CN107517504A - 一种管壳式空心套管电阻加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管壳式空心套管电阻加热器，其加热组件为双层空心电阻套管，每个双层空心电阻套管由嵌套的外层加热管和内层加热管组成，每两个双层空心电阻套管的尾部通过电极柔性连接片相连，形成U型回路。本发明结构简单巧妙，升温速度快、效率高、压力损失小；使用、操作方便、快捷、安全保护措施完善；调节范围宽，控温精度高、调节速度快；可以解决目前电加热器对流体介质特别是气体加热不均匀，气体换热效果不住，使用寿命不长，电加热器内电热元件的局部过热严重等问题，以达到工艺要求，保证生产的安全稳定。

Description

一种管壳式空心套管电阻加热器

技术领域

本发明涉及电加热器领域，特别涉及一种高压、高温、大流量、大功率、防爆的管壳式空心双套管电阻加热器。

背景技术

在许多工业过程中，气体介质的加热非常重要，特别对于化工生产过程，经常需要根据工艺要求把高温、高压、有毒、有害、易燃、易爆的一种或多种混合气体加热到一定温度，为了反应的稳定进行及减少副产物的产生，对温度的控制严格。同时，气体加热还要做到加热均匀、换热效果好，加热系统内电热元件不能有局部过热现象，以免发生其它化学反应，腐蚀甚至烧断加热元件。

现有技术中，对高温、高压等气体介质的加热多采用压力容器和电加热管束结合的方式，或管壳式换热器。管壳式换热器，设备造价昂贵，而且体积笨重，由于容器内部流通面积相对较大，介质流速慢，换热系数很低，另外流场不均匀，所以效率低。而电加热管束式一般将一定数量的电阻丝分别插入换热管，换热管焊在法兰上形成加热芯，再将此加热芯焊在加热器壳体上形成管束电加热器。

也有一种常规技术，采用空心管加热，加热方式较为快捷，但这种加热方式受电流密度、表功率及换热速度和加温器体积影响，实现高压、高温、大流量、大功率电加热器难度较大，且不经济，甚至很难实现。

现有技术中的气体加热器仍存在气体加热不均匀，换热效果不住，使用寿命不长等缺陷，从而使某些气体或者混合气体在电加热器内有局部过热现象出现，腐蚀甚至烧断电热元件，造成易燃易爆有毒的气体泄漏，带来重大安全隐患，影响正常的生产。

同时，因为现有技术的电加热器在结构及控制上的不合理，电阻管在长时间运作时，容易发生脱落，导致漏电的现象发生，造成实际生产中不能气体加热到所需温度，甚至有时因为瞬时电流过大，造成电热元件大面积击穿烧坏。

发明内容

鉴于可目前电加热器对流体介质特别是气体加热不均匀，气体换热效果不住，使用寿命不长，电加热器内电热元件的局部过热严重等问题，本发明提供一种管壳式空心套管电阻加热器，采用空心双套管电阻直接加热，结合管壳式压力容器外壳，实现高压、高温、大流量、大功率、防爆的管壳式空心双套管电阻直接加热。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种管壳式空心套管电阻加热器，包括外壳、内胆及安装在内胆中的电阻加热组件，所述电阻加热组件为空心套管电阻加热组件，包括一个或多个双层空心电阻套管，每个双层空心电阻套管由相互嵌套的外层加热管和内层加热管组成，每两个双层空心电阻套管的尾部通过电极柔性连接片相连，形成U型回路。

依照本发明的一个方面，所述外壳为承压容器，包括气体入口管、上封头、上封头密封法兰组合件、筒体、下封头、下封头密封法兰组合件以及气体出口管；上封头、下封头分别通过上封头密封法兰组合件、下封头密封法兰组合件连接在筒体的两端，上封头、下封头的端部分别连接气体入口管、气体出口管。

依照本发明的一个方面，所述内胆为非承压容器，包括内壳和入口均流装置；内壳安装在上封头、筒体、下封头所组成的外壳内，入口均流装置安装在上封头中的气体入口管下方。

依照本发明的一个方面，所述空心套管电阻加热组件还包括上耐高压绝缘管板和下耐高压绝缘管板；所述上耐高压绝缘管板和下耐高压绝缘管板与内胆固定；各双层空心电阻套管间隔平行穿插在所述上耐高压绝缘管板与下耐高压绝缘管板之间，在筒体截面呈三角形、六边形或同心圆布置。

