CN110227301A - 一种多功能螺旋板分缩器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能螺旋板分缩器及其工作方法，所述多功能螺旋板分缩器包括分缩器筒体及自上至下依次设于分缩器筒体内的挡液板、锥形螺旋分离装置、螺旋板换热装置及集液装置；所述螺旋板换热装置由卷板一、卷板二、连接加强板、边部堵板、端部堵板、循环水上水口、循环水出水口组成，并共同形成螺旋形的循环水通道及与分缩器筒体内部空间上、下连通的混合蒸汽通道，循环水通道中设有八角云状凸起，混合蒸汽通道中设有螺旋线凸起和八角云状凸起。这些凸起具有自支撑、扰流、冷凝、集液等功能，增加了换热面积，提高了传热效率；通过多次气液分离过程，更大程度捕集冷凝液，避免水汽被带走，影响后续工艺。

Description

一种多功能螺旋板分缩器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种蒸氨塔顶的分缩器，尤其涉及一种多功能螺旋板分缩器及其工作方法。

背景技术

目前，焦化行业蒸氨工艺普遍采用立式分缩器将蒸氨塔顶部出来的混合蒸汽冷凝冷却，在此过程中混合蒸汽中的高沸点成分冷凝成液相，低沸点成分则为氨气，氨气经氨冷凝冷却器冷凝后送入后续单元。立式分缩器内的换热装置通常采用列管式换热器，蒸氨塔顶出来的混合蒸汽走管程，循环水走壳程。列管式换热器的传热效率相对较低，混合蒸汽流动速度快，因此容易产生雾沫夹带，即将冷凝下来的水分夹在氨气中带走，严重时可发生液泛现象。

发明内容

本发明提供了一种多功能螺旋板分缩器及其工作方法，螺旋板换热装置中设置具有自支撑、扰流、冷凝、集液等功能的八角云状凸起和螺旋线凸起，增加了换热面积，提高了传热效率；通过多次气液分离过程，更大程度捕集冷凝液，避免水汽被带走，影响后续工艺。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种多功能螺旋板分缩器；包括分缩器筒体及自上至下依次设于分缩器筒体内的挡液板、锥形螺旋分离装置、螺旋板换热装置及集液装置；所述分缩器筒体的顶部设氨气出口，底部设法兰用于与蒸氨塔顶部的混合蒸汽出口连接；所述螺旋板换热装置由卷板一、卷板二、连接加强板、边部堵板、端部堵板、循环水上水口、循环水出水口组成；所述卷板一、卷板二间隔均匀地卷绕在分缩器筒体中形成双螺旋体；双螺旋体具有2路螺旋空间，双螺旋体的轴线与分缩器筒体的轴线重合，双螺旋体的外侧与分缩器筒体之间留有环形空隙，双螺旋体的内侧留有圆柱形空间，圆柱形空间中部设连接加强板将其分隔为2个半圆柱形空间；双螺旋体中的一路螺旋空间顶部和底部通过边部堵板封闭，形成螺旋形的循环水通道，循环水通道的内侧一端开口与其中一个半圆柱形空间连通，该半圆柱形空间的底部设循环水上水口，循环水通道的外侧另一端开口与分缩器筒体和双螺旋体之间的环形空隙连通，分缩器筒体上沿高向设有多个循环水出水口；双螺旋体中的另一路螺旋空间内侧一端开口通过连接加强板封闭，外侧另一端开口通过端部堵板封闭，形成与分缩器筒体内部空间上、下连通的混合蒸汽通道，循环水通道一侧的卷板一上分布有多个八角云状凸起；混合蒸汽通道一侧的卷板二上设有多条平行的螺旋线凸起，各条螺旋线凸起之间分布多个八角云状凸起；八角云状凸起作为自支撑结构及扰流结构，螺旋线凸起作为冷凝及集液结构；所述圆盘和集液装置分别设冷凝液出口与外部冷凝液管道相连。

所述双螺旋体2路螺旋空间的内侧一端开口相隔180°，外侧另一端开口也相隔180°。

所述锥形螺旋分离装置由锥形底板、圆盘及出口板组成，锥形底板的锥顶朝下设置，锥顶的正下方设圆盘，锥形底板的中部开设冷凝液流出口；锥形底板上相距180°设有2个气流出口，出口板设于气流出口上并与锥形底板共同组成旋转气流通道。

