CN112254556A

CN112254556A - 一种相变式急冷换热器

Info

Publication number: CN112254556A
Application number: CN202011197716.7A
Authority: CN
Inventors: 黄嗣罗; 刘恒; 林进华; 雷小娣; 李辉林
Original assignee: Challenge Petrochemical Machinery Corp
Current assignee: Challenge Petrochemical Machinery Corp
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-01-22

Abstract

本发明涉及石油化工设备技术领域，具体涉及一种相变式急冷换热器，包括入口管箱、前管板、壳体、多条换热管、支撑板、后管板和出口管箱，由于靠近前管板的位置热交换激烈，冷却介质汽化形成的气泡多，因此在壳体的靠近前管板的节段设有至少两个进口接头和至少两个出口接头，每两个进口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的底部两侧，每两个出口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的顶部两侧，能够满足冷却介质大流量需求，流进更多冷却介质，排出更多汽体，提高产能，单个进口接头或出口接头亦无需开得过大，保障了壳体的强度。而靠后的换热较为平缓，此处进口接头和出口接头与壳体的连接按普通方式即可。

Description

一种相变式急冷换热器

技术领域

本发明涉及石油化工工业中的换热器技术领域，具体涉及一种相变式急冷换热器。

背景技术

换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备，而管壳式换热器是工业应用最广泛的换热设备，例如乙烯裂解炉上，烃类原料在高温下，发生碳链断裂或脱氢反应，生成乙烯、丙烯等，同时还副产丁烯、丁二烯等烯烃和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。这些组分在裂解温度下，其化学热力学状态很不稳定。在高温区停留时间越长，二次反应就越多，而烯烃收率就越低。为了提高裂解反应目的产物的收率，通常采用急冷换热器来对生成的裂解气迅速冷却，防止二次反应的发生，并回收裂解气的热量而副产高位能的高压蒸汽。

申请人目前使用的急冷换热器包括入口管箱、前管板、壳体、多条换热管、支撑板、后管板和出口管箱，壳体呈筒状且横向布置，前管板和后管板分别固定于壳体的两端部，从而围成壳程空间；入口管箱固定于前管板且两者共同围成前管程空间，出口管箱固定于后管板且两者共同围成后管程空间；多条换热管的两端部分别固定于前管板和后管板，且分别连通至前管程空间和后管程空间，支撑板固定于换热管的位于壳程空间的节段。壳体的正底部设有进口接头，壳体的正顶部设有出口接头。使用时，高温化工流体从前管程空间进入，经由换热管从后管程空间流出，冷却介质从进口接头进入壳程空间后通过换热管的侧壁与高温化工流体换热，液态的冷却介质受热汽化呈气泡从出口接头排出。

随着产能需求逐渐提高，急冷换热器的体积也越来越大，而发明人发现，如果壳体、进口接头和出口接头等各个模块等比例扩大，很容易导致局部强度减小，无法满足标准要求，尤其是进口接头和出口接头的位置，壳体侧壁的开孔过大对其强度影响较大，现有急冷换热器仅在壳体的底侧和顶侧分别设有一个进口和一个出口，进出口的大小限制了产能提升。另外，即使在壳体的正底侧和正顶侧沿轴向分别设有多个进口和多个出口，对于壳体的同一纵截面而言，其冷却介质的进出流量还是受到较大的限制。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种能够增大冷却介质进出量，且保障强度的相变式急冷换热器。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种相变式急冷换热器，包括入口管箱、前管板、壳体、多条换热管、支撑板、后管板和出口管箱，壳体呈筒状且横向布置，前管板和后管板分别固定于壳体的两端部，从而围成壳程空间；入口管箱固定于前管板且两者共同围成前管程空间，出口管箱固定于后管板且两者共同围成后管程空间；多条换热管的两端部分别固定于前管板和后管板，且分别连通至前管程空间和后管程空间；支撑板固定于换热管的位于壳程空间的节段；壳体的靠近前管板的节段设有至少两个进口接头和两个出口接头，每两个进口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的底部两侧，每两个出口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的顶部两侧。

