CN209230367U - 反应或换热设备用内件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反应或换热设备用内件，该内件是由n块金属板片通过焊点和边缘焊缝连接，然后高压鼓泡形成n‑1层腔室的换热板对，n≥2。所述的焊点是n块金属板片对应处焊接在一起形成的焊点，焊点的形状包括圆形、多边形。多个焊点分散在金属板片上，相邻焊点之间的间距为20～100mm，焊点直径为1～20mm。与现有技术相比，本实用新型可以实现多股流换热，完成多种介质的同时换热，对反应温度的精确控制，提高反应的选择性，具有适用范围广、传热效果好、低压降等优点。

Description

反应或换热设备用内件

技术领域

本实用新型涉及一种换热组件，尤其是涉及一种反应或换热设备用内件。

背景技术

作为常见的固定床反应器和换热器的换热内件，换热列管的传热系数不高，相同换热量下，所需反应器和换热器的体积较大；同时还存在催化剂装填工作量大、检修复杂、压降大、能耗高、容易出现飞温或反应骤停的问题。因此，板式反应器的应用受到广泛关注，采用板式换热内件组成的板式反应器和板式换热器具有传热系数高、体积小、重量轻、污垢系数低、催化剂装卸方便和适用范围广的特点，目前常用的板式换热内件多为单层内通道，但随着工业技术的发展，需要多种介质换热的工艺越来越多，如聚丙烯工艺、双热源热泵和自然冷却系统等，针对聚丙烯工艺多介质同时换热的需求，常规做法是采用多台管式换热器以达到同时冷却(或加热)的效果，这种方法存在换热器结构不够紧凑，占地面积大和换热效率低的问题。一种平流式多介质换热器(CN104807356A)提出一种能够实现三种介质同时换热的管式换热器，这种换热器的缺陷在于介质的流动多为层流，换热效率低，压降大。针对上述问题，发明了针对复杂工况的高效传热内件，可根据工况的不同实现多介质复合换热，能够实现多介质复合换热，其结构灵活，可以在强化介质湍流强度和减小压降方面实现良好平衡，同时能够根据反应的放热特点在结构上进行相应的调整，从而对反应温度精确控制。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以实现多股流换热，完成多种介质的同时换热，对反应温度的精确控制，提高反应的选择性，具有适用范围广、传热效果好、低压降等优点的反应或换热设备用内件。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种反应或换热设备用内件，其特征在于，该内件是由n块金属板片通过焊点和边缘焊缝连接，然后高压鼓泡形成n-1层腔室的换热板对，n≥2。

金属板片间的连接焊点间距、形状和直径可以根据对通道内介质流型的不同要求进行改变。所述的焊点是n块金属板片对应处焊接在一起形成的焊点，焊点的形状包括圆形、多边形。

多个焊点分散在金属板片上，相邻焊点之间的间距为20～100mm，焊点直径为 1～20mm。上述参数的调整可以改变介质的湍流程度和压降大小，从而根据工况进行设计在二者间取得良好的平衡。

所述的高压鼓泡是向相邻金属板片间的腔室内输入高压气体或液体，使金属板片以各焊点为节点向外凸起，形成鼓泡。

所述的高压气体的压力为5～100MPa。

同一金属板片上各凸起的高度相同或不同。

n块金属板片两端留有流体进出口，形成n-1各流体通道。

所述的内件由两块金属板片组成，同一张换热板对上金属板片的凸起高度相同或者不同，凸起的高度相同时，内件内外通道的整个沿程其换热效率相同，实现该单元内均一换热，满足常见的单种换热介质针对单种物料的换热：两块金属板片鼓泡成型后形成均匀的凸起，凸起高度相同，为10～50mm；或者两块金属板片材质或厚度不同，其中一块金属板片向外鼓泡，形成高度为10～50mm的均匀凸起，另一块金属板片为平板状；

