CN108981420A - 一种适用于危险流体介质的双层套管换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种适用于危险流体介质的双层套管换热装置，包括换热罐体、双层套管管束、浮头活塞、导热油单元、高位分离单元、自动检测报警单元。本装置针对易燃易爆或有毒有害的危险气体或液体进行加热，在满足换热性能的同时提高加热过程的安全性。当换热管中危险流体介质出现泄漏时能够及时检测和自动报警。如果危险化学品的换热在操作失误的时候也不会发生事故，换热管及其与管板连接处局部出现泄漏的时还能暂时维持工作，实现危险化学品的换热设施的本质安全，减少安全事故的发生，保障社会财富安全和人民的生命安全。

Description

一种适用于危险流体介质的双层套管换热装置

技术领域

本发明涉及易燃易爆或有毒有害的危险气体或液体换热技术领域，具体是一种适用于危险流体介质的双层套管换热装置。

背景技术

危险化学品是工业生产不可或缺的原料，具有易燃易爆或有毒有害的特性，在生产过程中会对设施、人员、和环境造成威胁或伤害。安全问题关系到千家万户，安全生产是我国基本国策。预防为主是涉及危险化学品生产的基本原则。本质安全是安全生产的最高境界，提高与危险化学品有关的运行设施的本质安全可有效预防事故的发生。在工艺流程的加热环节，危险化学品温度发生变化的同时也伴随压力的改变，增加了不安全、不稳定因素。传统的、常规的管壳式换热设备对危险化学流体介质进行加热时，系统设施的安全性不高，检修成本高，在管束与管板连接部位容易发生裂纹，内部管束因振动等原因产生裂纹等缺陷，危险化学介质出现泄漏，引发安全事故。如果危险化学品的换热装置在系统故障、局部出现泄漏的时候，换热系统还能防止泄露并暂时维持工作；或者操作失误的时候换热系统也能保障不会发生事故，装置能够自动检测故障状况并报警，就可以实现危险化学品的换热工序的本质安全生产。所以，针对易燃易爆或有毒有害的危险流体介质的加热，需要一种新型的，本质安全的换热装置。

发明内容

本发明是一种适用于危险流体介质的双层套管换热装置，针对易燃易爆或有毒有害的危险气体或液体进行加热；本装置配置导热油循环及高位分离罐闭式管路系统，导热油可在双层换热套管内循环流动；当换热管中危险流体介质出现泄漏时，本装置具备泄漏介质的截留保护功能，能够及时检测和自动报警，提供运行安全保护。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双层套管换热器，配套导热油循环及高位分离罐闭式管路系统、氮气封装系统，压力传感器、油位、和危险流体浓度检测仪表辅助设施组成一个完整的换热单元。本换热单元的核心是部件是双层套管换热器，该换热器由前端管箱、双层换热套管管束、浮头活塞装置、后端管箱、后端封头组成；双层换热套管管束是换热器中的核心换热元件，设有内管和外管二套钢制无缝钢管，内管长度大于外管长度，内、外管二端分别焊接孔板，内管和外管之间形成导热油腔室，该腔室内充填导热油，保证换热效率。本装置设置的检测仪表包括油位检测传感器、压力传感器和有毒有害气体检测传感器；在换热单元运行时实时检测，当危险流体介质出现泄漏时泄露部位及与之相关管路的压力发生变化，分离罐油位、压力、温度、危险气体浓度随之改变，这些信号超限时传感器发出异常报警信号

上游危险流体介质经过入口阀门后首先进入换热罐体的前端管箱，前端管箱内设有隔板，介质流入双层换热套管管束上部的内管，这是第一个管程；介质随后流入后端管箱，换向返程流入第二个管程并流至前端管箱下部并流出换热器。加热介质流经壳程通道，通过隔板反复折流，对危险流体介质换热后流出换热器。双层换热套管管束由内管和外管二套钢制无缝钢管构成，在双层换热套管的内管和外管之间形成腔室，该腔室内充填导热油，保证换热效率。本装置导热油油泵在系统初期启动投入运行前，将高位分离罐内导热油泵入内外套管的腔室，从换热器前端流入，后端流出，循环流动达到气体排出的目的。导热油充满内外套管以确保换热效率。导热油腔室与高位分离罐构成一个闭式管路系统，高位分离罐充装系数设为50%到70%，带压运行，上部采用氮气封装。在换热过程中，换热管若有破损出现泄漏，高位分离罐的压力或导热油位发生变化，系统设有压力和油位在线检测仪表，可实时检测并发出报警信号。一般危险流体介质工作压力较高，换热套管出现内管泄漏时，危险流体介质流到导热油闭式管路系统及高位分离罐，不会泄漏到系统其他部位。如果泄漏量不大，在许可范围内，高位分离罐可接通放散管路实现临时放散，系统维持运行，暂时可不停机，提高系统的本质安全特性。

附图说明

图1为本发明适用于危险流体介质的双层套管换热装置的系统配置图

图2为本发明适用于危险流体介质的双层套管换热装置的双层套管换热器示意图

图3为本发明适用于危险流体介质的双层套管换热装置的双层换热套管管束示意图

附图标记：1：危险气体探测器；2：压力传感器；3：油位传感器；4：高位分离罐；5：氮气管路止回阀；6：氮气管路自动阀；7：导热油油泵；8：双层套管换热器；9：导热油自动阀；10：前端管箱及挡板；11：折流板； 12：换热罐体； 13：双层换热套管管束；14：浮头活塞装置；15：后端管箱；16：后端封头；17：内管前孔板法兰；18：外管前孔板法兰；19：外管；20：外管后孔板；21：导热油腔室；22：浮头活塞密封；23：内管后孔板；24：内管。