依照本发明的一个方面，所述内层加热管的长度大于外层加热管的长度，每两个内层加热管的尾部通过电极柔性连接片相连。

依照本发明的一个方面，所述双层空心电阻套管的材料包括但不限于耐高温不锈钢管、铁铝合金、镍铬合金。

依照本发明的一个方面，所述双层空心电阻套管的数量为30～120组。

依照本发明的一个方面，所述双层空心电阻套管通电。

依照本发明的一个方面，所述电极柔性连接片之间采用星型连接。

依照本发明的一个方面，所述外壳与内胆之间、内胆与外层加热管之间充满气体。

本发明实施的优点：

(1)本发明的结构简单巧妙，采用了至少两个由外层加热管和内层加热管组成的套管结构，承压部件按压力容器设计，可耐高温高压；

(2)采用加热套管，多通道换热，换热面积大，换热效率高，可满足大功率电加热器要求；

(3)配合均流设计，每个套管结构流场均匀，流速快，电热元件表面负荷大；

(4)双层加热空心套管选用镍基合金等耐高温材料，并密封在承压的炉壳内；供电电源通过密封在承压筒体上端(气体入口端)电极进入到双层加热空心套管使其发热，虽有高温、高压、高速气流通过，其相对环境变化不大，在高、低温度变化的状态下，重复使用选材仍能保持原有的机械性能，可确保加热器使用寿命长，安全性高，无环境污染；通过功率调节器对电加热器输出功率进行调节，通过此种控制被加热物料温度更加均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明一较佳实施方式的管壳式空心套管电阻加热器结构示意图。

图2为根据本发明一较佳实施方式的管壳式空心套管电阻加热器电极布置示意图。

图3为根据本发明一较佳实施方式的电极连接方式示意图。

附图标记说明：1-气体入口管；2-入口均流装置；3-上封头；4-内壳；5-上封头密封法兰组合件；6-上耐高压绝缘管板；7-双层空心电阻套管；8-筒体；9-下耐高压绝缘管板；10-下封头密封法兰组合件；11-下封头；12-气体出口管；13-电极柔性连接片；14-内层加热管；15-外层加热管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明主要由外壳、内胆、空心套管电阻加热组件以及电极组件四大部分组成。

外壳为承压容器，按压力容器设计，由气体入口管1、上封头3、上封头密封法兰组合件5、筒体8、下封头11、下封头密封法兰组合件10以及气体出口管12组成。上封头3、下封头11分别通过上封头密封法兰组合件5、下封头密封法兰组合件10连接在筒体8的上下两端，上封头3、下封头11的端部分别连接气体入口管1、气体出口管12。加热器可以立式或卧式，气体进出口可以上进下出。

内胆为非承压容器，起导流隔热作用，包括内壳4和入口均流装置2。内壳4安装在由上封头3、筒体8、下封头11所组成的外壳内，入口均流装置2安装在上封头3内的气体入口管1的下方。入口均流装置2的作用是使得气体被均匀流场后再进入空心套管电阻加热组件，空心套管电阻加热组件与被加热气体高效换热，可降低加热器的能耗，并且同时提高了加热器的整体使用寿命。

空心套管电阻加热组件为装置的核心部分，由双层空心电阻套管7、上耐高压绝缘管板6以及下耐高压绝缘管板9组成。上耐高压绝缘管板6和下耐高压绝缘管板9相互平行，分别与内壳4的内壁垂直连接。双层空心电阻套管7为电加热原件，间隔平行穿插在上耐高压绝缘管板6与下耐高压绝缘管板9之间，且上耐高压绝缘管板6和下耐高压绝缘管板9与双层空心电阻套管7固定连接，通过上耐高压绝缘管板6和下耐高压绝缘管板9将双层空心电阻套管7进行固定支撑，保证了整体的稳定性。如图3所示，每个双层空心电阻套管7由相互嵌套的外层加热管15和内层加热管14组成，内层加热管14的长度大于外层加热管15的长度。双层空心电阻套管7采用换热管型正三角布置，一方面便于电极三相接线连接，一方面有利于加热均匀性。除了三角形布置以外，也可采用六边形或同心圆布置。

