CN218516735U - 一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油化工设备技术领域，具体涉及一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，包括直套管、夹套连通管和弯头，直套管包括内管和外管，内管穿设在外管中，弯头与内管依次串联连接成供反应物料输送及反应的介质流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接，将内管与外管之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道。直套管的外管组焊有膨胀节，膨胀节为金属管弯曲形成头尾组焊的环壳状的封闭式波形膨胀节，其结构紧凑，稳定性强，具有吸收热胀冷缩均匀位移和吊运弯曲非均匀位移的效果，优化设备整体效能，延长设备寿命。管膨胀节的波形采用金属管制造，避免了传统采用钢板制造波形膨胀节时存在的减薄问题。

Description

一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器

技术领域

本实用新型涉及石油化工设备技术领域，具体涉及一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器。

背景技术

聚丙烯和聚乙烯是通用合成树脂中产量和消费量最大的品种，它们的生产技术有3种，即浆液聚合，气相聚合和溶液聚合。淤浆法技术是主要方法，根据反应器形式可以分为搅拌釜式和串管反应器这两种，串管反应器又称环管反应器。

传统的串管反应器视产能大小主要由若干条直套管、夹套连通管、弯头、安装支座和连接梁等组成，直套管包括内管和外管，其中每两条直管筒体和两个弯管组成一个循环。因聚合反应会产生热量，因此通过夹套内的冷缺水把反应热带走，直套管的外管上设置有波形膨胀节和安装支座及支梁座，弯头上没有套管，弯头通过法兰连在直套管的内管两端把直套管窜连成一个流程整体，夹套连通管把直套管的夹套窜连成一个流程整体，连接梁通过螺栓与支梁座连接，把直套管组合成一个立体框架。串管反应器为多基础支承，即每条直套管各有自己的安装支座，直套管的长度、轴线位置、方位、标高、间距等的误差，以及直套管平行度、法兰垂直度、弯管的制造误差等诸多因素会同时对环管安装密封性能产生影响。

对于串管反应器整体一个三维立体空间结构，其简图如图1所示，直立式安装的串管反应器主要由六条直套管(R1～R6)、五个180°大弯头(A1、A2、A3、B1、B2)、一个90°弯头顺次联接而形成一个循环整体，并通过位于弯头处与外管连接的五条夹套连通管C1、C2、C3、C4、C5，坐落在较高的平台基础上，环管底部弯头处设有轴流泵，反应物料由反应物料流入口1A处进入串管反应器，在轴流泵的驱动下在管内搅拌、循环，在催化剂的作用下反应形成浆状聚丙烯，由反应物料流出口1B处泄出进入造粒系统；冷却介质由夹套流道的冷却介质流入口2A进入，至夹套流道的冷却介质流出口2F流出，六个安装支座D1、D2、D3、D4、D5、D6位于各直套管R1、R2、R3、R4、R5、R6的下部。夹套间彼此有五条夹套连通管相连，夹套内的冷却水通过间壁把内管里反应放出的热量带走，维持反应工艺的正常运行。

基本结构的问题：

随着石油资源的匮乏，为适应市场对乙烯专用料的巨大需求和发展，对串管反应器设备的结构、产能、质量均提出了新的更苛刻的要求，化工企业期望通过高产能的规模效应来降低成本，提高价格的市场竞争力，1996年国内单台串管反应器首次国产化的产能是7万吨/年，2009年，国内首台溶液聚合法的聚丙烯循环反应器产能达45万吨/年，对传统的浆液聚合法串管反应器提出了挑战，目前，扩建中对高产能大结构的串管反应器大量需求，传统串管反应器的增容、扩能、升级，高产能的需求使串管反应器迫切需要从30万吨/年产能逐步提高到45万吨/年、50万吨/年和60万吨/年以上。

