CN111204710A - 一种换热式一段转化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换热式转化设备技术领域，具体涉及一种换热式一段转化炉，包括外壳、筒体和管束法兰，所述外壳与所述筒体可拆卸连接；所述筒体的上部设有台阶，所述管束法兰位于所述台阶上；所述管束法兰与所述筒体之间连接有密封板。本申请通过密封板连接管束法兰和筒体，这样就算在加热气体的冲击作用下，筒体与壳体之间有缝隙，甲烷气体不会不经过转化反应就直接从加热气体出口流出的情况，不会导致天然气的浪费。

Description

一种换热式一段转化炉
技术领域
本发明涉及换热式转化设备技术领域，具体涉及一种换热式一段转化炉。
背景技术
目前国内外以天然气为原料的合成氨为了节省能源采用换热式转化工艺，该工艺以换热式取代了传统的一段炉，换热式转化炉内的蒸汽转化反应的热量由二段炉转化炉出口的高温气体提供。
如图1所示，换热式工艺是天然气经过天然气进口(a)进入一段转化炉内的转化管(7)进行转化反应生成氢气和一氧化碳；转化后的气体从转化气出口(b)流出进入二段炉内燃烧后，燃烧后的气体温度大约1000℃，燃烧后的气体从底部的加热气体入口(d)进入一段转化炉内，然后从一段转化炉侧面的加热气体出口(c)流出，如图6所示。
如图2所示，在筒体(2)上部设有一个台阶(21)，管束法兰(3)位于台阶(21)上，管束法上连接有转化管(7)，由于转化管(7)的重量较重，现有的是通过转化管(7)自身的重量实现管束法兰(3)与台阶(21)之间的密封。换热式一段转化炉经过多次启停后，二段炉内燃烧后的气体从换热式一段转化炉的底部进入，由于气流较大，对管束法兰(3)有一定的冲击力，这样有可能会造成管束法兰(3)晃动；同时有可能造成管束法兰(3)与台阶(21)之间错位；并且管束法兰(3)与筒体(2)、壳体的材质不一致，受热膨胀后的膨胀程度不一致；在晃动、错位和膨胀程度不一致的情况下，管束法兰(3)与台阶(21)之间有可能密封效果下降，管束法兰(3)与台阶(21)之间有可能会出现缝隙，这样进入一段转化炉内的部分天然气有可能没有进入转化管(7)内进行转化反应，直接从缝隙经过加热气体出口(c)流出，从而导致天然气消耗大幅度的增加。
发明内容
本发明针对目前一段转化炉在长时间使用后，管束法兰与筒体之间具有缝隙，进入一段转化炉内的部分天然气不经过转化管转化，直接经过缝隙从一段转化炉侧边的加热气体出口流出，从而导致天然气的消耗增大的问题，提供一种换热式一段转化炉。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种换热式一段转化炉，包括外壳、筒体和管束法兰，所述外壳与所述筒体可拆卸连接；所述筒体的上部设有台阶，所述管束法兰位于所述台阶上；所述管束法兰与所述筒体之间连接有密封板。
优选的，所述密封板为“冂”型。冂型密封板中较短的竖直段与管束法兰焊接，较长的竖直段与筒体的台阶焊接，这样在焊接的时候就有坡口存在，使得焊接更牢固。
优选的，所述密封板的材质与所述管束法兰的材质相同。由于筒体是高压设备，因此筒体的厚度较厚，筒体的内层有耐火材料，本申请中的管束法兰和密封板的材质均为不锈钢。密封板的材质与管束法兰的材质相同，尽可能的保证密封板与管束法兰的膨胀系数一致，尽可能的避免因为热膨胀不同导致设备损坏。
优选的，靠近所述筒体一侧的密封板与所述筒体之间具有间隙。由于密封板的材质与筒体的材质不同，因此膨胀系数不一致，密封板与筒体之间留有间隙，为筒体流出膨胀空间，因此密封板与筒体之间留有间隙，避免膨胀不一致而导致设备损坏。
优选的，所述密封板与所述筒体之间通过单便角焊进行焊接，所述密封板与所述法兰采用密封焊进行焊接。
优选的，所述筒体与所述法兰之间设有耐高温的密封垫。通过在筒体与法兰之间增加密封垫，进一步的解决气体的密封问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本申请通过密封板连接管束法兰和筒体，这样就算在加热气体的冲击作用下，筒体与壳体之间有缝隙，甲烷气体不会不经过转化反应就直接从加热气体出口流出的情况，不会导致天然气的浪费。
附图说明：
图1为现有技术提供的换热式一段转化炉的结构示意图；
图2为图1中A的放大图；
