CN203704728U - 一种急冷换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种急冷换热器，包括本体段，在所述本体段的上端和下端分别设置有上管箱和下管箱，所述本体段由多组套管式管排组成，所述套管式管排包括上集流管、套管和下集流管，所述套管固定于上集流管和下集流管之间，所述套管由内管和套设于内管外周的外管组成；本实用新型具有结构简单，传热效率高，制造成本低，在同等经济的情况下承压能力高，且在很大程度上提高了设备的使用寿命，无故障操作时间长，同时由于急冷速度高，降温彻底，不影响炭黑品质的优点。

Description

一种急冷换热器

技术领域

本实用新型涉及一种化工行业换热设备，特别是一种套管式的换热器。 

背景技术

在炭黑生产工艺中，从炭黑反应器反应生成的炭黑烟气要经过急速冷却降温达到终止反应的目的，这种冷却方法必须在10^-2秒之内完成，通常的做法是喷入大量的急冷水。这样不仅浪费了大量的水资源，能耗大，而且使得炭黑烟气中水蒸气含量增加，给后部系统增加了负荷。为此、考虑开发急冷设备，通过急冷设备的降温替代急冷水，同时可吸收烟气显然，达到余热利用。

目前公知的炭黑用急冷设备多为卧式或立式管壳式换热器结构，炭黑烟气走管程，水走壳程。此种结构的急冷设备在实际运用中有如下问题：

（1）由于管束浸泡在大量的水中，换热效果不迅速，炭黑烟气冷却过程长，达不到急冷终止反应的目的，从而影响了炭黑品质；

（2）由于管束中的每个管子所受的热负荷不一致，膨胀变形不协调，导致部分换热管弯曲变形；还有可能引起换热管与管板的焊口开裂，从而影响了使用寿命；

（3）由于此种换热器壳程水流速过低，影响了传热系数，使得传热面积过大，设备重量大，成本较高。 

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种新型的急冷换热器。

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种急冷换热器，包括本体段，在所述本体段的上端和下端分别设置有上管箱和下管箱，所述本体段由多组套管式管排组成。

各组管排按照错列或顺列相互连接为整体，作为中间本体段，管排数量可以通过工艺传热计算而得。

作为优选：所述套管式管排包括上集流管、套管和下集流管，所述套管固定于上集流管和下集流管之间，所述套管由内管和套设于内管外周的外管组成。

炭黑反应炉急冷段出来的炭黑烟气从下管箱进入各个套管的内管，从上管箱流出；而冷却水则在内管和外管之间的环隙中流动，炭黑烟气和冷却水进行热交换，并有相变，产生水蒸汽，达到迅速冷却、终止炭黑反应的目的；

高温炭黑烟气从反应炉的下游，通过急冷换热器下部的下管箱进到急冷器的中间本体段，并分配到各套管的内管中去，将在套管的外管和内管之间的环隙中的水加热，并将炭黑烟气冷却至要求温度；炭黑烟气通过急冷换热器上部上管箱，离开急冷系统。急冷换热器的给水，通过外部系统分配到各组管排的下集流管内，进到各个夹套管的外管和内管之间的环隙中去。水和蒸汽的混合物通过急冷器上集流管，进入到外部系统。由于采用了双套管和集流管焊接结构，可以有效的吸收双套管之间的热膨胀差，在很大程度上减小温差应力，提高了设备的使用寿命；采用全套管结构，在保证成本的前提下，允许更高的蒸汽压力，能适应各种用户需要。

进一步的：所述内管和外管同心设置。

更进一步的：内管和外管之间的环间隙为10-25mm。

作为优选：所述内管和外管之间设置有定心块。

能过始终保持内外管同心并有均匀的间隙，这样既可以保证水测流通面积和蒸发空间，也可保证水有高的质量流速，能够迅速带走大量热量，瞬间使炭黑高温烟气冷却，终止炭黑反应，从而不影响炭黑的品质。

