CN117663848A - 一种真空换热器及其使用方法和相关应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空换热器及其使用方法和相关应用。该换热器包括：壳体和位于壳体中换热管束；壳体的筒壁上设置有第一物料出口和多个第一物料进口，第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线呈设定角度，以使第一物料从不同第一物料进口进入壳体壳程空间的不同位置，与换热管束中的第二物料换热后从第一物料出口排出；壳体上设有第二物料进口和第二物料出口，第二物料进口和第二物料出口与换热管束连通，以使第二物料从第二物料进口进入管束中，从第二物料出口排出。该换热器，第一物料从多个第一物料进口进入换热器内部进行换热，减少了第一物料进入换热器内部的流速，使物料分配更加均匀，从而达到更好的换热效果。

Description

一种真空换热器及其使用方法和相关应用

技术领域

本发明涉及炼油和化工领域，特别涉及一种真空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，存在很多情况需要在真空情况下进行操作。

现有的技术中，真空换热器多为列管式换热器，气相物料通过一个物料进口进入真空换热器的内部与换热物料完成换热。

发明内容

本发明人发现，现有的真空换热器，气相物料进入换热器时需要的流速较大，会带来设备的震动，同时气相物料从一个物料进口进入换热器完成换热过程，要达到换热效果需要换热物料之间存在较大的温差，且在换热过程中物料温度不断变化会导致换热不均匀。

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真空换热器及其使用方法和相关应用。

第一方面，本发明实施例提供一种真空换热器，包括：壳体和位于壳体中换热管束；

所述壳体的筒壁上设置有第一物料出口和多个第一物料进口，所述第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线呈设定角度，多个所述第一物料进口位于所述筒壁上位置相对的两侧，且位于相对的两侧的第一物料进口沿所述壳体的轴心线交错布置，以使第一物料从不同第一物料进口进入壳体壳程空间的不同位置，与换热管束中的第二物料换热后从第一物料出口排出；

