CN212988100U - 丙烷脱氢装置反应器进出料换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，包括至少两台互相并联的换热器，其特征在于：所有换热器的管程通过能使流经各换热器的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的管程连接结构相连，所有换热器的壳程通过能使流经各换热器的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的壳程连接结构相连，避免管程和壳程出现流量、压力分布不均以及偏流等情况，从而保证换热器换热效果好，安全隐患少，使用成本低，满足了实际生产需求，能够回收更多热量，节省燃料费用，节约成本，提高装置经济效益。

Description

丙烷脱氢装置反应器进出料换热器

技术领域

本实用新型属于化工设备技术领域，具体涉及一种丙烷脱氢装置反应器进出料换热器。

背景技术

2000年以来，全球聚丙烯产能增长较为迅速，从3507万吨/年增至2015年的7296万吨/年，年均增速近5.2％。而近十年来，伴随着聚丙烯产能的高速增长，其原料丙烯的产能也相应增加，丙烷脱氢制丙烯工艺因其成熟的技术和稳定的经济创造能力受到广泛青睐，目前，全球丙烷脱氢制丙烯的产能已近1200万吨/年，且国内仍有不少企业计划建设丙烷脱氢装置。

目前市场占有率较高的某丙烷脱氢工艺中，对于反应器进出料换热，工艺包专利商提供的方案是反应进出料换热器采用的是三台普通管壳式换热器(单弓或双弓折流板)。在此设计中，反应器进出料换热器将反应器进料从≤50℃加热至≥300℃，将反应器出料从≥430℃冷却至≤130℃，反应器出料侧压差≤6KPa，反应器进料侧压差≤40KPa。但该换热器在实际应用中始终不能达到设计值，易出现换热管断裂内漏等情况。比如国内某装置运行前期，反应器进料(冷侧)的换热器出口温度低于300℃，反应器出料(热侧)的换热器出口温度高于130℃，未达设计要求，换热器运行性能不佳，并且发现换热器的管、壳侧均出现大量泄漏，导致反应器的进料减少，反应空速降低，副反应增加，产品产量减少，生产成本增加，严重影响装置经济效益。

另有一种丙烷脱氢工艺反应器进出料换热器，如专利号为CN201720974768.8(公告号为CN206989768U)的中国实用新型专利公开的《丙烷脱氢装置反应器进出料高效换热器》所示，包括第一换热器、第二换热器及第三换热器，该第一换热器、第二换热器及第三换热器均为缠绕管式换热器并相互并联，丙烷脱氢装置反应器的出料分别与第一换热器、第二换热器及第三换热器的壳程相连接，丙烷脱氢装置反应器的进料分别与第一换热器、第二换热器及第三换热器的管程相连接。该换热器结构使得热端温差从130℃降到40℃以内，反应器出料侧压差≤4.5KPa，反应器进料侧压差≤30KPa，每小时可以多回收热量102MKJ。

该专利虽然能一定程度上解决热侧温差过大、管壳程存在较大泄露的问题，但是该三台换热器在设备及管道布置上存在不对称，将导致各换热器的流量分布不均，引起换热器振动、出现局部热点、换热管泄露等问题，比如第三换热器离第一管路的入口处最远、且离第二管路的出口处最远，这样第三换热器相对于其他两个换热器，极易出现流量较小、压力分布不均等情况，带来换热面积、换热量满足不了设计要求等问题，并且这些问题是业界普遍认为的安全隐患，必须解决。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种换热效果好的丙烷脱氢装置反应器进出料换热器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，包括至少两台互相并联的换热器，其特征在于：所有换热器的管程通过能使流经各换热器的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的管程连接结构相连，所有换热器的壳程通过能使流经各换热器的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的壳程连接结构相连。

所述管程连接结构的其中一种结构形式为：所述管程连接结构包括第一主路、第一支路、第二主路以及第二支路，所有换热器的管程进口端均通过第一支路和第一主路相流体连通，所有换热器的管程出口端均通过第二支路和第二主路相流体连通，沿物料的流动方向，所述第一主路的敞口端和第二主路的敞口端朝向相反，从而使各换热器中的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，避免某一或某些换热器中的管程支流出现偏流的情况。

