CN103673685A - 新型再生循环气后冷器 - Google Patents

Abstract

新型再生循环气后冷器，其折流板呈D字型且其残缺部分的径向长度为壳体内径的五分之一，相邻两折流板之间的间距为0.5倍壳体内径；浮头管板与浮头法兰、钩圈配合面采用梯形槽密封配合；折流板结构及间距的设置在增强壳程内流体介质的流速的同时，确保壳程内流体介质具有一合适的湍流程度，达到最佳的换热效果；梯形槽密封能够有效避免管程介质与壳程介质之间的相互渗漏、混合，进而增加腐蚀环境的复杂性，导致腐蚀泄露，造成环境污染。此外，管程表面涂层结构及壳程便面镀层的设置能提高管程及壳程的耐腐蚀、耐冲刷性能，降低了由于维修和更换造成的经济损失。

Description

新型再生循环气后冷器

技术领域

本发明涉及石油、化工领域，具体涉及炼油厂重整装置中使用的一中新型再生循环气后冷器，属于冷换设备技术领域。

背景技术

目前，炼油厂重整装置中的再生循环气后冷器一般采用如图1所示的浮头式换热器，其包括管箱1、壳体2、传热管3、折流板4、浮头管板5、固定管板6、浮头7及分程隔板9。分程隔板9设置在设固定管板6一端的管箱1内。浮头端的管箱法兰11与浮头端壳体法兰21的配合面之间设密封垫片Ⅱ，浮头的盖板部分呈球冠形，沿盖板的一周圈设浮头法兰71，浮头法兰71通过双头螺柱10与设置在浮头管板5外圈的钩圈8连接。浮头管板5的左端周面与浮头法兰71的右端周面通过密封垫密封配合，浮头管板5安装在钩圈8的内环中，其外周面与钩圈8的内环面通过密封垫密封配合。折流板4分布在壳体2内，传热管3穿过折流板4。折流板4的作用是，用来确保壳程内介质的流速，迫使流体介质按规定的路程多次横向通过管束外表面，增强壳程内流体介质的湍流程度。对于该换热器其它部分结构，及各部件的组装关系均属现有技术，不再赘述。

炼厂重整装置的再生循环气后冷器的换热管基材材质是10号碳钢。在炼厂重整装置运行期间，重整催化剂与原料油分子接触发生各种反应，导致其活性衰退，为恢复其活性，在一定压力下用含有少量氧气的惰性气体缓慢烧去催化剂表面上沉积的焦炭，称之为再生过程。再生过程还需注入一定量的二氯乙烷，使氯化物被催化剂重新吸收，从而恢复催化剂的活性。再生过程中会产生含有大量的HCl、CO₂、CO等的废气，在再生过程后注入NaOH溶液。进入再生循环气后冷器壳程的再生气物流中主要有NaOH、Cl、N₂、O₂。在低温状态下，10号碳钢在NaOH溶液中容易发生应力腐蚀开裂,酸性气的露点腐蚀。

反应式如下：

Fe＋4OH^--→FeO₂ ^2-＋2H₂O＋2e

3FeO₂ ^2-＋4H₂O→Fe₂O₃＋6OH^-＋H₂

Fe＋2HCl→FeCl₂＋H₂

部分氢原子又渗入钢材内部引起脆化，导致裂纹扩展。即其管程走循环水，温度在40℃左右，壳程走再生气混合物料，温度在55℃左右。

针对上述的腐蚀问题，长期以来一直依靠金属材料本身来解决，存在防腐时间短，防腐工艺复杂，防腐效果不明显，增加了后冷器的工业使用成本，且后冷器维修和更换频繁，造成使用费用增加，降低生产效率。此外，因为浮头管板与浮头、钩圈密封配合形式过于简单，所以会存在介质泄露问题，造成环境污染。

发明内容

针对上述存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有更好的密封结构和防腐结构的新型再生循环气后冷器。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：新型再生循环气后冷器，包括管箱、壳体、传热管、折流板、浮头管板、固定管板、浮头、钩圈及分程隔板，浮头端的管箱法兰与浮头端壳体法兰的配合面之间设密封垫片，浮头法兰通过双头螺柱与钩圈连接，浮头管板与浮头法兰及钩圈接触配合，所述折流板为圆盘状结构切去一部分，而呈D字型且其残缺部分的径向长度为壳体内径的五分之一，相邻两折流板之间的间距为0.5倍壳体内径。

对折流板结构及间距的设置能够增强壳程内流体介质的流速，同时确保流体介质具有一合适的湍流程度，达到最佳的换热效果。

进一步，在所述浮头法兰与浮头管板配合的端面上设有环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环A，相对应的浮头管板的端面上设梯形凸台；在浮头管板的外周面上设环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环B，在钩圈的内周面上设与浮头管板的梯形槽配合的凸台。

