CN108413783B - 一种兼塔器功能的换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油化工设备中的换热设备技术领域，提供一种兼塔器功能的换热器，包括：立式U型换热管束、壳程筒体、多块折流塔板和气液相通道支撑板；所述立式U型换热管束包括U型换热管，所述U型换热管垂直穿过所述多块折流塔板，并与所述气液相通道支撑板相连接；所述多块折流塔板中的每块折流塔板包括折流筛板、溢流堰和密封元件；所述折流筛板的缺口处设置所述溢流板，其圆周处设置的所述密封元件与壳程筒体相接；所述多块折流塔板呈上下缺口交错布置。本发明可使换热器的折流板兼做塔板作用，从而实现传热、传质同时进行的作用。

Description

一种兼塔器功能的换热器
技术领域
本发明涉及石油化工设备中的换热设备技术领域，更具体地，涉及一种兼塔器功能的换热器。
背景技术
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
在石油化工领域的换热装置中，有的传质过程伴随着比较明显的热效应，气液相温度会有明显的升高或降低，可能会导致传质推动力下降，影响了总的传质效果。
现有技术所选用塔器对于入口气相温度高、吸收热效应大的组分吸收过程中，吸收效果不是很好。现有技术所选用的换热器对于壳程介质有相变的换热过程，只能将壳程介质中的多余热量通过换热管带走，无法实现组分吸收，如需要实现组分吸收，后续需增加一个塔器来实现，从而增大了投资费用。如何在现有塔器和换热器的技术基础上，结合了塔器和换热器二者的优点，将二者有机的结合起来，是一个很有价值的研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种兼塔器功能的换热器，可使换热器的折流板兼做塔板作用，从而实现传热、传质同时进行的作用。
为了实现上述目的，本发明提供一种兼塔器功能的换热器，该换热器包括：
立式U型换热管束、壳程筒体、多块折流塔板和气液相通道支撑板；
所述立式U型换热管束包括U型换热管，所述U型换热管垂直穿过所述多块折流塔板，并与所述气液相通道支撑板相连接；
所述多块折流塔板中的每块折流塔板包括折流筛板、溢流堰和密封元件；所述折流筛板的缺口处设置所述溢流堰，其圆周处设置的所述密封元件与壳程筒体相接；所述多块折流塔板呈上下缺口交错布置。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述立式U型换热管束包括一系列U型换热管。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述折流筛板开设有管孔，所述管孔为一个大孔和多个周向均匀布置的小孔，所述U型换热管穿过所述折流筛板上的大孔。
小孔的开孔数量和直径由传质特性决定，进一步优选地，所述小孔的开孔数量为4～6个，小孔的直径为2～5mm。多个周向均布的小孔起到塔器筛孔作用，气体穿过小孔，在板上液层鼓泡、进行传质过程。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述折流筛板为单弓型。折流筛板上的液相介质一般为气相溶质的吸收溶剂，或者液相溶质(如产品冷凝器的回流液)，能够对气相溶质进行降温、溶解吸收，降低气相中可回收组分的含量。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述溢流堰的高度为3～25mm。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述气液相通道支撑板的未开管孔处开设有方形孔。所述方形孔作为方形通道，孔总面积不小于折流缺口面积，可供气相和液相通过，且该气液相通道支撑板既作为支撑管束用，又作为气液两相通道作用。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述立式U型换热管束还包括管板、管程壳体、管程出口和管程进口；所述管程出口、管程进口分别位于所述管程壳体两侧，所述U型换热管与所述管板相连接。所述U型换热管内的介质，按照需要分为冷媒或热媒，供给或移出壳侧热量，维持壳侧传质适宜的温度。
根据本发明提供的换热器，优选地，所述壳程筒体包括壳程壳体、壳程气相出口、壳程液相进口、壳程气相进口和壳程液相出口；所述壳程气相进口、壳程气相出口分别上、下分布于壳程壳体的同一侧，所述壳程液相进口、壳程液相出口分别上、下分布于壳程壳体的同一侧。
进一步优选地，所述壳程气相进口位于所述气液相通道支撑板的下部，壳程气相出口位于第一块折流塔板的上部，所述壳程液相进口位于第一块折流塔板的上部，所述壳程液相出口位于壳程壳体的最底部。
进一步优选地，所述壳程壳体与多块上下缺口交错布置的折流塔板的密封元件连接。
本发明技术方案适用如下工作环境：
1、入口气相温度高、吸收热效应大或排气中可吸收组分指标要求严格的吸收过程。如环氧乙烷、环氧丙烷的吸收塔尾气处理；环氧乙烷或环氧丙烷罐区灌装站尾气的处理；裂解汽油加氢反应循环气尾气或环氧丙烷反应循环气尾气的处理。本发明通过换热管内冷媒将气相显热和溶解潜热移出，保证全塔在较低温度下吸收，大大提高了全塔传质效果，降低了排气中可吸收组分的含量；在满足回收高价值的物料的同时，实现环保和安全的要求。
2、不凝气含量较大的冷凝过程。在这个过程中，排放气温度常常比凝液高，气相中含有较多的应回收工质。本发明使用冷凝器出口凝液作为吸收剂，换热管内冷媒对排放气进一步冷却、冷凝，共同达到回收排放气中重组分，降低排放气量、降低排放气中重组分含量的目的。
本发明技术方案带来的有益效果在于：本发明所述的换热器，对立式换热器折流板结构及开孔形式进行了改进，兼有了换热器和筛板塔器的共同优点，使得换热器的折流板兼做塔板作用，从而实现传热、传质同时进行的作用；节省了设备位号、场地占有面积，降低了生产投资。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明所述换热器的结构示意图。