具体实施方式

双层套管换热装置的功能是按照工艺或使用要求实现对危险流体介质进行加热。如有危险流体介质泄漏情况发生，双层套管换热装置能够截留泄漏介质，及时检测和发出报警信号；如果泄漏量不大，可利用高位分离罐暂时容纳泄漏介质，高位分离罐也可接通放散管路实现临时放散，维持系统运行暂时不停机，提供足够的安全保护，提高系统的本质安全特性。本发明的双层套管换热装置系统配置如图1所示。

双层套管换热系统是由双层套管换热器8，配套导热油及高位分离罐4闭式导热油管路系统、氮气封装系统，自动压力、油位、和危险流体浓度检测仪表辅助设施组成。双层套管换热器8由前端管箱及挡板10、双层换热套管管束13、浮头活塞装置14、后端管箱15、后端封头16构成。双层套管换热器结构示意如图2所示。

如图1所示，上游危险流体介质经过阀门后从入口A首先进入换热罐体的前端管箱10，在前端管箱内设有挡板，介质流入双层换热套管管束13上部的内管24，完成第一个管程，随后流入后端管箱15，在后端管箱内换向流入第二个管程，流入前端管箱10下部并从出口B流出双层套管换热器8。加热介质从入口C流经壳程，通过折流板11反复折流，对危险流体介质换热后从出口D流出双层套管换热器8。

双层换热套管管束13由内管24和外管19二套钢制无缝钢管构成，内外套管单边间隙小于3毫米。内管24长度大于外管19长度，外管19二端焊接孔板18及20，内管24二端也焊接孔板17及23。在双层换热套管管束13的24和外管19之间、内管孔板17及23和外管孔板18及20之间形成导热油腔室21，该腔室内充填导热油，保证换热效率。双层换热套管管束13结构示意如图3所示。

本装置设有导热油循环功能，在换热系统初期启动前，导热油油泵7投入运行，将高位分离罐4内导热油泵入内外套管的导热油腔室21，从换热器一端流入，另一端流出，循环流动至空气排出腔室。导热油腔室21与高位分离罐4构成一个闭式管路系统，高位分离罐4充装系数约为50%到70%，带压运行，上部采用氮气封装。

在换热过程中，导热油油泵7处于旁路状态。换热套管若有破损出现泄漏，如内管泄漏，一般危险流体介质压力较高，危险流体介质进入导热油闭式管路系统，高位分离罐4的压力发生变化，压力表现为危险流体介质压力。如外管泄漏，加热源流体介质进入导热油闭式管路系统，高位分离罐4的压力发生变化，压力表现为加热源流体介质压力。系统设有压力在线检测仪表，可实时检测并发出报警信号。系统可配置温度在线检测传感器，对温度实时监控。

在换热过程中，换热套管若有破损出现泄漏，在导热油闭式管路系统压力高于内管中危险流体介质或外管之外加热源流体介质压力的条件下，则导热油出现泄漏，表现为导热油闭式管路系统压力降低，高位分离罐4内压力和油位降低，高位分离罐4设有压力和油位在线检测仪表2及3，可实时检测并发出报警信号。高位分离罐4内设有危险气体探测器1，可实时检测并发出报警信号。在线仪表具体配置，可参考图1。

本发明的双层套管换热器8，其内部设置了浮头活塞装置14，可在换热过程中消除热应力，加强流体介质之间的密封，提高系统运行的可靠性和安全性。

如果在易燃易爆的介质换热工况，本发明所涉及的电气元件采用防爆型器件。

Claims (3)

1.一种适用于危险流体介质的双层套管换热装置，其特征在于由双层套管换热器为主，配套导热油循环及高位分离罐闭式管路系统、氮气封装系统，压力传感器、油位、和危险气体检测仪表组成一个完整的换热单元；双层套管换热器由前端管箱、双层换热套管管束、浮头活塞装置、后端管箱、后端封头组成；本装置设置的检测仪表包括在线油位检测、在线压力检测和有毒有害气体检测传感器；危险流体介质进入换热器的前端管箱从挡板上部流入双层换热套管管束完成第一个管程，随后流入后端管箱，在后端管箱内换向流入第二个管程，流入前端管箱挡板下部并从出口流出双层套管换热器，加热介质流经壳程，通过折流板反复折流，对危险流体介质换热后从出口流出双层套管换热器，完成换热功能；在换热过程中，换热套管若有破损出现泄漏，当内管泄漏，较高压力的危险流体介质进入导热油闭式管路，高位分离罐压力改变，表现为危险流体介质压力，当外管泄漏，加热源流体介质进入导热油闭式管路，高位分离罐压力改变，表现为加热源流体介质压力；当换热套管破损出现泄漏，在导热油闭式管路系统压力高于内管中危险流体介质或外管之外加热源流体介质压力的条件下，则导热油出现泄漏，表现为导热油闭式管路压力降低，高位分离罐内压力和油位降低；系统实时检测油位、压力、温度、危险气体浓度信号，超限时发出报警信号。

2.如权利要求1所述的用于危险流体介质的双层套管换热装置，其特征在于双层套管换热器设置了内充导热油的内外双层换热套管管束，该管束的内管长度大于外管长度，二端都焊接孔板，其中一端固定连接，一端浮头活塞连接，浮头活塞与换热罐体内壁设置密封装置，内外套管单边间隙小于3毫米。

3.如权利要求1所述的用于危险流体介质的双层套管换热装置，其特征在于双层套管换热器的换热套管管束，管束组件内部形成闭式腔室，内充导热油，配套循环导热油泵和高位分离箱，形成导热油闭式管路系统；高位分离箱内油位以上采用氮气密封；换热装置起动时，导热油泵驱动导热油在闭式管路内循环流动排出内外双层套管之间的气体，保证换热效果。