CN201664603U - 变换反应器与下游换热设备的直连结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了变换反应器与下游换热设备的直连结构，其中变换反应器采用立式布置，下游换热设备采用卧式布置，通过接管、法兰直接连接，取消中间连接管线，减少设备占地空间，提高装置安全性，降低投资。

Description

变换反应器与下游换热设备的直连结构

本申请为原申请日为2009年8月20日，申请号为200920208145.5，发明名称为“换热器内置冷壁式变换反应器及变换反应器与下游换热设备的直连结构”的分案申请。

技术领域

本实用新型涉及变换反应器与下游换热设备的连接技术领域，特别涉及变换反应器与下游换热设备的直连结构。反应器出口管直连下游换热设备，达到结构和功能的创新。

背景技术

参见图1，现有的轴向变换反应器包括承压壳体10，承压壳体10通过支座20安装在基础上(图中未示出)，催化剂床层30设置在承压壳体10内，下方通过耐火球支撑，催化剂床层30与承压壳体10的内壳壁接触，在承压壳体10的底部设置有变换气出口31，在变换气出口31入端设置有气体收集器40，以收集绝热变换反应后的热变换气，在承压壳体10的顶部设置有反应原料气入口21，在反应原料气入口21的出端设置有气体分布器50，反应原料气由反应原料气入口21进入后，通过气体分布器50的均匀分布，轴向进入催化剂床层30内，进行绝热变换反应。在承压壳体10的顶部设置有人孔60，以便于催化剂装料；在承压壳体10的底部设置有催化剂卸料口70，在催化剂卸料口70上安装有卸料口盖板80，在催化剂床层30的底部设置有催化剂卸料管90，以便于依靠重力卸料。在催化剂床层30内设置有热电偶T，热电偶T被导出所述承压壳体10外。

参见图2所示的以旧式变换反应器和旧式设备连接方式为基础的的传统工艺流程，在传统合成氨装置的一氧化碳变换流程中，通过管线1来自变换反应器R101上游的入口原料气的温度往往低于催化剂的活化温度，需要设置一台进出口气体换热器E101，简称气气换热器。该气气换热器E101设置在变换反应器R101的外部，与变换反应器R101之间采用管线2和3连接。入口原料气通过气气换热器E101换热后，通过管线2送至变换反应器R101的反应原料气入口21，并由该反应原料入口21进入变换反应器R101进行绝热变换反应，反应后的热变换气由变换气出口31出来，通过管线3进入进出口气体换热器E101与入口原料气进行热交换，经过换热后的变换气再送入换热设备E103进行热量回收，热量回收后的变换气通过管线5送至变换反应器R102的原料气入口51，并由该原料气入口51进入变换反应器R102进行第二次绝热变换反应，第二次绝热变换反应后的热变换气由变换气出口61出来，通过管线6进入换热设备E104回收热量，经过回收热量后的冷变换气由管线7进入下游工艺流程。中压锅炉给水经过换热设备E104预热后，送入换热设备E103换热，副产中压饱和蒸汽。

变换反应器R101的反应原料气入口21设在变换反应器R101顶部，连接管线2较长；变换气出口31设在变换反应器R101底部。出口气经气气换热器降温后，再经下游的换热设备E103带走一部分热量，提供作为变换反应器R102的入口原料气。换热设备E103与变换反应器R102的原料气入口51通过管线5连接，变换反应器R102与下游换热设备E104之间同样采用管线6连接。

因为一氧化碳变换反应是在较高的压力和温度下进行，其中变换反应器R101出口温度在400～500℃之间，工艺介质主要成分为H₂、CO、CO₂和水蒸汽，介质氢分压高，易燃易爆；另外由于工艺介质存在高温特殊介质腐蚀环境，管线材料采用不锈钢；其材料费用和制造、检验、维护成本都很高。

此外，在以旧式变换反应器和旧式设备连接方式为基础的的传统工艺流程中，旧式设备连接方式采用管线连接，这些管线与所连接的设备不仅占用了很大的布置、配管空间，而且由于管道承载的压力大、温度高、直径大，管壁也相应较厚。同时，管道的布置、管道推力的消除需要采用大量的弯头管件，增加了环焊缝的数量，这些原因都将造成管道材料、制造、检验成本高，投资额度大，并且在高温特殊介质腐蚀环境下，造成了大量潜在的泄漏源和失效点。为保证工艺流程的安全性和可靠性，管道材料必须采用不锈钢，不仅价格昂贵，而且不锈钢较高的线膨胀系数也会在管道及其连接的设备之间产生较大的热应力，需要增加管系的柔性。

