CN111750701A - 一种管程可在线清洗的缠绕管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，包括中部筒体，中部筒体内设有圆柱筒体，圆柱筒体上、下边缘延伸有上、下筒壁过渡段，一号、二号管板间有管箱，管箱内连接有多孔板，多孔板将管箱分割为上空间、下空间，上空间内设有分布器，分布器上连接有多个喷嘴，中部筒体外壁上连接有除盐水入口管，除盐水入口管与分布器连通，下空间内连接有泡帽板，上、下筒体内均设有管道，上筒体内管道将上管箱与上空间连通，下筒体内管道将下管箱与下空间连通，上筒体、下筒体分别连通有冷介质出、入口，上管箱连通有热介质入口，下管箱连通有热介质出口，具有可以在线清洗，能够避免缠绕管换热器在使用过程中产生胺液结晶导致能耗上升等技术特点。

Description

一种管程可在线清洗的缠绕管换热器

技术领域

本发明涉及一种缠绕管换热器，更具体一点说，涉及一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，属于石油化工领域。

背景技术

缠绕管换热器由于其结构紧凑换热效率高在化肥、空分、LNG液化等装置应用广泛，近年来在加氢装置中的应用也逐渐增加，缠绕管换热器在加氢装置中多应用于加氢反应产物-加氢进料换热系统，采用缠绕管换热器可以大幅度提高换热效率、减少燃料气消耗、降低生产成本，但在实际应用中，缠绕管换热器也存在一些缺点：加氢反应产物中的氯化铵、硫氢化铵会在换热器内部低温段形成结晶，由于现有的缠绕管换热器结构复杂无法在线清洗，一旦内部产生铵盐结晶容易导致换热效率降低、系统压降升高、装置能耗增加甚至被迫停工，不利于装置安全平稳运行且增加了生产成本，在实际应用中，缠绕管换热器只能应用于加工低氮低氯原料油的装置，或者在换热网络设计中将反应产物换热后温度限定在远高于铵盐结晶温度区间加氢装置中，氯化铵结晶温度区间在 200℃-220℃，反应产物换热后温度通常限定高于220℃，两种方法都限制了缠绕管换热器在加氢装置中的普及。陈章华[加氢装置绕管式换热器铵盐结晶分析及对策，J,石油化工防腐与防护，2016年第33卷第4期]，阐述了某加氢装置缠绕管换热器由于铵盐结晶换热效率下降能耗大幅增加装置被迫停工清洗，为避免换热器再次结晶，采取调整换热网络提高反应产物换热后温度的方法，此方法也导致装置能耗一定程度增加。

中国专利文献CN201822180841.1公布了一种防止绕管换热器积垢的反吹系统，利用氮气反吹系统定时对绕管换热器管壁上粘附的积垢进行吹除，但此方法无法适用于加氢装置，中国专利文献CN201610331183.4公布了一种易于清洁的绕管式换热器，利用超声波对换热器的筒体内部以及螺旋管束内部实现自动清洁，但由于铵盐结晶与设备内表面结合的附着力较高，此方法对于铵盐的清洗效果有限，不能普遍适用于加氢装置，因此研究开发具有可以适用于加工高氮高氯原料油的加氢装置，也可以突破换热网络设计中反应产物换热后温度限定的瓶颈，可以极大地提高缠绕管换热器在加氢装置的适用性等技术特点的缠绕管换热器是必然的趋势，具有很大的现实意义。

发明内容

为了解决上述现有技术问题，本发明提供具有可以在线清洗，能够避免缠绕管换热器在使用过程中产生胺盐结晶导致能耗上升等技术特点的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，包括筒体，所述筒体内连接有上管板、下管板，所述上管板、下管板将筒体内部分隔为上管箱、中部筒体、下管箱，所述中部筒体内设有圆柱筒体，所述圆柱筒体直径小于中部筒体直径，所述圆柱筒体上、下边缘均往外弯折且延伸至中部筒体内壁上以连接，延伸部分分别形成有上筒壁过渡段、下筒壁过渡段，所述圆柱筒体内连接有一号管板、二号管板，所述一号管板、二号管板间形成有柱状的管箱，所述管箱内连接有多孔板，所述多孔板将管箱分割为上空间、下空间，所述上空间内设有环形管状的分布器，所述分布器上连接有多个喷嘴，所述中部筒体外壁上连接有除盐水入口管，且除盐水入口管伸进上空间内与分布器连通，所述下空间内连接有泡帽板；所述一号管板与上管板间形成上筒体，所述二号管板与下管板间形成下筒体；