所述八角云状凸起及螺旋线凸起的高度等于卷板一与卷板二之间的间距。

所述卷板一、卷板二为金属薄板，所述八角云状凸起由矩形凸起及对称设置在矩形凸起外围的8个半圆形凸起组成，矩形凸起及半圆形凸起均在金属薄板上直接压制成型。

所述螺旋线凸起的切线方向与水平方向的夹角为30°～60°。

所述八角云状凸起在卷板一、卷板二上按照多排、多列设置，相邻2排、相邻2列的八角云状凸起交错设置。

所述挡液板为环形金属板，其外侧与分缩器筒体的内壁固定连接，内侧朝分缩器筒体的内下方倾斜。

所述集液装置包括集液板及设置于集液板上的多个升气帽，升气帽由筒节和设于筒节上方的锥形封头组成；集液板的一侧设有集液槽，集液槽外侧的分缩器筒体上设冷凝液出口。

一种多功能螺旋板分缩器的工作方法，包括：

(1)循环水的流动过程：循环水从循环水上水口进入螺旋板换热装置的中心，沿循环水通道呈螺旋运动轨迹高速流动，经过循环水通道内的八角云状凸起，以及对应混合蒸汽通道内八角云状凸起和螺旋线凸起的凹槽，有效改变循环水的湍动程度；在循环水通道内，循环水与混合蒸汽通道内的混合蒸汽充分换热，换热后的循环水从循环水通道流出，流至分缩器筒体与双螺旋体之间的环形空隙内；根据所需换热面积不同，循环水从对应高度的循环水出水口流出，以此调整循环水通道内的水位；

(2)混合蒸汽的降温流动过程：从蒸氨塔顶部逸出的混合蒸汽自底部进入分缩器筒体，经集液装置中的多个升气帽均匀分布后进入螺旋板换热装置进行换热；混合蒸汽自下而上进入混合蒸气通道后被分成多股气流，每股气流均沿着由相邻2条螺旋线凸起形成的螺旋上升通道向上运动，在上升过程中与八角云状凸起及对应循环水通道中八角云状凸起的凹槽撞击，气流速度急剧改变并充分与循环水通道表面接触，增大了传热面积，实现初次气液分离；分离下来的冷凝液沿螺旋线凸起流至下方的集液装置；混合蒸汽继续在相邻2条螺旋线凸起之间撞击、传热、冷凝；

混合蒸汽出螺旋板换热装置后，向上运动过程中撞击锥形底板，在撞击和重力作用下使夹带的冷凝液沿锥形底板流至圆盘内，实现第二次气液分离；圆盘收集的冷凝液排入冷凝液管道，送至蒸氨塔顶均布回流；

混合蒸汽经锥形底板上的旋转气流通道旋转着进入上层空间，其中夹带的液滴甩至分缩器筒体上并沿内壁顺流而下，收集到下方的圆盘中；混合蒸汽向上运动过程中再次撞击挡液板，将剩余的大部分液滴和雾沫捕集下来，实现第三次气液分离；经过三次气液分离过程的干燥氨气从分缩器筒体顶部的氨气出口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)螺旋板换热装置能够提高循环水的流速，提高水侧传热系数；

2)八角云状凸起能够极大的增加传热面积，相邻2排、相邻2列的八角云状凸起交错设置，能够与混合蒸汽进行多次撞击，有助于改变流体边界层，提高传热效率，强化气液分离效果；

3)混合蒸汽在螺旋线凸起形成的多段螺旋气流上升通道之间作螺旋轨迹的上升运动，延长了流动路径，增加了流动面积；混合蒸汽降温产生的冷凝液沿螺旋线凸起向下流出，其余气体继续向上流动传热；

