CN111526938B - 带有分配装置的壳管式设备 - Google Patents

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Abstract

一种壳管式设备(10)具有圆柱形几何形状且沿着竖直轴线(A)布置。壳管式设备(10)包括在相反侧上连接到公共管束(16)的上室(12)和下室(14)。上室(12)设有用于引入第一流体的至少一个入口喷嘴(18)。管束(16)由壳(20)包绕，该壳(20)设有用于引入和排出第二流体的喷嘴(22；24)，该第二流体通过管束(16)与第一流体交换热量。上室(12)包围至少一个分配装置(26)，该分配装置(26)构造成用于朝管束(16)均匀地输送第一流体。分配装置(26)包括环形通道(28)，该环形通道(28)围绕竖直轴线(A)布置且与入口喷嘴(18)流体连通。分配装置(26)包括圆梯形形状的多个通道模块(30)，其在它们相应的竖直边缘(72、74)处紧密地连结在一起以用于形成环形通道(28)。

Description

带有分配装置的壳管式设备
技术领域
本发明涉及一种壳管式设备，且更特别地涉及一种设有改进的分配装置的尿素汽提器(stripper)。
背景技术
在用于生产尿素的过程中，已知将来自尿素反应器的尿素溶液供给到汽提器，在该处存在于溶液中的尿素氨基甲酸酯借助于加热和汽提剂分解为氨和二氧化碳。
尿素汽提器基本是竖直的壳管式热交换器，包括上室和下室，借助于管束的管流体连通。上室供给有第一流体，该第一流体是尿素反应器流出物，其由包含尿素和尿素氨基甲酸酯的液体溶液组成。壳供给有第二流体，该第二流体为提供用于必要加热的最热介质。下室由第三介质供给，该第三介质为汽提气体，该汽提气体可为一氧化碳或氨。下室因此从管中收集浓缩的尿素溶液，其为由尿素氨基甲酸酯消耗的溶液。由于尿素氨基甲酸酯的汽提或分解，包括来自氨基甲酸酯分解的气体和汽提介质的气相收集于上室的上部部分中。在操作中，液体尿素溶液在管的内表面上形成降膜，而气态的汽提介质在相同管中以逆流(即，从底部到顶部)流动。
尿素汽提器的性能非常依赖于管束的管中第一流体(尿素和尿素氨基甲酸酯溶液)的降膜的规则性和均匀性。因此，第一流体一旦通过位于上室中的相应喷嘴注射到设备中，就需要在分配装置中传送。分配装置典型地由带有圆冠形状的室组成。当分配器装置中流体的水平达到内壁的最低边界时，它大量地(heavily)落在分配器网格上，以便均匀地引导到管。
在壳管式设备的制造阶段中，分配装置通常需要通过人孔插入到上室中，该人孔通常设在所述上室的顶部部分处。人孔典型地具有约600mm的内径。另外，出于维护的目的，需要通过人孔来检查分配装置，且有时应拆卸分配装置的构件以用于通过所述人孔抽出。
根据现有技术的典型分配装置包括圆冠形基板、带有预先限定直径的圆形外壁，以及其直径小于圆形外壁的直径的圆形内壁。因此，圆形外壁和圆形内壁同心地布置且限定它们之间的冠形分配室。
基板和每个竖直壁分别由通过多个螺栓连结在一起的多个金属板制成。另外，这些构件中的每个一旦制造，就需要通过另外的螺栓连结到其它构件。聚四氟乙烯垫圈可设在金属板之间，尤其是在基板与每个竖直壁之间的连结部分处，以减小可能的不期望的槽和因此第一流体的泄漏。
因此，在根据现有技术的此类分配装置中，基板和每个竖直壁接近彼此且通过螺栓保持在适当位置。然而，此类组装不能保证完善的密封性。因此，由于金属板和组装的分配装置的机械公差和不规则性，实际上在所述分配装置中发生第一流体(其为尿素和尿素氨基甲酸酯溶液)的显著泄漏。换句话说，用此类分配装置，进入设备的一定量的第一流体正确地输送到分配器网格，而剩余量的该流体错误地流过不期望的槽或开口。
文献US 7252693描述一种具有包围分配组件的分配室的壳管式反应器。分配组件相对于分配室制造为单独构件。分配组件由设有孔的分配套筒组成。流体作为降膜通过孔从分配室供应到分配套筒。
文献US 6926869描述一种设有由焊接的金属板制成的分配箱的尿素汽提器。此类箱的任务在于将过程尿素溶液分配到下面的管板上。然而，此类箱不设有同心的圆形竖直壁。