进一步，在管程表面涂置LX-03防腐涂层或LX-06防腐涂层或LX-05防腐涂层；在壳程表面镀有Ni-P合金镀层，且所述Ni-P合金镀层的镀层厚度为25至75μm。

进一步，在管程表面涂置LX-03防腐涂层，所述LX-03防腐涂层包括两层底漆涂层和四层面漆涂层，且该防腐涂层的涂层总厚度为150-250μm。

进一步，在管程表面涂置LX-06防腐涂层，所述LX-06防腐涂层包括两层底漆涂层和三层面漆涂层，且该防腐涂层的涂层总厚度不小于150μm。

进一步，在管程表面涂置LX-05防腐涂层，所述LX-05防腐涂层包括两层底漆涂层，三层或四层面漆涂层，该防腐涂层的涂层总厚度为150-350μm。

通过在浮头法兰与浮头管板、浮头管板与钩圈的配合面设置梯形槽，且在梯形槽内设置密封环，增加了浮头管板与浮头法兰、钩圈之间的密封效果，能够有效避免管程介质与壳程介质之间的相互渗漏、混合，进而增加腐蚀环境的复杂性，导致腐蚀泄露，造成环境污染问题。

以环氧树脂和特定氨基树脂为基料制成的LX-03防腐涂层能够用于防止海水、咸水、半咸水、淡水、弱酸性介质和碱性介质的腐蚀及结垢；采用该种由改性耐热环氧有机硅高分子合成树脂和耐热颜料、导热填料配制而成的单组份LX-06涂层的再生循环气后冷器，具有优良的耐酸、碱、油、化学品性能，LX-06涂层具有优异的抗污垢和耐蒸汽吹扫性，有良好的导热性能；采用生漆改性树脂防腐的LX-05防腐涂层，除具有耐酸、碱、水、海水的腐蚀性外，还具备突出的耐热耐油特性。

Ni-P合金镀层由于镀层为非晶态，不存在晶界、位错等晶体缺陷，是单一均匀组织，不易形成电偶腐蚀，使其有较高的耐蚀性，在碱、盐、高温油侧、有机介质和溶剂、酸性气体中有抗蚀能力，特别对石油炼制、石油化工中的Cl-应力腐蚀，高低温H₂S和环烷酸的腐蚀具有明显的抗蚀能力。

再生循环气后冷器的管程通过采用环氧树脂和特定氨基树脂为基料的LX-03防腐涂层或改性耐热环氧有机硅高分子合成树脂和耐热颜料、导热填料配制而成的单组份LX-06防腐涂层或生漆改性树脂防腐的LX-05防腐涂层，同时壳程采用Ni-P合金镀层防腐，这种差异性防腐手段，能够保证管程及壳程的腐蚀程度的协调，不会因为单侧腐蚀严重而导致报废或者维护，造成使用费用增加或导致生产效率低下；该防腐方式提高了再生循环气后冷器的耐腐蚀、耐冲刷性能，有效地提高再生循环气后冷器的使用寿命，降低再生循环气后冷器的工业使用成本，显著降低了由于维修和更换等原因造成经济损失，提高生产效率，并降低由于再生循环气后冷器泄漏造成的环境污染等，具有良好的社会效益。

附图说明

图1为目前使用的再生循环气后冷器的结构示意图；

图2为本发明的浮头端的组成部件的结构示意图；

图3本发明中浮头、浮头管板及钩圈配合的结构示意图；

图中：1管箱，11管箱法兰，2壳体，21浮头端壳体法兰，3传热管，4折流板，5浮头管板，，6固定管板，7浮头，71浮头法兰，8钩圈，9分程隔板，10双头螺柱，Ⅰ密封环A，Ⅱ密封垫片，Ⅲ密封环B。

具体实施方式

为了便于说明、理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图2和图3所示的新型分馏塔顶油气冷凝冷却器，其在图1的基础上对浮头部分的结构进行了改进。该种新型再生循环气后冷器对其浮头端结构进行改进，使所述折流板4呈D字型（即为切去一部分的圆盘）且其残缺部分的径向长度为壳体2内径的五分之一。且相邻两折流板4的残缺端上下方向上相间分布设置，即某一折流板4的残缺端向上，则与其相邻的折流板4的残缺端向下，依次类推。同时，相邻两折流板4之间的间距为0.5倍壳体2内径。对折流板4结构及间距的设置能够进一步增强壳程内流体介质的流速，增强流体的湍流程度，提高换热效果。

