CN106595352B

CN106595352B - 外循环流化床换热器

Info

Publication number: CN106595352B
Application number: CN201510666052.7A
Authority: CN
Inventors: 田立达; 顾军民; 张斌
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2035-10-15
Also published as: CN106595352A

Abstract

本发明涉及一种外循环流化床换热器，主要用以解决传统技术中重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器管程易结垢，长周期使用后换热效果明显下降的技术问题。本发明通过采用一种包括下管箱1、换热器列管2、上管箱3、液固分离器4、下降管5、固体颗粒槽6、液体储槽7、液体循环泵8、下沿套管9、分布板10、挡板11、喇叭管，换热器列管2和上管箱3相连，上管箱3连接液固分离器4，固体颗粒经过下降管5进入固体颗粒槽6，再回到下管箱1，液体进入液体储槽7，经液体循环泵8送至下管箱1的外循环流化床换热器的技术方案较好地解决了上述技术问题，可用于延长重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器的运行周期。

Description

外循环流化床换热器

技术领域

本发明属于化工领域，具体的，属于化工换热设备长周期运行领域，涉及一种外循环流化床换热器，广泛应用于解决管程走液相，且管程容易发生结垢堵塞的管壳式换热器的长周期运行问题。

背景技术

换热器在石油、化工、能源等行业被广泛使用。然而，随着使用时间的增加，换热器不可避免的存在污垢粘附现象，从而导致换热器的换热效率降低，阻力增加，影响换热器的正常运行。

开发外循环流化床换热器替换传统换热器，可以提高换热器换热效果，有效延长装置运行时间，具有重大的经济效益。文献US005676201A公开了一种外循环流化床换热器。该流化床换热器未充分考虑固体颗粒均布问题，因而长周期下维持传热效果能力不强。文献CN202709856U公开了一种应用Kenics静态混合器的水平液固循环流化床换热器。该流化床换热器固体颗粒不能有效循环和均布，且只能用于卧式换热器。文献CN102840578A公开了一种紧凑并联型外置流化床换热器。该流化床换热器同样没有考虑固体颗粒的均布，循环效果也不理想。综上所述，解决固体颗粒的均布问题是增强其长周期下维持传热能力的关键技术之一。而现有技术均未能很好解决这一问题。

本发明提供一种外循环流化床换热器，通过下沿套管、喇叭管、挡板和分布板等多个设备来实现固体颗粒在流化床换热器管程中的均布，有针对性的解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中换热器易结垢，长周期使用后换热效果明显下降的问题，提供一种外循环流化床换热器。该外循环流化床换热器具有固体颗粒分布均匀，长周期维持传热效果能力强，的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种外循环流化床换热器，该外循环流化床换热器由下管箱1、换热器列管2、上管箱3、液固分离器4、下降管5、固体颗粒槽6、液体储槽7、液体循环泵8组成。其中，下管箱1包括喇叭管12，挡板11和分布板10，换热器列管2下端安装下沿套管9，换热器列管2和上管箱3相连，上管箱3连接液固分离器4，液固分离器4分出来两路，一路固相通过下降管5连接固体颗粒槽6，另一路液相连接液体储槽7，液体储槽7通过液体循环泵8连接下管箱1，固体颗粒槽6连入从液体循环泵8到下管箱1的管路。

上述技术方案中，每根换热器列管2匹配一根下沿套管9。下沿套管9管径为换热器列管2的0.4倍～0.6倍。下沿套管9长度为15mm～50mm。换热器最中心的下沿套管9不设坡口，换热器四周的下沿套管9均设置斜向下坡口，坡口角度为15度～60度，从换热器中心到换热器四周，下沿套管9坡口角度逐渐变小。从换热器中心到换热器四周，下沿套管9长度逐渐增加。。换热器最中心下沿套管9不开孔，换热器四周下沿套管9外壁上至少开一个孔，小孔孔径为固体颗粒平均粒径的1.2～1.5倍。

上述技术方案中，所述下管箱1入口设置喇叭管12。喇叭管12为以喇叭型开口的引流管，开口数量为1～4个，开口以下管箱1截面圆心为中心点呈中心对称分布，每个开口的进口直径等于下管箱1入口管径，每个开口的出口截面积之和占下管箱1水平截面积的80％～90％。喇叭管12高度为80mm～150mm。

上述技术方案中，所述挡板11为平板式、屋顶式、反屋顶式、方锥式、反方锥式、或螺旋桨式中的一种。挡板11中心轴和下管箱1中心轴重合。挡板11垂直投影的最大长度小于等于下管箱1直径的0.3倍。

