CN209558950U - 用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，涉及冶金氧化铝生产领域，该组合式列管换热装置包括多个管壳式换热器，管壳式换热器具有壳体，壳体的两端分别设置有封头，封头和壳体的连接位置处设置有管板，封头和其对应的管板围合形成管箱，多个换热管并排排列设置在两个管板之间，换热管为无缝钢管且换热管的两端分别胀接连接在对应的管板上，壳体两端的侧壁上分别开设有冷却水入口和冷却水出口，两个封头上分别开设有料浆进口和料浆出口，多个管壳式换热器串联和/或并联连接，本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，能够有效消除换热装置内的局部磨蚀问题，延长换热装置的使用寿命。

Description

用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置

技术领域

本实用新型涉及冶金氧化铝生产领域，特别涉及在氧化铝生产过程中用于分解槽内料浆降温的一种用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置。

背景技术

现有冶金氧化铝生产线中，分解槽内料浆的降温需要通过换热器来进行，该技术是国内拜耳法生产氧化铝的通用做法，一直沿用了几十年。该技术方案是通过离心泵将分解槽内部分料浆送至换热器，与低温循环水进行换热降温，低温料浆再回流到分解槽内通过搅拌来实现整体降温。由于料浆为过饱和的铝酸钠溶液，含有大量固定颗粒，对于换热设备的磨损和腐蚀非常严重，并且非常容易在换热器内结垢，进而影响换热器的换热效果和使用寿命。

因此，选择用于氧化铝分解中间降温的换热器，不但要考虑换热效果，还要考虑换热器的使用寿命。现有技术中，氧化铝分解中间降温通常采用套管时换热器和板式换热器(宽流道板式换热器和螺旋板式换热器)。

套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。冷却水和料浆分别在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到对料浆降温的效果。料浆在管程内流速较大，不易发生堵塞和结构；但由于套管式换热器的换热效率较低，其降温效果不理想；并且套管式换热器的套管的端头一般采用焊接连接，焊缝处非常容易结垢和腐蚀，使用寿命短。虽然在其他领域，在套管式换热器换热效率不理想的情况下，一种解决方式是改用换热效果更好的管壳式换热器，但由于管壳式换热器增加了换热管的数量，也就相应增加了焊缝长度，更加容易发生结垢和腐蚀，进而引起焊缝的失效和泄漏，在本领域未见使用。

板式换热器由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。由于板片需要通过定位柱安装在换热器内部，料浆在定位柱处会形成局部流速变化，板片局部和定位柱容易出现磨蚀的问题，使用寿命有限；其次板式换热器内也存在焊缝，多次碱洗后焊缝脆弱严重；最后，板式换热器需要整体吊装，同时设备重量，进而造成大吊装困难。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，以期解决现有技术存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，能够有效消除换热装置内的局部磨蚀问题，延长换热装置的使用寿命，降低生产成本。

为达到上述目的，本实用新型提出一种用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，所述组合式列管换热装置包括多个管壳式换热器，所述管壳式换热器具有壳体，所述壳体的两端分别设置有封头，所述封头和所述壳体的连接位置处设置有管板，所述封头和其对应的所述管板围合形成管箱，多个换热管并排排列设置在两个所述管板之间，所述换热管为无缝钢管且所述换热管的两端分别胀接连接在对应的所述管板上，所述壳体两端的侧壁上分别开设有冷却水入口和冷却水出口，两个所述封头上分别开设有料浆进口和料浆出口，多个所述管壳式换热器串联和/或并联连接。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，所述管板为锰合金管板，所述管板的厚度大于或等于40mm。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，所以换热管的管壁厚度范围为1mm～3mm，所述换热管的内径范围为20mm～30mm。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，所述换热管15的管壁厚度为1.5mm。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，所述冷却水入口和所述冷却水出口分别连接有冷却水连接管，所述料浆进口和所述料浆出口分别连接有料浆连接管。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，多个所述管壳式换热器串联连接。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，多个所述管壳式换热器并联连接。

如上所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其中，两个所述管壳式换热器并联组成换热单元，多个所述换热单元串联连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点：

本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，克服了现有技术的偏见，利用多个串联和/或并联连接的管壳式换热器对氧化铝分解进行中间降温；本实用新型中的管壳式换热器的换热管采用无缝钢管，换热管的内壁光滑，降低了料浆中固体颗粒在换热管的内壁沉积的可能性，也就降低了换热管发生堵塞及腐蚀的情况，进而延长了组合式列管换热装置的使用寿命，本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置使用寿命长达10年以上，有效降低了生产成本；本实用新型中的管壳式换热器的换热管的两端分别胀接连接在管板上，换热管和管板之间没有焊缝，也就避免了因换热管与管板之间焊缝腐蚀而导致失效的情况，进一步延长了组合式列管换热装置的使用寿命。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型中管壳式换热器的结构示意图；