此外，在浮头法兰71的右端面上设置环状的梯形凹槽，与浮头法兰71的右端面相对应的浮头管板5的左端面上设环状的凸台，在所述梯形槽内设密封环AⅠ，浮头管板5的左端面上的凸台与浮头法兰71右端面上的梯形凹槽配合；

在浮头管板5的外周面上设环状的梯形槽，在该梯形槽内设密封环BⅢ，在钩圈8的内周面上设与所述浮头管板5的梯形槽配合的凸台，浮头管板5上的梯形槽的槽宽最好大于钩圈内周面上的梯形状凸台的宽度。

再生循环气后冷器的管程走循环水，温度在40℃左右，壳程走再生气混

合物料（含有NaOH、Cl^-、N₂、O₂），温度在55℃左右。为了确保该新型分馏塔顶油气冷凝冷却器的防腐性能，根据具体工作环境及介质状况，可以在在管程表面涂置LX-03防腐涂层，所述LX-03防腐涂层包括两层底漆涂层和四层面漆涂层，且该防腐涂层的涂层总厚度为150-250μm；或者在管程表面涂置LX-06防腐涂层，所述LX-06防腐涂层包括两层底漆涂层和三层面漆涂层，且该防腐涂层的涂层总厚度不小于150μm；此外，还可以在管程表面涂置LX-05防腐涂层，所述LX-05防腐涂层包括两层底漆涂层，三层或四层面漆涂层，该防腐涂层的涂层总厚度为150-350μm。相应地，在壳程表面镀置Ni-P合金镀层，且该镀层的厚度为25至75μm。

管程表面包括固定管板6端的管箱1内表面，及其内分程隔板9的表面、传热管3内表面、浮头7内表面等与管程介质接触的表面。壳程表面包括换热器的壳体2内表面、传热管3外表面、折流板4外表面等与壳程介质接触的表面。

LX-03防腐涂料为现有涂料品种，其主要成分（按质量百分数）为：环氧树脂：40.6％；丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂：15.5％；铁红：13.5％；三氧化二铬：6.3％；滑石粉：5.6％；铝粉：15％；氧化锌：3.5％；混合溶剂：4％等。即是以环氧树脂和特定氨基树脂为基料，加入适量的各种防锈、防腐、导热颜料、填料、助剂及溶剂配置而成，树脂在高温下能够交联固化成膜。LX-03防腐涂层具有优良的耐水性，在较高温度（150℃）下使用，耐海水、咸水、半咸水、工业循环用水等，完全符合换热器的特殊要求；具有耐腐蚀性介质及工业用水性能及良好的阻垢性能和导热性。能防止循环冷却水中CaCO₃的硬化，不易结成坚硬物挂在管壁上，使杂质、氧化层顺流而过；该涂层的漆膜坚硬光滑，不易吸附滞留物与水垢，少量附着物水冲即掉，使用时间长达十几年之久，且在使用运行期内，涂层管传热系数明显高于无涂层管，提高了总的换热效果。

LX-03防腐涂层还对弱酸和碱性介质，有很好的防腐阻垢效果。因为LX-03涂料是以耐酸、碱腐蚀的环氧树脂和一定醚化度的氨基树脂为基料又增加了防锈、防腐颜料而形成的涂料，在150℃以下使用比较可靠。

此外，LX-03防腐涂层还具有牢固的附着性，由于组成LX-03涂料的成分及在喷涂过程中，经过严格的除锈、固化、烘干等程序，使LX-03涂料与碳钢金属表面形成牢固的粘结力，致使在温度、压力、流量不断变化的情况下不会被冲刷掉，起到保护膜的作用，并隔离水、蒸汽、H_＋、NH₃、HCN、CL等与金属表面接触起化学反应，延长使用寿命。

涂层施工要求：

①涂装环境：温度15－35℃，相对湿度小于85％，无粉尘；

②工件状况：被涂表面应无裂纹，无焊疤、无毛刺、无尖角、冷换设备花板与管束须采用焊接固定，焊口应平整，管道须采用法兰连接；

③表面处理：被涂工件必须进行严格的除油，除锈处理，达到表面无油污（用挂水法检验，符合日本JISZ0305－1980标准规定）喷砂除锈等应符合瑞典标准SIS05－5900－1967，SA2级以上，酸洗除锈等级应符合前西德标准DING55928Be级规定；

④涂装方法：可采用喷涂、淋涂、浸涂、灌注、滚涂等方法，也可采用静电喷涂；传热管3内宜采用灌涂法；传热管3外宜采用淋涂或喷涂法；管板5（6）、管箱1、壳体2表面宜采用刷涂或喷涂法；