上述技术方案中，所述分布板10为多孔板。分布板10的正面结构为圆型、环型、翅片型或栅条型中的一种。分布板10的侧面结构为平面型、上凸型、下凸型、凸透型或凹透型中的一种。分布板10和挡板11之间的距离大于等于30mm。分布板10直径等于下管箱1直径。分布板10厚度为5mm～10mm。分布板10开孔率为50％～80％，开孔直径大于等于固体颗粒平均粒径的2倍，对于任意两个开孔，距离分布板10中心远的开孔孔径大于等于距离分布板10中心近的开孔孔径。

上述技术方案中，所述液固分离器4是重力沉降式或者旋流分离器的一种。

上述技术方案中，所述外循环流化床换热器所使用的固体颗粒为惰性颗粒，具体指堆密度大于液相密度，具有一定硬度和强度，且不与使用场合系统内介质发生反应的固体颗粒，优选硅酸锆珠、刚玉球、瓷球、氧化铝珠、硅酸锆珠、玻璃珠、钢球、工程塑料、聚甲醛颗粒、聚四氟乙烯颗粒、小石子、切碎的金属丝、胶球中的一种或多种，更优选玻璃珠、氧化铝珠和硅酸锆珠。固体颗粒的平均粒径优选2mm～5mm。固体颗粒在所述外循环流化床换热器内的平均体积固含率为3％～8％。

为解决上述问题，采用一种外循环流化床换热器的方法。该外循环流化床换热器列管2内循环柴油，壳程循环柴油和氢气。

上述方法中，柴油从液体储槽7经液体循环泵8后打入下管箱1，与下管箱1内固体颗粒混合后，将固体颗粒流化；液固混合物依次经过喇叭管12、挡板11和分布板10后，进入下沿套管9，沿着下沿套管9进入换热器列管2，固体颗粒在流化状态下反复冲刷换热器列管2壁面，在固体颗粒的冲刷下，污垢就不易在换热器列管2壁面粘附而结聚；管程中的柴油和壳程中的柴油完成换热。

上述方法中，固体颗粒在液固循环流化床换热器中循环，柴油可以部分从液体储槽7抽出，去往后续系统，也可以不抽出，全部完成循环。

上述方法中，外循环流化床换热器列管2中柴油流速的操作范围为1.5m/s～4m/s。

本发明的技术方案及方法中，所述喇叭管12、挡板11和分布板10的材质为不锈钢，优选316L不锈钢。

本发明的技术方案及方法中，以内壁温度和主流温度的温度差以及热通量来计算传热系数，以传热系数随时间的变化规律来判断流化床换热器内管程的结垢情况，从而作为长周期下维持传热效果能力的判断依据。

采用本发明的技术方案，一种由下管箱1、换热器列管2、上管箱3、液固分离器4、下降管5、固体颗粒槽6、液体储槽7、液体循环泵8组成的，下管箱1包括喇叭管12、挡板11和分布板10，换热器列管2下端安装下沿套管9的外循环流化床换热器，取得了连续运行30天后传热系数仍为原来95％的较好技术效果。

附图说明

图1为本发明所述外循环流化床换热器的示意图。

图2为本发明所述外循环流化床换热器的下沿套管示意图。

图3为本发明所述外循环流化床换热器的喇叭管示意图。

图4为本发明所述外循环流化床换热器的挡板示意图。

图5为本发明所述外循环流化床换热器的分布板示意图。

图1中，1为下管箱；2为换热器列管；3为上管箱；4为液固分离器；5为下降管；6为固体颗粒槽；7为液体储槽；8为液体循环泵；9为下沿套管；10为分布板；11为挡板；12为喇叭管。喇叭管12、挡板11和分布板10安装在下管箱1内部，喇叭管12安装在下管箱1入口处，挡板11安装在喇叭管12上面，分布板10安装在挡板11上面。换热器列管2下端连接下沿套管9，换热器列管2和上管箱3相连，上管箱3连接液固分离器4，液固分离器4出来两路，一路固相通过下降管5连接固体颗粒槽6，另一路液相连接液体储槽7，液体储槽7通过液体循环泵8连接下管箱1，固体颗粒槽6连入从液体循环泵8到下管箱1的管路。

液体从液体储槽7经液体循环泵8后打入下管箱1，固体颗粒引入下管箱1之后和液相混合，通过喇叭管12后依次进入挡板11和分布板10，然后通过下沿套管9后进入换热器列管2，冲刷换热器列管2后进入上管箱3，然后进入液固分离器4，在液固分离器4中液相和固相分离，液相循环回液体储槽7，固相经过下降管5后进入固体颗粒槽6，从固体颗粒槽6下来的固体颗粒和循环液相混合，再次进入下管箱1，完成固体颗粒循环。图2所示，下沿套管9采用缩径型式，形成局部负压，使得固体颗粒更容易进入。下沿套管9的坡口和开小孔保证分布进一步均匀。