文献US 2012/296120描述一种具有由穿孔分配盘和中间网格组成的分配装置的尿素汽提器。不设同心的圆形竖直壁。
文献US 8597586描述一种设有具有多边形截面的分配器板的壳管式反应器。不设用于包绕分配器板的同心竖直壁。
发明内容
因此，本发明的一个目标在于提供一种带有改进的分配装置的壳管式设备，该分配装置能够以简单、廉价且特别是功能性的方式解决现有技术的缺点。
详细地，本发明的一个目标在于提供一种其中相应分配装置中的泄漏尽可能减小的壳管式设备。
本发明的另一目标在于提供一种其中管侧上进入的流体均匀地分配到管束的管中以便增加设备性能的壳管式设备。
本发明的另外的目标在于提供一种其中便于组装的壳管式设备。
根据本发明，这些目标通过提供一种如所附权利要求书中阐述的带有改进的分配装置的壳管式设备来达到。
本发明的另外的特征由从属权利要求(其为本描述的组成部分)来强调。
附图说明
参照所附示意图，根据本发明的带有改进的分配装置的壳管式设备的特征和优点将从以下示例性且非限制性的描述中更清楚，在所附示意图中：
图1示意性地示出根据本发明的带有改进的分配装置的壳管式设备的实施例；
图2是图1的壳管式设备的上室的截面视图，其中示出根据本发明的分配装置的优选实施例；
图2A是图2的分配装置的细节的放大视图；
图3是图2的分配装置的平面图；
图4是图2的分配装置的顶视图；
图5是图2的分配装置的沿着图4的线V-V截取的截面视图；
图6是图2的分配装置的单个模块的透视图；
图7是图2的分配装置的单个模块的前视图；
图8是图2的分配装置的单个模块的侧视图；以及
图9是图2的分配装置的单个模块的顶视图。
具体实施方式
参照图1，示出根据本发明的带有改进的分配装置的壳管式设备10的实施例。设备10具有圆柱形几何形状且沿着竖直轴线A布置。壳管式设备10包括上室12和下室14，上室12和下室14借助于管束16的管在相反侧上连接。上室12和下室14在相反侧上连接到公共管束16。上室12和下室14在管束16的相反侧上连接到公共管束16。上室12在管束16的上端处连接到管束16，且下室14在管束16的下端处连接到管束16。管束16的上端连接到上管板，该上管板将上室12与包绕管束16的壳20内的空间分开。管束16的上端典型地焊接到上管板。管束16的下端连接到下管板，该下管板将下室14与包绕管束16的壳20内的空间分开。管束16的下端典型地焊接到下管板。
上室12设有用于引入第一流体的至少一个入口喷嘴18。上室12还设有至少一个出口喷嘴64，例如用于排出第三流体，诸如汽提介质连同汽提物质。下室14设有用于引入第三流体的至少一个入口喷嘴66。下室14还设有至少一个出口喷嘴68，例如用于排出第一流体，诸如浓缩的尿素溶液。上室12还包围至少一个分配装置26，该分配装置26构造成用于朝管束16的管均匀地输送第一流体。
管束16由壳20包绕，该壳20设有分别用于引入和排出第二流体的主喷嘴22和副喷嘴24，第二流体通过管束16的管的壁与第一流体交换热量。第二流体(例如呈蒸汽形式)通常通过主喷嘴22注射。第二流体(例如呈水形式)通常通过副喷嘴24去除。在壳管式设备10的优选实施例中，第一流体是注射到上室12中的尿素和尿素氨基甲酸酯溶液，第二流体是在壳侧上流动的加热介质。第三流体可为注射到下室14中的汽提介质。壳管式设备10因此作为尿素汽提器操作，以用于在下室14中从管束16收集浓缩的尿素溶液。
分配装置26包括环形通道28，环形通道28围绕竖直轴线A布置且与入口喷嘴18流体连通。根据本发明，分配装置26包括圆梯形形状的多个通道箱或模块30，其在通道模块30的相应的竖直边缘72、74处紧密地连结在一起以用于形成环形通道28。
如图6-9中示出的，每个通道模块30包括水平布置的基板32，该基板32基本垂直于竖直轴线A。每个基板32与外竖直壁34成整体，该外竖直壁34形成环形通道28的周向边缘，且每个基板32与内竖直壁36成整体，该内竖直壁36设有用于流向管束16的管的第一流体的溢流边缘38。外竖直边缘72布置在外竖直壁34的每个横向端处。内竖直边缘74布置在内壁36的每个横向端处。
