CN108361728A - 一种轻烃生产过程中的气化器 - Google Patents
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Abstract
一种轻烃生产过程中的气化器，包括气化器壳体，壳体壁面设置容器凹槽，容器凹槽为壳体壁面向内弯曲而成，气化器壳体下半部分外侧环绕设置有夹套，夹套与气化器壳体之间为镂空结构，气化器壳体上部设置有原料液进口，位于夹套上部设置有水蒸气进口，位于夹套底部为冷凝水排出口，位于气化器壳体底部封头处设置有液体排出口，气化器壳体顶部封头处设置有气相轻烃由原料气出口，气化器壳体侧面安装有用于显示壳体内部液态轻烃原料的液位的液位计，壁面为粗糙壁面。本发明具有换热效率高，提高经济效益的特点。
Description
技术领域
本发明涉及化工工业换热技术领域，特别涉及一种轻烃生产过程中的气化器。
背景技术
在我国大力发展新型能源的背景下，混空轻烃燃气的发展刚刚起步，混空轻烃燃气是由轻烃原料经过工艺装置气化、与空气按一定比例充分混合配制成的可燃气体。作为我国新能源领域的一种新型燃气，由于其发展时间较短，使得混空轻烃燃气制造过程中相关设备特别是气化装置大多沿用传统的设备，并没有一套针对轻烃燃气自身特点的独立的设备。与此同时，轻烃撬装装置也越来越向小型化方向发展，这对原有气化装置提出了新的强化要求与安全要求，所以改进原有设备特别是气化器，研制新型、高效、紧凑的气化器的需求也越来越高。液相的气化是一项新技术，发展并不充分，并且现有的气化器大多存在热量利用率不高、气化效率低等特点，在实际工程应用中，现有气化器存在气化效率低等问题，严重时气化器出口气体温度偏低，导致气化不完全甚至产生夹液现象发生，影响着集输管线的安全、高效运行，甚至也会造成事故发生，因此利用新技术设计专门用于轻烃生产过程中的气化装置势在必行。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轻烃生产过程中的气化器，对现有气化设备特别是针对混空轻烃燃气制造过程中用于液态轻烃原料气化的气化器进行改造，以提高其换热效率，使液态轻烃原料气化更加充分，从而提高经济效益。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种轻烃生产过程中的气化器，包括气化器壳体，壳体壁面设置容器凹槽7，所述的容器凹槽7为壳体壁面向内弯曲而成，所述的气化器壳体下半部分外侧环绕设置有夹套3，夹套3与气化器壳体之间为镂空结构，所述气化器壳体上部设置有原料液进口1，位于夹套3上部设置有水蒸气进口2，位于夹套3底部为冷凝水排出口9，位于气化器壳体底部封头处设置有液体排出口4，气化器壳体顶部封头处设置有气相轻烃由原料气出口5，所述的气化器壳体侧面安装有用于显示壳体内部液态轻烃原料的液位的液位计8，所述的壁面为粗糙壁面。
所述的气化器壳体内部上方安装有除雾器6，除雾器6直径与气化器壳体内径相同。
所述的容器凹槽7与壳体为一体结构。
所述的容器凹槽7为球形或椭球形凹槽，球形或椭球形凹槽对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度约为10mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
所述的容器凹槽7为楔形凹槽，楔形凹槽对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度约为10mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
所述的容器凹槽7为组合型凹槽，组合型凹槽为侧面为弧形结构，底部为平面结构，组合型凹槽对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度约为30～50mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
所述的容器凹槽7在壁面纵向的排布可为多层，最上一层的容器凹槽7的高度不应超过夹套3高，最下一层容器凹槽7不低于壳体底部封头。
所述的容器凹槽7在壁面纵向分布10层凹槽。
本发明的有益效果：
本发明在壁面处的凹槽以及粗糙的壁面的设计，不仅增大了传热面积，并且随着传热过程的进行，在这些不规则的表面上生成的许许多多小气泡又会强化换热过程，加快气化器中原料液体的气化速率，这对提生产率、节约能源、最终高企业经济效益有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明壁面凹槽处横切面俯视图。
图3为球形或椭球形凹槽示意图。
图4为楔形凹槽示意图。
图5为组合形凹槽示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1图2所示，一种轻烃生产过程中的气化器，水蒸气经由水蒸气进口2进入夹套3，液相轻烃原料由原料液进口1进入气化器壳体，高温水蒸气在夹套3中把热量传递给气化器壳体壁面，水蒸气放热后凝结为液体状态由冷凝水排出口9排出，并进入循环系统用于循环使用。另一方面，被加热后的气化器壳体高温壁面则把热量传递给容器内部的液相轻烃原料，液相轻烃原料受热气化，最终气相轻烃由原料气出口5排出，从而完成整个气化过程。
在气化器壳体壁面上部装有除雾器6，气化后的轻烃原料脱离液面后，在容器内部上升的过程中，会有少部分气体凝结液化，并以小液滴的形式从原料气出口5排出，这些小液滴进入输送管道中并附在管道壁面或者管道的连接处，不仅会腐蚀管道，严重时还会堵塞管道，造成事故。除雾器6即是用来除去这些小液滴的构件，以保证整个装置安全运行。
在换热器侧面装备有液位计8，用以监测壳体内液相原料的液位，便于及时调控。气化器壳体中的轻烃原料液的液位应不超过夹套3的高度，当液位过高时，减小原料液的进入量；当液位过低时，增大原料液的进入量，这样可以使整个气化装置稳定的运行。