图3所示为单开口和双开口的喇叭管示意图，按照本发明的方法，喇叭管的开口数目可以是1～4个。

本发明所述之分布板10的开孔方式不止于图5所示。

下面通过实施例和对比例对本发明作进一步阐述，但本发明的方法并不仅限于此。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明的方法。

【实施例1】

采用图1所示的外循环流化床换热器，应用于某重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器，该外循环流化床换热器内设442根换热器列管，每根管长8000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。固体颗粒采用玻璃珠，平均粒径5mm，固体颗粒在该外循环流化床换热器内的平均体积固含率3％。液相为柴油，流速为1.5m/s。下沿套管管径为12mm，排布为：最中间1根，长度15mm，无坡口，不开孔；中间7层共183根，长度20mm，坡口60度，开一个孔，孔径为1.2倍固体颗粒平均粒径，外面4层共258根，长度30mm，坡口45度，开两个孔，孔径为1.5倍固体颗粒平均粒径。下管箱入口双开口的喇叭管，出口截面积之和占下管箱截面积的80％，喇叭管高度为80mm。。挡板为图4所示平板式，其垂直投影最大长度为0.1倍下管箱直径。分布板为图5所示单层平面翅片型多孔板，厚度5mm，开孔率50％，最小孔径10mm，离开挡板30mm。该条件下，连续运行30天后传热系数仍为原来的91％。

【实施例2】

采用和实施例1相同的外循环流化床换热器应用于某重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器，固体颗粒采用玻璃珠，平均粒径2mm，固体颗粒在该外循环流化床换热器内的平均体积固含率8％。液相为柴油，流速为4m/s。下沿套管管径为7.5mm，排布为：最中间1根，长度20mm，无坡口，不开孔；中间7层共183根，长度30mm，坡口30度，开一个孔，孔径为1.5倍固体颗粒平均粒径，外面4层共258根，长度50mm，坡口15度，开两个孔，孔径为1.2倍固体颗粒平均粒径。下管箱入口为单开口的喇叭管，出口截面积之和占下管箱截面积的90％，喇叭管高度为100mm。挡板为图4所示反屋顶式，其垂直投影最大长度为0.3倍下管箱直径。分布板为图5所示单层上凸型圆形多孔板，厚度10mm，开孔率80％，最小孔径6mm，离开挡板40mm。该条件下，连续运行30天后传热系数仍为原来的94％。

【实施例3】

采用和实施例1相同的外循环流化床换热器应用于某重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器，，固体颗粒采用氧化铝珠，平均粒径5mm，固体颗粒在该外循环流化床换热器内的平均体积固含率3％。液相为柴油，流速为1.5m/s。下沿套管管径为12mm，排布为：最中间1根，长度15mm，无坡口，不开孔；中间7层共183根，长度20mm，坡口60度，开一个孔，孔径为1.2倍固体颗粒平均粒径，外面4层共258根，长度30mm，坡口30度，开一个孔，孔径为1.2倍固体颗粒平均粒径。下管箱入口为三开口的喇叭管，出口截面积之和占下管箱截面积的80％，喇叭管高度为120mm。挡板为图4所示螺旋桨式，其垂直投影最大长度为0.1倍下管箱直径。分布板为图5所示单层下凸型栅条型多孔板，厚度10mm，开孔率50％，最小孔径10mm，离开挡板30mm。该条件下，连续运行30天后传热系数仍为原来的89％。

【实施例4】

采用和实施例1相同的外循环流化床换热器应用于某重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器，固体颗粒采用氧化铝珠，平均粒径2mm，固体颗粒在该外循环流化床换热器内的平均体积固含率8％。液相为柴油，流速为4m/s。下沿套管管径为8mm，排布为：最中间1根，长度20mm，无坡口，不开孔；中间7层共183根，长度30mm，坡口45度，开两个孔，孔径为1.5倍固体颗粒平均粒径，外面4层共258根，长度50mm，坡口15度，开两个孔，孔径为1.5倍固体颗粒平均粒径。下管箱入口为四开口的喇叭管，出口截面积之和占下管箱截面积的90％，喇叭管高度为150mm。挡板为图4所示反方锥式，其垂直投影最大长度为0.3倍下管箱直径。分布板为图5所示单层凹透型圆环型多孔板，厚度5mm，开孔率80％，最小孔径6mm，离开挡板40mm。该条件下，连续运行30天后传热系数仍为原来的95％。

【对比例1】

采用流化床换热器应用于某重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器，该流化床换热器参照和实施例1相同的外循环流化床换热器，只是不设置下沿套管、喇叭管、挡板和分布板。固体颗粒采用玻璃珠，平均粒径2mm，固体颗粒在该外循环流化床换热器内的平均体积固含率为8％。液相为柴油，流速为4m/s。该条件下，连续运行30天后传热系数变为原来的82％。