所述管程连接结构的另一种结构形式为：所述换热器的数量为偶数，每两个换热器为一组，在换热器有一组的情况下，所述管程连接结构包括第五主路、第五支路、第六主路以及第六支路，所述第五主路对称地分为分别与两个换热器的管程进口端相连的两个第五支路，所述第六主路对称地分为分别与两个换热器的管程出口端相连的两个第六支路；

在换热器有至少两组的情况下，所述管程连接结构还包括第七主路和第八主路，相邻两组换热器的第五主路对称交汇并与第七主路相流体连通，相邻两组换热器的第六主路对称交汇并与第八主路相流体连通。这样主路中的物料对称地流入各反应器的管程中、并对称的流出，避免某些反应器中的物料过少或过多造成偏流，从而使各换热器中的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同。

在上述方案中，所述壳程连接结构的其中一种结构形式为：所述壳程连接结构包括第三主路、第三支路、第四主路以及第四支路，所有换热器的壳程进口端均通过第三支路和第三主路相流体连通，所有换热器的壳程出口端均通过第四支路和第四主路相流体连通，沿物料的流动方向，所述第三主路的敞口端和第四主路的敞口端朝向相反，从而使各换热器中的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，避免某一或某些换热器中的壳程支流出现偏流的情况。

在上述方案中，所述壳程连接结构的另一种结构形式为：所述换热器的数量为偶数，每两个换热器为一组，在换热器有一组的情况下，所述壳程连接结构包括第九主路、第九支路、第十主路以及第十支路，所述第九主路对称地分为分别与两个换热器的壳程进口端相连的两个第九支路，所述第十主路对称地分为分别与两个换热器的壳程出口端相连的两个第十支路；

在换热器有两组的情况下，所述壳程连接结构还包括第十一主路和第十二主路，相邻两组换热器的第九主路对称交汇并与第十一主路相流体连通，相邻两组换热器的第十主路对称交汇并与第十二主路相流体连通。这样主路中的物料对称地流入各反应器的壳程中、并对称的流出，避免某些反应器中的物料过少或过多造成偏流，从而使各换热器中的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同。

与现有技术相比，本实用新型的优点：本实用新型通过设置管程连接结构和壳程连接结构，管程连接结构能够使流经各换热器的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，避免换热器的管程出现流量、压力分布不均以及偏流等情况，同样地，壳程连接结构能够使流经各换热器的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，避免壳程出现流量、压力分布不均以及偏流等情况，从而保证换热器换热效果好，安全隐患少，使用成本低，满足了实际生产需求，能够回收更多热量，节省燃料费用，节约成本，提高装置经济效益，且占地面积小、设备投资低。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图(换热器有两台)；

图2为图1的另一方向的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1的结构示意图(换热器有三台)；

图4为本实用新型实施例1的结构示意图(换热器有四台)；

图5为本实用新型实施例2的结构示意图(换热器有两台)；

图6为图5的原理示意图；

图7为本实用新型实施例2的结构示意图(换热器有四台)。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1、2所示，本优选实施例的丙烷脱氢装置反应器进出料换热器1包括两台互相并联的换热器1，所有换热器1的管程通过能使流经各换热器1的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的管程连接结构相连，所有换热器1的壳程通过能使流经各换热器1的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的壳程连接结构相连。

本实施例中，管程连接结构包括第一主路2、第一支路21、第二主路3以及第二支路31，所有换热器1的管程进口端均通过第一支路21和第一主路2相流体连通，所有换热器1的管程出口端均通过第二支路31和第二主路3相流体连通，沿物料的流动方向，第一主路2的敞口端和第二主路3的敞口端朝向相反，从而使各换热器1中的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，避免某一或某些换热器1中的管程支流出现偏流的情况，参见图1，第一主路2的敞口端朝右，第二主路3的敞口端朝左。相对于现有专利，左侧换热管的管程进口端虽然离第一主路2的敞口端较远，但是其管程出口端离第二主路3的敞口端较近，这样能保证两个换热器1的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同。

本实施例中，壳程连接结构包括第三主路6、第三支路61、第四主路7以及第四支路71，所有换热器1的壳程进口端均通过第三支路61和第三主路6相流体连通，所有换热器1的壳程出口端均通过第四支路71和第四主路7相流体连通，第四主路7通往压缩工段，沿物料的流动方向，第三主路6的敞口端和第四主路7的敞口端朝向相反，与管程连接结构同理，该壳程连接结构使各换热器1中的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，避免某一或某些换热器1中的壳程支流出现偏流的情况。