本发明气化装置的核心即为气化器壁面的容器凹槽7的设计。在整个气化装置运行的过程中，壁面上诸多容器凹槽7的存在，致使壁面上传热方式由传统的对流传热转变为相变传热，并且容器凹槽7的存在也使气化器部分壁面变薄，使传热效率提高。由于气化器工作条件为低压，对强度要求不高，所以容器凹槽7不会造成气化器安全性能的降低，反而传热过程中在容器凹槽7上生成的大量小汽泡会加剧液相主体的气化过程，从而提高气化器效率。
气化器壁面上的凹槽形式具体可有以下三种：
如图3所示：形式一：球形或椭球形凹槽，这种凹槽为对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度约为10mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
如图4所示：形式二：楔形凹槽，这种凹槽为对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度约为10mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
如图5所示：形式三：组合型凹槽，这种凹槽为对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度约为30～50mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
为了提高气化器壁面相变传热的可靠性，上述3种容器凹槽7在壁面纵向的排布可为多层，一般为10层较为合适，但处于最上一层的容器凹槽7的高度不应超过夹套3高，否则起不到强化传热的效果。另一方面，整个气化器壁面同样也不为光滑壁面，应预处理为粗糙壁面。
在相变传热过程中，当过热度在10℃～30℃之间时，相变传热处于效率最高的核态沸腾状态，所以在整个装置运行的过程中，控制夹套3中水蒸气温度，使其与容器内液相轻烃原料饱和温度的温差在10℃～30℃之间，此时容器壁尤其是容器凹槽7处表面上汽泡不断生成增加从而大量的产生，汽泡生成的速度也不断加快。与此同时，在这样的状态下，轻烃原料液的主流温度已经到达并且超过相对应的压力下的饱和状态温度，因此所有产生的汽泡不会缩小凝结或者消失，相反将会在主体原料液工质中继续长大并且扩散。这种情况下，大量产生的汽泡会在壳体原料液中长大，跳动，碰撞，破碎，这种剧烈的运动，增加了液体传热薄膜的搅动，强化了对流换热的进行。
本发明通过利用相变传热原理，液相轻烃原料在釜内被加热，高温的水蒸气在夹套3中经由容器壁面对液相原料进行加热，由于加热壁面温度和原料液体饱和温度之间存在温度差，这个温度差称为过热度，通过控制夹套3内水蒸气的温度可以调节过热度的大小，当过热度增大到某一数值时，液体即在加热面的某些点上形成汽泡。这些点称为汽化核心﹐通常出现在加热表面的不规则处，如凹槽或者凹坑处。汽泡形成后不断长大﹑脱离﹑上浮，大量产生的汽泡会在液体工质中长大，跳动，碰撞，破碎，组合等剧烈的运动，增加了液体传热的搅动，强化了对流换热的进行。
整个相变传热过程中，汽泡形成和长大的过程会吸收大量汽化潜热﹐汽泡的脱离和上升运动又产生剧烈扰动﹐所以相变传热比单相流体的对流换热强烈得多。对于工业的节能和生产的高效来说，提高换热效率，既可以节省大量的设备资本投资，又可以回收更多的余热。换热设备的效率提高10％，整个石油化工装置能量的利用率就可提高2％，所以能够设计出高效的利用相变传热的气化器对满足现代化生产需求有重要的现实意义。
Claims (8)
1.一种轻烃生产过程中的气化器，包括气化器壳体，其特征在于，气化器壳体壁面设置容器凹槽(7)，所述的容器凹槽(7)为壳体壁面向内弯曲而成，所述的气化器壳体下半部分外侧环绕设置有夹套(3)，夹套(3)与气化器壳体之间为镂空结构，所述气化器壳体上部设置有原料液进口(1)，位于夹套(3)上部设置有水蒸气进口(2)，位于夹套(3)底部为冷凝水排出口(9)，位于气化器壳体底部封头处设置有液体排出口(4)，气化器壳体顶部封头处设置有气相轻烃由原料气出口(5)，所述的气化器壳体侧面安装有用于显示壳体内部液态轻烃原料的液位的液位计(8)，所述的壁面为粗糙壁面。
2.根据权利要求1所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的气化器壳体内部上方安装有除雾器(6)，除雾器(6)直径与气化器壳体内径相同。
3.根据权利要求1所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的容器凹槽(7)与壳体为一体结构。
4.根据权利要求1所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的容器凹槽(7)为球形或椭球形凹槽，球形或椭球形凹槽对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度为10mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的容器凹槽(7)为楔形凹槽，楔形凹槽对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度为10mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
6.根据权利要求1所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的容器凹槽(7)为组合型凹槽，组合型凹槽为侧面为弧形结构，底部为平面结构，组合型凹槽对称结构并且均匀分布在气化器一周，其深度在3～5mm，宽度为30～50mm，上下或左右两个凹槽之间的距离在30～50mm之间。
7.根据权利要求1所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的容器凹槽(7)在壁面纵向的排布可为多层，最上一层的容器凹槽(7)的高度不应超过夹套(3)高，最下一层容器凹槽(7)不低于壳体底部封头。
8.根据权利要求7所述的一种轻烃生产过程中的气化器，其特征在于，所述的容器凹槽(7)在壁面纵向分布10层凹槽。
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