根据本发明的优选实施例，每个通道模块30的基板32、外竖直壁34和内竖直壁36通过在相应的弧形连结部分40、42处焊接来连结在一起。然而，每个通道模块30的基板32、外竖直壁34和内竖直壁36也可以以另一方式制成整体，例如通过在适当的模具中金属铸造。
优选地，如例如在图8中示出的，每个通道模块30的外竖直壁34具有沿着竖直轴线A测量的总高度H1，总高度H1大于相应的内竖直壁36的总高度H2。外竖直壁34的最小高度(优选为总高度)至少大于内竖直壁36的最小高度。第一流体因此能够通过分配装置26的中心孔口60流向管束16的管。中心孔口60是圆形的。中心孔口60可设有穿孔的分配器板(未示出)，以用于将第一流体均匀地分配到管束16的管中。
每个竖直壁36的溢流边缘38可具有锯齿状或锯形轮廓，即，带有交替的向上引导的突出部46和向下引导的凹部48。突出部46和凹部48优选地分别为三角形形状。分配装置26的该特定设计改进第一流体均匀分配到管束16的管中的能力。
分配装置26的通道模块30中的至少一个可在相应的基板32上设有至少一个排放通孔50。在壳管式设备10的操作构造中，每个排放通孔50用相应的盖(未示出)来闭合。排放通孔50的目的在于，在壳管式设备10的维护操作期间从分配装置26的环形通道28排放第一流体。
分配装置26的环形通道28与入口喷嘴18之间的流体连通可用通孔52获得，通孔52在通道模块30中的一个的外竖直壁34上获得。通孔52可借助于紧密布置的连接管与入口喷嘴18液压连接。
优选地，分配装置26的每个通道模块30在它相应的竖直边缘72、74中的至少一个上设有凸缘部分44。单个通道模块30的凸缘部分44构造成用于与相邻通道模块30的对应凸缘部分44联接。每个凸缘部分44优选地设在竖直边缘72、74上，即，在通道模块30的一端处的竖直边缘72、74上。优选地，一个凸缘部分44设在通道模块30的一个横向端的竖直边缘72、74上，且一个凸缘部分44设在通道模块30的另一横向端的竖直边缘72、74上。设在通道模块30的一个横向端处的凸缘部分44构造成用于与设在相邻通道模块30的另一横向端处的凸缘部分44联接。设在通道模块30的另一横向端处的凸缘部分44构造成用于与设在另一相邻模块30的一个横向端处的凸缘部分44联接。
凸缘部分44包括面向相邻凸缘部分44的对应平坦表面的平坦表面。面向彼此的两个相邻通道模块30的平坦表面彼此平行。优选地，面向相邻通道模块30的凸缘部分44的表面是平坦的。更优选地，凸缘部分44是平坦的。凸缘部分44垂直于基板32、外竖直壁34和内竖直壁36中的至少一个延伸。更精确地，凸缘部分44垂直于基板32、在外竖直壁34和凸缘部分44的接合处的外竖直壁34的切线以及在内竖直壁36和凸缘部分44的接合处的内竖直壁36的切线中的至少一个延伸。凸缘部分44是平坦的，且在与两个相邻通道模块30之间的界面平行的平面中延伸。外竖直壁34和凸缘部分44的接合位于外竖直边缘72处。内竖直壁36和凸缘部分44的接合位于内竖直边缘74处。外竖直边缘72也可看作是外竖直壁34和凸缘部分44的接合。内竖直边缘74也可看作是内竖直壁36和凸缘部分44的接合。
凸缘部分44与基板32、外竖直壁34和内竖直壁36中的至少一个成整体。凸缘部分44焊接到基板32、外竖直壁34和内竖直壁36中的至少一个。备选地，凸缘部分44通过弯曲基板32、外竖直壁34和内竖直壁36中的至少一个的起始材料来形成。如果凸缘部分44通过弯曲基板32、外竖直壁34和内竖直壁36中的仅一个或两个来形成，凸缘部分44可焊接到基板32、外竖直壁34和内竖直壁36中的另一个。凸缘部分44位于由基板32、外竖直壁34和内竖直壁36界定的分配装置26内部。换句话说，凸缘部分44不突出于分配装置26外部。凸缘部分包括面向相邻通道模块30的沿着外竖直壁34的边缘的第一部分、面向相邻通道模块30的沿着内竖直壁36的边缘的第二部分，以及面向相邻通道模块30的沿着基板32的边缘的第三部分。凸缘部分44的第一部分沿着外竖直边缘72延伸。凸缘部分44的第二部分沿着内竖直边缘74延伸。凸缘部分44的第一部分、第二部分和第三部分沿着它们相应边缘的全长延伸。