所述壳体上设有第二物料进口和第二物料出口，第二物料进口和第二物料出口与所述换热管束连通，以使第二物料从第二物料进口进入管束中，从第二物料出口排出。

在一些可选的实施例中，所述第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线的夹角大于75度。

在一些可选的实施例中，所述第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线的夹角为90度。

在一些可选的实施例中，所述第一物料进口连接变径装置，以调节第一物料的进入量，所述变径装置两端具有不同的内径；或

所述第一物料进口处设有进料控制机构，所述进料控制机构可向所述第一物料进口的中心线方向滑动设定距离，以遮挡所述第一物料进口的外围区域，调节第一物料的进入量。

在一些可选的实施例中，所述壳体，包括：第一筒盖、筒体、第二筒盖；

所述第一筒盖位于筒体一端，所述第二筒盖位于筒体的另一端，第一筒盖、筒体和第二筒盖连接形成壳程空间；

所述第一物料出口和多个第一物料进口设置在筒体的筒壁上；

所述第二物料进口和第二物料出口设置在所述第一筒盖和/或所述第二筒盖的侧壁上。

在一些可选的实施例中，所述真空换热器还包括：在所述第二物料出口两侧设置有挡板，所述挡板位于筒体内，与筒壁垂直。

在一些可选的实施例中，所述挡板的端面为弓形，所述弓形中圆弧部分的直径与筒体内径相同，所述挡板顶部开设有倒角槽。

在一些可选的实施例中，所述挡板底部与所述换热管束上沿之间的间隙不大于10mm。

在一些可选的实施例中，所述真空换热器还包括：支撑板；

所述支撑板设置在筒体内以支撑换热管束，所述支撑板与筒壁之间具有间隙；

所述支撑板位于相邻的第一物料进口之间。

在一些可选的实施例中，所述真空换热器还包括：设置在所述第二筒盖上的检修孔；和/或；

位于所述筒体筒壁上的凝液排出口，所述凝液排出口设置在与所述第一物料出口位置相对的一侧。

在一些可选的实施例中，所述凝液排出口中心线与所述第一物料出口中心线之间的夹角不大于15度。

在一些可选的实施例中，所述第一物料进口的数量为2-8个，所述凝液排出口的数量为1-4个。

第二方面，本发明实施例提供一种上述任一所述的真空换热器在炼油或化工领域真空换热过程中的应用。

第三方面，本发明实施例提供上述任一所述的真空换热器的使用方法，包括：

第一物料从第一物料进口进入筒体壳程空间的不同位置，与换热管束中的第二物料换热后从第一物料出口排出；

第二物料从第二物料进口进入换热管束中，与进入筒体中的第一物料换热后从第二物料出口排出。

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真空换热器，第一物料通过位于壳体的筒壁上的多个第一物料进口进入壳程空间中与从设置在壳体一端的第二物料进口进入换热管中的第二物料进行换热，换热后的第一物料从第一物料出口排出，第二物料从第二物料出口排出。该换热器第一物料出口和第一物料进口的中心线呈设定角度，使得从第一物料进口进入的第一物料不会沿着第一物料出口至第一物料进口之间的直线路径直接流出，避免出现第一物料流动路径上和其他区域温度高低差异大的问题，多个第一物料进口位于筒体筒壁上位置相对的两侧，且位于相对的两侧的物料进口沿壳体的轴心线交错布置，使第一物料从壳体上的多个不同部位进入壳程空间中，能使第一物料快速均匀的分散到壳程空间，与传统的真空换热器相比，本发明实施例提供的真空换热器，第一物料在壳程空间中分配更均匀，从而使壳程空间中的温度更均匀，与换热管管程中第二物料实现均匀的热交换，达到更好的换热效果；此外，由于设置有多个第一物料进口，第一物料从不同的第一物料进口进入壳体内部，相对于现有一个物料进口设置在壳体一端和一个物料出口设置在壳体另一端的方式而言，大大缩短了物料输送换热的路径，降低了第一物料进入换热器内时的流速要求，第一物料可以以较低的流速进入换热器中，与管程中的物料实现更充分的热交换，且本发明实施例换热器在换热的过程中，需要物料间的温差较小，使整体换热更加均匀。

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为本发明实施例中真空换热器的主视图；

图2为本发明实施例中真空换热器的俯视图；

图3为本发明实施例中挡板结构示意图；

图4为本发明实施例中进料控制机构示意图；

附图标记说明：

1-第一物料进口，2-第一物料出口，3-第二物料进口，4-第二物料出口，5-第一筒盖，6-筒体，7-第二筒盖，8-凝液排出口，9-挡板，10-支撑板，11-检修孔，12-换热管束，13-进料控制机构；14-管板；

91-倒角槽。

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存在的第一物料从一个物料进口进入时，需要进入物料的流速较大，且在换热时，物料分配不均匀的问题，本发明实施例提供一种真空换热器以使第一物料从不同的物料进口进入换热器内部与从第二物料进口进入的第二物料进行换热，使物料换热更均匀。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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的真空换热器，包括：壳体和位于壳体中换热管束12；

壳体的筒壁上设置有第一物料出口2和多个第一物料进口1，第一物料出口2的中心线和第一物料进口1的中心线呈设定角度，多个第一物料进口1位于壳体筒壁上位置相对的两侧，且位于相对的两侧的第一物料进口1沿壳体的轴心线交错布置，以使第一物料从不同第一物料进口1进入壳体壳程空间的不同位置，与换热管束12中的第二物料换热后从第一物料出口2排出；第一物料从多个第一物料进口1进入壳体壳程空间不同位置能使第一物料均匀分布于壳程空间中，进而使换热更均匀。第一物料进口1的数量、大小和具体位置等可根据第一物料的进料量进行选择，优选的，第一物料进口数量选择为2-8个。

该真空换热器壳体上还设有第二物料进口3和第二物料出口4，第二物料进口3和第二物料出口4与换热管束12连通，以使第二物料从第二物料进口3进入换热管束12中，从第二物料出口4排出。