当然，换热器1的数量并不局限于两台，也可多于两台，如图3换热器1有三台，可以改变换热器尺寸使换热面积与两台换热器相同，如图4换热器1有四台。

实施例2

本实施例适用于换热器1数量为偶数的结构。

如图5所示，换热器1数量为两台，管程连接结构包括第五主路4、第五支路41、第六主路5以及第六支路51，第五主路4对称地分为分别与两个换热器1的管程进口端相连的两个第五支路41，第六主路5对称地分为分别与两个换热器1的管程出口端相连的两个第六支路51。如此进入和流出两个换热器1的管程支流都是对称的，使得两个换热器1的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同。

壳程连接结构包括第九主路8、第九支路81、第十主路9以及第十支路91，第九主路8对称地分为分别与两个换热器1的壳程进口端相连的两个第九支路81，第十主路9对称地分为分别与两个换热器1的壳程出口端相连的两个第十支路91，第十主路9通往压缩工段。同理，两个换热器1的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同。

如图6所示，第六支路51上设有第六温度检测结构511，第九支路81上设有第九温度检测结构811，同一换热器1的第十支路91和第九支路81之间设有第二压差检测结构812，从而对每台换热器1的运行状态进行监控以便于实时控制工况。

如图7所示，换热器1数量为四台，每两个换热器1为一组，对于换热器1多于两组的情况，管程连接结构还包括第七主路42和第八主路52，相邻两组换热器1的第五主路4对称交汇后并与第七主路42相流体连通，即第七主路42对称地分为两个第五主路4，相邻两组换热器1的第六主路5对称交汇后并与第八主路52相流体连通，即第八主路5242对称地分为两个第六主路5。

壳程连接结构还包括第十一主路82和第十二主路92，相邻两组换热器1的第九主路8对称交汇并与第十一主路82相流体连通，相邻两组换热器1的第十主路9对称交汇并与第十二主路92相流体连通。

由上可知，上述两个实施例的管程连接结构使得流经各换热器1的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，壳程连接结构使得流经各换热器1的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同，流程是指与各换热器1的管程或壳程相连的各支路的流程，以实施例1的管程为例，两个换热器1的第一支路21、第二支路31的总流程相同；压降变化是指各换热器1的管程或壳程的进出口的压降变化；换热器高度引起的变化将导致流量分布差异，高度低的换热器流量大，高度高的换热器流量小，本文中高度变化是指在换热器1如图1左右并排设置时，各换热器1的管程、壳程的高度是相同的，故各支流(包括管程支流、壳程支流)高度变化相同，各支流的流股分布相同；或者如图2换热器1上下并排设置时，虽然换热器1所处的高度不同，但是因本实施例的壳程连接结构和管程连接结构的设置，依然能保证各支流的高度变化相同，使得各支流的流股分布相同。

上述两个实施例的管程连接结构和壳程连接结构可以进行组合，比如实施例的管程连接结构与实施例的壳程连接结构相结合。

上述两个实施例的管程物料为反应器出料，壳程物料为反应器进料，上述两个实施例的换热器均能使反应器进出料换热器将反应器进料从≤50℃加热至≥300℃，较优为≥400℃，最优为≥430℃，将反应器出料从≥430℃冷却至≤130℃，较优为≤80℃，最优为≤50℃，反应器出料侧压差≤6KPa，反应器进料侧压差≤40KPa，在实际应用中能够达到设计值，且换热性能不会逐步下降。

从经济及检维修角度考虑，选用换热器的数量的直接决定因素为反应器进出料流量的大小，根本决定因素为丙烷脱氢装置产能的大小。比如对于60万吨/年及以下规模的丙烷脱氢装置较优采用两台或三台高效换热器组成高效换热系统，优先采用两台高效换热器；对于60万吨/年以上、90万吨/年及以下规模，较优采用三台或四台高效换热器组成高效换热系统的技术方案，优先采用三台高效换热器；对于90万吨/年及以上规模的丙烷脱氢装置较优采用三台或四台高效换热器组成高效换热系统，优先采用四台高效换热器。