因此，对反应器出口管及下游换热设备进口管进行结构创新，采用直连形式节省了不锈钢管道，节约了投资，而且有利于长期、稳定、安全运行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种变换反应器与下游换热设备的直连结构，以减少高温高压厚壁管线的使用，避免潜在的泄漏源和失效点，从而提高装置的安全性和耐久性。

作为本实用新型的变换反应器与下游换热设备的直连结构，包括直接连接的变换反应器和下游换热设备，其中，所述变换反应器立式布置，所述下游换热设备卧式布置。

所述变换反应器带有出口中心管。

在所述变换反应器的底部设置有第一接管，在所述第一接管上设置有第一联接法兰，该变换反应器具有一出口中心管，该出口中心管穿过所述第一接管；所述下游换热设备上设置有第二接管，在所述第二接管上设置有第二联接法兰，所述第一联接法兰与第二联接法兰直接联接，所述出口中心管穿过所述下游换热设备上的第二接管接入到下游换热设备的管箱或壳程。

所述接入是指所述出口中心管直接插入到下游换热设备的管箱或壳程。或者在所述下游换热设备的管箱或壳程筒体上设置有一换热设备内部热气导流筒，所述接入是指所述出口中心管通过膨胀节与所述换热设备内部热气导流筒连接。

所述第一联接法兰和第二联接法兰之间采用唇型密封元件进行密封。所述出口中心管与所述第一接管、第二接管为套管式结构，所述出口中心管与变换反应器上的第一接管和下游换热设备上的第二接管之间的环隙。该环隙可以与变换反应器底封头处的低温原料气空间静连通，环隙下端用填料函密封(如图4)，或者作为反应前原料气经由下游换热设备进入变换反应器的冷气通道，环隙两端无密封(如图6)。

所述出口中心管与下游换热设备上的第二接管之间的环隙采用填料函密封。

所述第二接管设置于所述下游换热设备的一端，通过与变换反应器直连形成对于下游换热设备的拉撑；换热器的另一端由设置于基础上的弹簧滑动支座支撑。

所述下游换热设备可以是废热锅炉、蒸汽锅热器、气气换热器、锅炉给水预热器中的一种。

与现有技术相比，采用本实用新型后：

(1)变换反应器采用立式布置，下游换热设备采用卧式布置，两台设备通过接管、法兰直接连接，节约了连接管道投资，并提高了系统装置的安全性。

(2)变换反应器通过底部接管法兰与下游换热设备直接连接，反应器中心管直接伸入下游换热设备的管箱(或壳程)。

(3)变换反应器与下游换热设备的连接法兰之间采用唇型密封元件进行密封，确保不会发生泄露。

(4)下游换热设备一端通过变换反应器底部第一接管和第一联接法兰牵拉支撑，把力传递给变换反应器的支座，另一端采用弹簧滑动支座支撑，减小连接法兰处的外载荷。

附图说明

图1为现有变换反应器的结构简图。

图2基于现有变换反应器和旧式换热设备连接方式的传统工艺流程简图。

图3为带中心管的变换反应器与废热锅炉直接连接的结构简图。

图4为带中心管的变换反应器与蒸汽过热器直接连接的结构简图。

图5为带中心管的变换反应器与气气换热器直接连接的结构简图。

图6为带中心管的变换反应器与换热器直接连接，反应前的原料气经由换热器管箱和连接接管与中心管间的环隙进入反应器的结构简图。

图7为本实用新型所述变换反应器和下游换热设备直接连接方式的工艺流程简图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例1

参见图3-6，这些图示中的下游换热设备根据出口变换气物性参数和工艺流程的设计，可以为：气气换热器E101、蒸汽过热器E102、废热锅炉E103和锅炉给水预热器E104，其中变换反应器R带有出口中心管300。变换反应器R立式布置，下游换热设备卧式布置，在变换反应器R的底部设置有第一接管R1，该第一接管R1为变换器冷气出口管。在第一接管R1上设置有第一联接法兰R2，该换变换反应器R的出口中心管300穿过第一接管R1。

