CN117091429A - 一种换热器及其使用方法和相关应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器及其使用方法和相关应用。所述换热器包括：上管箱、上壳体、下壳体、下管箱、位于上壳体中的第一管束和位于下壳体中的第二管束；所述第一管束上端连通上管箱的内腔，下端连通下壳体的内腔，所述第二管束下端连通下管箱的内腔，所述下管箱底部设有第一物料进口，所述下壳体上设有至少一个第二物料进口，所述上管箱顶部设有混合物料出口，所述上壳体上设有第三物料进口和第三物料出口；通过第一物料与第二物料在下壳体的物料混合，实现在换热器内气液混合后再与第三方物料进行换热的操作，无需额外的混合管线，设备结构简单，占地面积小，且操作方便，系统稳定性好，气液混合更均匀。

Description

一种换热器及其使用方法和相关应用

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，特别涉及一种换热器及其使用方法和相关应用。

背景技术

在炼油和化工生产中，换热器的应用十分广泛，在使用过程中，存在很多需要将气液物料混合后再与第三种物料进行换热的情况。

现有技术中，实现气液物料混合的方式一般是在进入换热器前的管道上进行混合或者设置专门的混合设备进行混合，气液物料混合之后再进入换热器中进行换热。

发明内容

本申请发明人发现，现有技术中实现气液物料混合的方式，会增加设备数量和与换热器相连的管线和阀门数量，且混合管线也会比较粗，同时会增加工艺装置的占地面积和设备操作的难度。且现有的实现方式系统稳定性差，操作不方便，不能满足气液相均匀混合的工艺要求。

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种换热器及其使用方法和相关应用。

本发明实施例提供一种换热器，包括：上管箱、上壳体、下壳体、下管箱、位于上壳体中的第一管束和位于下壳体中的第二管束；

所述下管箱底部设有第一物料进口，所述第二管束下端连通下管箱的内腔，以使第一物料进入第二管束中；

所述下壳体上设有至少一个第二物料进口，以使第二物料进入下壳体的内腔，与第二管束中的第一物料混合得到混合物料；

所述第一管束下端连通下壳体的内腔，以使混合物料进入第一管束中；所述第一管束上端连通上管箱的内腔，所述上管箱顶部设有混合物料出口；

所述上壳体上设有第三物料进口和第三物料出口，以使第三物料经过上壳体的壳程与第一管束中的混合物料进行热交换。

在一些可选的实施例中，所述第一管束与第二管束中位置对应的换热管为贯通的同一根管，其位于第二管束的管体侧壁上开设有物料通道，以使第二物料进入第二管束的管体中与第一物料混合得到混合物料。

在一些可选的实施例中，所述物料通道为开设在第二管束的管体侧壁上的通孔或长槽。

在一些可选的实施例中，所述换热器还包括：设置在每个物料通道处的开关机构，以控制物料通道的中的物料流量。

在一些可选的实施例中，所述第一管束中的换热管与第二管束中位置对应的换热管为不同的两根管，两根管的端部具有间隙，以第二物料与从第二管束进入的第一物料混合得到混合物料后进入第一管束中。

在一些可选的实施例中，所述第一管束中的换热管的直径大于第二管束中的换热管的直径。

在一些可选的实施例中，所述第二物料进口设置在下壳体的侧壁上，所述第二物料进口外面设有蒸汽带，以使第二物料均匀分散至每个第二物料进口处。

在一些可选的实施例中，所述换热器还包括：设置在下壳体内的折流杆，所述折流杆固定于下壳体和下管箱之间的层板上，所述折流杆包括多层交错分布的杆体。

在一些可选的实施例中，所述换热器还包括：位于下壳体内腔中的内浮头，所述内浮头与第二管束下端可拆卸连接。

在一些可选的实施例中，所述换热器还包括：位于上壳体内腔中的折流板，所述折流板上具有与第一管束中的换热管对应的多个通孔以使所述换热管穿过，所述折流板与所述第一管束连接。