或者，所述的两块金属板片上凸起的高度不同，通过调节焊点间的间距，形成具有不同鼓泡高度的换热板对。由中心向外围，凸起的高度依次减小，或者中间区域内凸起的高度H相同，外围区域内凸起的高度h相同，H>h。在凸起高度较大的通道沿程，由金属板片组成的内通道间流动介质的湍流程度高，内件之间组成的外通道间距小，意味着在此沿程段内催化剂填装量相对较少，板片的换热效率相对较高；在凸起高度较小的通道沿程，由金属板片组成的内通道间流动介质的湍流程度低，内件之间组成的外通道间距大，意味着在此沿程段内催化剂填装量相对较多，板片的换热效率相对较低。

内件由两块以上金属板片组成时，内件由多张金属板片通过焊点连接形成具有多个腔室的换热板对，根据组成同一换热板对的金属板片的厚度、材料和成型压力等因素调节，各腔室的通过量可以是相同或者不同的，前者鼓泡成型后，各金属板片形成均匀凸起；后者在鼓泡成型后，鼓泡高度不同，介质通过量不同。

所述的内件是由三块金属板片组成的双腔体内件，其中中间金属板片为平板状，两侧金属板片上均上外鼓泡形成高度10～50mm的凸起，或者中间金属板片向一侧鼓泡形成凸起。

所述的内件是由四块金属板片组成的三腔体内件，其中外侧金属板片上凸起的高度是内侧金属板片上凸起的高度的1.5～2.5倍。

本实用新型设计的内件，热媒和冷媒介质分别从换热板对的内部腔室和相邻两对换热板对之间的间隙流过。换热板对的夹层数可以根据换热介质的种类和反应需求进行调整，如由2块金属板制成的单腔体换热内件针对一对一的换热要求，由3 块金属板制成的双腔体换热内件可以实现对2股物料同时换热，以及由多块金属板制成的多腔体换热内件可满足多股流换热要求；调整同一块换热板对的凸起高度，使得凸起高度随着反应放热量的变化而改变，针对放热或吸热集中的部位加强换热，精确控制反应温度，实现反应选择性的提高；组成换热板片的金属板的厚度可以相同或者不同，不同厚度的金属板片可实现一面板片平整，一面有凸起，这一发明已经应用在反应器的模块化设计，从而增加反应器的紧凑程度；另外焊点间距、形状和直径可以根据反应要求进行调整，从而实现在保证高换热效率的同时，实现对压降的控制。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、因为本实用新型的换热内件采用了多层腔室设计，因此可以实现多种介质同时换热。以换热内件由三块金属板组成即换热板对含有两个内通道为例，可以实现多股流换热，完成多种介质的同时换热。若换热内件由四块金属板组成即含有三个内通道，可以应用于高温放热反应如贝克曼重排，由于反应温度较高，此类反应通常采用导热油作为换热介质，为了增强换热效果和防止导热油相变，可采用水作为二次换热介质对导热油进行换热。

二、因为换热板对的凸起高度可以根据反应的吸放热特点进行改变，对于绝热式反应器中进行的吸放热反应具有重要意义。具体而言就是该发明反应器可以针对反应的吸放热特点进行高效换热，在反应热量变化较高的沿程段，设计凸起高度较大实现热量的高效转移，在热量变化微小的沿程段，设计凸起高度较小，增加催化剂的填装量，节省设备的占地面积，同时实现对反应温度的精确控制，提高反应的选择性。

三、采用相同厚度的金属板片组成换热内件，各金属板片上均形成凸起；采用不同厚度金属板片组成换热板，较厚的金属板片保持平整，较薄的金属板片上则形成凸起。以两块金属板片组成的换热内件为例，若两块金属板片的厚度相同，鼓泡成型后两块板片均形成均匀的凸起，若两块金属板片厚度不一，那么较厚一块金属板片会保持平整，而另外一块较薄的金属板片会形成凸起，这一设计已经应用于模块化设计的反应器从而增加反应器的紧凑度。

