CN112880456A - 一种多模块串联换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模块串联换热器，属于换热器领域，包括高温位的原料过热段、中高温位的中压蒸汽发生段、中温位的原料预热段、低温位的余热回收段，所述原料过热段、中压蒸汽发生段、原料预热段和余热回收段分别采用一级过渡连接段、二级过渡连接段和三级过渡连接段连接成一体。本发明的换热器可实现模块化设计，节省中间管线设置，提高设备紧凑性，降低系统压降消耗，节省占地；实现能量的梯级、最大化回收利用，降低装置能耗；吸收热膨胀，降低温差应力，提高设备可靠性；减小设备振动；保护换热管束；提高换热效率；提升设备的热膨胀体系设计，降低设备开停工引起的内部积液局部腐蚀问题。

Description

一种多模块串联换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种多模块串联换热器。

背景技术

大型苯乙烯装置的工艺系统及上下游关联设备是影响换热器工艺和结构的关键因素，传热设备上游为反应系统，下游接分离系统，均为能量消耗的主要来源，以多联换热设备为核心的能量匹配性设计是降低装置能耗的关键。

大直径、高温、小压降多联换热设备，管程串联，壳程分段，管程总体为负压环境介质推动力小，设备尺寸大、压降小。

对于大直径换热器，换热设备壳程介质的不均匀性会引起换热器内部流体和温度不均匀性具有重要影响，进一步可显著影响传热性能及设备可靠性。

多联换热器中包含有气气换热器、余热锅炉等传热段，当设备运行后会引壳程流体的卡门漩涡、紊流抖动、气液两相流体弹性不稳定、气泡的不断形成和破裂等，会引起换热管管束振动，换热管和管板连接处因疲劳产生裂纹、微裂纹、以及其他缺陷的扩大或扩展，最终可能产生失效。

介质升温温差大，物性变化大，介质流动状态变化较大，振动较大。为节省占地，降低外部配管难度，串联布置的换热设备多采用一体化设计思路，设备整体、局部温度变形补偿能力亦成为保障设备安全可靠的关键问题之一。

多联换热设备具有大直径、大流量的特点，介质壳程结构的漏流对换热器性能具有重要影响换热器的流体在壳侧流动时，折流板、低温端浮动管板和筒体之间以及折流板和换热管之间都留有一定的缝隙，当壳侧流体流动时，一部分流体通过缝隙漏流进入下一区域，因此横掠管束的流量减少，流体速度降低，换热器的传热系数和压降系数降低。

现有苯乙烯装置多联换热器设备采用三联换热器，其在实际使用时，存在如下缺点：

1、低压降与大流量匹配困难，设备直径过大，成本高；

2、高温端换热管冲刷腐蚀，影响安全与性能；

3、膨胀卡涩导致管头破坏，影响安全与性能；采用膨胀节方案，成本高；

4、浮头密封不良导致管壳程内漏，影响性能；

5、壳程分配不良导致换热管振动破坏，壳程产生噪音，影响安全与性能。

针对上述技术问题，本发明在此提出一种多模块串联换热器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种多模块串联换热器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多模块串联换热器，包括高温位的原料过热段、中高温位的中压蒸汽发生段、中温位的原料预热段、低温位的余热回收段，所述原料过热段、中压蒸汽发生段、原料预热段和余热回收段分别采用一级过渡连接段、二级过渡连接段和三级过渡连接段连接成一体；

所述原料过热段前端的入口结构由高温气入口接管、一次分配封头、锥形稳流段和二次分布板组成，所述余热回收段的末端设有高温气出口接管；

所述原料过热段内设有原料过热段管束，所述中压蒸汽发生段内设有中压蒸汽发生段管束，所述原料预热段内设有原料预热段管束，所述余热回收段内设有余热回收段管束；

所述原料过热段分别设有原料过热段入口接管和原料过热段原料出口接管，所述中压蒸汽发生段分别设有中压饱和水入口和中压蒸汽出口，所述原料预热段分别设有原料预热段原料入口接管和原料预热段原料出口接管，所述余热回收段分别设有冷空气入口和中压锅炉饱和水出口。