本发明实施例还提供一种上述的换热器的使用方法，包括：

第一物料从第一物料进口经下管箱的内腔进入第二管束中，第二物料从第二物料进口进入下壳体内腔中，在第二管束中或在第二管束上端与第一物料混合得到混合物料，混合物料进入第一管束中；

第三物料从第三物料进口进入上壳体的壳程中，与第一管束中的混合物料进行热交换，热交换后的第三物料从第三物料出口排出。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的换热器，可以在换热器中实现第一物料和第二物料的混合，混合后的混合物料再进入第一管束中与第三物料实现热交换，不需要增加物料混合的额外管路和设备，操作方便，且物料混合的结构集成在换热器中，使换热器结构紧凑，不会增加工艺装备的占地面积，该换热器具有较好的系统稳定性，能够满足气液相均匀混合的工艺要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

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。在附图中：

图1为本发明实施例一中换热器的结构示意图；

图2为本发明实施例一中换热器的立体结构示例图；

图3为本发明实施例一中第二管束的开孔结构示意图；

图4为本发明实施例一中第二管束的开槽结构示意图；

图5为本发明实施例二中使用不同规格换热管束的换热器结构示意图；

图6为本发明实施例三中设有蒸汽带的换热器结构示意图；

图7为本发明实施例四中带有内浮头的换热器结构示意图。

附图标记说明：

1-上管箱，2-上壳体，3-下壳体，4-下管箱，5-第一管束，6-第二管束，7-折流杆，

8-折流板，9-蒸汽带，10-内浮头；

11-混合物料出口；

21-第三物料进口，22-第三物料出口；

31-第二物料进口；

41-第一物料进口；

61-物料通道。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决现有技术中先进行物料混合再进行热交换的应用场景中存在的问题，本发明实施例提供一种换热器，以满足气液物料均匀混合后与第三物料进行热交换的应用需求，且无需额外的设备和管线，该换热器具有较好的系统稳定性，且操作方便，投资经济性也比较好。本发明的附图仅为示例性结构图，并非机械设计图，比如其中的板可能通过一条直线或两条平行线进行示例，但应该可以理解，板状结构都是具有厚度的，只是图中未示意出厚度，又比如，物料进出口结构，也是通过线条示例的，应该理解为是具有一定直径的或宽度的，以此类推，本领域技术人员应该可以理解，在下面的描述中不再一一解释说明。

实施例一

本发明实施例一提供一种换热器，其结构如图1所示，包括：上管箱1、上壳体2、下壳体3、下管箱4、位于上壳体2中的第一管束5和位于下壳体3中的第二管束6；

下管箱4底部设有第一物料进口41，第二管束6下端连通下管箱4的内腔，以使第一物料进入第二管束6中；

下壳体3上设有至少一个第二物料进口31，以使第二物料进入下壳体3的内腔，与第二管束6中的第一物料混合得到混合物料；

第一管束5下端连通下壳体3的内腔，以使混合物料进入第一管束5中；第一管束5上端连通上管箱1的内腔，上管箱1顶部设有混合物料出口11；

上壳体2上设有第三物料进口21和第三物料出口22，以使第三物料经过上壳体2的壳程与第一管束5中的混合物料进行热交换。

第一管束5与第二管束6中位置对应的换热管为贯通的同一根管，其位于第二管束6的管体侧壁上开设有物料通道61，第二物料进入第二管束6的管体中与第一物料混合得到混合物料。

如图1所示的，该换热器上管箱1和上壳体2之间、上壳体2和下壳体3、下壳体3和下管箱4之间均具有层板，第一管束5中的换热管上端进入上管箱1和上壳体2之间的层板的对应通孔中，其中的混合物料可以进入上管箱1的空腔中，第二管束6的下端进入下壳体3和下管箱4之间的层板的对应通孔中，第一物料可以进入第二管束6中。如图2所示的的换热器的立体结构图，展示了换热器上壳体2部分侧壁剖开后，其中第一管束5中的多根换热管。