四、适用范围广：该发明几何特征多变，能够满足不同工况要求，温度范围 -200～1000℃，压力范围-1bar～300bar。

五、传热性能良好：由于该发明换热内件中焊点的存在，因此即使在低流速下一样能够实现流体的扰动，进而增加介质的换热效果。

六、低压降：由于该发明板片夹层中焊点间距可在20～100mm范围内变化、焊点直径可在1～20mm变化、焊点形状可为圆形、多边形和其他不规则形状，因此可以实现对压降的良好控制，达到反应对压降的要求。

七、密封性能好：该发明边缘采用焊接方式密封，避免了采用传统橡胶密封可能带来的物料泄漏问题。

八、安全可靠：由于该发明板片鼓泡成型过程中经历过高压检测和疲劳测试，同时焊接点的存在能够增强板片的稳定性，因此具有良好的安全性能。

附图说明

图1为本实用新型反应器换热内件的结构示意图；

图2为本实用新型反应器换热内件凸起高度沿程变化时的剖面图；

图3为绝热式反应器中CO变换反应催化剂床层温度在反应器换热板沿程的变化图；

图4为本实用新型反应器换热内件由两块不同厚度金属板组成时的剖面图；

图5为本实用新型反应器换热内件由三块金属板组成时的剖面图；

图6为本实用新型反应器换热内件由四块金属板组成时的剖面图；

图中标识：1-焊点；2-凸起。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

图1所示为一种反应或换热设备用内件的结构示意图，该内件是由两块金属板片通过焊点1和边缘焊缝连接，然后高压鼓泡形成1层腔室的换热板对。

金属板片间的连接焊点1间距、形状和直径可以根据对通道内介质流型的不同要求进行改变。所述的焊点1是两块金属板片对应处焊接在一起形成的焊点，焊点的形状包括圆形、多边形。

多个焊点分散在金属板片上，相邻焊点之间的间距为20～100mm，焊点直径为 1～20mm。上述参数的调整可以改变介质的湍流程度和压降大小，从而根据工况进行设计在二者间取得良好的平衡。

所述的高压鼓泡是向相邻金属板片间的腔室内输入高压气体，使金属板片以各焊点为节点向外凸起2，形成鼓泡。

焊点1和凸起2的存在能够增强流动介质的湍流程度，进而增强换热效果，反应热及时移走，相邻内件之间的温度平缓分布，更接近于等温反应，有利于温度控制，增加催化剂的选择性。

当换热内件由两块厚度相同的金属板片组成，但通过改变焊点间距、大小，改变同一块换热内件的凸起高度沿程变化时，其剖面图如图2所示，所述的两块金属板片上凸起2的高度不同，中间区域内凸起的高度H相同，外围区域内凸起的高度h相同，H>h。

此类型换热内件组成的反应器的优点在于能够根据反应放热特点有针对性地进行热量转移。以CO变换反应为例，综合考虑换热板沿程的反应热释放和反应物浓度变化，换热板沿程温度的变化如图3所示，随着换热板沿程深度的增加，温度先增大后减小，这意味着在换热内件沿程的不同段，反应的换热需求并不相同。采用该类型换热内件组成的反应器可以进行更加有针对性的换热，同时高效地利用内件之间的空间，增加催化剂的填装量。在换热内件沿程前段和后段，反应换热需求较小，凸起高度h相应较小(2-4mm)，这样可以增加内件之间的空隙，增大催化剂的填装量；在换热内件沿程中段，热点周围区域，凸起高度H较大(5-10mm)，这样可以增强换热效果，维持反应温度在合理范围内，增大催化剂的反应选择性，避免生成甲烷等副反应的发生。

