CN204602167U - 一种具有复合衬里结构的反应器 - Google Patents

Abstract

本申请的一种具有复合衬里结构的反应器，包括有壳体及设置于所述壳体的内壁的衬里，其中，所述衬里为复合衬里，所述复合衬里包括至少两个以上的衬里单层，各个衬里单层之间通过组合抓钉紧固于所述壳体的内壁。与现有技术相比，本申请的复合衬里中的各个衬里单层之间通过组合抓钉连接于壳体的内壁，此结构能够同时兼顾承受流体高速冲刷，而且复合衬里的柔性变形功能好，随壳体热胀冷缩整体能协调变形而不会开裂，同时还具有结构简单、易安装和易调节、保护反应器壳壁及设备安全运行，延长反应器寿命的作用，该复合衬里适用于壳内高温燃烧、反应、换热等化工工艺过程，也适合于壳体外壁上的保温层。

Description

一种具有复合衬里结构的反应器

技术领域

本申请涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、及其它各种化工装备中的各种高温高压反应器技术领域，特别涉及通过催化剂进行反应的加氢反应器或脱硫反应器技术领域中的一种具有复合衬里结构的反应器。

背景技术

化工反应器的基本结构如图1所示，包括有筒体、设置于筒体两端的封头以及进出物料开口，人员检测的开口及支承结构，筒体由钢板或锻件制成。一般地，炼油氢反应器、脱硫反应器和石油化工反应器或煤化工反应器都需要通过催化剂保证反应的顺利进行，为了保证反应的均匀性，反应器大多以立式安装为主，多种情况下需要在化学反应器内壁上设置衬里层。

首先，化学反应器内因为化学反应产生大量的热量，或者化学反应器内为了引起和维持化学反应需要通过燃料的燃烧而产生大量的热量，或者化学反应器内为了引起和维持化学反应需要引进高温介质而含有大量的热量，为了避免反应器壳体受到高温作用而损伤，需要在化学反应器内壁上设置隔热衬里层，使壳体内的高温热量与壳体隔离开来。

其次，如果化学反应器进出口或者其内部存在激烈的气流，为了防止气流对壳体造成冲刷磨损，也需要在化学反应器内壁上设置耐磨衬里层。传统技术是在反应器内壁铺设龟甲网，龟甲网被焊接在内壁上，龟甲网的网孔上再填充耐磨隔热衬里。

此外，为了防止化学反应器内的介质或杂质对壳体造成腐蚀，也需要在化学反应器内壁上设置耐蚀衬里层。

有时，化学反应器内壁上的衬里层需同时具备上述两种或三种功能，但是有时存在矛盾，传统的单层衬里以及衬里层的刚性结构无法同时具备上述多种功能。例如，隔热效果好的衬里刚性强但韧性差，容易在壳体介质压力作用下产生微裂纹，介质渗透裂纹到达壳体内壁引起腐蚀。按GB/T 5988-2007《耐火材料 加热永久线变化试验方法》检测的陶纤类隔热材料加热永久线变化一般都不大于-3%，轻质耐火砖则可达0.6%，也就是说高温下不同隔热材料的膨胀收缩物性差别较大，有的膨胀，有的收缩。而一台铬钼钢制直径3米的加氢反应器在350℃运行时，壳内壁周长增量可达40毫米，如果龟甲网等隔热衬里没有足够的弹性，无法满足相应的变形，将被拉裂失效。

随着原油资源的枯竭及其劣质化，石油化工装置的耐腐蚀要求越来越严峻，随着石油化工装置的规模化发展和深加工的发展，高温工况越来越突出，上述衬里效果与壳体强度安全的矛盾加剧，以衬里材料性能和衬里施工质量为主的传统对策很难满足要求新的要求。

因此，研发一种具有多功能的新型衬里结构，能够同时兼顾受流体高速冲刷、高温隔热以及耐腐蚀的反应器衬里结构，应用于包括石油化工、煤化工及其他各种化工领域的反应器，对能源领域安全生产和经济效益具有重要的工程意义。

发明内容

本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够同时兼顾承受流体高速冲刷，柔性变形功能好、且随壳体热胀冷缩整体能协调变形而不会开裂，同时结构简单、易安装和易调节的具有复合衬里结构的反应器。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

        提供了一种具有复合衬里结构的反应器，包括有壳体及设置于所述壳体的内壁的衬里，其中，所述衬里为复合衬里，所述复合衬里包括至少两个以上的衬里单层，各个衬里单层之间通过组合抓钉紧固于所述壳体的内壁。

        其中，所述组合抓钉中单个抓钉设置的数量与所述衬里单层设置的数量相对应，且所述组合抓钉中的各个抓钉沿所述壳体的内壁向所述壳体的中心线的方向由大到小依次套接的可调节设置。