上述换热器，可以在换热器中实现第一物料和第二物料的混合，混合后的混合物料在进入第一管束中与第三物料实现热交换，不需要增加物料混合的额外管路和设备，操作方便，且物料混合的结构集成在换热器中，使换热器结构紧凑，不会增加工艺装备的占地面积，该换热器具有较好的系统稳定性，能够满足气液相均匀混合的工艺要求。

为了使第一物料和第二物料能够充分地混合，可以在下壳体内设置不同的混合结构，比如第一管束和第二管束中位置对应的换热管采用同一根换热管，并在下端设置物料通道，或者第一管束和第二管束采用两种规格不同的换热管。实施例一中提供一种可选的混合结构，使第二物料能够进入第二管束的管线中与第一物料混合，即开设物料通道，物料通道为开设在第二管束的管体侧壁上的通孔或长槽。第二物料进入换热器后通过通孔或长槽进入第二管束与第二管束内的第一物料进行混合。开设通孔的第二管束中的换热管的结构如图3所示，通孔的直径和数量可以根据需要混合的物料进行设计，可以布置在换热管的一侧，或布置在换热管上对称的两侧，或在换热管侧壁上按一定规律分布。开设长槽的第二管束中的换热管的结构如图4所示，长槽长度、宽度和数量可以根据需要混合的物料进行设计，可以布置在换热管的一侧，或布置在换热管上对称的两侧，或在换热管侧壁上按一定规律分布。可选的，也可以同时设置通孔和长槽，具体分布情况可以根据需要设置。

可选的，可以为每个物料通道设置流量控制机构，以控制流量大小和流量通断，也就是说，上述换热器还包括设置在每个物料通道处的开关机构(图中未示出)，以控制物料通道的中的物料流量，控制物料通道的开关机构的结构与所控制的物料通道的结构匹配，其闭合时，可以使物料通道闭合，物料不能通过，其打开时，根据开度的大小可以使物料通过的流量不同。

在一些可选的实施例中，上述换热器还包括：设置在下壳体内的折流杆7，折流杆固定于下壳体3和下管箱4之间的层板上，折流杆7包括多层交错分布的杆体。由于下壳体内要实现气液两相的混合，大量物料在第二管束外的壳程中流动，混合物料处理量大，在第二管束中易产生振动，如果设置折流板，虽然可以避免因为流动所引起的机械振动，但会增加壳侧的流动阻力，增大压降，因此采用折流杆作为支撑结构，第二管束穿过交错分布的杆体形成的空隙，折流杆结构对第二管束起支撑作用，使用折流杆不但解决了大量物料在第二管束壳侧流动而引起的换热管的机械振动，而且使物料流动阻力变小，壳侧整体压降小。折流杆可以设置多层，每一层折流杆可以包括多个杆，比如可以包括一个环形的杆和环形中多个交叉分布的杆，交叉分布的杆成一定角度；也可以包括一个环形的杆和环形中多个平行分布的杆，相邻两层的折流杆中分布的杆相互成一定角度。

在一些可选的实施例中，上述换热器还包括：位于上壳体2内腔中的折流板8，折流板上具有与第一管束中的换热管对应的多个通孔以使换热管穿过，折流板与第一管束连接，或折流板与上壳体2连接。由于第一管束中换热管长度比较长，易产生振动导致换热管破裂，影响设备的使用寿命，所以增加折流板，对第一管束起支撑作用，大大提高了换热管的刚性，减少了因为物料流动而引起的换热管振动，从而增加了设备的使用寿命，提高了安全性。同时折流板还起到强制折流的作用，提高整体的换热效率。如图1所示的，折流板8自上而下布置有多个，多个折流板8可以交错分布，即相邻的两个折流板8一个布置在上壳体的左侧，另一个布置在右侧。