图2示出了图1所示换热器的沿A-A剖面的剖视图。
图3示出了图2所示结构沿B-B剖面的剖视图。
上述图中标号说明如下：
1-壳程液相出口，2-壳程气相进口，3-折流筛板，4-溢流堰，5-密封元件，6-U型换热管，7-壳程气相出口，8-管板，9-管程壳体，10-管程出口，11-管程进口，12-壳程壳体，13-壳程液相进口，14-气液相通道支撑板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
如图1所示，本发明提供了一种兼塔器功能的换热器，包括多块折流塔板、立式U型换热管束、壳程筒体和气液相通道支撑板14；
所述立式U型换热管束同普通U型管束，包括一系列U型换热管6、管板8、管程壳体9、管程出口10、管程进口11，所述U型换热管6连接着所述管板8上，加热或冷却的介质通过管程进口11到管程壳体9，通过管板8，流过U型换热管6与壳程介质进行加热或冷却的传热。
所述壳程筒体包括壳程壳体12、壳程气相出口7、壳程液相进口13、壳程气相进口2和壳程液相出口1；所述壳程气相进口2、壳程气相出口7分别上、下分布于壳程壳体12的同一侧，所述壳程液相进口13、壳程液相出口1分别上、下分布于壳程壳体12的同一侧；并且，所述壳程气相进口2位于所述气液相通道支撑板14的下部，壳程气相出口7位于第一块折流塔板的上部，所述壳程液相进口13位于第一块折流塔板的上部，所述壳程液相出口1位于壳程壳体12的最底部，即在换热器的壳程，气相下进上出，液相上进下出，保证二者进行传质，液相在上下缺口交错布置的折流塔板上流过时，通过穿过折流塔板的U型换热管进行加热或冷却。
如图2和图3所示，每块所述的折流塔板包括折流筛板3、溢流堰4和密封元件5；所述折流筛板3为单弓形，其缺口处设置所述溢流堰4，其圆周处设置所述密封元件5；折流筛板3开设有管孔，该管孔为一个大孔和多个周向均布小孔组成的特殊形式，U型换热管6穿过管孔的大孔，小孔供气相介质通过，相当于塔设备的筛孔的作用，这样折流塔板承担换热器的折流板和塔器的筛板的双重左右；所述多块折流塔板呈上下缺口交错布置的，最后由气液相通道支撑板14与U型换热管连接，壳程壳体12与一系列上下缺口交错布置的折流塔板采用密封元件5连接，这样折流塔板上的液相介质不会出现从壳程容器壁侧漏的现象；所述气液相通道支撑板14未开管孔处设置方形孔，孔总面积不小于折流缺口面积，可供气相和液相通过，且该所述气液相通道支撑板14既作为支撑管束用，又作为气液两相通道作用。
该兼塔器功能的换热器在某装置的应用中，壳程介质为碳氢化合物，管程介质为冷却水+乙二醇混合冷冻水，该设备热负荷为346KW，壳程流量21597Kg/h，管程流量58996Kg/h。壳程介质液相密度531Kg/m3，气相密度47.69Kg/m3，管程介质密度1030Kg/m3，壳程介质露点温度40℃，壳程入/出口温度40/10℃，管程入/出口温度2/7℃。该设备通过管程介质的冷却作用，加大了壳程碳氢化合物的吸收作用。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种兼塔器功能的换热器，其特征在于，该换热器包括：
立式U型换热管束、壳程筒体、多块折流塔板和气液相通道支撑板(14)；
所述立式U型换热管束包括U型换热管(6)，所述U型换热管(6)垂直穿过所述多块折流塔板，并与所述气液相通道支撑板(14)相连接；
所述多块折流塔板中的每块折流塔板包括折流筛板(3)、溢流堰(4)和密封元件(5)；所述折流筛板(3)的缺口处设置所述溢流堰(4)，其圆周处设置的所述密封元件(5)与壳程筒体相接；所述多块折流塔板呈上下缺口交错布置；
所述壳程筒体包括壳程壳体(12)、壳程气相出口(7)、壳程液相进口(13)、壳程气相进口(2)和壳程液相出口(1)；所述壳程气相进口(2)、壳程气相出口(7)分别上、下分布于壳程壳体(12)的同一侧，所述壳程液相进口(13)位于第一块折流塔板的上部，壳程液相出口(1)位于壳程壳体(12)的最底部。
2.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述折流筛板(3)开设有管孔，所述管孔为一个大孔和多个周向均匀布置的小孔，所述U型换热管(6)穿过所述折流筛板(3)上的大孔。
3.根据权利要求2所述的换热器，其中，所述小孔的开孔数量为4～6个，小孔的直径为2～5mm。
4.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述折流筛板(3)为单弓型。
5.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述溢流堰(4)的高度为3～25mm。
6.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述气液相通道支撑板(14)的未开管孔处开设有方形孔。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的换热器，其中，所述立式U型换热管束还包括管板(8)、管程壳体(9)、管程出口(10)和管程进口(11)；所述管程出口(10)、管程进口(11)分别位于所述管程壳体(9)两侧，所述U型换热管(6)与所述管板(8)相连接。
8.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述壳程气相进口(2)位于所述气液相通道支撑板(14)的下部，壳程气相出口(7)位于第一块折流塔板的上部。
9.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述壳程壳体(12)与多块上下缺口交错布置的折流塔板的密封元件(5)连接。
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