每个凸缘部分44设有用于插入设有螺母的相应联接螺栓的至少一个通孔62。优选地，多个通孔62设在每个凸缘部分44上，而可调整螺栓/螺母的数量以在相邻通道模块30之间找到最佳的跨度。
至少一个密封元件56设在两个相邻通道模块30的相应凸缘部分44之间。优选地，每个密封元件56包括可由聚四氟乙烯制成的竖直布置的垫圈。用分配装置26的该特定设计，相邻通道模块30之间的所有不连续位于单个平面(即，竖直平面)上，且不在垂直平面上。
完全插入到分配装置26的内侧中的每个聚四氟乙烯垫圈56可充分密封。换句话说，可通过每个螺栓和螺母发生的第一流体的任何泄漏保留在分配装置26内部。相反，在分配装置的当前的传统设计中，不连续是由于垂直板的接头，其不能用垫圈适当地密封。
凸缘部分44可设有至少一个缺口54，该缺口54布置在环形通道28的底部处，如例如在图6和图8中示出的。备选地，凸缘部分44可设有布置在环形通道28的底部处的通孔。当环形通道28中的流体水平特别低时，缺口54或通孔便于第一流体流过相邻的凸缘部分44。换句话说，缺口54或通孔能够在不影响各种通道模块30的密封性的情况下降低环形通道28中的剩余流体水平。
如图2中示出的，壳管式设备10的上室12典型地在顶部上设有预先限定直径D的圆形开口或人孔58。在壳管式设备10的操作构造中，圆形开口58是常闭的，但出于维护的目的，它可开放。
优选地，每个通道模块30具有相应的总宽度，该总宽度小于圆形开口58的预先限定直径D。以该方式，在壳管式设备10的组装阶段期间，每个通道模块30可通过圆形开口58插入到上室12中。另外，出于维护的目的，每个通道模块30可在不拆卸壳管式设备10的情况下通过圆形开口58从上室12抽出。如基本垂直于通道模块30的纵向方向看到的，通道模块30的总宽度被认为是通道模块30的最大尺寸。
独立于相应的总宽度，通道模块30的数量可逐案地考虑设备10的尺寸和每单个通道模块30的重量来调整。另外，根据本发明的分配装置26是自支承的，那么组装操作和相应的支承结构(图中未示出)可简化且使得更安全。
因此看到，根据本发明的带有改进的分配装置的壳管式设备达到先前概述的目标。
如此构想的本发明的带有改进的分配装置的壳管式设备在任何情况下容许有许多修改和变型，其全都落入相同的发明构思内；另外，所有细节可由技术上等同的要素代替。实际上，所使用的材料以及形状和尺寸可根据技术需求为任何类型的。
因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (15)

1.具有圆柱形几何形状且沿着竖直轴线(A)布置的壳管式设备(10)，所述壳管式设备(10)包括在相反侧上连接到公共管束(16)的上室(12)和下室(14)，其中所述上室(12)设有用于引入第一流体的至少一个入口喷嘴(18)，其中所述管束(16)由壳(20)包绕，所述壳(20)设有用于引入和排出第二流体的喷嘴(22；24)，所述第二流体通过所述管束(16)与所述第一流体交换热量，且其中所述上室(12)包围至少一个分配装置(26)，所述至少一个分配装置(26)构造成用于朝所述管束(16)均匀地输送所述第一流体，所述至少一个分配装置(26)包括环形通道(28)，所述环形通道(28)围绕所述竖直轴线(A)布置且与所述至少一个入口喷嘴(18)流体连通，所述壳管式设备(10)的特征在于，所述至少一个分配装置(26)包括圆梯形形状的多个通道模块(30)，其在所述通道模块(30)的相应的竖直边缘(72、74)处紧密地连结在一起以用于形成所述环形通道(28)。
2.根据权利要求1所述的壳管式设备(10)，其特征在于，每个通道模块(30)包括水平布置的基板(32)，所述基板(32)与外竖直壁(34)成整体，形成所述环形通道(28)的周向边缘，且所述基板(32)与内竖直壁(36)成整体，所述内竖直壁(36)设有用于流向所述管束(16)的所述第一流体的溢流边缘(38)。
