CN103673683B - 一种多壳程循环气冷凝器 - Google Patents

Abstract

<b>本发明涉及一种多壳程循环气冷凝器，包括壳体、上管箱、管板，管板上固定有</b><b>U</b><b>形换热管，壳体内设置有多块半开式纵向隔板，半开式纵向隔板将壳体纵向分隔成多个壳程；壳体内设置有多块高通量支撑网板，高通量支撑网板在</b><b>U</b><b>形换热管的延伸方向上下依次设置；壳体上部另一侧设置有高位不凝性气体出口管，高位不凝性气体出口管向上倾斜的设置在壳体上。本发明通过高位不凝性气体出口管充分利用壳程顶部不凝性气体富集区的面积，省掉冷凝器后面的分离罐等设备；通过半开式纵向隔板壳程间距的调整，保证冷凝气在整个换热过程的流速，大幅提高冷凝器的换热器效率；高通量支撑网板则改善了换热管表面的液体层流厚度，强化了传热，节约了材料</b><b>。</b>

Description

一种多壳程循环气冷凝器

技术领域

本发明涉及冷凝器领域，特别是涉及一种多壳程循环气冷凝器。

背景技术

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体或固体在加工的原料或产品的化学过程，其主要包括煤的气化、液化、加氢，催化、裂化、分馏，提纯、分离、洗涤等。在这些过程中都有加热和冷却或冷凝的过程，特别是气化后或反应后，由于气化和反应的过程较复杂，在此过程中会发生好多副反应，比例会也有所不同，产生好多副产物也会有所不同，如何实现产品的分离是化工过程经常遇到的问题，在传统的工艺中用的最多的是靠这些物质的沸点不同进行分离，分离的效率很高，能到的99.99%，甚至更高，以适应满足生产的需要，工艺上就要求使用大量的冷凝器，来冷凝分离主产物和副产物，这些过程都会使用到冷凝器，由于反应是放热反应，反应条件是高温才反应，所以反应物在反应前要加热，反应后要冷凝分离，经常使用的就是循环气冷凝器，能够利用生成物的热量来加热反应物，这个装置对整个工艺系统来讲是个非常重要的过程设备，该设备的运行好坏，直接影响到产品的稳定性和系统的安全。

由于现在煤化工和化工产的大型化生产，设备的尺寸也在变大，如何让冷凝器高效运行，是工艺扩能和设备安全的重要任务，循环气冷凝器这台设备国内在煤化工上使用的基本靠进口，其它行业的冷凝器基板上运行效率低下，不是出口带气，就是设计的尺寸太大，造成浪费，给安全生产带来隐患，如何让循环气冷冷凝器更好的工作，成为当今研究的新课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多壳程循环气冷凝器，特别适用于煤化工行业及精细化工、炼油、制药、制冷剂等行业。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多壳程循环气冷凝器，包括壳体、设置在所述的壳体上部的上管箱，所述的壳体与上管箱之间设置有管板，所述的管板上固定有向所述的壳体纵向延伸的U形换热管；所述的壳体上部一侧设置有壳程入口、下端部设置有壳程出口；所述的上管箱上设置有与所述的U形换热管相连通的管程入口、管程出口，

所述的壳体内设置有多块半开式纵向隔板，所述的半开式纵向隔板将所述的壳体纵向分隔成多个壳程；所述的壳体内设置有多块高通量支撑网板，所述的高通量支撑网板在所述的U形换热管的延伸方向上下依次设置；所述的壳体上部另一侧设置有高位不凝性气体出口管，所述的高位不凝性气体出口管向上倾斜的设置在所述的壳体上。