电极组件，主要是指电极柔性连接片13。如图3所示，两两内层加热管14的尾部通过电极柔性连接片13相连，形成U型回路。电极接线一般采用星型连接。

本发明的工作原理为：该管壳式空心套管电阻加热器，是采用加热空心套管结构多通道换热方式的一种气体电阻加热器。高压气体介质从上封头3的气体入口管1进入，经过入口均流装置2均流后，进入通了电的30～120组双层空心电阻套管7，通过内层加热管14中间的圆形通道和外层加热管15与内层加热管14之间的环形通道加热后，经下封头11的气体出口管12流出。

外壳与内胆、内胆与外层加热管15之间的腔体都是气体腔，充满气体，微流动，起导流隔热作用。外壳的温升缓慢，热量损失少。绝大多数气体只能通过通了电的双层空心电阻套管7的圆形和环形通道，使气体受到多通道加热(气体在双层空心电阻套管7内受内层加热管14内表面、内层加热管14外表面以及外层加热管15内表面三面电阻加热，微流动隔热气体受外层加热管15外表面第四面微加热)，进行快速换热，完成气体的加热过程。

本发明的工作压力为0.1～10MPa，工作温度为常温～1000℃，输出功率为1000～40000KW。

双层空心电阻套管7所用材料要求具有电阻温度系数小、电阻率大、不易在高温下变形、变质等特点。根据工作温度以及气体介质性质选用加热空心管。常见的材料有耐高温不锈钢管，铁铝合金、镍铬合金等。

双层空心电阻套管7数量，管径，壁厚等是由加热器功率、电流密度、表功率、气体压力、流量、温度等参数确定的。综合考虑一定空气流速下电流密度的取值；布管直径与管长比例；隔热层离壁距离；电极接线、水冷空间等多种因素。

气体通过双层空心电阻套管7的圆形和环形通道，其换热效率可达95％以上，无阻力，压力损失较小。通过速度快，时间短，系统无蓄热存在条件，热惯性很小，启停电加温器很方便，升温/降温速度快，电热元件表面负荷可取1.0～9.0w/cm2。

本发明通过功率调节器对电加热器输出功率进行调节，通过此种控制被加热物料温度更加均匀。

本发明加热器可以采用多个串联或并联以达到工艺目的。

综上，本发明管壳式空心套管电阻加热器：采用双层加热空心套管式结构，多流道换热方式，升温速度快、效率高、压力损失小，使用、操作方便、快捷、安全保护措施完善，调节范围宽，控温精度高、调节速度快，节约能源、对环境无污染等突出优点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种管壳式空心套管电阻加热器，包括外壳、内胆及安装在内胆中的电阻加热组件，其特征在于，所述电阻加热组件为空心套管电阻加热组件，包括一个或多个双层空心电阻套管，每个双层空心电阻套管由相互嵌套的外层加热管和内层加热管组成，每两个双层空心电阻套管的尾部通过电极柔性连接片相连，形成U型回路。

2.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述外壳为承压容器，包括气体入口管、上封头、上封头密封法兰组合件、筒体、下封头、下封头密封法兰组合件以及气体出口管；上封头、下封头分别通过上封头密封法兰组合件、下封头密封法兰组合件连接在筒体的两端，上封头、下封头的端部分别连接气体入口管、气体出口管。

3.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述内胆为非承压容器，包括内壳和入口均流装置；内壳安装在上封头、筒体、下封头所组成的外壳内，入口均流装置安装在上封头中的气体入口管下方。

4.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述空心套管电阻加热组件还包括上耐高压绝缘管板和下耐高压绝缘管板；所述上耐高压绝缘管板和下耐高压绝缘管板与内胆固定；各双层空心电阻套管间隔平行穿插在所述上耐高压绝缘管板与下耐高压绝缘管板之间，在筒体截面呈三角形、六边形或同心圆布置。

5.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述内层加热管的长度大于外层加热管的长度，每两个内层加热管的尾部通过电极柔性连接片相连。

6.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述双层空心电阻套管的材料包括但不限于耐高温不锈钢管、铁铝合金、镍铬合金。

7.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述双层空心电阻套管的数量为30～120组。

8.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述双层空心电阻套管通电。

9.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述电极柔性连接片之间采用星型连接。

10.根据权利要求1所述的管壳式空心套管电阻加热器，其特征在于，所述外壳与内胆之间、内胆与外层加热管之间充满气体。