该真空换热器设置多个第一物料进口1，第一物料从不同的第一物料进口1进入壳体内部，相对于现有一个物料进口设置在壳体一端和一个物料出口设置在壳体另一端的方式而言，大大缩短了物料输送换热的路径，降低了第一物料进入换热器内时的流速要求，第一物料可以以较低的流速进入换热器中，与管程中的物料实现更充分的热交换，且要达到相同的换热效果，物料从一端进入换热器内，从另一端出来时，由于物料的整体路径较长，需要第一物料进入换热器时的温度较高，则换热物料之间的温差较大，容易造成换热管束变形等问题。该换热器在换热的过程中，换热物料温差较小的情况下即能达到预定换热效果。

上述换热器中，第一物料出口2的中心线和第一物料进口1的中心线呈设定角度，使得从第一物料进口进入的第一物料不会沿着第一物料出口至第一物料进口之间的直线路径直接流出，避免出现第一物料流动路径上和其他区域温度高低差异大的问题；当第一物料沿着直线路径直接流出时，与其他区域相比，该第一物料所在区域物料充满的速度及物料停留的时间会受到影响，因此会影响整体换热效果。

可选的，该换热器第一物料出口2的中心线和第一物料进口1的中心线的夹角大于75度。优选的，第一物料出口2的中心线和第一物料进口1的中心线的夹角为90度，以使进入换热器壳程内的第一物料在换热器内充分换热后再排出。

可选的，第一物料进口1连接变径装置，以调节第一物料的进入量，所述变径装置两端具有不同的内径；变径装置的一端与第一物料进口1连接，第一物料通过变径装置另一端后再通过第一物料进口1进入真空换热器内部，变径装置进入物料一端的直径大小可根据进料量要求进行选择，以适应不同的第一物料进料量。

对于调节第一物料的进料量，还可以在第一物料进口1处设置进料控制机构13，如图4所示，进料控制机构13可向所述第一物料进口1的中心线方向滑动设定距离，以遮挡第一物料进口1的外围区域，调节第一物料的进入量，在第一物料进料量较小的情况下，通过进料控制机构13调节第一物料进口可以提高物料的流速，进而增加换热效果。进料控制机构13可为垫片、垫环、开有孔的盲板等，本发明不作限定。如图4所示的，进料控制机构13包括4块控制板，四块控制板向所述第一物料进口1的中心线方向滑动后可拼接成环形或圆形，以部分遮挡或全部遮挡第一物料进口1。

如图1所示，本发明实施例提供的真空换热器壳体包括：第一筒盖5、筒体6、第二筒盖7；第一筒盖5位于筒体6一端，第二筒盖7位于筒体6的另一端，第一筒盖5、筒体6和第二筒盖7连接形成壳程空间，以使换热物料在壳程空间内进行换热；

第一物料出口2和多个第一物料进口1设置在筒体6的筒壁上；

第二物料进口3和第二物料出口4设置在第一筒盖5和/或第二筒盖7的侧壁上，即第二物料进口3和第二物料出口4可同时设置在第一筒盖5侧壁上相对的两侧、也可同时设置在第二筒盖7侧壁上相对的两侧或分别设置在第一筒盖5与第二筒盖7的侧壁上。

如图2所示，换热器第一筒盖5与筒体6及第二筒盖7与筒体6之间还设置有管板14，在管板上有供换热管束12穿过的通孔，换热管束12穿过通孔固定在管板13上，管板14连接在该换热器的筒体6上，进而完成对换热管束12的固定。

在换热器换热的过程中，由于存在物料中夹带不凝气的工况，通常需要在换热器上设置不凝气出口，不凝气出口通常设置在换热器的顶部以利于不凝气的排出，对于不凝气出口的选择，可与物料出口为同一出口，也可为不同的出口；本发明实施例提供的真空换热器，第一物料出口2即为不凝气出口。当不凝气流量较大的时候很容易夹带工艺物料从物料出口排出，从而导致工艺物料的浪费。本发明实施例提供的换热器，在第一物料出口2两侧设置有挡板9，挡板9位于筒体6内，与筒壁垂直。使第一物料经过挡板9溢流后，从第一物料出口2排出。增加挡板9强制增加了第一物料的换热面积，使物料中的气液进行分离，从而降低工艺物料的夹带和浪费。

