头。其中，以图2的竖直中心线为界，在中心线的左侧示出了一种侧壁的设置方案，即，根据需要所设计的具有较长锥形侧壁的方案；而在中心线的右侧示出了另一种侧壁的设置方案，即，根据需要所设计的具有较短锥形侧壁的方案。

所示的封头30包括：球形封头部31、锥形封头部32、和筒体33。

球形封头部31的上端与热高压分离器的筒体33的下端相连接。优选地，球形封头部31的上端的内径与所述筒体33的下端的内径相同，从而球形封头部31的上端与筒体33能够形成比较滑顺的接合。

进一步地，锥形封头部32的上端与球形封头部31的下端相接合。优选地，锥形封头部32的上端的内径与球形封头部31的下端的内径相同，从而锥形封头32的上端与球形封头31的下端能够形成比较滑顺的接合。

优选地，锥形封头部32的半顶角α为30度，并且所述锥形封头部32的上端以与球形封头部31相切的方式连接于所述球形封头部31。

所述锥形封头部32的壁厚可以根据以下公式确定：

t＝P*R/(S-0.5P)

其中，t为所述锥形封头部的壁厚；

P为所述热高压分离器的设计压力；

R为所述球形封头部的半径；

S为所述热高压分离器的许用压力。

优选地，考虑到热高压分离器所要承受的压力等条件，可以通过以下的取值来确定锥形封头部的壁厚，即：

t＝P*R/(S-0.5P)＝20.6*2300(162.7-0.5*20.6)＝311mm

从上面的计算可以确定锥形封头部的壁厚为311mm。

在实践中，球形封头部的厚度可以设置得小于311mm。但是，为了制造方便，可以也将球形封头部的厚度设置为311mm，从而使得筒体33、球形封头部31、锥形封头部32的上端三处的厚度相同。所述筒体33、所述球形封头部31、所述锥形封头部32的上端的壁厚均为311mm。

综上所述，根据本发明的优选实施例，可以采用球形封头部和锥形封头部共同组成复合式封头。而且，由于采用该复合式封头之后的封头侧壁不再存在结构应力，因而避免了由于结构应力所造成的损坏。另外，通过上述设计的封头的壁厚将使得封头的温度均匀，避免了由于温差而产生应力。

通过该优选实施例，其优点在于：该优选实施例的热壁高压分离器结构合理、重量轻、造价低、施工方便，投产后不担心壳体壁温超温、隔热层脱落，有利于安全生产，便于定期检修。

尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明作出各种更改和变化。本发明的各种更改、变化由所附的权利要求书及其等同物的内容涵盖。

Claims (10)

1.一种用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述封头(30)包括：

球形封头部(31)，所述球形封头部的上端与所述热高压分离器的筒体(33)的下端相接合；

锥形封头部(32)，所述锥形封头部的上端与所述球形封头部(31)的下端相接合。

2.根据权利要求1所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述球形封头部的上端的内径与所述筒体(33)的内径相同。

3.根据权利要求2所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述锥形封头部(32)的半顶角(α)为30度，并且所述锥形封头部(32)的上端以与所述球形封头部相切的方式接合于所述球形封头部(31)。

4.根据权利要求3所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述锥形封头部(32)的壁厚根据以下公式确定：

t＝P*R/(S-0.5P)

其中，t为所述锥形封头部的壁厚；

P为所述热高压分离器的设计压力；

R为所述球形封头部的半径；

S为所述热高压分离器的许用压力。

5.根据权利要求4所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述锥形封头部(32)的上端的壁厚为311mm。

6.根据权利要求5所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述锥形封头部(32)的壁厚是沿着向下的方向逐渐减少地设置的。

7.根据权利要求6所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述锥形封头部(32)的上端、所述筒体(33)、所述球形封头部(31)的壁厚是均匀设置的。

8.根据权利要求6所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述锥形封头部(32)的上端、所述筒体(33)、所述球形封头部(31)的壁厚均为311mm。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用于热高压分离器的封头，其特征在于，所述封头由合金钢制成。

10.一种热高压分离器，其特征在于，所述热高压分离器包括权利要求1至9的任一项所述的封头。

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