上述换热器第一管束和第二管束中的换热管可以采用高效换热管，通过管壳两侧的传热效率的提高，缩减了所需要的换热面积，从而大大节省了设备投资，具有良好的经济效益。

实施例二

本发明实施例二提供一种换热器，实施例二所提供的换热器与实施例一的差异在于第一管束换热管和第二管束中的换热管是不同的两根管，即第一管束和第二管束中的换热管为规格不同的换热管，其结构如图5所示，包括：

第一管束5中的换热管与第二管束6中位置对应的换热管为不同的两根管，两根管的端部具有间隙，以第二物料与从第二管束进入的第一物料混合得到混合物料后进入第一管束中。如图5所示的第一管束5中换热管的下端面和第二管束6中换热管的上端面具有一定距离，形成间隙，从而使得第二物料能够从该间隙处进入第一管束中。如图5所示的，第二管束上端悬空，第一管束下端进入上壳体2和下壳体3之间的层板的对应通孔中。

为了更方便第二物料进入第一管束中，较优选的，第一管束中的换热管的直径大于第二管束中的换热管的直径，在换热过程中第一物料通过第一物料进口41进入第二管束6中与从第二物料进口31进入下壳体内的第二物料在下壳体内腔完成混合后，一起进入第一管束5中与壳程中的第三物料进行换热。第一物料从第二管束中流通，第二物料从第二管束外流通，最终一并流入第一管束中完成混合，间隙和不同规格的大量换热管可以保证混合的均匀性更好。

实施例三

本发明实施例三提供一种换热器，实施例三所提供的换热器与实施例一、实施例二的差异在于还包括了蒸汽带，其结构如图6所示，包括：

第二物料进口设置在下壳体的侧壁上，第二物料进口外面设有蒸汽带9，以使第二物料均匀分散至每个第二物料进口处。由于第二管束区域物料流量大，过少或者过小的物料进口大小，会增加壳程中的压降，使物料进口管口处压降增大，同时也影响壳侧物料的均匀分配，使物料分配不均匀，所以采用蒸汽带的入口结构。蒸汽带设置在下壳体的外侧，可以采用焊接、螺纹连接、铆接、粘接等不同的连接方式，蒸汽带呈空腔结构，在蒸汽带覆盖的壳体部位，存在有多个通孔；第二物料通过蒸汽带后，在蒸汽带内流动分散至下壳体四周，并从换热器下壳体侧壁上的多个通孔分散进入，从而降低了换热器外壳壳侧的压降，使物料得到均匀分配，达到更好的传热效果。

也可以不设置蒸汽带结构，只设置多个通孔作为物料入口，具体是否设置蒸汽带结构可根据混合物料处理量的大小和工艺对设备压降的要求进行选择。作为物料入口的通孔的直径和数量可以根据需要设计。

实施例四

本发明实施例四提供一种换热器，实施例四所提供的换热器与实施例一、实施例二、实施例三的差异在于还包括了内浮头10，其结构如图7所示，包括：

位于下壳体内腔中的内浮头10，内浮头与第二管束下端可拆卸连接。由于物料的特性不同，对于设备的清洗要求也不同，因此，可以根据混合物料的不同和设备的清洗要求选择第二管束下端的结构，当不需要机械清洗的时候选择如图1所示的管板型式；当需要机械清洗时，选择图7所示的内浮头型式，换热器清洁时可将内浮头拆下。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种上述的换热器的使用方法，包括：第一物料从第一物料进口经下管箱的内腔进入第二管束中，第二物料从第二物料进口进入下壳体内腔中，在第二管束中或在第二管束上端与第一物料混合得到混合物料，混合物料进入第一管束中；第三物料从第三物料进口进入上壳体的壳程中，与第一管束中的混合物料进行热交换，热交换后的第三物料从第三物料出口排出，混合物料从混合物料出口排出。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种上述的换热器在物料混合及混合物料换热过程中的应用。