4)混合蒸汽经过三次气液分离过程，有助于减少水汽的夹带量，从而更大程度地捕集冷凝液，避免水汽夹带影响后续工艺；

5)集液装置中设有多个升气帽，可均匀分布气体，避免混合蒸汽进入螺旋板换热装置时发生分布不均的情况；

6)八角云状凸起和螺旋线凸起能够对双层通道起自支撑作用，使其能够承受较大压力；卷板一、卷板二采用金属薄板制作，八角云状凸起和螺旋线凸起通过冲压成型，降低了成本。

附图说明

图1是本发明所述一种多功能螺旋板分缩器的主视图。

图2是图1中的A-A视图。

图3是图2中的B-B视图。

图4是本发明所述连接加强板的结构示意图。

图5是本发明所述卷板一的平面展开示意图。

图6是本发明所述卷板二的平面展开示意图。

图7是本发明所述双层通道的结构示意图。

图8是本发明所述旋转气流通道的示意图。

图中：1.法兰 2.分缩器筒体 3.集液装置 4.循环水上水口 5.支撑梁 6.螺旋板换热装置 7.循环水出水口 8.锥形旋转分离装置 9.挡液板 10.封头 11.氨气出口 12.旋转气流通道 13.冷凝液管道 14.锥形底板 15.卷板一 16.卷板二 17.端部堵板 18.连接加强板 19.八角云状凸起 20.螺旋线凸起 21.圆盘 22.边部堵板 23.循环水通道 24.混合蒸汽通道 25.出口板

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种多功能螺旋板分缩器；包括分缩器筒体2及自上至下依次设于分缩器筒体2内的挡液板9、锥形螺旋分离装置8、螺旋板换热装置6及集液装置3；所述分缩器筒体2的顶部设氨气出口11，底部设法兰1用于与蒸氨塔顶部的混合蒸汽出口连接；如图2所示，所述螺旋板换热装置6由卷板一15、卷板二16、连接加强板18、边部堵板22、端部堵板17、循环水上水口4、循环水出水口7组成；所述卷板一15、卷板二16间隔均匀地卷绕在分缩器筒体2中形成双螺旋体；双螺旋体具有2路螺旋空间，双螺旋体的轴线与分缩器筒体2的轴线重合，双螺旋体的外侧与分缩器筒体2之间留有环形空隙，双螺旋体的内侧留有圆柱形空间，圆柱形空间中部设连接加强板18将其分隔为2个半圆柱形空间；双螺旋体中的一路螺旋空间顶部和底部通过边部堵板22封闭(如图3所示)，形成螺旋形的循环水通道23，循环水通道23的内侧一端开口与其中一个半圆柱形空间连通，该半圆柱形空间的底部设循环水上水口4，循环水通道23的外侧另一端开口与分缩器筒体2和双螺旋体之间的环形空隙连通，分缩器筒体2上沿高向设有多个循环水出水口7；双螺旋体中的另一路螺旋空间内侧一端开口通过连接加强板18封闭，外侧另一端开口通过端部堵板17封闭，形成与分缩器筒体2内部空间上、下连通的混合蒸汽通道24，循环水通道23一侧的卷板一15上分布有多个八角云状凸起19；混合蒸汽通道24一侧的卷板二16上设有多条平行的螺旋线凸起20，各条螺旋线凸起20之间分布多个八角云状凸起19；八角云状凸起19作为自支撑结构及扰流结构，螺旋线凸起作为冷凝及集液结构；所述圆盘21和集液装置3分别设冷凝液出口与外部冷凝液管道相连。

所述双螺旋体2路螺旋空间的内侧一端开口相隔180°，外侧另一端开口也相隔180°。

所述锥形螺旋分离装置8由锥形底板14、圆盘21及出口板25组成，锥形底板14的锥顶朝下设置，锥顶的正下方设圆盘21，锥形底板14的中部开设冷凝液流出口；锥形底板14上相距180°设有2个气流出口，出口板25设于气流出口上并与锥形底板14共同组成旋转气流通道21。

所述八角云状凸起19及螺旋线凸起20的高度等于卷板一与卷板二之间的间距。

所述卷板一15、卷板二16为金属薄板，所述八角云状凸起19由矩形凸起及对称设置在矩形凸起外围的8个半圆形凸起组成，矩形凸起及半圆形凸起均在金属薄板上直接压制成型。