优选地，所述的壳体下部设置有一段液封式筒体，所述的液封式筒体上设置有液位计及液位传感器。

优选地，所述的壳程入口、高位不凝性气体出口管分别设置在所述的壳体多个壳程的相对两侧。

优选地，所述的半开式纵向隔板将所述的壳体纵向分隔成间距逐渐减小的壳程。

优选地，所述的半开式纵向隔板的半开宽度d为所述的壳体的直径的0.15-0.6倍。

优选地，所述的高位不凝性气体出口管的外周面上设置有外翅片、内部设置有半圆孔分离板。

优选地，所述的高通量支撑网板具有上下两层，上层所述的高通量支撑网板设置横筋，下层所述的高通量支撑网板设置竖筋。

进一步优选地，所述的高通量支撑网板的拉筋直径为5-12mm。

其中：

半开式纵向隔板具有以下几个功能：一：传统的冷凝器多为大空间自然冷凝，气体进口流速较大，随着冷凝的进行，气体流速不断减速，换热效果不断减弱。通过改变半开式多壳程的间距，保证气体在壳程的流速，起到强化传热的作用，保证冷凝过程全程流速基本不变，大幅增强冷凝效果；二：传统的冷凝器里面的气体冷凝器的换热器都是靠自然冷凝，在冷凝区形成真空度，靠真空度推动气体的流动，气体在换热管外相对换热管的流动方向多为顺流，形成的液滴多自然脱落，冷凝效果不好。半开式纵向隔板能改变气体在壳程的流动方向，为沿换热管法线方向流动和顺流复合型流动，强化了传热；三：半开式纵向隔板能够使气体在冷凝过程中，让携带小液滴的气体分级碰撞隔板，实现大量的小液滴分离，减薄了换热管上冷凝液的厚度，实现强化传热；

高通量支撑网板：传统的冷凝器里面的折流板b在设备立式的时候，由于气体冷凝器顺着换热管下降到折流板b上，容易积液，降低了传热效率。高通量支撑网板能够减小气体在壳程里的阻力，改善气体在流动状态，实现气体在壳程里的交错流，实现冷凝液在换热管上高通量流动，当大量的冷凝液在立式的换热管上流动时，扰动换热管表面层流层，减薄层流层的厚度，起到强化传热的效果。

高位不凝性气体出口管：不凝性气体在冷凝换热里面是影响换热器效率的关键因素，不凝性气体的在传热过程中会增大换热热阻，不凝性气体充满整个壳程壳体，如图1所示：在壳体上端A区富集较多，导致冷凝器上端的换热器面积失效，如果不将不凝性气体及时排走将严重影响换热器的换热效率，在传统的含不凝性气体冷凝器中都没有这个装置，换热器效率较低，在壳程上部位置添加高位不凝性气体出口管，能大大提高了换热器的换热效率，节约了能源。

液封式筒体配合液位计及液位传感器：传统的冷凝器由于换热器的壳程顶部未装设高位不凝性气体出口管，如果带液封式筒体，不凝性气体会在壳体里不断积累，从而影响传热，不凝性气体只能在换热器外设一个罐来分离。此设计能够杜绝冷凝器中不凝性气体和完全冷凝气体的排出，使不凝性气体能够在壳体上部及时排走，未完全冷凝的气体也能在壳体里冷凝，可以节省一台分离罐及相关控制，直接进入储罐储存，大大节约成本。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明在壳体上部加装高位不凝性气体出口管充分利用壳程顶部不凝性气体富集区的面积，省掉冷凝器后面的分离罐设备及相关的控制系统；半开式纵向隔板，通过壳程间距的调整，保证冷凝气在整个换热过程的流速，大幅提高冷凝器的换热器效率；高通量支撑网板改变传统折流板上积液的情况，改善了换热管表面的液体层流厚度，强化了传热，节约了材料。

附图说明

附图1为现有技术中用于煤化工的传统冷凝器的结构示意图一；

附图2为现有技术中用于煤化工的传统冷凝器的结构示意图二；

附图3为本发明的结构示意图一；

附图4为本发明的结构示意图二；

附图5为本发明中高位不凝性气体出口管的示意图；

附图6为附图3中高通量支撑网板的剖视示意图一；

附图7为附图3中高通量支撑网板的剖视示意图二。

其中：1、壳体；10、壳程入口；11、壳程出口；2、上管箱；20、管程入口；21、管程出口；3、管板；4、U形换热管；5、半开式纵向隔板；6、高通量支撑网板；7、高位不凝性气体出口管；70、外翅片；71、半圆孔分离板；8、液封式筒体；9、液位计及液位传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

如图3所示的一种多壳程循环气冷凝器，包括壳体1、设置在壳体1上部的上管箱2，壳体1与上管箱2之间设置有管板3，管板3上固定有向壳体1纵向延伸的U形换热管4；壳体1上部一侧设置有壳程入口10、下端部设置有壳程出口11，壳程介质从壳程入口10进入壳体1内，从壳程出口11出去；上管箱2上设置有与U形换热管4相连通的管程入口20、管程出口21，管程介质从管程入口20进入上管箱2，然后经U形换热管4从管程出口21出去。

如图4所示：壳体1内设置有多块半开式纵向隔板5，半开式纵向隔板5将壳体1纵向分隔成多个间距逐渐减小的壳程。半开式纵向隔板5厚度多为4~20mm，长度方向上一端连接在管板3上，一端距离U形管中心线50~100mm；半开宽度d为壳体1的直径的0.15-0.6倍。壳程介质经半开式纵向隔板5使气体沿垂直于换热轴线方向做S型流动，同时沿轴线方向向下流动，随着气体的不断冷却，气体的体积越来越小，由于半开式纵向隔板5的间距已作适当调整，保持流速大致不断，从而提高传热效率。

