CN204240844U - 适用于高温气体的列管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及适用于高温气体的列管换热器；换热管连接的两端为平板折边管板，在高温平板折边管板处设置有管箱，管箱中设置有耐热防护衬里层；与炉体侧相连的换热管内设置有楔管，楔管热端侧与换热管之间设置有密封层，楔管冷端侧的管壁与换热管内侧密切配合；换热器的壳体与两端平板折边管板连接。采用上述方法达到减少管板与管头之间温差应力的效果，同时，降低设备造价，解决了设备寿命和的安全生产的影响的问题。更主要的是排除了安全隐患，保证换热器的安全运行。本方法可以用在各种规模高温≥1000℃工艺气体换热上。

Description

适用于高温气体的列管换热器

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，特别是适用于高温气体的列管换热器。

背景技术

列管换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。列管换热器主要由壳体、换热管、管板和管箱等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在列管换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单，管程清洗方便，适用介质和操作条件较为广泛。管束的壁面即为传热面，最大换热效率可以达到14000w/m².k，可大大提高生产效率，单位换热面积的金属耗量较少，节约成本。

列管换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周直接与管箱筒节焊接或用螺栓连接，管程的进出口管直接和管箱焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。见图1。

如图1固定管板式换热器组成：由n个相同规格的换热管2与两端管板3焊接，换热器的壳体1也与两端管板3焊接，壳体上设有膨胀节13，换热器壳内设有m个相同规格的折流板7用来固定换热管2，拉杆6和定距管8用来固定折流板7，管箱法兰5与管箱4焊接，也与管板螺栓连接9。

但是普通列管换热器还有不足：

1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t≥50℃时经计算有可能须在壳体上设置膨胀节；

2、高温差使管板与管头之间易产生温差应力而损坏；

因此如何有效降低管板与管头之间产生的温差应力，解决和克服上述存在的安全隐患问题，提高设备使用寿命，降低设备造价，是目前存在的关键问题。

发明内容

为了解决高温差技术问题，本实用新型公开一种适用于高温气体的列管换热器，也就是高温工艺气体在固定管板式列管换热器中管端热防护方法，解决生产过程中存在的安全隐患，提高设备使用寿命，降低设备造价。

本实用新型的技术方案如下：

一种适用于高温气体的列管换热器，其特征是换热管连接的两端为平板折边管板，在高温平板折边管板处设置有管箱，管箱中设置有耐热防护衬里层12；与炉体侧相连的换热管2内设置有楔管15，楔管15热端侧与换热管2之间设置有密封层14，楔管15冷端侧的管壁与换热管2内侧密切配合；换热器的壳体1与两端平板折边管板10连接。

所述的耐热防护衬里采用耐热混凝土材料。

所述的管箱采用碳钢材质。

所述的平板折边管板的折边处弯曲直径R值取值为折边管板厚度2.5～4倍。

所述的保护套管是陶瓷或不锈钢材质。

所述的保护套管与换热管之间设置有3mm的环隙。

说明如下：

1.高温侧壳体的热防护

在高温管箱中采用耐热混凝土材料作防护衬里，管箱采用碳钢材质，解决碳钢不耐高温的问题，节省了设备造价。传统换热器管箱中，没有衬耐热混凝土材料。见图2。

2.采用平板折边管板

采用平板折边管板比普通管板要薄，在满足压力条件一定的情况下，管板越薄越好，因薄管板沿板厚的温度梯度小，自身温差应力小。平板折边管板同时具有挠性，无特殊加工要求，要求R值取折边管板厚度2.5～4倍。传统换热器换热管直接与固定管板焊接，本实用新型换热管直接与平板折边管板焊接。见图2。