随着产能规模的进一步扩大，上述现有技术中的串管反应器，由于直套管采用一体的细长竖直结构，所以当直套管的长度超过60米甚至达到70米时，将会出现以下的不足之处：(1)串管反应器的内管和外管之间的热胀冷缩位移差异增大，夹套上膨胀节的波形数量要随之增加至6个以上，多波膨胀节的设计制造及质量保证成为新的难题，其整体制造精度越来越低；(2)采用钢板作为原材料制造波形时，由于板材尺寸大，扩胀成形过程中板材沿着拉伸成形的方向流动困难，存在更加严重的波顶处成形减薄问题，其局部制造精度也越来越低；(3)为了应对减薄就必修增加毛坯钢板的厚度，但是增加厚度又会提高波形的刚性，降低波形的柔度，减弱膨胀节的功能和寿命，这是一个难以调和的矛盾。

综上所述，为迅速适应目前石油化工新建、的市场环境，开发新结构的膨胀节满足高产能的串管反应器，在工业上和经济上具有深远和重大的意义。

实用新型内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型提供一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，包括多条直套管、夹套连通管、弯头和安装支座，直套管包括有内管和外管，内管穿设在外管中，弯头与内管依次串联连接成供反应物料输送及反应的介质流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接，将内管与外管之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道，安装支座设置于外管的外侧使直套管分为上管段和下管段，直套管的外管组焊有膨胀节，其特征在于，膨胀节为金属管弯曲形成头尾组焊的环壳状的封闭式波形膨胀节。

具体的，封闭式波形膨胀节为单个环壳形成的单波膨胀节，或为两个以上环壳叠焊形成的多波膨胀节，多波膨胀节的刚性低，质量更有保证，具有吸收热胀冷缩位移效果好，整体结构功能更优良的特点。

具体的，封闭式波形膨胀节相对于外管倾斜布置；或封闭式波形膨胀节相对于外管正对布置，倾斜对接的膨胀节增加了对接焊封的长度，使波形之间、波形与外管之间的焊接接头强度得到提高，在直套管任一横截面的焊缝长度只有很小的一部分，波形的金属管占有很大一部分并且承担了大部分的轴向受力，降低了焊缝的轴向受力，延长反应器的寿命。

具体的，封闭式波形膨胀节为全封闭的环管。

具体的，环管设有管口，直套管的旁侧设有往环管内注入介质的调压机构，以调节环管内的压力。

具体的，封闭式波形膨胀节为内侧设有开口的半封闭环管，所述开口为开孔或开缝隙。

具体的，多条直套管中的全部外管均设有所述封闭式波形膨胀节；或多条直套管中仅部分外管设有所述封闭式波形膨胀节。

具体的，同一条直套管的上管段和下管段分别设有所述封闭式波形膨胀节；或同一条直套管的上管段和下管段这两者仅其中一者设有所述封闭式波形膨胀节。

具体的，所述金属管为单层结构或为两层以上结构。

具体的，所述金属管为多层同种材料结构，或为多层异种材料结构，异种材料结构包括防腐内层和弹性外层。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，与现有技术相比，封闭式波形膨胀节结构紧凑，稳定性强，具有吸收热胀冷缩均匀位移和吊运弯曲非均匀位移的效果，优化设备整体效能，延长设备寿命。管膨胀节的波形采用金属管作为原材料制造，结构紧奏，波形成形精度高，避免了传统采用钢板作为原材料制造波形膨胀节时存在的减薄问题，不必为了应对减薄而增加毛坯钢板的厚度。

附图说明

图1是现有技术中的串管反应器的结构示意图。

图2是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第一种实施例的结构示意图。

图3是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第二种实施例的结构示意图。

图4是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第三种实施例的结构示意图。

图5是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第四种实施例的结构示意图。

图6是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第五种实施例的结构示意图。

图7是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第六种实施例的结构示意图。

图8是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第七种实施例的结构示意图。

图9是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第八种实施例的结构示意图。图10是本实用新型的具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的第九种实施例的结构示意图。

