CN209147786U - 低压反应水冷凝器 - Google Patents
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Abstract
一种双加压法硝酸生产用低压反应水冷凝器，其特征是换热器由前后两换热段串联而成，前换热段2的换热管采用了耐高温酸腐蚀的钛管TA2，管板采用TA2+S30408Ⅲ复合板，前换热段2与后换热段4结构形式相同，布管形式一样，相同部位对应的换热管保持同心，前换热段2与后换热段4用中间连接段3连接。通过分段选材解决了目前低压反应水冷凝器因易被腐蚀而产生泄漏，影响硝酸生产系统正常运行的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双加压法硝酸生产的换热器，具体的说就是用于冷却氨氧化反应生成的氧化氮气体的低压反应水冷凝器。
背景技术
硝酸是一种重要的化工原料，其应用范围越来越广，国内新增和扩建装置也不断增加，目前，国内硝酸生产企业一般选用双加压法生产工艺，低压反应水冷凝器是双加压法硝酸生产工艺的关键设备之一。
低压反应水冷凝器是由进出口管箱、左右管板、换热列管和壳程壳体组成的管壳式换热器，安装形式为卧置；设备管板、换热管及管箱壳体材质采用S30403,壳程壳体材质采用Q345R，壳程膨胀节材质采用S32168；壳程进出口设外导流筒，走冷却水，折流板为环形;管程内走氨氧化反应生成的氧化氮等工艺气体。
目前，低压反应水冷凝器换热管与管板之间的连接有以下两种连接方式，其一，采用端面焊加贴胀的连接方式，这种连接方式进口侧管板与换热管间的焊接接头受管程侧冷凝酸和壳程侧管板与换热管间隙内积聚的CL—腐蚀，设备运行寿命短，通常使用一年左右进口侧换热管与管板间的焊接接头就易发生腐蚀泄漏，影响了整个硝酸生产系统的正常运行。其二，为避免端面焊的弊端，提高设备使用寿命，进口侧管板与换热管的连接采用了对接连接的内孔焊结构，采用这种换热管与管板对接连接的内孔焊结构大大延长了设备的使用寿命，但该设备特殊的操作条件，仍存在换热器进口侧管板与换热管焊接接头和换热管腐蚀泄漏的情况，其使用寿命最多3~5年，同时这种内孔焊结构增加了设备制造难度和工期。
设备在运行时，从省煤器来的163℃氧化氮工艺气体在经过管程时与壳程中的循环冷却水发生热量交换，使工艺气体降至40℃，在此过程中，NOX混合气体随着温度的降低，将发生一系列的物理和化学反应，生成的NO2被冷却的冷凝水和雾状水吸收生成稀硝酸，在冷却至露点97℃后形成冷凝酸，由于稀硝酸在高于70℃时对S30403有强烈的腐蚀性，导致从冷却至露点97℃至温度高于70℃的这一区域内换热管易产生腐蚀导致泄漏，这一过程主要集中在换热器前端的一定区域内。
发明内容
本实用新型公开一种用于双加压法硝酸生产系统中的低压反应水冷凝器。
由进口侧管箱、前换热段、中间连接段、后换热段、出口侧管箱组成，其特征是换热器由前后两换热段串联而成，前换热段的换热管采用了耐高温酸腐蚀的钛管TA2，管板采用TA2+S30408Ⅲ复合板。前换热段与后换热段结构形式相同，布管方式一样，相同部位对应的换热管保持同心。前换热段与后换热段用中间连接段连接，进口侧管箱与前换热段左管板连接，出口侧管箱与后换热段右管板连接在一起。主要解决低压反应水冷凝器因腐蚀泄漏，影响硝酸生产系统的正常运行的问题。