实施例2：

当换热内件由两块厚度不同的金属板片组成时，其剖面图如图4所示，一块金属板片的厚度是另一块金属板片厚度的两倍，两块金属板片通过焊点和边缘焊缝连接，然后进行高压鼓泡，厚度薄的金属板片上形成高度50mm的凸起1，较厚的金属板片会保持平整，这样的换热板片已应用于模块化设计的反应器，从而减少反应器的占地面积，增强反应器的紧凑程度，这种模块化设计较非模块化设计，其紧凑度能够增加3到5个百分点。

实施例3：

当换热内件由三块金属板片组成时，其剖面图如图5所示，中间金属板片较厚，两侧金属板片较薄，高压鼓泡后，中间金属板片保持平整，两侧金属板片向外凸起，高度50mm，形成双腔室的换热内件，可以实现两种介质的同时换热，应用于双热源热泵和自然冷却系统。

实施例4：

当换热内件由4块金属板片组成时，其剖面图如图6所示。其中外侧金属板片上凸起的高度是内侧金属板片上凸起的高度的1.5～2.5倍。由此类型换热内件组成的反应器可应用于高温放热反应如合成气制烯烃、贝克曼重排等，此类高温放热反应由于放热量高，因此需要的换热量相应较大，若采用水作为换热介质，会产生大量的水蒸气增加反应器内的压力，同时水蒸气的导热系数较小，会降低反应器后段的换热效果。为保证高效换热，通常采用沸点较高不会发生相变的换热油作为换热介质对反应器中的反应进行换热，同时为防止换热油发生相变并且同时保证换热油和催化剂床层的温差，中间通道采用冷却水作为二次换热介质，对换热油进行换热。进一步该类型换热板元件组成的换热器可以同时对三种介质进行同时换热，因为该换热内件的焊点间距、焊点大小及其分布可以根据工况要求进行调整，所以可以根据换热需求的不同，综合调整参数保证换热效果的同时降低换热器中的压降。

Claims (7)

1.一种反应或换热设备用内件，其特征在于，该内件是由n块金属板片通过焊点和边缘焊缝连接，然后高压鼓泡形成n-1层腔室的换热板对，n≥2；

所述的内件由两块金属板片组成，两块金属板片鼓泡成型后形成均匀的凸起，凸起高度相同，为10～50mm；或者两块金属板片材质或厚度不同，其中一块金属板片向外鼓泡，形成高度为10～50mm的均匀凸起，另一块金属板片为平板状；

或者，所述的两块金属板片上凸起的高度不同，由中心向外围，凸起的高度依次减小，或者中间区域内凸起的高度H相同，外围区域内凸起的高度h相同，H>h；

或者，所述的内件是由三块金属板片组成的双腔体内件，其中中间金属板片为平板状，两侧金属板片上均向外鼓泡形成高度10～50mm的凸起，或者中间金属板片向一侧鼓泡形成凸起；

或者，所述的内件是由四块金属板片组成的三腔体内件，其中外侧金属板片上凸起的高度是内侧金属板片上凸起的高度的1.5～2.5倍。

2.根据权利要求1所述的一种反应或换热设备用内件，其特征在于，所述的焊点是n块金属板片对应处焊接在一起形成的焊点，焊点的形状包括圆形、多边形。

3.根据权利要求1或2所述的一种反应或换热设备用内件，其特征在于，多个焊点分散在金属板片上，相邻焊点之间的间距为20～100mm，焊点直径为1～20mm。

4.根据权利要求1所述的一种反应或换热设备用内件，其特征在于，所述的高压鼓泡是向相邻金属板片间的腔室内输入高压气体或液体，使金属板片以各焊点为节点向外凸起，形成鼓泡。

5.根据权利要求4所述的一种反应或换热设备用内件，其特征在于，所述的高压气体的压力为5～100MPa。

6.根据权利要求4所述的一种反应或换热设备用内件，其特征在于，同一金属板片上各凸起的高度相同或不同。

7.根据权利要求1所述的一种反应或换热设备用内件，其特征在于，n块金属板片两端留有流体进出口，形成n-1个流体通道。