所述上筒体、下筒体内均设有管道，上筒体内管道将上管箱与上空间连通，下筒体内管道将下管箱与下空间连通，所述上筒体上端的侧壁以及下筒体下端的侧壁分别连通有冷介质出口、冷介质入口，所述上管箱上端连通有热介质入口，所述下管箱下端连通有热介质出口。

作为一种改进，所述除盐水入口管通过法兰连接有供水管线，所述供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，所述阀门包括调节阀、手阀、单向阀，所述上筒体、下筒体内管道以外的空间构成换热器壳程。

作为一种改进，在所述上筒体、下筒体内分别设有一号中心管、二号中心管，一号中心管两端分别连接在上管板、一号管板上，二号中心管两端分别连接在下管板、二号管板上，上管板、下管板、一号管板、二号管板上开设有通孔；

位于上筒体内管道上端插入上管板的通孔内以连通上管箱，所述管道下端往下延伸且环绕一号中心管形成螺旋状，且所述管道下端插入一号管板的通孔内以连通上空间；

位于下筒体内管道上端插入二号管板的通孔内以连通下空间，所述管道下端往下延伸且环绕二号中心管形成螺旋状，且所述管道下端插入下管板的通孔内以连通下管箱；

所述上管箱与上空间以及下管箱与下空间通过管道相连构成换热器管程。

作为一种改进，所述上管板、下管板、一号管板、二号管板上分别开设有多个且数量相同的通孔，所述上管板的通孔围绕成图形结构，所述一号管板的通孔与上管板的通孔上下一一对应，所述上管板的通孔内均插入有一根管道，所述管道依次序且同方向环绕一号中心管形成一层螺旋管束覆盖一号中心管；

所述二号管板的通孔围绕成图形结构，所述下管板的通孔与二号管板的通孔上下一一对应，所述二号管板的通孔内均插入有一根管道，所述管道依次序且同方向环绕二号中心管形成一层螺旋管束覆盖二号中心管。

作为一种改进，所述上管板、二号管板上通孔均围成三个同心设置的圆形，所述上管板上且同一个圆形上通孔内的管道依次序且同方向环绕一号中心管形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块以间隔，最内层螺旋管束与一号中心管间设置有二号垫块，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反；

所述二号管板上且同一个圆形上通孔内的管道依次序且同方向环绕二号中心管形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块以间隔，最内层螺旋管束与二号中心管间设置有二号垫块，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反。

作为一种改进，所述圆柱筒体与中部筒体、一号中心管与中部筒体以及二号中心管与中部筒体均同轴心线。

作为一种改进，所述下筒体下端的侧壁上还连通有壳程排液口以防止水份在换热器壳程下部聚集产生湿硫化氢腐蚀。

作为一种改进，所述上筒壁过渡段、下筒壁过渡段上开设有壳程联通孔以使上筒体、下筒体内的换热器壳程联通。

作为一种改进，所述分布器设有若干个，若干个分布器体积逐渐减少，所述分布器间依次序套设形成有多层同心圆，相邻分布器间连通，所述盐水入口管伸进上空间内与最外层分布器连通。

作为一种改进，所述分布器设有2个。

有益效果：实现了在线清洗，避免缠绕管换热器在使用过程中因产生胺盐结晶导致能耗上升甚至被迫停工，极大地提高了采用缠绕管换热器的加氢装置的原料适应性，也突破了采用缠绕管换热器的加氢装置换热网络设计中反应产物换热后温度必须高于铵盐结晶温度的瓶颈，提高了缠绕管换热器在加氢装置的适用性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明B-B处剖视图。

图3是本发明A-A处剖视图。

图4是本发明C-C处剖视图。

图5是本发明多单元结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“左”、“右”、“上端”、“下端”、“中部”、“底部”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。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，专业部件名称为本领域的普通技术人员正常理解的含义，如泡帽板16，又称泡罩板，工业上应用最早的一种塔板，泡罩板的气液接触元件是泡罩，有圆形和条形两大类，经泡罩和升气管间的回转通路由泡罩下部开的齿缝逸出液层。