硝酸是一种强氧化性酸，具有很强的腐蚀性，钛在硝酸中其表面能形成一层致密的氧化膜，在硝酸溶液中有优良的耐腐蚀性，同时钛在含CL—的溶液中有优异的耐腐蚀性，结合该设备的操作工况和运行环境，管板和换热管采用钛及其合金能有效解决目前腐蚀的问题，但钛及其合金价格昂贵。
针对目前低压反应水冷凝器入口侧一段区域内，工艺气体受到冷却而形成低于露点温度97℃至高于70℃的冷凝酸对管板与换热管连接的焊接接头及换热管造成腐蚀而产生的泄漏问题，本实用新型的特征是将低压反应水冷凝器设计成两段串联，将易产生高温酸腐蚀的前段采用耐腐蚀的钛材，解决易产生的腐蚀泄漏。
工业纯钛由于其耐腐蚀性比一般钛合金好，强度虽不如某些钛合金高，但价格比钛合金低，塑性好，易于加工成型，工业纯钛中TA0和TA1一般用于要求变形量较大的场合，要求耐摩擦及较高强度时用TA3，换热管多用TA2，结合设备工况前段换热管选用TA2。钛的弹性模量较低，约为钢的一半左右，屈强比也较大，具有显著的回弹特性，这一特点使钛管与钢制管板的连接不能采用只胀不焊的强度胀接的连接方式；工业纯钛对缝隙腐蚀非常敏感，为消除换热管与管板之间的缝隙，防止水中CL—在缝隙中的聚集，换热管与管板间的连接宜采用强度焊加贴胀的连接形式，既可以利用贴胀消除管子与管板的间隙，消除间隙腐蚀，又可以避免管子震动时对接头产生的不利影响；如管板基层选用碳钢或低合金钢管板容易造成间隙腐蚀，影响换热器的使用寿命，故选用不锈钢，由于S30408锻件含碳量高于S30403锻件的含碳量，其硬度比S30403锻件较高，为提高胀接质量管板采用了S30408锻件，为避免大型管板锻件内部存在缺陷，锻件采用了Ⅲ级锻件。本实用新型的特征是在易产生高温酸腐蚀的前一段采用耐高温酸腐蚀的钛管TA2，管板采用TA2+S30408Ⅲ复合板。
后换热段，由于工艺气体温度已低于70℃，S30403已经具有优良的耐腐蚀性能，仍采用原有设备选材。
为保证气体分布均匀，防止短路和气体震动，以及壳程冷却水的冷却效果，前后换热段的管板仍采用中心不布管的环形布管形式，换热管的排列方式、管间距、壳程壳体材质不变，壳程进出水口设有外导流筒；由于换热器由前后两换热段组成，换热管的长度变短，经计算前后换热段不需要再用膨胀节吸收换热管与外壳体膨胀量不同引起的热应力。
前后换热段通过中间连接段用螺栓连接在一起，两换热段对应的管孔保持相同的方位，保证二换热段串联后相对应的的管孔同心。本实用新型的特征是前后换热段通过中间连接段用螺栓连接在一起，便于运输、安装以及为以后的维修更换提供了方便。
分段设计和选材既避免了全部采用钛材而造成的设备价格昂贵的问题，又提高了设备使用寿命，有效解决了目前存在的工艺气体入口段因高温酸腐蚀泄漏而造成频繁停产维修的问题，保证了硝酸系统的正常生产。
附图说明
图1为低压反应水冷凝器外形结构示意图。
图2为低压反应水冷凝器A向视图
图3为低压反应水冷凝器B-B纵向剖面示意图
图4为低压反应水冷凝器前换热段复合管板布管示意图
图5为低压反应水冷凝器前换热段复合管板C-C剖面示意图
图6为低压反应水冷凝器前换热段换热管与管板焊接加贴胀连接示意图
图7为中间连接段示意图
所示图中：1-进口侧管箱 1.1-工艺气进口 1.2-管箱法兰
2-前换热段 2.1-左管板 2.2-冷却水出口 2.3-冷却水进口
2.4-右管板 2.5-导流筒 2.6-换热管
3-中间连接段 3.1-第一法兰 3.2-第二法兰 3.3-排净口 3.4-筒节 3.5-人孔
4-后换热段 4.1-冷却水出口 4.2-冷却水进口
5-出口侧管箱 5.1-工艺气出口