下游换热设备的一端设置有第二接管S1，另一端设置有支撑于基础上的弹簧滑动支座S3，这样可以使下游换热设备的一端通过变换反应器R底部第一接管R1和第一联接法兰R2牵拉支撑，把力传递给变换反应器R的支座110，另一端采用弹簧支座以减小连接法兰处的外载荷。

在第二接管S1上设置有第二联接法兰S2，第一联接法兰R2与第二联接法兰S2直接联接，出口中心管300穿过下游换热设备上的第二接管S2接入到下游换热设备的管箱或壳程筒体内。这种接入可以是将出口中心管300直接插入到下游换热设备的管箱或壳程筒体内(如图5所示)，也可以在下游换热设备的管箱或壳程筒体上设置有一换热设备内部热气导流筒，出口中心管通过膨胀节与下游换热设备的内部热气导流筒连接(如图4所示)。

在第一联接法兰R2和第二联接法兰S2之间采用唇型密封元件RS进行密封。出口中心管300通过第一接管R1、第二接管S1伸入至下游换热设备的管箱(或壳程)，在出口中心管300与下游换热设备上的第二接管S2之间的环隙采用填料函密封。也可以将出口中心管300与下游换热设备上的第二接管S2之间的环隙作为反应前的原料气经由下游换热器进入反应器的冷气通道，使第一接管R1和第二接管S1与出口中心管300之间将形成一隔热结构。

实施例2

参看图7，图7为本实用新型所述变换反应器和下游换热设备直接连接方式的新工艺流程简图。其中采用两台变换反应器R101N和R102N，反应原料气经过两段反应完成一氧化碳的变换。来自变换反应器R101N上游的入口原料气1由变换反应器R101N的底部进入变换反应器R101N内，进行绝热变换反应产出高温变换气。高温变换气由出口中心管300进入废热锅炉E103与进入的预热中压锅炉用水进行热交换，回收热量，热量回收后的热变换气由变换反应器R102N的底部进入变换反应器R102N内，进行第二次绝热变换反应。第二次变换反应后的中温变换气由变换反应器R102N的出口中心管300排出，进入下游换热设备E104中，与进入下游换热设备E104内的中压锅炉给水进行热交换，经过热量回收后的冷变换气通过管线7排出。经过预热后的中压锅炉给水送入下游换热设备E103内，与高温变换气进行热交换副产中压饱和蒸汽。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.变换反应器与下游换热设备的直连结构，包括直接连接的变换反应器和下游换热设备，其特征在于，所述变换反应器立式布置，所述下游换热设备卧式布置。

2.如权利要求1所述的直连结构，其特征在于，所述变换反应器为带有出口中心管。

3.如权利要求2所述的直连结构，其特征在于，在所述变换反应器的底部设置有第一接管，在所述第一接管上设置有第一联接法兰，该变换反应器具有一出口中心管，该出口中心管穿过所述第一接管；所述下游换热设备上设置有第二接管，在所述第二接管上设置有第二联接法兰，所述第一联接法兰与第二联接法兰直接联接，所述出口中心管穿过所述下游换热设备上的第二接管接入到下游换热设备的管箱或壳程筒体内。

4.如权利要求3所述的直连结构，其特征在于，所述接入是指所述出口中心管直接插入到下游换热设备的管箱或壳程筒体内；或在下游换热设备的管箱或壳程筒体上设置有一换热设备内部热气导流筒，所述出口中心管通过膨胀节与所述换热设备内部热气导流筒连接。

5.如权利要求3所述的直连结构，其特征在于，所述第一联接法兰和第二联接法兰之间采用唇型密封元件进行密封。

6.如权利要求3所述的直连结构，其特征在于，所述出口中心管与变换反应器上的第一接管和下游换热设备上的第二接管之间形成环隙，所述的环隙与变换反应器内部的换热部件出口冷变换气通道联通，以送出冷变换气；所述出口中心管与下游换热设备上的第二接管之间的环隙采用填料函密封。

7.如权利要求1所述的直连结构，其特征在于，所述第二接管设置于所述下游换热设备的一端，通过与变换反应器直连形成对于换热设备的拉撑；换热器的另一端设置有支撑于基础上的弹簧滑动支座。

8.如权利要求1所述的直连结构，其特征在于，所述下游换热设备是废热锅炉、蒸汽过热器、气气换热器、锅炉给水预热器中的一种。

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