优选的，进口接头和出口接头在垂直于壳体轴向的纵截面错开分布。

优选的，每两个进口接头组成进口模组，沿壳体的轴向布置有两组进口模组。

优选的，进口接头的轴线与平行壳体轴向的纵截面之间的角度为15°～35°。

优选的，出口接头的轴线与平行壳体轴向的纵截面之间的角度为15°～35°。

优选的，壳体的中部设有垂直于换热管的分隔板，分隔板将壳程空间分隔成前壳程和后壳程，分隔板的周侧与壳体内壁之间留有间隙，壳体设有连通后壳程的后进口接头和后出口接头，后进口接头位于壳体的正底侧，后出口接头位于壳体的正顶侧。

优选的，支撑板的数量为多块，多块支撑板垂直于换热管且并列分布，支撑板开有多个供换热管穿过的支撑孔，每个支撑孔的周围开有多个过液孔，过液孔的直径小于支撑孔的直径。

优选的，支撑板的外周设有多个定位凸起，定位凸起与壳体的内壁相配合，从而在支撑板与壳体内壁之间形成多个弧形通道。

本发明的有益效果：

本发明的相变式急冷换热器，与现有技术相比，由于靠近前管板的位置热交换激烈，冷却介质汽化形成的气泡多，因此在壳体的靠近前管板的节段设有至少两个进口接头和两个出口接头，每两个进口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的底部两侧，每两个出口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的顶部两侧，即在垂直于壳体轴向的一个纵截面上有两个进口接头或出口接头，因此能够满足冷却介质大流量的需求，流进更多冷却介质，排出更多汽体，提高产能。而且单个进口接头或出口接头亦无需开得过大，因此保障了壳体的强度。而靠后的换热较为平缓，此处进口接头和出口接头与壳体的连接按普通方式即可。

附图说明

图1为实施例中的相变式急冷换热器的结构示意图。

图2为图1的左视放大图。

图3为图1的剖视图。

图4为图3中A处的放大视图。

附图标记：

入口管箱1、前管板2、壳体3、换热管4；

支撑板5、支撑孔51、过液孔52、定位凸起53；

后管板6、出口管箱7、进口接头8、出口接头9、分隔板10。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

本实施例的相变式急冷换热器，如图1至图4所示，包括入口管箱1、前管板2、壳体3、多条换热管4、支撑板5、后管板6和出口管箱7，壳体3呈筒状且横向布置，前管板2和后管板6分别固定于壳体3的两端部，从而围成壳程空间。入口管箱1固定于前管板2且两者共同围成前管程空间，出口管箱7固定于后管板6且两者共同围成后管程空间。多条换热管4的两端部分别固定于前管板2和后管板6，且分别连通至前管程空间和后管程空间。

壳体3的靠近前管板2的节段设有至少两个进口接头8和至少两个出口接头9，进口接头8与前管板2之间、出口接头9与前管板2之间均要保持一定距离，每两个进口接头8相对平行壳体3轴向的纵截面(纸面)对称分布于壳体3的底部两侧，每两个出口接头9相对平行壳体3轴向的纵截面对称分布于壳体3的顶部两侧，即在垂直于壳体3轴向的一个纵截面(垂直于纸面)上有两个进口接头8或出口接头9，如此能够满足冷却介质大流量的需求，流进更多冷却介质，排出更多汽体，提高产能。进口接头8和出口接头9在垂直于壳体3轴向的纵截面错开分布，以确保同壳体3同一个纵截面的强度，单个进口接头8或出口接头9亦无需开得过大，因此保障了壳体3的强度。

本实施例中，垂直于纸面的每两个进口接头8组成进口模组，沿壳体3的轴向布置有两组进口模组，即图中有四个出口接头9。

本实施例中，进口接头8的轴线与平行壳体3轴向的纵截面之间的角度、出口接头9的轴线与平行壳体3轴向的纵截面之间的角度为15°～35°，优选为25°，具体角度根据壳体3以及进出口接头的大小等工艺决定，若进口接头8过于倾斜则影响冷却介质进入后的换热效果，出口接头9过于倾斜则影响气泡排出，若过于靠近则影响壳体3的强度，该角度范围既保障了介质进出顺利，也保障了强度。