⑤涂层结构：底漆两遍，面漆四遍，涂层总厚度控制在200±50μm；

⑥固化方法：经充分表干后，送入远红外炉内进行固化处理，固化温度160±5℃，最终涂层固化温度200±5℃；

⑦涂层质量指标：外观，铬绿色，表面光滑，无滴坠，无气泡，无异物。厚度，200±50μm；

孔隙，参照美国标准进行检验，采用电火花检测时，严禁超电压，技术指标按下述规定：电压1000V，火花发生量不大于10个∕m²。

LX-06涂料为由改性耐热环氧有机硅高分子合成树脂和耐热颜料、导热填料配制而成的单组份换热器专用涂料。采用LX-06涂层后的换热器，具有优良的耐酸、碱、油、化学品性能；大大提高换热器的耐腐蚀、耐冲刷性能，有效地提高换热器的使用寿命，减少了金属耗材，降低换热器的工业使用成本，显著降低了由于维修和更换等原因造成经济损失，提高生产效率，并降低由于换热器泄漏造成的环境污染等，具有良好的社会效益。

涂层技术参数：涂层外观：涂膜平整、均匀致密、光滑；颜色：钴绿色；耐热性能：150℃至350℃；固化温度：180℃至200℃；闪点：35℃；漆膜厚度：30μm×6，总厚度≥150μm。

涂层施工要求：

①表面准备和处理：对金属表面应采用喷砂（丸）或其它机械方法除锈，使表面呈金属灰白色，采用化学处理时，需经除油、除锈、磷化、钝化、风干等步骤，务必提供良好表面；

②涂层总厚度参考范围值：≥150μm；

③涂装方法：刷涂、喷涂、滚涂和灌涂方法均可；

漆液粘度是按喷涂方法设计的，其它施工方法，只要根据经验用稀释剂调整粘度后即可使用；

④涂层固化：固化温度为180℃至200℃。

LX-05涂料为现有涂料品种，其主要成分（按质量百分数）为：环氧树脂：40％；改性酚醛树脂：30％；呋喃树脂：40％；填料：20％；固化剂：5％；邻苯二甲酸二丁酯：10％；无水乙醇：适量；乙二胺：5％。即是以中国生漆为主要原料经化学改性而得树脂基料，调配以多种颜料而制成的单组分常温固化涂料，其除具有耐酸、碱、水、海水的腐蚀性外，还具备突出的耐热耐油特性。特别适于炼油行业的热交换器处于集热（150-300℃）和油（原油、汽油、柴油等）于一体的复杂介质条件下使用。

涂层施工要求：

①表面准备和处理：对金属表面应采用喷砂（丸）或其它机械方法除锈，使表面呈金属灰白色，采用化学处理时，需经除油、除锈、磷化、钝化、风干等步骤，务必提供良好表面；对水泥和混凝土表面，应加以认真的表面处理，其中包括机械打磨，轻度喷砂（丸），机械或手工钢丝刷或稀酸清洗，上述处理后应充分除尘，然后用腻子填充表面孔洞，提供可施涂的物面；

②涂层厚度参考范围值：一般环境防腐涂层150－200μm；海洋环境防腐涂层200－250μm；耐化学腐蚀设备涂层250－350μm；

③涂装方法：刷涂、喷涂、滚涂和灌涂方法均可；

漆液粘度是按喷涂方法设计的，其它施工方法，只要根据经验用稀释剂调整粘度后即可使用；

④涂层固化为常温固化：干燥时间25℃/h，表干≤1，实干≤24。

同样，采质量百分数计，Ni-P合金镀层的组分（镍磷合金镀层中P含量为10.9﹪）为（镍磷合金化学镀层是在溶液中自然沉积形成的，故在此列出溶液组成成分）：硫酸镍：18～23g/L；次磷酸钠：20～25g/L；醋酸钠：10～16g/L；柠檬酸钠：5～10g/L；乳酸：3～8g/L；丁二酸：2～6g/L。

化学镀镍磷合金的原理：其主要反应为次亚磷酸钠还原镍离子为金属镍，即在水溶液中镍离子和次亚磷酸根碰撞时，由于镍触媒作用析出原子态氢，而原子态氢又被催化金属吸附并使之活化，把水溶液中的镍离子还原为金属镍形成镀层，另外次亚磷酸根由于在催化表面析出原子态氢的作用，被还原成活性磷，与镍结合形成Ni-P合金镀层。