一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，可以由两个或多个换热单元30串联构成，每个换热单元30结构相同，换热器主体结构相当于多个绕管式换热器串联，如图5所示为一种具体实施例，由三个个换热单元30串联构成，每个换热单元30结构相同；

如图1-4所示为一种具体实施例，采用两个换热单元，相邻的两个换热单元连接部位合用一个柱状的管箱9，管箱9与筒体采用一段瓶颈状过渡段筒壁相连，该实施例具体包括筒体，筒体内连接有上管板、下管板，上管板、下管板将筒体内部分隔为上管箱1、中部筒体2、下管箱3三个空间，中部筒体2内设有圆柱筒体4，圆柱筒体4直径小于中部筒体2直径，圆柱筒体4上、下边缘均往外弯折且延伸至中部筒体3内壁上以连接，延伸部分分别形成有上筒壁过渡段5、下筒壁过渡段6，所述圆柱筒体4内连接有一号管板7、二号管板8，所述一号管板7、二号管板8间形成有柱状的管箱9，管箱9、上筒壁过渡段5、下筒壁过渡段6设计，即中部筒体2采用两段瓶颈状过渡段筒壁相连，管箱9 内连接有多孔板10，所述多孔板10将管箱9分割为上空间11、下空间12，在上空间11内设有环形管状的分布器13，分布器13上连接有多个喷嘴14，所述中部筒体2外壁上连接有除盐水入口管15，且除盐水入口管15伸进上空间11 内与分布器13连通，下空间12内连接有泡帽板16；所述一号管板7与上管板间形成上筒体18，所述二号管板8与下管板间形成下筒体19；

所述上筒体18、下筒体19内均设有管道20，上筒体18内管道20将上管箱1与上空间11连通，下筒体19内管道20将下管箱3与下空间12连通，所述上筒体18上端的侧壁以及下筒体19下端的侧壁分别连通有冷介质出口21、冷介质入口22，所述上管箱1上端连通有热介质入口13，所述下管箱3下端连通有热介质出口24；

通过除盐水入口管15连续或间断注入除盐水，更优选为除氧水，通常要求水中氧含量不大于20μg/g，氯离子含量不大于5μg/g，分布器13上的喷嘴14 将注入的除盐水均匀分布在管箱9的截面上，多孔板10作用是将管程物料和除盐水初步分配混合，泡帽板16(又称泡罩板，工业上应用最早的一种塔板，泡罩板的气液接触元件是泡罩，有圆形和条形两大类，经泡罩和升气管间的回转通路由泡罩下部开的齿缝逸出液层)作用是将管程物料中的油相、气相物质和除盐水再次分配混合，防止气液相偏流，注入管程的除盐水将管程低温段生成的铵盐结晶溶解后随反应产物排出，除盐水供水管线上的流量计用于监控注入的除盐水量，除盐水供水管线上的阀门或调节阀用于精确控制注入的除盐水流量以确保最佳清洗效果，除盐水供水管线上的单向阀用来防止除盐水意外中断后管程介质反窜，除盐水供水管线上的压力表用来监控换热器各换热单元管程压差变化趋势以判断水冲洗效果，本发明可以适用于加工高氮高氯原料油的加氢装置，也可以突破换热网络设计中反应产物换热后温度限定的瓶颈，避免铵盐结晶造成的换热效率降低、系统压降升高、装置能耗增加甚至被迫停工，保持装置长期平稳运行。

作为一种改进的实施例，所述除盐水入口管15通过法兰连接有供水管线，所述供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，所述阀门包括调节阀、手阀、单向阀，上筒体18、下筒体19内管道20以外的空间构成换热器壳程，除盐水供水管线上的流量计用于监控注入的除盐水量，除盐水供水管线上的阀门或调节阀用于精确控制注入的除盐水流量以确保最佳清洗效果，除盐水供水管线上的单向阀用来防止除盐水意外中断后管程介质反窜，除盐水供水管线上的压力表用来监控换热器各换热单元管程压差变化趋势以判断水冲洗效果。