所述螺旋线凸起20的切线方向与水平方向的夹角为30°～60°。

所述八角云状凸起19在卷板一15、卷板二16上按照多排、多列设置，相邻2排、相邻2列的八角云状凸起19交错设置。

所述挡液板9为环形金属板，其外侧与分缩器筒体2的内壁固定连接，内侧朝分缩器筒体2的内下方倾斜。

所述集液装置3包括集液板及设置于集液板上的多个升气帽，升气帽由筒节和设于筒节上方的锥形封头组成；集液板的一侧设有集液槽，集液槽外侧的分缩器筒体2上设冷凝液出口。

一种多功能螺旋板分缩器的工作方法，包括：

(1)循环水的流动过程：循环水从循环水上水口进入螺旋板换热装置6的中心，沿循环水通道23呈螺旋运动轨迹高速流动，经过循环水通道23内的八角云状凸起19，以及对应混合蒸汽通道24内八角云状凸起19和螺旋线凸起20的凹槽，有效改变循环水的湍动程度；在循环水通道23内，循环水与混合蒸汽通道24内的混合蒸汽充分换热，换热后的循环水从循环水通道23流出，流至分缩器筒体2与双螺旋体之间的环形空隙内；根据所需换热面积不同，循环水从对应高度的循环水出水口7流出，以此调整循环水通道23内的水位；

(2)混合蒸汽的降温流动过程：从蒸氨塔顶部逸出的混合蒸汽自底部进入分缩器筒体2，经集液装置3中的多个升气帽均匀分布后进入螺旋板换热装置6进行换热；混合蒸汽自下而上进入混合蒸气通道24后被分成多股气流，每股气流均沿着由相邻2条螺旋线凸起20形成的螺旋上升通道向上运动，在上升过程中与八角云状凸起19及对应循环水通道23中八角云状凸起19的凹槽撞击，气流速度急剧改变并充分与混合蒸汽通道24表面接触，增大了传热面积，实现初次气液分离；分离下来的冷凝液沿螺旋线凸起20流至下方的集液装置3；混合蒸汽继续在相邻2条螺旋线凸起20之间撞击、传热、冷凝；

混合蒸汽出螺旋板换热装置6后，向上运动过程中撞击锥形底板14，在撞击和重力作用下使夹带的冷凝液沿锥形底板14流至圆盘21内，实现第二次气液分离；圆盘21收集的冷凝液排入冷凝液管道，送至蒸氨塔顶均布回流；

混合蒸汽经锥形底板14上的旋转气流通道12旋转着进入上层空间，其中夹带的液滴甩至分缩器筒体2上并沿内壁顺流而下，收集到下方的圆盘21中；混合蒸汽向上运动过程中再次撞击挡液板9，将剩余的大部分液滴和雾沫捕集下来，实现第三次气液分离；经过三次气液分离过程的干燥氨气从分缩器筒体2顶部的氨气出口11排出。

本发明所述一种多功能螺旋板分缩器，采用具有自支撑、扰流、冷凝、集液等功能八角云状凸起19和螺旋线凸起20的螺旋板换热装置6，与常规的列管式换热器相比，大大增加了换热面积及传热效率，促进了气液撞击分离效果；分缩器本体内还设有气液分离装置和集液装置，能够有效分离和收集冷凝下的液体，避免冷凝下的液体被重复夹带。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能螺旋板分缩器；其特征在于，包括分缩器筒体及自上至下依次设于分缩器筒体内的挡液板、锥形螺旋分离装置、螺旋板换热装置及集液装置；所述分缩器筒体的顶部设氨气出口，底部设法兰用于与蒸氨塔顶部的混合蒸汽出口连接；所述螺旋板换热装置由卷板一、卷板二、连接加强板、边部堵板、端部堵板、循环水上水口、循环水出水口组成；所述卷板一、卷板二间隔均匀地卷绕在分缩器筒体中形成双螺旋体；双螺旋体具有2路螺旋空间，双螺旋体的轴线与分缩器筒体的轴线重合，双螺旋体的外侧与分缩器筒体之间留有环形空隙，双螺旋体的内侧留有圆柱形空间，圆柱形空间中部设连接加强板将其分隔为2个半圆柱形空间，连接加强板上开设多个通孔；双螺旋体中的一路螺旋空间顶部和底部通过边部堵板封闭，形成螺旋形的循环水通道，循环水通道的内侧一端开口与其中一个半圆柱形空间连通，该半圆柱形空间的底部设循环水上水口，循环水通道的外侧另一端开口与分缩器筒体和双螺旋体之间的环形空隙连通，分缩器筒体上沿高向设有多个循环水出水口；双螺旋体中的另一路螺旋空间内侧一端开口通过连接加强板封闭，外侧另一端开口通过端部堵板封闭，形成与分缩器筒体内部空间上、下连通的混合蒸汽通道；循环水通道一侧的卷板一上分布有多个八角云状凸起；混合蒸汽通道一侧的卷板二上设有多条平行的螺旋线凸起，各条螺旋线凸起之间分布多个八角云状凸起；八角云状凸起作为自支撑结构及扰流结构，螺旋线凸起作为冷凝及集液结构；所述圆盘和集液装置分别设冷凝液出口与外部冷凝液管道相连。