镀层的特性及技术指标：

①镀层均匀性好，非晶态Ni－P合金镀层是通过化学沉积的方法获得，凡是镀液能浸到的部位，任何形态复杂的零件，都能得到均匀的镀层。不需外加电流，是非晶态均一单相组织，不存在晶界、位错，也无化学成份偏析,且避免了电镀形成的边角效应等缺陷；另外，镀层十分致密，具有较高的光洁度。颜色类似于不锈钢银白色；

②镀层附着力好，镀层在钢铁基体上产生压应力（4MPa），而镀层与钢的热膨胀系数相当，所以具有优良的附着力，一般为300－400MPa；

③镀层硬度高，抗磨性能优良，镀层具有高硬度，低韧性和较低热导率、电导率，它的抗拉强度超过700MPa，与很多合金钢相似，镀层硬度和延伸率都超过了电镀铬，弯曲无裂纹，但不适合反复弯折和拉抻等剧烈变形的部件，经热处理硬度可达HV1100，但在320℃时开始发生晶型转变，耐磨性能增强，耐蚀性能减弱；

④优良的抗腐蚀性能，由于镀层为非晶态，不存在晶界、位错等晶体缺陷，是单一均匀组织，不易形成电偶腐蚀，决定其有较高的耐蚀性，Ni－P合金镀层均匀性好，拉应力小，致密性好，为防止介质的腐蚀提供了理想的阻挡层。在碱、盐、高温油测、有机介质和溶剂、酸性气体中有抗蚀能力，特别对石油炼制、石油化工中的Cl-应力腐蚀，高低温H2S和环烷酸的腐蚀具有超凡的抗蚀能力。

Ni-P合金镀层为非晶态结构，具有优良的化学惰性，可有效地抗碱、盐溶液和海水腐蚀，抗石油和各种碳氢化合物腐蚀，加之Ni-P覆层的耐磨性能。其可以代替不锈钢，但造价为不锈钢的1/2，这种镀层防腐技术应用后可使设备提高耐磨性和耐蚀性，延长其使用寿命3倍以上，性能优于目前使用的涂层或镀层防腐方式，而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材，能大大节约原材料和能源，提高开工率，经济效益显著。

该新型再生循环气后冷器通过采用梯形槽式的密封结构，并结合防腐涂层或镀层结构，在提高管程与壳程内流体介质的密封效果的同时，还能够提高再生循环气后冷器的耐腐蚀、耐冲刷性能，有效地提高了再生循环气后冷器的使用寿命；即防腐不再依靠采用金属材料本身解决，减少了金属耗材，降低使用成本；此外，显著降低了由于维修和更换等原因造成经济损失，提高生产效率，并降低由于再生循环气后冷器泄漏造成的环境污染等，具有良好的社会效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (6)

1.新型再生循环气后冷器，包括管箱、壳体、传热管、折流板、浮头管板、固定管板、浮头、钩圈及分程隔板，浮头端的管箱法兰与浮头端壳体法兰的配合面之间设密封垫片，浮头法兰通过双头螺柱与钩圈连接，浮头管板与浮头法兰及钩圈接触配合，其特征是：所述折流板为圆盘状结构切去一部分，而呈D字型且其残缺部分的径向长度为壳体内径的五分之一，相邻两折流板之间的间距为0.5倍壳体内径。

2.根据权利要求1所述的新型再生循环气后冷器，其特征是：

在所述浮头法兰与浮头管板配合的端面上设有环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环A，相对应的浮头管板的端面上设梯形凸台；

在浮头管板的外周面上设环状的梯形槽，在梯形槽内设密封环B，在钩圈的内周面上设与浮头管板的梯形槽配合的凸台。

3.根据权利要求1或2所述的新型再生循环气后冷器，其特征是：在管程表面涂置LX-03防腐涂层或LX-06防腐涂层或LX-05防腐涂层；在壳程表面镀有Ni-P合金镀层，所述Ni-P合金镀层的镀层厚度为25至75μm。

4.根据权利要求3所述的新型再生循环气后冷器，其特征是：在管程表面涂置LX-03防腐涂层，所述LX-03防腐涂层包括两层底漆涂层和四层面漆涂层，且该防腐涂层的涂层总厚度为150-250μm。

5.根据权利要求3所述的新型再生循环气后冷器，其特征是：在管程表面涂置LX-06防腐涂层，所述LX-06防腐涂层包括两层底漆涂层和三层面漆涂层，且该防腐涂层的涂层总厚度不小于150μm。

6.根据权利要求3所述的新型再生循环气后冷器，其特征是：在管程表面涂置LX-05防腐涂层，所述LX-05防腐涂层包括两层底漆涂层，三层或四层面漆涂层，该防腐涂层的涂层总厚度为150-350μm。

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