本发明实施例提供的换热器，可用在炼油、化工等行业领域，特别适用于将两种不同的物料混合后再与第三种物料进行换热的情况。一般为了实现物料的混合和换热，通常先在进换热器前的管道上进行混合，或者设置混合设备，混合之后再进入换热器中进行传热。在实际的生产运行中，无疑会增加设备数量，增加与之相连的管线和阀门数量，尤其是混合管线也会比较粗；增加工艺装置的占地面积，增加工艺系统的复杂性和危险性，也增加设备操作的困难性。本发明实施例提供的换热器在一台设备内分为第一管束区域和第二管束区域两个区域；使换热器在第二管束区域进行物料混合和预热，第一管束区域进行物料传热。将传统的物料混合和换热合二为一，在一台设备内完成工艺要求。从而大大减少了设备和管线阀门的数量，节省了工艺装置的占地面积，简化了工艺系统的流程，提高了设备的操作性。由于物料处理量大，通常会增加设备尺寸来满足换热要求，这无疑会增加设备投资，本发明实施例提供的换热器，结构紧凑，设备尺寸没有太大改变，通过改变换热器的结构型式、增加蒸汽带、折流板、折流杆、内浮头等措施来有效解决设备在操作和投资上的问题，从而实现该设备的和工艺系统的优化设计。该换热器可以采用高效换热管，通过管壳两侧的传热效率的提高，缩减了所需要的换热面积，从而大大节省了设备投资，具有良好的经济效益。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (12)

1.一种换热器，其特征在于，包括：上管箱、上壳体、下壳体、下管箱、位于上壳体中的第一管束和位于下壳体中的第二管束；

所述下管箱底部设有第一物料进口，所述第二管束下端连通下管箱的内腔，以使第一物料进入第二管束中；

所述下壳体上设有至少一个第二物料进口，以使第二物料进入下壳体的内腔，与第二管束中的第一物料混合得到混合物料；

所述第一管束下端连通下壳体的内腔，以使混合物料进入第一管束中；所述第一管束上端连通上管箱的内腔，所述上管箱顶部设有混合物料出口；

所述上壳体上设有第三物料进口和第三物料出口，以使第三物料经过上壳体的壳程与第一管束中的混合物料进行热交换。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一管束与第二管束中位置对应的换热管为贯通的同一根管，其位于第二管束的管体侧壁上开设有物料通道，以使第二物料进入第二管束的管体中与第一物料混合得到混合物料。

3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述物料通道为开设在第二管束的管体侧壁上的通孔或长槽。

4.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，还包括：设置在每个物料通道处的开关机构，以控制物料通道的中的物料流量。

5.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一管束中的换热管与第二管束中位置对应的换热管为不同的两根管，两根管的端部具有间隙，以第二物料与从第二管束进入的第一物料混合得到混合物料后进入第一管束中。

6.如权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述第一管束中的换热管的直径大于第二管束中的换热管的直径。

7.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第二物料进口设置在下壳体的侧壁上，所述第二物料进口外面设有蒸汽带，以使第二物料均匀分散至每个第二物料进口处。

8.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，还包括：设置在下壳体内的折流杆，所述折流杆固定于下壳体和下管箱之间的层板上，所述折流杆包括多层交错分布的杆体。

9.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，还包括：位于下壳体内腔中的内浮头，所述内浮头与第二管束下端可拆卸连接。

10.如权利要求1-9任一所述的换热器，其特征在于，还包括：位于上壳体内腔中的折流板，所述折流板上具有与第一管束中的换热管对应的多个通孔以使所述换热管穿过，所述折流板与所述第一管束连接。

11.一种如权利要求1-10任一所述的换热器在物料混合及混合物料换热过程中的应用。

12.一种如权利要求1-10任一所述的换热器的使用方法，其特征在于，包括：

第一物料从第一物料进口经下管箱的内腔进入第二管束中，第二物料从第二物料进口进入下壳体内腔中，在第二管束中或在第二管束上端与第一物料混合得到混合物料，混合物料进入第一管束中；

第三物料从第三物料进口进入上壳体的壳程中，与第一管束中的混合物料进行热交换，热交换后的第三物料从第三物料出口排出。