壳体1内设置有多块高通量支撑网板6，高通量支撑网板6在U形换热管4的延伸方向上下依次设置。如图6、7所示：高通量支撑网板6具有上下两层，上层高通量支撑网板6设置横筋，下层高通量支撑网板6设置竖筋，高通量支撑网板6的拉筋直径为5-12mm，适应于直径19、25、32、38、45、51、76等系列管子规格。由于壳程介质还会在每个壳程内向下不断流动，使气体在进入壳体1后形成2个方向上的混合流动，强化了传热；壳程介质在U形换热管4外壁上冷凝成液膜，随着液膜的形成，厚度不断加厚，此时传热的热阻增加，当凝液多的时候，流经高通量支撑网板6，能使是靠近U形换热管4外壁的层流层翻转流层的外侧，减薄了层流层，使换热系数增加，强化了传热。

壳体1上部另一侧设置有高位不凝性气体出口管7，高位不凝性气体出口管7向上倾斜的设置在壳体1上，并且壳程入口10、高位不凝性气体出口管7被多个壳程间隔在壳体1的相对两侧。如图5所示：高位不凝性气体出口管7的外周面上设置有外翅片70、内部设置有半圆孔分离板71，外翅片70使不凝性气体里面的可凝气的成分继续冷凝，冷凝液顺倾斜的高位不凝性气体出口管7倒流到壳体1内，外翅片70的厚度0.2-1.0mm，间距5-15mm，翅高10-100mm，整个带外翅片70的管长度为0.5~5.0m；半圆孔分离板71再次实现分离小液滴，其厚度为4-10mm，小孔直径为5-20mm，孔开到半圆孔分离板71和高位不凝性气体出口管7的交界处。此外，壳体1下部设置有一段液封式筒体8，液封式筒体8上设置有液位计及液位传感器9。高位不凝性气体出口管7、液封式筒体8保证壳体1内的冷凝液不流干，保持一定的液位，防止不凝性气体流到后面的储罐、节省了一个冷凝器分离罐及相关控制，及时排走不凝性气体，不凝性气体经过半开式纵向隔板5从壳程入10口到高位不凝性气体出口管7做S型路线流动，充分利用顶部不凝性气体富集区死角。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多壳程循环气冷凝器，包括壳体（1）、设置在所述的壳体（1）上部的上管箱（2），所述的壳体（1）与上管箱（2）之间设置有管板（3），所述的管板（3）上固定有向所述的壳体（1）纵向延伸的U形换热管（4）；所述的壳体（1）上部一侧设置有壳程入口（10）、下端部设置有壳程出口（11）；所述的上管箱（2）上设置有与所述的U形换热管（4）相连通的管程入口（20）、管程出口（21），其特征在于：

所述的壳体（1）内设置有多块半开式纵向隔板（5），所述的半开式纵向隔板（5）将所述的壳体（1）纵向分隔成多个壳程，所述的半开式纵向隔板（5）将所述的壳体（1）纵向分隔成间距逐渐减小的壳程；所述的壳体（1）内设置有多块高通量支撑网板（6），所述的高通量支撑网板（6）在所述的U形换热管（4）的延伸方向上下依次设置；所述的壳体（1）上部另一侧设置有高位不凝性气体出口管（7），所述的高位不凝性气体出口管（7）向上倾斜的设置在所述的壳体（1）上。

2.根据权利要求1所述的一种多壳程循环气冷凝器，其特征在于：所述的壳体（1）下部设置有一段液封式筒体（8），所述的液封式筒体（8）上设置有液位计及液位传感器（9）。

3.根据权利要求1所述的一种多壳程循环气冷凝器，其特征在于：所述的壳程入口（10）、高位不凝性气体出口管（7）分别设置在所述的壳体（1）多个壳程的相对两侧。

4.根据权利要求1所述的一种多壳程循环气冷凝器，其特征在于：所述的半开式纵向隔板（5）的半开宽度d为所述的壳体（1）的直径的0.15-0.6倍。

5.根据权利要求1所述的一种多壳程循环气冷凝器，其特征在于：所述的高位不凝性气体出口管（7）的外周面上设置有外翅片（70）、内部设置有半圆孔分离板（71）。

6.根据权利要求1所述的一种多壳程循环气冷凝器，其特征在于：所述的高通量支撑网板（6）具有上下两层，上层所述的高通量支撑网板（6）设置横筋，下层所述的高通量支撑网板（6）设置竖筋。