作为优选：所述内管下部设置有下保护套管，所述下保护套管部分插入内管中。

进一步的：所述下保护套管外侧设置有保护层。

作为优选：所述内管上部设置有上保护套管，所述上保护套管部分插入内管中。

进一步的：上保护套管外侧设置有保护层。

更进一步的：所述内管插入上保护套管和下保护套管的长度大于内管和集流管焊缝所在区域的长度且要超出50mm以上。

套管的内管下部（即烟气进口处）优选设置刚玉材质的下保护套管，并通过金属锚固件压紧固定，外侧优选覆盖有耐火材料保护层；内管上部（即烟气出口处）优选设置全金属上保护套管，也是通过金属锚固件压紧固定，外侧也覆盖有耐火材料保护层；上保护套管和下保护套管插入内管的长度大于内管和集流管焊缝所在区域的长度，并且超出焊缝区域50mm以上，这样可以保证焊缝薄弱区不至于过热破坏，保证设备运行稳定，无故障操作时间长。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型具有结构简单，传热效率高，制造成本低，在同等经济的情况下承压能力高，且在很大程度上提高了设备的使用寿命，无故障操作时间长，同时由于急冷速度高，降温彻底，不影响炭黑品质的优点。

附图说明

图1为为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为图1中的中间本体段的结构图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的A-A视图；

图5为图2的下管箱位置的放大图；

图6为下保护套管结构示意图；

图7为上保护套管结构示意图；

图中标记：1.下管箱、2.上管箱、3.本体段、4.上集流管、5.下集流管、6.内管、7.外管、8.下保护套管，9.上保护套管、10.定心块、11.锚固件。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-7所示，一种急冷换热器，它包括由下管箱1、上管箱2和下管箱1、上管箱2之间的本体段3；

中间本体段3是由多组套管式管排组成，所述每个套管式管排均包括上集流管4、套管和下集流管5，所述套管固定于上集流管4和下集流管5之间，所述套管由内管6和套设于内管6外周的外管7组成；内管6与外管7组成同心夹套管，并牢固焊接在上集流管4和下集流管5上，为了保证内管6与外管7之间的环间隙均匀,设置有定心块10，各组管排按照错列或顺列相互连接为整体；

套管的内管6下部（即烟气进口处）设置有白刚玉材质的下保护套管8，并通过金属锚固件11压紧固定，外侧覆盖有耐火材料保护层；内管6上部（即烟气出口处）设置有耐高温金属上保护套管9，也是通过金属锚固件11压紧固定，外侧也覆盖有耐火材料保护层；上保护套管8和下保护套管9均插入内管6中；

使用时，高温炭黑烟气从反应炉的下游，通过急冷换热器下部的下管箱1进到急冷器的中间本体段3，并分配到各套管的内管6中去，将在套管外管7和内管6之间的环隙中的水加热，并将炭黑烟气冷却至要求温度，炭黑烟气通过急冷换热器上部上管箱2，离开急冷系统。急冷换热器的给水，通过外部系统分配到各组管排的下集流管5内，进到各个夹套管的外管7和内管6之间的环隙中去，水和蒸汽的混合物通过急冷器上集流管4，进入到外部系统（蒸汽包中进行汽水分离）。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种急冷换热器，包括本体段，在所述本体段的上端和下端分别设置有上管箱和下管箱，其特征在于：所述本体段由多组套管式管排组成；所述套管式管排包括上集流管、套管和下集流管，所述套管固定于上集流管和下集流管之间，所述套管由内管和套设于内管外周的外管组成。

2.根据权利要求1所述的一种急冷换热器，其特征在于：所述内管和外管同心设置。

3.根据权利要求2所述的一种急冷换热器，其特征在于：内管和外管之间的环间隙为10-25mm。

4.根据权利要求2所述的一种急冷换热器，其特征在于：所述内管和外管之间设置有定心块。

5.根据权利要求3所述的一种急冷换热器，其特征在于：所述内管下部设置有下保护套管，所述下保护套管部分插入内管中。

6.根据权利要求5所述的一种急冷换热器，其特征在于：所述下保护套管外侧设置有保护层。

7.根据权利要求6所述的一种急冷换热器，其特征在于：所述内管上部设置有上保护套管，所述上保护套管部分插入内管中。

8.根据权利要求7所述的一种急冷换热器，其特征在于：上保护套管外侧设置有保护层。

9.根据权利要求8所述的一种急冷换热器，其特征在于：所述上保护套管和下保护套管插入内管的长度大于内管和集流管焊缝所在区域的长度，并且超出焊缝区域50mm以上。