        其中，所述单个抓钉均包括有抓钉头，所述抓钉通过所述抓钉头埋在其相应的衬里单层内。

        其中，所述复合衬里为由多个非金属材质的衬里单层组成的复合结构。

        其中，所述非金属材质的衬里单层包括浇注料衬里单层和纤维料衬里单层，所述浇注料衬里单层包括适合于所述壳体的零部件尺寸的预应力安装预制模块式、且适合于现场浇注的粉体散料，所述纤维料衬里单层包括适合于所述壳体的零部件尺寸的预制模块式、且适合于现场铺设的板料。

        其中，所述复合衬里为由不同材料的衬里单层组成的多层复合结构。

        其中，所述衬里单层为高硬度的表面耐磨层和/或高柔软性的隔热层。

        其中，所述衬里单层中的各个模块之间通过可滑动接头连接。

        其中，所述可滑动接头连接包括互插的楔形结构和可转动的铰式结构。

        其中，所述复合衬里的整体结构包括同心圆的层间间断结构和螺旋缠绕的层间连续结构中的任一种。

        本申请的有益效果：本申请的一种具有复合衬里结构的反应器，包括有壳体及设置于所述壳体的内壁的衬里，其中，所述衬里为复合衬里，所述复合衬里包括至少两个以上的衬里单层，各个衬里单层之间通过组合抓钉紧固于所述壳体的内壁。与现有技术相比，本申请的复合衬里中的各个衬里单层之间通过组合抓钉连接于壳体的内壁，此结构能够同时兼顾承受流体高速冲刷，而且复合衬里的柔性变形功能好，随壳体热胀冷缩整体能协调变形而不会开裂，同时还具有结构简单、易安装和易调节、保护反应器壳壁及设备安全运行，延长反应器寿命的作用，该复合衬里适用于壳内高温燃烧、反应、换热等化工工艺过程，也适合于壳体外壁上的保温层。

附图说明

利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是现有技术中化工反应器的基本结构示意图。

图2是本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的第一种衬里的结构示意图。

图3是本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的第二种衬里的结构示意图。

图4是本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的第三种衬里的结构示意图。

图5是本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的第四种衬里的结构示意图。

图6是本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的第五种衬里的结构示意图。

图7是本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的其中一种保温层的结构示意图。

在图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7中包括有：

壳体1，圆锥体2，封头3，大开孔接管4，法兰5，凸缘6，反向封头7，裙座8，

内壁9，衬里里层10，衬里面层11，

柔性衬里12，耐磨衬里13和耐磨衬里14，

铰头衬里层16，铰头衬里层17，铰头衬里层18，

铰头保温层19，铰头保温层20，

螺旋缠绕衬里里端21，螺旋缠绕衬里外端22，

抓钉大段23，焊缝24，抓钉中段25，抓钉小段26，抓钉头27。

具体实施方式

结合以下实施例对本申请作进一步详细描述。

本申请的一种具有复合衬里结构的反应器的具体实施方式，参见图1所示，其结构包括有壳体1及设置于所述壳体1的内壁9的衬里，除此之外，还包括图1中所示的其它现有技术特征。

本申请的改进之处在于：所述衬里为复合衬里，所述复合衬里包括至少两个以上的衬里单层，各个衬里单层之间通过组合抓钉紧固于所述壳体的内壁。与现有技术相比，本申请的复合衬里中的各个衬里单层之间通过组合抓钉连接于壳体的内壁9，此结构能够同时兼顾承受流体高速冲刷，而且复合衬里的柔性变形功能好，随壳体热胀冷缩整体能协调变形而不会开裂，同时还具有结构简单、易安装和易调节、保护反应器壳壁及设备安全运行，延长反应器寿命的作用，该复合衬里适用于壳内高温燃烧、反应、换热等化工工艺过程，也适合于壳体外壁上的保温层。

具体的，所述组合抓钉中单个抓钉设置的数量与所述衬里单层设置的数量相对应，且所述组合抓钉中的各个抓钉沿所述壳体的内壁9向所述壳体的中心线的方向由大到小依次套接的可调节设置。所述单个抓钉均包括有抓钉头27，所述抓钉通过所述抓钉头27埋在其相应的衬里单层内。具体参见图6所示，组合抓钉由三个抓钉构成，具体为大、中、小三段，壳壁9与抓钉大段23之间通过焊缝24紧固连接，抓钉中段25插入抓钉大段23中间并且可弹性伸缩，抓钉小段26插入抓钉中段25中间并且可弹性伸缩，这种伸缩机构的机械原理类似于折叠雨伞的把柄，每件抓钉都通过抓钉头27埋到相应的衬里单层内，与相应的衬里单层一起可以微量位移运动。抓钉大、中、小三段之间也设有隔热层，或者抓钉的中段和小段采用非金属制造，两者的底部是封闭不通孔的，以减少通过抓钉传递到壳壁9的热量。