进一步地，所述原料过热段、中压蒸汽发生段、原料预热段、余热回收段的底部分别设置有不等高的一级支座、二级支座、三级支座、四级支座，所述二级支座为固定支座，所述一级支座、三级支座、四级支座为滑动支座。

进一步地，所述原料过热段与一级过渡连接段的内部设有原料过热段出口侧管板，所述原料预热段与三级过渡连接段的内部设有原料预热段出口侧管板结构，所述原料过热段出口侧管板和原料预热段出口侧管板结构均采用内浮头管板结构。

进一步地，所述内浮头管板结构包括设置在换热器筒体内侧的浮动管板、填料函、定位块、填料、填料压盖、缩颈筒节、螺栓螺母，所述螺栓螺母开设有排液孔。

进一步地，所述原料过热段内且位于原料过热段入口接管处设有原料过热段原料分布器，所述原料预热段内且位于原料预热段原料入口接管处设有原料预热段原料分布器，所述原料过热段原料分布器和原料预热段原料分布器均为环形分配器。

进一步地，所述原料过热段内设有原料过热段支持板、消振隔板一和原料过热段折流板，所述原料预热段内设有原料预热段支持板、消振隔板二和原料预热段折流板。

进一步地，所述原料过热段前端的入口结构为耐高温隔热毯和丝网锚固隔热衬里组成的双层结构。

进一步地，原料过热段管束和原料预热段管束采用窗口区不布管的型式。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、换热器具有原料过热段、中压蒸汽发生段、原料预热段和余热回收段，上述四个温位区段之间采用一级过渡连接段、二级过渡连接段和三级过渡连接段连接成一体，实现模块化设计，可以节省中间管线设置，提高设备紧凑性，降低系统压降消耗，节省占地。

2、高温位入口介质自耐高温均布结构进入换热器，由高温位至低温位的顺序依次通过各温位区间，分别与预热后原料介质、中压锅炉饱和水、冷原料物流、中压锅炉给水进行热交换，管内高温介质物流得到冷却，壳程各介质物流通过升高温度或汽化的方式实现能量的梯级利用，可实现能量的最大化回收利用，降低装置能耗。

3、原料过热段出口侧管板和原料预热段出口侧管板结构，采用内浮头管板结构，可吸收由于管壳程介质温差引起的吸收热膨胀，降低温差应力，提高设备可靠性。

4、原料过热段管束和原料预热段管束的布管型式采用窗口区不布管的型式，并设置有纵向布置的消振隔板一和消振隔板二，减小设备振动。

5、高温位的原料过热段、中温位的原料预热段的壳程进料侧分别设置原料过热段原料分布器和原料过热段原料分布器，分布器型式为环形分配器，可改善壳程流体均布性，降低介质对原料过热段管束和原料预热段管束的冲击破坏，保护换热管束。

6、换热器高温位的原料过热段的入口结构由高温气入口接管、一次分配封头、锥形稳流段、二次分布板组成，可改善管程流体均布性，提高换热效率。

7、设备底部分别设置有不等高的一级支座、二级支座、三级支座、四级支座，二级支座为固定支座，一级支座、三级支座、四级支座为滑动支座，设备整体布置具有一定倾斜角度，沿高温气入口接管坡向高温气出口接管，可提升设备整体的热膨胀体系设计，并降低由于设备开停工引起的设备内部积液局部腐蚀问题。

综上所述，本发明的换热器可实现模块化设计，节省中间管线设置，提高设备紧凑性，降低系统压降消耗，节省占地；实现能量的梯级、最大化回收利用，降低装置能耗；吸收热膨胀，降低温差应力，提高设备可靠性；减小设备振动；保护换热管束；提高换热效率；提升设备的热膨胀体系设计，降低设备开停工引起的内部积液局部腐蚀问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提出的一种多模块串联换热器的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种多模块串联换热器中内浮头管板结构的整体结构示意图；