上述实施例中的换热器包括但不限于缠绕管式换热器、翅片管式换热器、板翅式换热器、板式换热器、板壳式换热器等。

所述的缠绕管式换热器为业界普遍认知的高效换热器种类，由绕管芯体和壳体组成。绕管芯体紧密缠绕在中心筒上并用垫条固定管间距，换热管和垫条之间用管卡固定。中心筒在换热器中起支撑作用，因此在制造时有一定的强度和刚度要求，换热管与管板采用强度焊加贴胀的连接结构。

所述的翅片管式换热器为业界普遍认知的高效换热器种类，是在管壳式换热器的基础上，用翅片管代替了其中的光管。所述的翅片管是指一种带肋壁的换热管，所述的肋壁类型包括但不限于纵齿、环齿和螺旋形齿。

所述的板翅式换热器为业界普遍认知的高效换热器种类，由翅片、隔板、封条、导流片和封头等组建构成，在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成整体组成板束，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。

所述的板式换热器为业界普遍认知的高效换热器种类，由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、夹紧螺栓、上导杆、下导杆和后立柱等组成。板片按一定间隔，四周通过垫片密封，并用压紧板、导杆等组成的框架和夹紧螺栓重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管。

所述的板壳式换热器为业界普遍认知的高效换热器种类，由板管束和壳体两部分组成。将成对板条的接触处严密地焊接在一起，构成包含多个扁平流道的板管，层层堆叠行程板管束，并装配于壳体内。

Claims (5)

1.一种丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，包括至少两台互相并联的换热器(1)，其特征在于：所有换热器(1)的管程通过能使流经各换热器(1)的管程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的管程连接结构相连，所有换热器(1)的壳程通过能使流经各换热器(1)的壳程支流的流程、高度变化和压降变化均相同的壳程连接结构相连。

2.根据权利要求1所述的丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，其特征在于：所述管程连接结构包括第一主路(2)、第一支路(21)、第二主路(3)以及第二支路(31)，所有换热器(1)的管程进口端均通过第一支路(21)和第一主路(2)相流体连通，所有换热器(1)的管程出口端均通过第二支路(31)和第二主路(3)相流体连通，沿物料的流动方向，所述第一主路(2)的敞口端和第二主路(3)的敞口端朝向相反。

3.根据权利要求1所述的丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，其特征在于：所述换热器的数量为偶数，每两个换热器(1)为一组，在换热器(1)有一组的情况下，所述管程连接结构包括第五主路(4)、第五支路(41)、第六主路(5)以及第六支路(51)，所述第五主路(4)对称地分为分别与两个换热器(1)的管程进口端相连的两个第五支路(41)，所述第六主路(5)对称地分为分别与两个换热器(1)的管程出口端相连的两个第六支路(51)；

在换热器(1)有至少两组的情况下，所述管程连接结构还包括第七主路(42)和第八主路(52)，相邻两组换热器(1)的第五主路(4)对称交汇并与第七主路(42)相流体连通，相邻两组换热器(1)的第六主路(5)对称交汇并与第八主路(52)相流体连通。

4.根据权利要求2或3所述的丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，其特征在于：所述壳程连接结构包括第三主路(6)、第三支路(61)、第四主路(7)以及第四支路(71)，所有换热器(1)的壳程进口端均通过第三支路(61)和第三主路(6)相流体连通，所有换热器(1)的壳程出口端均通过第四支路(71)和第四主路(7)相流体连通，沿物料的流动方向，所述第三主路(6)的敞口端和第四主路(7)的敞口端朝向相反。

5.根据权利要求2或3所述的丙烷脱氢装置反应器进出料换热器，其特征在于：所述换热器(1)的数量为偶数，每两个换热器(1)为一组，在换热器(1)有一组的情况下，所述壳程连接结构包括第九主路(8)、第九支路(81)、第十主路(9)以及第十支路(91)，所述第九主路(8)对称地分为分别与两个换热器(1)的壳程进口端相连的两个第九支路(81)，所述第十主路(9)对称地分为分别与两个换热器(1)的壳程出口端相连的两个第十支路(91)；

在换热器(1)有两组的情况下，所述壳程连接结构还包括第十一主路(82)和第十二主路(92)，相邻两组换热器(1)的第九主路(8)对称交汇并与第十一主路(82)相流体连通，相邻两组换热器(1)的第十主路(9)对称交汇并与第十二主路(92)相流体连通。

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