具体的，所述复合衬里为由多个非金属材质的衬里单层组成的复合结构。该非金属材质的衬里单层包括浇注料衬里单层和纤维料衬里单层，所述浇注料衬里单层包括适合于所述壳体的零部件尺寸的预应力安装预制模块式、且适合于现场浇注的粉体散料，所述纤维料衬里单层包括适合于所述壳体的零部件尺寸的预制模块式、且适合于现场铺设的板料。如图4所示，其结构包括铰头衬里层16，铰头衬里层17，铰头衬里层18。预制模块式可通过尺寸余量实现预应力安装，使安装时产生的预应力抵消运行时引起的操作应力，是否需要预应力安装取决于反应器操作运行时其壳体的热膨胀量，预应力的大小通过周向压缩量来体现，由设计计算确定。预应力安装模块可以是多层衬里中的一层或多层，各层的预应力的大小可以不相等。

具体的，所述复合衬里由同一种材料的衬里单层组成的多层复合结构，如图2所示，壳壁9上设置有紧贴壳壁的衬里里层10，在里层上再设置衬里面层11。

具体的，所述复合衬里为由不同材料的衬里单层组成的多层复合结构。其中，所述衬里的复合形式是不同材料的多层结构形式，不同材料层的铺设包括轮流交替变换材料的多层结构，以及若干层第一种材料铺底、若干层第二种材料铺中间、若干层第三种材料铺面的多层结构。如图3所示， 其结构包括柔性衬里12，耐磨的楔头衬里13和耐磨的楔头衬里14。

具体的，所述衬里单层为高硬度的表面耐磨层和/或高柔软性的隔热层。

具体的，所述衬里单层中的各个模块之间通过可滑动接头连接。该可滑动接头连接包括互插的楔形结构和可转动的铰式结构。楔形结构更适用于沿壳体长直壁面的伸缩。如图3所示，耐磨衬里13和耐磨衬里14通过楔形端部形成可上下相对微量直线位移的弹性结构，同时在反应器内压作用下两个楔形端部互相紧贴，延长了热量渗透到壳壁的路径。而铰式结构更适用于沿壳体弧形壁面的转动。如图7所示，铰头保温层19和铰头保温层20通过铰式结构连接。

具体的，所述复合衬里的整体结构包括，如图4所示的同心圆的层间间断结构和如图5所示的螺旋缠绕的层间连续结构中的任一种，其中螺旋缠绕的层间连续结构，在壳体1的内壁9上紧贴螺旋缠绕衬里里端21，通过逐渐螺旋缠绕直到所需要的衬里层数或厚度。

反应器的复合衬里的设计方法包括：

（1) 先根据介质工况初步选择衬里的表面耐磨层和里面的隔热层；其次，是按通常的传热分析设计耐磨层和隔热层的厚度，完成初步设计。

（2） 再次，根据隔热效果计算反应器壳体热膨胀时的直径增量和周长增量，根据壳体的周长增量比较判断隔热层的周长增量是否能与之协商一致，否则，应重新选择隔热层材料或者增设隔热层数重新计算，直到两者的周长增量协商一致。

（3）同理计算耐磨层的周长增量是否能与隔热层的周长增量协商一致，否则，应重新选择耐磨层材料或者增设耐磨层数重新计算，直到两者的周长增量协商一致，完成优化设计。

（4）根据耐磨层和隔热层的层数和厚度设计衬里抓钉，主要是确定合适的抓钉高度，使抓钉头27落在相应的衬里层内。厚度计算时应考虑到反应器运行时位移变形引起的厚度变化。

（5）可通过二维有限元应力分析对优化结构进行包括温度和压力及重量载荷在内的数值验证分析，确认优化设计的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种具有复合衬里结构的反应器，包括有壳体及设置于所述壳体的内壁的衬里，其特征在于：所述衬里为复合衬里，所述复合衬里包括至少两个以上的衬里单层，各个衬里单层之间通过组合抓钉紧固于所述壳体的内壁。

2.根据权利要求1所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述组合抓钉中单个抓钉设置的数量与所述衬里单层设置的数量相对应，且所述组合抓钉中的各个抓钉沿所述壳体的内壁向所述壳体的中心线的方向由大到小依次套接的可调节设置。

3.根据权利要求2所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述单个抓钉均包括有抓钉头，所述抓钉通过所述抓钉头埋在其相应的衬里单层内。

4.根据权利要求1所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述复合衬里为由多个非金属材质的衬里单层组成的复合结构。

5.根据权利要求4所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述非金属材质的衬里单层包括浇注料衬里单层和纤维料衬里单层，所述浇注料衬里单层包括适合于所述壳体的零部件尺寸的预应力安装预制模块式、且适合于现场浇注的粉体散料，所述纤维料衬里单层包括适合于所述壳体的零部件尺寸的预制模块式、且适合于现场铺设的板料。

6.根据权利要求1所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述复合衬里为由不同材料的衬里单层组成的多层复合结构。

7.根据权利要求1所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述衬里单层为高硬度的表面耐磨层和/或高柔软性的隔热层。

8.根据权利要求1所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述衬里单层中的各个模块之间通过可滑动接头连接。

9.根据权利要求8所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述可滑动接头连接包括互插的楔形结构和可转动的铰式结构。

10.根据权利要求1所述的一种具有复合衬里结构的反应器，其特征在于：所述复合衬里的整体结构包括同心圆的层间间断结构和螺旋缠绕的层间连续结构中的任一种。