图2为本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置另一实施例的结构示意图；

附图标记说明：

100、组合式列管换热装置； 10、管壳式换热器；

11、壳体； 111、冷却水入口；

112、冷却水出口； 12、封头；

121、料浆进口； 122、料浆出口；

13、管板； 15、换热管；

16、折流元件； 17、定距管；

18、清洗检查盲板； 20、冷却水连接管；

30、料浆连接管； 14、管箱。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

如图1、图2和图3所示，本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置100包括多个管壳式换热器10，管壳式换热器10具有壳体11，壳体11的两端分别设置有封头12，封头12和壳体11的连接位置处设置有管板13，封头12和其对应的管板13围合形成管箱14，多个换热管15并排排列设置在两个管板13之间，换热管15为无缝钢管且换热管15的两端分别胀接连接在对应的管板13上，壳体11两端的侧壁上分别开设有冷却水入口111和冷却水出口112，两个封头12上分别开设有料浆进口121和料浆出口122，多个管壳式换热器10串联和/或并联连接。

本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置100，克服了现有技术的偏见，利用多个串联和/或并联连接的管壳式换热器10对氧化铝分解进行中间降温；本实用新型中的管壳式换热器10的换热管15采用无缝钢管，换热管15的内壁光滑，降低了料浆中固体颗粒在换热管15的内壁沉积的可能性，也就降低了换热管15发生堵塞及腐蚀的情况，进而延长了组合式列管换热装置100的使用寿命；本实用新型中的管壳式换热器10的换热管15的两端分别胀接连接在管板13上，换热管15和管板13之间没有焊缝，也就避免了因换热管15与管板13之间焊缝腐蚀而导致失效的情况，进一步延长了组合式列管换热装置100的使用寿命。

本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置100，克服了现有技术的偏见，利用多个串联和/或并联连接的管壳式换热器10对氧化铝分解进行中间降温。可以在使用现场对单个管壳式换热器10进行检修或更换，增加了灵活度，也降低了后期备件费用大幅降低。并且，需要增加换热面积时，可以增加单组个数，前期设备投资不会闲置。

本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置100包括多个串联和/或并联的管壳式换热器10，由多个管壳式换热器10代替一台板式换热器，这样，单个管壳式换热器10体积小重量轻，便于吊装，新装或更换时在现场即可进行组装，十分方便。以250m²换热面积的工艺需要为例，使用螺旋板式换热器、宽流道板式换热器为例，螺旋板式换热器及宽通道板式换热器单台设备重量均在10～12吨，需整体吊装安装；而使用本实用新型提出的组合式列管换热装置100设备总重10吨，并且可四级分开单独吊装(采用4个单个的管壳式换热器10)，单级重量(单个的管壳式换热器10的重量)2.5吨，安装难度大幅降低。

本实用新型中提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置100，其多个管壳式换热器10的连接方式，可以根据现场工况情况灵活调整，能够使管壳式换热器10内的阻力与料浆的黏度相适应，保证料浆能够以合适的速度通过管壳式换热器10，进一步保证对料浆的降温效果及降温效率。

本实用新型提出的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置100包括多个串联和/或并联的管壳式换热器10，由于管壳式换热器10内部无需设置定位柱，料浆在换热器内部不会形成局部流速变化，大幅降低了设备的磨蚀，从根本上解决了宽流道板式换热器进料端面磨蚀、螺旋板式换热器定位柱处磨蚀的问题。

在使用中，当管壳式换热器10的换热管15出现管程结疤或个别换热管15堵死可用高浓度碱液碱洗或高压水物理清洗，清洗简单。解决了螺旋板式换热器底部结疤堵死碱洗困难且不能物理清洗，宽通道板式换热器个别通道结疤堵死后物理清洗困难的问题。同时，由于换热管15和管板13为胀管连接，碱洗时管箱14及换热管15无焊缝接触高温碱液，应力腐蚀大幅降低。相比宽流道板式换热器与螺旋板式换热器，更加耐磨蚀、耐碱脆，使用寿命大幅延长。螺旋板式换热器使用寿命在1年左右，宽通道板式换热器使用寿命在3年左右，本实用新型中管壳式换热器10的换热管15使用寿命可达10年，设备本体永不报废。

在本实用新型一个可选的例子中，管板13为锰合金管板，管板13的厚度大于或等于40mm。进一步提高管板13的耐腐蚀性，延长了组合式列管换热装置100。

在本实用新型一个可选的例子中，换热管15的管壁厚度范围为1mm～3mm，换热管15的内径范围为20mm～30mm。既保证了换热管15的换热效率，又保证了换热管15的内壁能够有效对抗料浆的冲击和腐蚀。

进一步的，换热管15的管壁厚度为1.5mm。

在本实用新型一个可选的例子中，换热管15可以为2205双相不锈钢管，进一步提高换热管15的耐腐蚀性。

本实用新型中，管壳式换热器10为列管式换热器，换热管束承压好，两相偏压不会造成流道变形，在操作时，组合式列管换热器不需要考虑两相压差，操作更加简便容易。管程走料浆，料浆贴管壁形成平流膜，内侧为湍流，传热系数高。