【对比例2】

采用传统的某重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器，液相为柴油，流速4m/s。连续运行30天后传热系数仅为原来的41％。

Claims

1.一种外循环流化床换热器，其特征在于，该外循环流化床换热器由下管箱(1)、换热器列管(2)、上管箱(3)、液固分离器(4)、下降管(5)、固体颗粒槽(6)、液体储槽(7)、液体循环泵(8)组成；其中下管箱(1)包括喇叭管(12)、挡板(11)，分布板(10)，喇叭管(12)安装在下管箱(1)下端进口处，喇叭管(12)之上安装挡板(11)，挡板(11)之上安装分布板(10)，换热器列管(2)下端安装下沿套管(9)，换热器列管(2)和上管箱(3)相连，上管箱(3)连接液固分离器(4)，液固分离器(4)分出来两路，一路固相通过下降管(5)连接固体颗粒槽(6)，另一路液相连接液体储槽(7)，液体储槽(7)通过液体循环泵(8)连接下管箱(1)，固体颗粒槽(6)连入从液体循环泵(8)到下管箱(1)的管路。

2.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述每根下沿套管(9)匹配一根换热器列管(2)，下沿套管(9)管径为换热器列管管径的0.4倍～0.6倍；下沿套管(9)长度为15mm～50mm。

3.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述下沿套管(9)类型不一致；换热器最中心的下沿套管(9)不设坡口，长度最短，外壁不开孔；从换热器中心到换热器四周，下沿套管(9)长度逐渐增加；从换热器中心到换热器四周，下沿套管(9)设置斜向下坡口，下沿套管(9)坡口角度逐渐变小，坡口角度为15度～60度；换热器四周的下沿套管(9)至少开一个孔，小孔孔径为固体颗粒平均粒径的1.2～1.5倍。

4.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述喇叭管(12)为以喇叭型开口的引流管；开口数量为1～4个，开口以下管箱(1)截面圆心为中心点呈中心对称分布，每个开口的进口直径等于下管箱(1)入口管径，每个开口的出口截面积之和占下管箱(1)水平截面积的80％～90％，喇叭管(12)高度为80mm～150mm。

5.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述挡板(11)为平板式、屋顶式、反屋顶式、方锥式、反方锥式或螺旋桨式中的一种；挡板(11)中心轴和下管箱(1)中心轴重合；挡板(11)垂直投影的最大长度小于等于下管箱(1)直径的0.3倍。

6.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述分布板(10)为多孔板；分布板(10)的正面结构为圆型、环型、翅片型或栅条型中的一种；分布板(10)的侧面结构为平面型、上凸型、下凸型、凸透型或凹透型中的一种；分布板(10)和挡板(11)之间的距离大于等于30mm；分布板(10)直径等于下管箱(1)直径；分布板(10)厚度为5mm～10mm；分布板(10)开孔率为50％～80％，开孔直径大于等于固体颗粒平均粒径的2倍，对于任意两个开孔，距离分布板(10)中心远的开孔孔径大于等于距离分布板(10)中心近的开孔孔径。

7.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述液固分离器(4)是重力沉降式或者旋流分离器的一种。

8.根据权利要求1所述的外循环流化床换热器，其特征在于，所述外循环流化床换热器使用的固体颗粒为堆密度大于液相密度，且不与使用场合系统内介质发生反应的惰性颗粒；固体颗粒平均粒径为2mm～5mm；固体颗粒在所述外循环流化床换热器内的平均体积固含率为3％～8％。

9.一种防止重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器结垢的方法，采用权利要求1～8中的任意一种外循环流化床换热器，其特征在于换热器列管(2)循环柴油，壳程循环柴油和氢气；柴油从液体储槽(7)经液体循环泵(8)后打入下管箱(1)，与下管箱(1)内固体颗粒混合后，将固体颗粒流化；液固混合物依次经过喇叭管(12)、挡板(11)和分布板(10)后，沿着下沿套管(9)进入换热器列管(2)，固体颗粒在流化状态下反复冲刷换热器列管(2)壁面，在固体颗粒的冲刷下，污垢不易在换热器列管(2)壁面粘附而结聚；管程中的柴油和壳程中的柴油完成换热；固体颗粒在液固循环流化床换热器中循环，柴油部分从液体储槽(7)抽出，去往后续系统。

10.根据权利要求9所述的防止重整加氢装置反应流出物/混合进料换热器结垢的方法，其特征在于，所述换热器列管(2)中柴油流速的操作范围为1.5m/s～4m/s。