图3为本申请提供的换热式一段转化炉的部分结构示意图；
图4为图3中B处膨胀后的放大图；
图5为图3中B处未膨胀时的放大图；
图6为换热式一段转化炉内气体的流向示意图。
图中标记：1-外壳，2-筒体，21-台阶，3-管束法兰，4-密封板，5-间隙,6-密封垫，7-转化管，8-二段炉8，a-天然气进口，b-转化气出口，c-加热气体出口，d-加热气体入口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图3所示，本申请提供了一种换热式一段转化炉，包括外壳1、筒体2和管束法兰3，所述外壳1与所述筒体2可拆卸连接；所述筒体2的上部设有台阶21，所述管束法兰3位于所述台阶21上；所述管束法兰3与所述筒体2之间连接有密封板4。
所述外壳1的上部设有天然气进口a和转化气出口b，所述筒体2的底部设有加热气体入口d，所述筒体2的侧壁开设有加热气体出口c；所述天然气进口a和转化气出口b之间通过转化管7和外套管连接，所述外套管套设在所述转化管7的外侧，且所述外套管的上端与所述转化管7的外壁密封连接，所述转化管7内填充有催化剂。
如图4和图5所示，焊接的时候为了有坡口存在使得焊接的难度减小，因此将密封板4设计为冂型，密封板4其中较短的一段与管束法兰3焊接，另一个较长的一段与筒体2台阶21的上部焊接，这样就算在热交换气体冲击下，筒体2与外壳1之间有缝隙，由于在筒体2与外壳1之间焊接了密封板4，因此天然气也不会经过缝隙从转化气出口b流出。
在高温度的环境中，管束法兰3、密封板4、筒体2以及外壳1均有可能会膨胀，管束法兰3是由不锈钢制作而成的，由于壳体和筒体2要承受较高的高压，因此壳体和筒体2的厚度较厚，采用低合金高强度钢制作，并且在筒体2和外壳1的内壁上还设有耐火材料。现有的管束法兰3是由316H不锈钢制作的，为了尽可能的减少当管束法兰3、密封板4、筒体2和外壳1在受热膨胀后，由于膨胀不一致导致设备损坏的情况，因此密封板4选择与管束法兰3一样的材质。由于密封板4与筒体2的材质不同，密封板4与管束法兰3的材质相同，所述密封板4与所述筒体2之间通过单便角焊进行焊接，所述密封板4与所述法兰采用密封焊进行焊接。
由于密封板4与筒体2、外壳1的材质不一样，在膨胀时有可能膨胀的程度一致，因此靠近所述筒体2一侧的密封板4与所述筒体2之间具有间隙5。当然，为了进一步保障气体不会经过缝隙从换热气体出口流出，在所述筒体2与所述法兰之间设有耐高温的密封垫6。
如图6所示，预热后的天然气N1，首先经过天然气进口a进入换热式一段转化炉内的转化管7内，换热式一段转化炉共有204根转化管7，转化管7的大小为φ110×6mm；催化剂装填高度10960mm，转化管7装有16.856m3的催化剂，其活性组分为镍。在镍触媒的作用下进行蒸汽转化反应生成氢气和一氧化碳。经过转化管7转化后的气体N2通过外套管经过转化气出口b进入二段炉8内燃烧，燃烧后的气体经N3过换热式一段转化炉底部的加热气体进口进入，为换热式一段转化炉的转化反应提供热量。进行热交换后的加热气体N4经过换热式一段转化炉的换热气体出口进入下一个工序。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种换热式一段转化炉，其特征在于，包括外壳(1)、筒体(2)和管束法兰(3)，所述外壳(1)与所述筒体(2)可拆卸连接；所述筒体(2)的上部设有台阶(21)，所述管束法兰(3)位于所述台阶(21)上；所述管束法兰(3)与所述筒体(2)之间连接有密封板(4)。
2.根据权利要求1所述的换热式一段转化炉，其特征在于，所述密封板(4)为“冂”型。
3.根据权利要求2所述的换热式一段转化炉，其特征在于，所述密封板(4)的材质与所述管束法兰(3)的材质相同。
4.根据权利要求3所述的换热式一段转化炉，其特征在于，靠近所述筒体(2)一侧的密封板(4)与所述筒体(2)之间具有间隙(5)。
5.根据权利要求3所述的换热式一段转化炉，其特征在于，所述密封板(4)与所述筒体(2)之间通过单便角焊进行焊接，所述密封板(4)与所述法兰采用密封焊进行焊接。
6.根据权利要求2所述的换热式一段转化炉，其特征在于，所述筒体(2)与所述法兰之间设有耐高温的密封垫(6)。
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