在本实用新型一个可选的例子中，冷却水入口111和冷却水出口112分别连接有冷却水连接管20，料浆进口121和料浆出口122分别连接有料浆连接管30。

在本实用新型中，除换热管15、管板13和料浆连接管30以外的设备部件不接触料浆和高浓度高温度碱液，使用寿命大幅延长；同时，在使用现场可以对管壳式换热器10进行完全拆检，部分换热管15磨穿，可以打楔子堵漏管，也可以单独更换换热管15。

在本实用新型一个可选的例子中，壳体11内还设置有折流元件16和定距管17。

在本实用新型一个可选的例子中，壳体11的侧壁上还安装有清洗检查盲板18。

在本实用新型一个可选的例子中，如图2所示，组合式列管换热装置100包括多个串联连接的管壳式换热器10。

在一个可选的例子中，3-6个管壳式换热器10串联连接为一台组合式列管换热装置100，以代替一台宽流道板式或螺旋板式换热器，通过离心泵将分解槽内部分料浆送至组合式列管换热装置100，料浆走管程，冷却水走壳程。

具体的，将多个管壳式换热器10串联连接，使冷却水顺序经过多个管壳式换热器10的壳程，料浆顺序经过多个管壳式换热器10的管程。

在本实用新型另一个可选的例子中，组合式列管换热装置100包括多个并联连接的管壳式换热器10。

具体的，将多个管壳式换热器10并联连接，使冷却水经过并联连接的多个管壳式换热器的壳程，使料浆经过并联连接的多个管壳式换热器的管程。

在本实用新型再一个可选的例子中，如图3所示，组合式列管换热装置100包括两个以上串联连接的换热单元，每个换热单元包括两个以上并联连接的管壳式换热器10。

具体的，将两个管壳式换热器10并联组成换热单元，再将换热单元串联连接，使冷却水顺序经过多个换热单元，进入换热单元内的冷却水再并联经过两个管壳式换热器10的壳程，使料浆顺序经过多个换热单元，进入换热单元内的料浆再并联经过两个管壳式换热器10的壳程。

在本实用新型中，多个管壳式换热器10的连接方式，可以根据现场工况情况灵活调整。当料浆黏度较小时，多个管壳式换热器10的管程通过料浆连接管30串联连接，多个管壳式换热器10的壳程通过冷却水连接管20串联连接；当料浆黏度增加时，改变多个管壳式换热器10的连接方式，先使每两个管壳式换热器10并联组成一个换热单元(两个管壳式换热器10的管程通过料浆连接管30并联连接，两个管壳式换热器10的壳程通过冷却水连接管20并联连接)，再将换热单元串联，形成两段并联多级串联流程，以降低料浆的阻力，保证料浆能顺利通过组合式列管换热装置100。

在本实用新型一个可选的例子中，组合式列管换热装置100包括4个管壳式换热器10，4个管壳式换热器10的连接方式可以根据现场工况情况灵活调整。氧化铝生产过程中，分解槽内料浆黏度会随着料浆固含、碳碱含量、有机物含量等多个因素的变化而变化。当分解槽内料浆黏度较小时，料浆比较容易通过降温设备，这时，4个管壳式换热器10串联连接，料浆和冷却水可各自采用四级串联流程；当分解槽内料浆黏度较大时，料浆不容易通过降温设备，这时，每两个管壳式换热器10并联组成一个换热单元，之后再将两个换热单元串联连接，即使料浆和冷却水可各自采用两段并联两级串联流程。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (8)

1.一种用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，所述组合式列管换热装置包括多个管壳式换热器，所述管壳式换热器具有壳体，所述壳体的两端分别设置有封头，所述封头和所述壳体的连接位置处设置有管板，所述封头和其对应的所述管板围合形成管箱，多个换热管并排排列设置在两个所述管板之间，所述换热管为无缝钢管且所述换热管的两端分别胀接连接在对应的所述管板上，所述壳体两端的侧壁上分别开设有冷却水入口和冷却水出口，两个所述封头上分别开设有料浆进口和料浆出口，多个所述管壳式换热器串联和/或并联连接。

2.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，所述管板为锰合金管板，所述管板的厚度大于或等于40mm。

3.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，所以换热管的管壁厚度范围为1mm～3mm，所述换热管的内径范围为20mm～30mm。

4.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，所述换热管(15)的管壁厚度为1.5mm。

5.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，所述冷却水入口和所述冷却水出口分别连接有冷却水连接管，所述料浆进口和所述料浆出口分别连接有料浆连接管。

6.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，多个所述管壳式换热器串联连接。

7.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，多个所述管壳式换热器并联连接。

8.如权利要求1所述的用于氧化铝分解槽的组合式列管换热装置，其特征在于，两个所述管壳式换热器并联组成换热单元，多个所述换热单元串联连接。