3.高温侧管段的热防护

在高温侧管子进口端插入一段保护套管(楔管)，有利于高温气体直接进入浸泡在汽水混合物中的管子，从而降低了管板及其与管子连接接头处的温度。保护套管可以是陶瓷，也可以是不锈钢材质。换热管选用普通碳钢管。保护套管与换热管之间要留有一定的环隙，保证环隙尺寸3mm，避免管板过热。在保护套管与换热管之间填充耐高温的压缩石棉纤维，且采取有效的固定措施。本实用新型比传统换热器换热管内增加楔管。见图3。

采用上述方法达到减少管板与管头之间温差应力的效果，同时，降低设备造价，解决了设备寿命和的安全生产的影响的问题。更主要的是排除了安全隐患，保证换热器的安全运行。本方法可以用在各种规模高温(≥1000℃)工艺气体换热上。

附图说明

图1：固定管板式列管换热器。

图2：本实用新型平板折边管板式列管换热器。

图3：本实用新型管端热防护结构图。

其中：1-壳体，2-换热管，3-管板，4-管箱，5-管箱法兰，6-拉杆，7-折流板，8-定距管，9-螺栓，10-平板折边管板，11-环板，12-耐热混凝土衬里，13-膨胀节，14-压缩石棉纤维，15-楔管，16-热端管箱，17-设备法兰。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：

如图2,3所示：由2个平板折边管板、2个管箱、2个管箱法兰、1组换热管管束、1组折流板及拉杆和定距管、1个壳体、2个环板和1组膨胀节、1组压缩石棉纤维和楔管、耐热混凝土衬里组成，由n个相同规格的换热管2与两端平板折边管板10焊接，换热器的壳体1也与两端平板折边管板10焊接，壳体上设有膨胀节13，换热器壳内设有m个相同规格的折流板7用来固定换热管2，拉杆6和定距管8用来固定折流板7，一对管箱法兰5分别与管箱4焊接和壳体1焊接，这对管箱法兰用用螺栓连接9。通过环板11分别于壳体1、平板折边管板10、热端管箱16焊接，热端管箱16与设备法兰17焊接，在热端管箱16内砌耐热混凝土衬里12，与炉体相连侧的所有换热管2需镶人楔管15，楔管15与换热管2之间设置有3mm的环,楔管15与换热管2用压缩石棉纤维14密封，楔管15冷端侧的管壁与换热管2内侧紧密配合。

本设备可以水平安装也可以垂直安装。

硫换热器具体规格如下：

本实例为二硫化碳生产装置中克劳斯炉反应混合气体1000℃，压力0.02MPa，主要含硫化氢气体、水蒸气、二氧化硫气体。混合气体经硫换热器降温至480℃后再继续后面反应。

硫换热器规格为卧式，热端管箱直径1820mm，长600mm，壳体直径1600mm，长6200mm，换热面积438m²，换热管直径51mm，厚度5mm，换热管长6200mm，换热管626根，6块折流板。换热管材质为20#钢管，壳体材质为Q345R钢板。

硫换热器操作条件：

序号	换热器	操作压力MPa	操作温度℃	介质
					1	管程	0.02	1000～480	硫化氢、水蒸气、二氧化硫气体
2	壳程	0.45	133～147	水、饱和水蒸气

硫换热器管板壁厚对比：

	固定管板式	平板折边管板式	结论
				相同操作条件	50毫米	20毫米	节约投资、减少应力

以上采用“SW6-2011”设备强度计算软件计算。

Claims (6)

1.一种适用于高温气体的列管换热器，其特征是换热管连接的两端为平板折边管板，在高温平板折边管板处设置有管箱，管箱中设置有耐热防护衬里层；与炉体侧相连的换热管内设置有楔管，楔管与换热管之间设置有密封层；换热器的壳体与两端平板折边管板连接。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的耐热防护衬里采用耐热混凝土材料。

3.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的管箱采用碳钢材质。

4.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的平板折边管板的折边处弯曲直径R值取值为折边管板厚度2.5～4倍。

5.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的楔管是陶瓷或不锈钢材质。

6.如权利要求1所述的换热器，其特征是所述的楔管与换热管之间设置有3mm的环隙。