图3为本发明提出的一种多模块串联换热器中环形分配器的整体结构示意图。

图中：1高温气入口接管、2一次分配封头、3锥形稳流段、4二次分布板、5原料过热段、6原料过热段管束、7原料过热段入口接管、8原料过热段原料分布器、9原料过热段出口侧管板、10中压蒸汽发生段、11中压蒸汽出口、12、中压蒸汽发生段管束、13原料预热段原料出口接管、14原料预热段管束、15原料预热段、16原料预热段出口侧管板结构、17余热回收段、18中压锅炉饱和水出口、19余热回收段管束、20高温气出口接管、21耐高温隔热毯、22丝网锚固隔热衬里、23内浮头管板结构、24原料过热段原料出口接管、25原料过热段折流板、26一级支座、27原料过热段支持板、28消振隔板一、29一级过渡连接段、30环形分配器、31中压饱和水入口、32二级支座、33二级过渡连接段、34原料预热段支持板、35原料预热段折流板、36三级支座、37原料预热段原料入口接管、38原料预热段原料分布器、39消振隔板二、40三级过渡连接段、41四级支座、42冷空气入口、101高温位入口介质、102高温位出口介质、103中压锅炉给水、104中压锅炉饱和水、105冷原料介质、106预热后原料介质、107过热原料介质、108中压蒸汽介质、2301浮动管板、2302填料函、2303定位块、2304填料、2305填料压盖、2306缩颈筒节、2307螺栓螺母、2308排液孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

参照图1-3，一种多模块串联换热器，包括高温位的原料过热段5、中高温位的中压蒸汽发生段10、中温位的原料预热段15、低温位的余热回收段17，其特征在于，原料过热段5、中压蒸汽发生段10、原料预热段15和余热回收段17分别采用一级过渡连接段29、二级过渡连接段33和三级过渡连接段40连接成一体；实现模块化设计，可以节省中间管线设置，提高设备紧凑性，降低系统压降消耗，节省占地。

原料过热段5前端的入口结构由高温气入口接管1、一次分配封头2、锥形稳流段3和二次分布板4组成，可改善管程流体均布性，提高换热效率。余热回收段17的末端设有高温气出口接管20；原料过热段5前端的入口结构为耐高温隔热毯21和丝网锚固隔热衬里22组成的双层结构。

高温位入口介质101自耐高温均布结构进入换热器，由高温位至低温位的顺序依次通过各温位区间，分别与预热后原料介质106、中压锅炉饱和水104、冷原料介质105、中压锅炉给水103进行热交换，管内高温介质物流得到冷却，壳程各介质物流通过升高温度或汽化的方式实现能量的梯级利用，可实现能量的最大化回收利用，降低装置能耗。

原料过热段5内设有原料过热段管束6，中压蒸汽发生段10内设有中压蒸汽发生段管束12，原料预热段15内设有原料预热段管束14，余热回收段17内设有余热回收段管束19；

原料过热段5分别设有原料过热段入口接管7和原料过热段原料出口接管24，中压蒸汽发生段10分别设有中压饱和水入口31和中压蒸汽出口11，原料预热段15分别设有原料预热段原料入口接管37和原料预热段原料出口接管13，余热回收段17分别设有冷空气入口42和中压锅炉饱和水出口18。

原料过热段5、中压蒸汽发生段10、原料预热段15、余热回收段17的底部分别设置有不等高的一级支座26、二级支座32、三级支座36、四级支座41，二级支座32为固定支座，一级支座26、三级支座36、四级支座41为滑动支座。换热器设备整体布置具有一定倾斜角度，沿高温气入口接管101坡向高温气出口接管102，可提升设备整体的热膨胀体系设计，并降低由于设备开停工引起的设备内部积液局部腐蚀问题。

原料过热段5与一级过渡连接段29的内部设有原料过热段出口侧管板9，原料预热段15与三级过渡连接段40的内部设有原料预热段出口侧管板结构16，原料过热段出口侧管板9和原料预热段出口侧管板结构16均采用内浮头管板结构23。

内浮头管板结构23包括设置在换热器筒体内侧的浮动管板2301、填料函2302、定位块2303、填料2304、填料压盖2305、缩颈筒节2306、螺栓螺母2307，螺栓螺母2307开设有排液孔2308。

内浮头管板结构23可吸收由于管壳程介质温差引起的吸收热膨胀，降低温差应力，提高设备可靠性。

原料过热段5内且位于原料过热段入口接管7处设有原料过热段原料分布器8，原料预热段15内且位于原料预热段原料入口接管37处设有原料预热段原料分布器38，原料过热段原料分布器8和原料预热段原料分布器38均为环形分配器30。