本实施例中，壳体3的中部设有垂直于换热管4的分隔板10，分隔板10将壳程空间分隔成前壳程和后壳程，分隔板10的周侧与壳体3内壁之间留有间隙，壳体3设有连通后壳程的后进口接头8和后出口接头9，后进口接头8位于壳体3的正底侧，后出口接头9位于壳体3的正顶侧，因靠近后管板6位置的换热较为平缓，普通的进出口接头安装方式即可。

本实施例中，多块支撑板5固定于换热管4的位于壳程空间的节段，多块支撑板5垂直于换热管4且并列分布，支撑板5开有多个供换热管4穿过的支撑孔51，每个支撑孔51的周围开有多个过液孔52，过液孔52的直径小于支撑孔51的直径，支撑板5的外周设有多个定位凸起53，定位凸起53与壳体3的内壁相配合，从而在支撑板5与壳体3内壁之间形成多个弧形通道。过液孔52开在支撑孔51的周围，在工作过程中越靠近前管板2的换热越激烈，冷却介质汽化的速度越快，冷却介质能够沿轴向朝前管板2方向补充，提高换热效果，且冷却介质贯通过液孔52后能够冲刷换热管4表面的气泡，因此能够减轻气泡对换热管4的汽蚀影响。支撑板5开孔以及支撑板5周侧与壳体3内壁之间形成多个通道，能够增大冷却介质在轴向的流动性，对于大直径壳体3也能够确保流通面积占比。

本实施例中，定位凸起53的数量为四个，四个定位绕支撑板5周侧均匀分布，支撑板5为圆板，以使得支撑板5周侧与壳体3内壁之间形成的通道呈弧形，使得冷却介质沿轴向流动更均匀。过液孔52的直径小于支撑孔51的直径，能够保障支撑板5能够开足够多的支撑孔51，多条换热管4能够密集地分布。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种相变式急冷换热器，其特征是：包括入口管箱、前管板、壳体、多条换热管、支撑板、后管板和出口管箱，壳体呈筒状且横向布置，前管板和后管板分别固定于壳体的两端部，从而围成壳程空间；入口管箱固定于前管板且两者共同围成前管程空间，出口管箱固定于后管板且两者共同围成后管程空间；多条换热管的两端部分别固定于前管板和后管板，且分别连通至前管程空间和后管程空间；支撑板固定于换热管的位于壳程空间的节段；壳体的靠近前管板的节段设有至少两个进口接头和两个出口接头，每两个进口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的底部两侧，每两个出口接头相对平行壳体轴向的纵截面对称分布于壳体的顶部两侧。

2.根据权利要求1所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：进口接头和出口接头在垂直于壳体轴向的纵截面错开分布。

3.根据权利要求1所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：每两个进口接头组成进口模组，沿壳体的轴向布置有两组进口模组。

4.根据权利要求1所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：进口接头的轴线与平行壳体轴向的纵截面之间的角度为15°～35°。

5.根据权利要求1或4所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：出口接头的轴线与平行壳体轴向的纵截面之间的角度为15°～35°。

6.根据权利要求1所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：壳体的中部设有垂直于换热管的分隔板，分隔板将壳程空间分隔成前壳程和后壳程，分隔板的周侧与壳体内壁之间留有间隙，壳体设有连通后壳程的后进口接头和后出口接头，后进口接头位于壳体的正底侧，后出口接头位于壳体的正顶侧。

7.根据权利要求1所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：支撑板的数量为多块，多块支撑板垂直于换热管且并列分布，支撑板开有多个供换热管穿过的支撑孔，每个支撑孔的周围开有多个过液孔，过液孔的直径小于支撑孔的直径。

8.根据权利要求7所述的一种相变式急冷换热器，其特征是：支撑板的外周设有多个定位凸起，定位凸起与壳体的内壁相配合，从而在支撑板与壳体内壁之间形成多个弧形通道。