如图3所示，挡板9的端面为弓形，弓形中圆弧部分的直径与筒体6内径相同以与换热器筒体内壁连接；且为了防止挡板9顶部形成物料死区，在挡板9顶部开设有倒角槽91。挡板9的高度可根据换热器直径和换热管的布置位置来确定。优选的，挡板9底部与换热管束12上沿之间的间隙不大于10mm。

本发明实施例提供的真空换热器通过多个第一物料进口1进入换热器内部，无需考虑对第一物料的折流作用，因此在换热器内部取消了折流板，但由于一般换热管束12的换热管长度比较长，在换热过程中由于没有支撑作用容易因为管束振动导致换热管破裂，影响设备的使用寿命，因此改用支撑板10代替折流板，支撑板10设置在筒体6内以支撑换热管束12，支撑板10与筒壁之间具有间隙；在支撑板10上有供换热管束10穿过的通孔，以便在换热管束10安装过程中对换热管束12进行定位。对于支撑板10的选择，其形状可选择弓形、圆环形、圆盘型或带扇形缺口的结构；其数量和位置在满足对换热管束的支撑作用下可自行选择。设置支撑板10代替折流板有效减少了设备内部的压降，并且提高了换热管的刚度，消除了声振和机械振动，提高了换热器的使用寿命。

可选的，当支撑板10设置在相邻的两个第一物料进口1之间时，对从第一物料进口1进入换热器内的物料有一个阻隔作用，相当于整个换热器的壳程空间被支撑板10分割为多个部分，从第一物料进口1进入的物料优先分散在其相邻两个支撑板10之间的空间，从而使第一物料在短时间内均匀充满整个换热器的壳程空间。

本发明实施例提供的真空换热器还包括：设置在第二筒盖7上的检修孔11；和/或；位于该换热器筒壁上的凝液排出口8。当换热器筒体6直径较大时，检修孔11可以设置成直径为0.6m左右的人孔，使检修人员能进入到换热器内部，查看换热器筒体6内是否有杂质、换热管束的焊接情况或进行换热器的检修等；当换热器筒体6直径较小时，检修孔11可以选择做手孔，以使检修人员的手或检修工具伸入换热器设备内部进行换热器的检修。

在换热的过程中，由于存在物料在筒体6内的冷凝，本发明实施例的换热器在筒体6的筒壁上设置凝液排出口8，便于冷凝液的快速排出，凝液排出口8设置在与第一物料出口2位置相对的一侧，且在换热管束12下方的位置，其具体数量和位置可以根据冷凝液的含量和成分的不同进行选择。凝液排出口8数量可以选择1-4个，其中心线与第一物料出口2中心线之间的夹角不大于15度，当凝液排出口8中心线与第一物料出口2中心线平行时，冷凝液的排出效果最好。

本发明实施例还提供一种上述真空换热器的使用方法，包括：

第一物料从多个第一物料进口进入换热器筒体壳程空间的不同位置，与换热管束中的第二物料换热后从第一物料出口排出；

第二物料从第二物料进口进入换热管束中，与进入筒体中的第一物料换热后从第二物料出口排出。

基于同一种发明构思，本发明实施例还提供一种上述真空换热器在炼油或化工领域真空换热过程中的应用。

本装置实施例提供的真空换热器，运用在各种炼油或化工装置中，由于在真空体系下，气相物料的体积流量较大，设备内流速较大，所以会带来设备的声振和机械振动，并会增加设备的压降。本发明实施例提供的换热器，在筒体两侧上交错布置了多个第一物料进口，使第一物料从筒体两侧不同的点位进入换热器内部，相对于现有一个物料进口设置在壳体一端和一个物料出口设置在壳体另一端的方式而言，大大缩短了物料输送换热的路径，降低第一物料进入换热器内的流速要求，第一物料可以以较低的流速进入换热器中，与管程中的物料实现更充分的热交换；而且第一物料进口间隔的布置，也使得第一物料更均匀的分散在换热器的整个壳程空间内，达到更好的换热效果。在达到相同换热效果的情况下，第一物料从换热器一端进入，从另一端出来的情况，由于物料的整体路径较长，需要第一物料进入换热器时的温度较高，则换热物料之间的温差较大，本发明实施例提供的换热器换热物料所需的初始温差要小，避免了由于换热管束内外之间温差过大而造成的管束变形等问题。同时在换热器内部，用支撑板取代了折流板，减少了设备内部的压降，提高了换热管的刚度，消除了声振和机械振动的影响，增加了设备的使用寿命。