环形分配器30的设置可改善壳程流体均布性，降低介质对原料过热段管束6和原料预热段管束14的冲击破坏，保护换热管束。

原料过热段5内设有原料过热段支持板27、消振隔板一28和原料过热段折流板25，原料预热段15内设有原料预热段支持板34、消振隔板二39和原料预热段折流板35。

原料过热段管束6和原料预热段管束14采用窗口区不布管的型式。消振隔板一28和消振隔板二39和减小设备振动。

本发明的工作原理及使用流程：

高温位入口介质101自高温气入口接管1进入换热器，由高温位至低温位的顺序依次通过各温位区间，分别与预热后原料介质106、中压锅炉饱和水104、冷原料介质105、中压锅炉给水103进行热交换，最后从高温气出口接管20处流出高温位出口介质102。

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 (8)

1.一种多模块串联换热器，包括高温位的原料过热段(5)、中高温位的中压蒸汽发生段(10)、中温位的原料预热段(15)、低温位的余热回收段(17)，其特征在于，所述原料过热段(5)、中压蒸汽发生段(10)、原料预热段(15)和余热回收段(17)分别采用一级过渡连接段(29)、二级过渡连接段(33)和三级过渡连接段(40)连接成一体；

所述原料过热段(5)前端的入口结构由高温气入口接管(1)、一次分配封头(2)、锥形稳流段(3)和二次分布板(4)组成，所述余热回收段(17)的末端设有高温气出口接管(20)；

所述原料过热段(5)内设有原料过热段管束(6)，所述中压蒸汽发生段(10)内设有中压蒸汽发生段管束(12)，所述原料预热段(15)内设有原料预热段管束(14)，所述余热回收段(17)内设有余热回收段管束(19)；

所述原料过热段(5)分别设有原料过热段入口接管(7)和原料过热段原料出口接管(24)，所述中压蒸汽发生段(10)分别设有中压饱和水入口(31)和中压蒸汽出口(11)，所述原料预热段(15)分别设有原料预热段原料入口接管(37)和原料预热段原料出口接管(13)，所述余热回收段(17)分别设有冷空气入口(42)和中压锅炉饱和水出口(18)。

2.根据权利要求1所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述原料过热段(5)、中压蒸汽发生段(10)、原料预热段(15)、余热回收段(17)的底部分别设置有不等高的一级支座(26)、二级支座(32)、三级支座(36)、四级支座(41)，所述二级支座(32)为固定支座，所述一级支座(26)、三级支座(36)、四级支座(41)为滑动支座。

3.根据权利要求1所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述原料过热段(5)与一级过渡连接段(29)的内部设有原料过热段出口侧管板(9)，所述原料预热段(15)与三级过渡连接段(40)的内部设有原料预热段出口侧管板结构(16)，所述原料过热段出口侧管板(9)和原料预热段出口侧管板结构(16)均采用内浮头管板结构(23)。

4.根据权利要求3所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述内浮头管板结构(23)包括设置在换热器筒体内侧的浮动管板(2301)、填料函(2302)、定位块(2303)、填料(2304)、填料压盖(2305)、缩颈筒节(2306)、螺栓螺母(2307)，所述螺栓螺母(2307)开设有排液孔(2308)。

5.根据权利要求1所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述原料过热段(5)内且位于原料过热段入口接管(7)处设有原料过热段原料分布器(8)，所述原料预热段(15)内且位于原料预热段原料入口接管(37)处设有原料预热段原料分布器(38)，所述原料过热段原料分布器(8)和原料预热段原料分布器(38)均为环形分配器(30)。

6.根据权利要求1所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述原料过热段(5)内设有原料过热段支持板(27)、消振隔板一(28)和原料过热段折流板(25)，所述原料预热段(15)内设有原料预热段支持板(34)、消振隔板二(39)和原料预热段折流板(35)。

7.根据权利要求1所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述原料过热段(5)前端的入口结构为耐高温隔热毯(21)和丝网锚固隔热衬里(22)组成的双层结构。

8.根据权利要求1所述的一种多模块串联换热器，其特征在于，所述原料过热段管束(6)和原料预热段管束(14)采用窗口区不布管的型式。

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