作为一种改进的实施例，在所述上筒体18、下筒体19内分别设有一号中心管25、二号中心管26，一号中心管25两端分别连接在上管板、一号管板7上，二号中心管26两端分别连接在下管板、二号管板8上，上管板、下管板、一号管板7、二号管板8上开设有通孔；位于上筒体18内管道20上端插入上管板的通孔内以连通上管箱，所述管道20下端往下延伸且环绕一号中心管25形成螺旋状，且所述管道20下端插入一号管板7的通孔内以连通上空间11；位于下筒体19内管道20上端插入二号管板8的通孔内以连通下空间12，所述管道20下端往下延伸且环绕二号中心管26形成螺旋状，且所述管道20下端插入下管板的通孔内以连通下管箱3；所述上管箱与上空间11以及下管箱3与下空间12通过管道20相连构成换热器管程；螺旋状的管道20设计，使得管道20暴露在换热器的壳程内的面积大，便于充分换热的实现。

作为一种改进的实施例，所述上管板、下管板、一号管板7、二号管板8上分别开设有多个且数量相同的通孔，所述上管板的通孔围绕成圆形结构，所述一号管板7的通孔与上管板的通孔上下一一对应，所述上管板的通孔内均插入有一根管道20，所述管道20依次序且同方向环绕一号中心管25形成一层螺旋管束覆盖一号中心管25；

所述二号管板8的通孔围绕成图形结构，所述下管板的通孔与二号管板8 的通孔上下一一对应，所述二号管板8的通孔内均插入有一根管道20，所述管道20依次序且同方向环绕二号中心管26形成一层螺旋管束覆盖二号中心管26.

作为一种改进，所述上管板、二号管板8上通孔均围成三个同心设置的圆形，所述上管板上且同一个圆形上通孔内的管道20依次序且同方向环绕一号中心管25形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块27以间隔，最内层螺旋管束与一号中心管25间设置有二号垫块28，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反；

所述二号管板8上且同一个圆形上通孔内的管道20依次序且同方向环绕二号中心管26形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块27以间隔，最内层螺旋管束与二号中心管26间设置有二号垫块28，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反；

添加一号垫块27、二号垫块28设计，使得相邻层的螺旋管束间也可以流通热介质，便于高效的换热，在有限的上筒体18、下筒体19内，设计多层的螺旋管束，既可使得换热效率高，也可以满足上管箱、下管箱间的设定流通量。

作为一种改进，所述圆柱筒体4与中部筒体2、一号中心管25与中部筒体 2以及二号中心管26与中部筒体2均同轴心线，结构对称，便于均与换热。

作为一种改进，所述下筒体19下端的侧壁上还连通有壳程排液口29以防止水份在换热器壳程下部聚集产生湿硫化氢腐蚀。

作为一种改进，所述上筒壁过渡段5、下筒壁过渡段6上开设有壳程联通孔 17以使上筒体18、下筒体19内的换热器壳程联通，通孔17是沿着上筒壁过渡段5、下筒壁过渡段6圆周向排布，平均设置n(n≥2)个椭圆或圆形开口，且通孔17与上筒壁过渡段5以及通孔17与下筒壁过渡段6位置在垂直方向投影成(180/n)度夹角，上下两个换热单元壳程的物料通过壳程联通。

作为一种改进，所述分布器13设有若干个，若干个分布器13体积逐渐减少，所述分布器13间依次序套设形成有多层同心圆，相邻分布器13间连通，所述盐水入口管15伸进上空间11内与最外层分布器13连通，分布器13间连接为串联方式。

作为一种改进，所述分布器13设有2个。

最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：包括筒体，所述筒体内连接有上管板、下管板，所述上管板、下管板将筒体内部分隔为上管箱(1)、中部筒体(2)、下管箱(3)，所述中部筒体(2)内设有圆柱筒体(4)，所述圆柱筒体(4)直径小于中部筒体(2)直径，所述圆柱筒体(4)上、下边缘均往外弯折且延伸至中部筒体(3)内壁上以连接，延伸部分分别形成有上筒壁过渡段(5)、下筒壁过渡段(6)，所述圆柱筒体(4)内连接有一号管板(7)、二号管板(8)，所述一号管板(7)、二号管板(8)间形成有柱状的管箱(9)，所述管箱(9)内连接有多孔板(10)，所述多孔板(10)将管箱(9)分割为上空间(11)、下空间(12)，所述上空间(11)内设有环形管状的分布器(13)，所述分布器(13)上连接有多个喷嘴(14)，所述中部筒体(2)外壁上连接有除盐水入口管(15)，且除盐水入口管(15)伸进上空间(11)内与分布器(13)连通，所述下空间(12)内连接有泡帽板(16)；所述一号管板(7)与上管板间形成上筒体(18)，所述二号管板(8)与下管板间形成下筒体(19)；