2.根据权利要求1所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述双螺旋体2路螺旋空间的内侧一端开口相隔180°，外侧另一端开口也相隔180°。

3.根据权利要求1所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述锥形螺旋分离装置由锥形底板、圆盘及出口板组成，锥形底板的锥顶朝下设置，锥顶的正下方设圆盘，锥形底板的中部开设冷凝液流出口；锥形底板上相距180°设有2个气流出口，出口板设于气流出口上并与锥形底板共同组成旋转气流通道。

4.根据权利要求1所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述八角云状凸起及螺旋线凸起的高度等于卷板一与卷板二之间的间距。

5.根据权利要求1或4所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述卷板一、卷板二为金属薄板，所述八角云状凸起由矩形凸起及对称设置在矩形凸起外围的8个半圆形凸起组成，矩形凸起及半圆形凸起均在金属薄板上直接压制成型。

6.根据权利要求1所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述螺旋线凸起的切线方向与水平方向的夹角为30°～60°。

7.根据权利要求1所述的任意一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述八角云状凸起在卷板一、卷板二上按照多排、多列设置，相邻2排、相邻2列的八角云状凸起交错设置。

8.根据权利要求1所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述挡液板为环形金属板，其外侧与分缩器筒体的内壁固定连接，内侧朝分缩器筒体的内下方倾斜。

9.根据权利要求1所述的一种多功能螺旋板分缩器，其特征在于，所述集液装置包括集液板及设置于集液板上的多个升气帽，升气帽由筒节和设于筒节上方的锥形封头组成；集液板的一侧设有集液槽，集液槽外侧的分缩器筒体上设冷凝液出口。

10.一种多功能螺旋板分缩器的工作方法，其特征在于，包括：

(1)循环水的流动过程：循环水从循环水上水口进入螺旋板换热装置的中心，沿循环水通道呈螺旋运动轨迹高速流动，经过循环水通道内的八角云状凸起，以及对应混合蒸汽通道内八角云状凸起和螺旋线凸起的凹槽，有效改变循环水的湍动程度；在循环水通道内，循环水与混合蒸汽通道内的混合蒸汽充分换热，换热后的循环水从循环水通道流出，流至分缩器筒体与双螺旋体之间的环形空隙内；根据所需换热面积不同，循环水从对应高度的循环水出水口流出，以此调整循环水通道内的水位；

(2)混合蒸汽的降温流动过程：从蒸氨塔顶部逸出的混合蒸汽自底部进入分缩器筒体，经集液装置中的多个升气帽均匀分布后进入螺旋板换热装置进行换热；混合蒸汽自下而上进入混合蒸气通道后被分成多股气流，每股气流均沿着由相邻2条螺旋线凸起形成的螺旋上升通道向上运动，在上升过程中与八角云状凸起及对应循环水通道中八角云状凸起的凹槽撞击，气流速度急剧改变并充分与循环水通道表面接触，增大了传热面积，实现初次气液分离；分离下来的冷凝液沿螺旋线凸起流至下方的集液装置；混合蒸汽继续在相邻2条螺旋线凸起之间撞击、传热、冷凝；

混合蒸汽出螺旋板换热装置后，向上运动过程中撞击锥形底板，在撞击和重力作用下使夹带的冷凝液沿锥形底板流至圆盘内，实现第二次气液分离；圆盘收集的冷凝液排入冷凝液管道，送至蒸氨塔顶均布回流；

混合蒸汽经锥形底板上的旋转气流通道旋转着进入上层空间，其中夹带的液滴甩至分缩器筒体上并沿内壁顺流而下，收集到下方的圆盘中；混合蒸汽向上运动过程中再次撞击挡液板，将剩余的大部分液滴和雾沫捕集下来，实现第三次气液分离；经过三次气液分离过程的干燥氨气从分缩器筒体顶部的氨气出口排出。