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 (14)

1.一种真空换热器，其特征在于，包括：壳体和位于壳体中换热管束；

所述壳体的筒壁上设置有第一物料出口和多个第一物料进口，所述第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线呈设定角度，多个所述第一物料进口位于所述筒壁上位置相对的两侧，且位于相对的两侧的第一物料进口沿所述壳体的轴心线交错布置，以使第一物料从不同第一物料进口进入壳体壳程空间的不同位置，与换热管束中的第二物料换热后从第一物料出口排出；

所述壳体上设有第二物料进口和第二物料出口，第二物料进口和第二物料出口与所述换热管束连通，以使第二物料从第二物料进口进入换热管束中，从第二物料出口排出。

2.如权利要求1所述的真空换热器，其特征在于，所述第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线的夹角大于75度。

3.如权利要求2所述的真空换热器，其特征在于，所述第一物料出口的中心线和第一物料进口的中心线的夹角为90度。

4.如权利要求1所述的真空换热器，其特征在于，所述第一物料进口连接变径装置，以调节第一物料的进入量，所述变径装置两端具有不同的内径；或

所述第一物料进口处设有进料控制机构，所述进料控制机构可向所述第一物料进口的中心线方向滑动设定距离，以遮挡所述第一物料进口的外围区域，调节第一物料的进入量。

5.如权利要求1所述的真空换热器，其特征在于，所述壳体，包括：第一筒盖、筒体、第二筒盖；

所述第一筒盖位于筒体一端，所述第二筒盖位于筒体的另一端，第一筒盖、筒体和第二筒盖连接形成壳程空间；

所述第一物料出口和多个第一物料进口设置在筒体的筒壁上；

所述第二物料进口和第二物料出口设置在所述第一筒盖和/或所述第二筒盖的侧壁上。

6.如权利要求1所述的真空换热器，其特征在于，还包括：在所述第二物料出口两侧设置有挡板，所述挡板位于所述筒体内，与筒壁垂直。

7.如权利要求6所述的真空换热器，其特征在于，所述挡板的端面为弓形，所述弓形中圆弧部分的直径与筒体内径相同，所述挡板顶部开设有倒角槽。

8.如权利要求7所述的真空换热器，其特征在于，所述挡板底部与所述换热管束上沿之间的间隙不大于10mm。

9.如权利要求1所述的真空换热器，其特征在于，还包括：支撑板；

所述支撑板设置在筒体内以支撑换热管束，所述支撑板与筒壁之间具有间隙；

所述支撑板位于相邻的第一物料进口之间。

10.如权利要求5所述的真空换热器，其特征在于，还包括：设置在所述第二筒盖上的检修孔；和/或；

位于所述筒体筒壁上的凝液排出口，所述凝液排出口设置在与所述第一物料出口位置相对的一侧。

11.如权利要求10所述的真空换热器，其特征在于，所述凝液排出口中心线与所述第一物料出口中心线之间的夹角不大于15度。

12.如权利要求10所述的真空换热器，其特征在于，所述第一物料进口的数量为2-8个，所述凝液排出口的数量为1-4个。

13.一种如权利要求1-12任一所述的真空换热器在炼油或化工领域真空换热过程中的应用。

14.一种如权利要求1-12任一所述的真空换热器的使用方法，其特征在于，包括：

第一物料从第一物料进口进入筒体壳程空间的不同位置，与换热管束中的第二物料换热后从第一物料出口排出；

第二物料从第二物料进口进入换热管束中，与进入筒体中的第一物料换热后从第二物料出口排出。