6-螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步的说明。
图1为低压反应水冷凝器的外形结构图，设备由进口侧管箱1、前换热段2、中间连接段3、后换热段4、出口侧管箱5组成，进口侧管箱1的管箱法兰1.2与前换热段2的左管板2.1相接，前换热段的右管板2.4与中间连接段3的第一法兰3.1相接，中间连接段3的第二法兰3.2与后换热段4的左管板相接，后换热段4的右管板与出口侧管箱5的法兰相接，各部分用螺栓6紧固在一起。
进口侧管箱1由筒节、锥壳、进口侧管箱法兰1.2、工艺气进口1.1组成，材料采用S30403。
前换热段2由左管板2.1、右管板2.4、换热管2.6、导流筒2.5、折流板、壳程壳体、冷却水进口2.3、冷却水出口2.2组成；左管板2.1和右管板2.4与换热管2.6之间的连接采用图5所示的强度焊加贴胀的连接形式；冷却水进口2.3及冷却水出口2.2设有导流筒以提高冷却水的冷却效果；该段壳程壳体与左右管板间采用焊接连接；左管板2.1和右管板2.4材料采用TA2+S30408Ⅲ复合板，换热管材料采用TA2，该段壳程壳体材料采用Q345R；左管板2.1和右管板2.4的布管采用如图4所示的中心不布管的环形布管形式，外圆延长兼作法兰。
中间连接段3由第一法兰3.1、第二法兰3.2、筒节3.4组成，他们之间通过焊接连接在一起形成中间连接段，筒节3.4上设有人孔3.5，便于进出设备维护维修，下部设有排净口3.3，便于排净内部的液体。
后换热段4由左右管板、换热管、折流板、导流筒、壳程壳体和冷却水进口4.2和冷却水出口4.1组成；管板材料采用S30403Ⅲ，换热管材料采用S30403，壳程壳体为Q345R，后换热段4的结构形式和前换热段2相同。
出口侧管箱5由筒节、锥壳、法兰、工艺气出口5.1组成，材料采用S30403。
从省煤器来的163℃氧化氮工艺气体，从工艺气进口1.1进入前换热段2，与壳程中的循环冷却水发生热量交换，NOX混合气体在前进过程中随着温度的降低，发生一系列的物理和化学反应，生成稀硝酸，工艺气体到达前换热段2尾部时，温度已降至低于70℃，随后通过中间连接段3进入后换热段4继续进行热量交换，到达后换热段4尾部时，温度已降至40℃，冷却后的工艺气体通过工艺气出口5.1进入氧化氮分离器实现稀硝酸与工艺气体的分离。通过分段，易产生酸腐蚀的换热段采用了耐腐蚀的TA2，后换热段仍选用原材料，解决了目前低压反应水冷凝器因易被腐蚀泄漏，影响硝酸生产系统正常运行的问题。
Claims (2)
1.一种低压反应水冷凝器，由进口侧管箱(1)、前换热段(2)、中间连接段(3)、后换热段(4)、出口侧管箱(5)组成，其特征是换热器由前后两换热段串联而成，前换热段(2)的换热管采用了耐高温酸腐蚀的钛管TA2，管板采用TA2+S30408Ⅲ复合板;前换热段(2)与后换热段(4)结构形式相同，布管方式一样，相同部位对应的换热管保持同心;前换热段(2)与后换热段(4)用中间连接段(3)连接，进口侧管箱(1)与前换热段(2)左管板连接，出口侧管箱(5)与后换热段(4)右管板连接在一起。
2.根据权利要求1所述的低压反应水冷凝器，其特征是前换热段(2)与后换热段(4)通过中间连接段(3)用螺栓连接在一起。
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Cited By (1)
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