所述上筒体(18)、下筒体(19)内均设有管道(20)，上筒体(18)内管道(20)将上管箱(1)与上空间(11)连通，下筒体(19)内管道(20)将下管箱(3)与下空间(12)连通，所述上筒体(18)上端的侧壁以及下筒体(19)下端的侧壁分别连通有冷介质出口(21)、冷介质入口(22)，所述上管箱(1)上端连通有热介质入口(13)，所述下管箱(3)下端连通有热介质出口(24)。

2.根据权利要求1所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述除盐水入口管(15)通过法兰连接有供水管线，所述供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，所述阀门包括调节阀、手阀、单向阀，所述上筒体(18)、下筒体(19)内管道(20)以外的空间构成换热器壳程。

3.根据权利要求1或2所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：在所述上筒体(18)、下筒体(19)内分别设有一号中心管(25)、二号中心管(26)，一号中心管(25)两端分别连接在上管板、一号管板(7)上，二号中心管(26)两端分别连接在下管板、二号管板(8)上，上管板、下管板、一号管板(7)、二号管板(8)上开设有通孔；

位于上筒体(18)内管道(20)上端插入上管板的通孔内以连通上管箱，所述管道(20)下端往下延伸且环绕一号中心管(25)形成螺旋状，且所述管道(20)下端插入一号管板(7)的通孔内以连通上空间(11)；

位于下筒体(19)内管道(20)上端插入二号管板(8)的通孔内以连通下空间(12)，所述管道(20)下端往下延伸且环绕二号中心管(26)形成螺旋状，且所述管道(20)下端插入下管板的通孔内以连通下管箱(3)；

所述上管箱与上空间(11)以及下管箱(3)与下空间(12)通过管道(20)相连构成换热器管程。

4.根据权利要求3所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述上管板、下管板、一号管板(7)、二号管板(8)上分别开设有多个且数量相同的通孔，所述上管板的通孔围绕成圆形结构，所述一号管板(7)的通孔与上管板的通孔上下一一对应，所述上管板的通孔内均插入有一根管道(20)，所述管道(20)依次序且同方向环绕一号中心管(25)形成一层螺旋管束覆盖一号中心管(25)；

所述二号管板(8)的通孔围绕成图形结构，所述下管板的通孔与二号管板(8)的通孔上下一一对应，所述二号管板(8)的通孔内均插入有一根管道(20)，所述管道(20)依次序且同方向环绕二号中心管(26)形成一层螺旋管束覆盖二号中心管(26)。

5.根据权利要求4所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述上管板、二号管板(8)上通孔均围成三个同心设置的圆形，所述上管板上且同一个圆形上通孔内的管道(20)依次序且同方向环绕一号中心管(25)形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块(27)以间隔，最内层螺旋管束与一号中心管(25)间设置有二号垫块(28)，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反；

所述二号管板(8)上且同一个圆形上通孔内的管道(20)依次序且同方向环绕二号中心管(26)形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块(27)以间隔，最内层螺旋管束与二号中心管(26)间设置有二号垫块(28)，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反。

6.根据权利要求3或所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述圆柱筒体(4)与中部筒体(2)、一号中心管(25)与中部筒体(2)以及二号中心管(26)与中部筒体(2)均同轴心线。

7.根据权利要求2所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述下筒体(19)下端的侧壁上还连通有壳程排液口(29)以防止水份在换热器壳程下部聚集产生湿硫化氢腐蚀。

8.根据权利要求2或7所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述上筒壁过渡段(5)、下筒壁过渡段(6)上开设有壳程联通孔(17)以使上筒体(18)、下筒体(19)内的换热器壳程联通。

9.根据权利要求1所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述分布器(13)设有若干个，若干个分布器(13)体积逐渐减少，所述分布器(13)间依次序套设形成有多层同心圆，相邻分布器(13)间通过联通管连通，且相邻分布器(13)之间的联通管数量≥1，所述盐水入口管(15)伸进上空间(11)内与最外层分布器(13)连通。

10.根据权利要求9所述的一种管程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述分布器(13)设有2个。

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