3.根据权利要求2所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述基板(32)、所述外竖直壁(34)和所述内竖直壁(36)通过在相应的弧形连结部分(40、42)处焊接来连结在一起。
4.根据权利要求2或3所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述外竖直壁(34)具有沿着所述竖直轴线(A)测量的总高度(H1)，所述总高度(H1)大于所述内竖直壁(36)的总高度(H2)。
5.根据权利要求2或3所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述溢流边缘(38)具有锯齿状轮廓，带有交替的向上引导的突出部(46)和向下引导的凹部(48)。
6.根据权利要求2或3所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述基板(32)设有至少一个排放通孔(50)，在所述壳管式设备(10)的操作构造中，所述排放通孔(50)用相应的盖来闭合。
7.根据权利要求2或3所述的壳管式设备(10)，其特征在于，至少一个通道模块(30)在它相应的外竖直壁(34)上设有通孔(52)，所述通孔(52)与所述至少一个入口喷嘴(18)流体连通。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的壳管式设备(10)，其特征在于，每个通道模块(30)在它相应的竖直边缘(72、74)中的至少一个上设有凸缘部分(44)，所述凸缘部分(44)构造成用于与相邻通道模块(30)的对应凸缘部分(44)联接。
9.根据权利要求8所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述凸缘部分(44)包括面向相邻凸缘部分(44)的对应平坦表面的平坦表面。
10.根据权利要求8所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述凸缘部分(44)设有用于插入相应的联接螺栓的至少一个通孔(62)。
11.根据权利要求8所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述凸缘部分(44)设有布置在所述环形通道(28)的底部处的至少一个缺口(54)，所述缺口(54)便于所述第一流体流过相邻的凸缘部分(44)。
12.根据权利要求8所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述分配装置(26)在两个相邻通道模块(30)的相应凸缘部分(44)之间设有至少一个密封元件(56)。
13.根据权利要求12所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述密封元件(56)是竖直布置的垫圈。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述上室(12)在顶部上设有预先限定直径(D)的圆形开口(58)，所述通道模块(30)中的每个具有小于所述预先限定直径(D)的相应总尺寸，以便执行每个通道模块(30)到所述上室(12)中的插入和/或每个通道模块(30)通过所述圆形开口(58)从所述上室(12)的抽出。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的壳管式设备(10)，其特征在于，所述第一流体是尿素和尿素氨基甲酸酯溶液，且所述第二流体是加热介质，其中所述下室(14)设有用于引入由汽提介质组成的第三流体的至少一个入口喷嘴(66)，所述壳管式设备(10)因此作为尿素汽提器操作，以用于在所述下室(14)中从所述管束(16)收集浓缩的尿素溶液。
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