附图标记：

在图1中包括有：

R1、R2、R3、R4、R5、R6——直套管；

A1、A2、A3、B1、B2、B3——弯头；

C1、C2、C3、C4、C5——夹套连通管；

D1、D2、D3、D4、D5、D6——安装支座；

2A——夹套流道的冷却介质流入口；2F——夹套流道的冷却介质流出口；

1A——反应物料流入口；1B——反应物料流出口。

在图2至图10中包括有：

101——外管、102——内管、

11——上管段、12——下管段、

211——斜对接多波膨胀节、

212——斜对接双波膨胀节、

214——斜对接全封闭波形膨胀节、

215——斜对接半封闭波形膨胀节、

216——斜对接内开孔波形膨胀节、

217——正对接全封闭波形膨胀节、

218——正对接半封闭波形膨胀节、

219——正对接内开孔波形膨胀节、

22——间断多波膨胀节、

23——间断单波膨胀节、

30——安装支座、

50——环焊缝、

L——膨胀节波形内开缝隙、

O——膨胀节波形内开孔。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器的具体实施方式，如图2-10所示，包括多条直套管、夹套连通管、弯头和安装支座30，直套管包括有内管102和外管101，内管102穿设在外管101中，弯头与内管102依次串联连接成供反应物料输送及反应的介质流道，夹套连通管位于弯头处与外管101连接，将内管102与外管101之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道，安装支座30设置于外管的外侧使直套管分为上管段11和下管段12，直套管的外管101组焊有膨胀节，本实用新型的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器也具备以上现有技术中的串管反应器的基本结构。本实用新型的改进之处在于：膨胀节为金属管弯曲形成头尾组焊的环壳状的封闭式波形膨胀节，多波膨胀节的相邻两个波、多波膨胀节与外管101之间均通过环焊缝50实现组焊。

封闭式波形膨胀节可以采用钢管作为原材料制造，钢管本身的成形精度高，并且壁厚可以很薄，由一段钢管滚弯成形后头尾相接组焊成为一个封闭的环壳，每一件环壳作为膨胀节的一个波，多个环壳叠装一起组焊后就成为多波膨胀节。这样的膨胀节的轴向刚性很低，轴向柔性很高，但是径向刚性很高，径向柔性很低，整体性能优越，质量更有保证，具有吸收热胀冷缩位移效果好，整体结构功能更优良的特点。

具体的，封闭式波形膨胀节为单个环壳形成的单波膨胀节，或为两个以上环壳叠焊形成的多波膨胀节。封闭式波形膨胀节相对于外管倾斜布置；或封闭式波形膨胀节相对于外管正对布置。如图2所示的斜对接多波膨胀节211，斜对接双波膨胀节212。

具体的，封闭式波形膨胀节为全封闭的环管，如图5所示的斜对接全封闭波形膨胀节214，如图7所示的斜对接内开孔波形膨胀节216，如图8所示的正对接全封闭波形膨胀节217。实际中可以在环管设有管口，直套管的旁侧设有往环管内注入介质的调压机构，以调节环管内的压力，调整膨胀节的刚度。

另一实施例中，封闭式波形膨胀节为内侧设有开口的半封闭环管，所述开口为开孔或开缝隙，膨胀节波形内侧的开口缝隙或小开孔可以使波形内腔与夹套内的空间连通，介质压力平衡。如图6所示的斜对接半封闭波形膨胀节215，图7所示的斜对接内开孔波形膨胀节216，图9所示的正对接半封闭波形膨胀节218，图10所示的正对接内开孔波形膨胀节219。这些的开口为膨胀节波形内开缝隙L，或膨胀节波形内开孔O。

具体的，图2所示同一条直套管的上管段和下管段分别设有所述封闭式波形膨胀节；或图3所示同一条直套管的上管段和下管段这两者仅其中一者设有所述封闭式波形膨胀节。具体的，多条直套管中的全部外管均设有所述封闭式波形膨胀节；或多条直套管中仅部分外管设有所述封闭式波形膨胀节。或者图4所示直套管中包含了创新的封闭式波形膨胀节或传统的膨胀节。例如图3和图4所示上管段11设有斜对接多波膨胀节211，下管段12设有传统的间断多波膨胀节22、间断单波膨胀节23。

具体的，所述金属管为单层结构或为两层以上结构，两层以上结构的金属管为多层同种材料结构，或为多层异种材料结构，异种材料结构包括防腐内层和弹性外层。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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

Claims (10)

1.一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，包括多条直套管、夹套连通管、弯头和安装支座，直套管包括有内管和外管，内管穿设在外管中，弯头与内管依次串联连接成供反应物料输送及反应的介质流道，夹套连通管位于弯头处与外管连接，将内管与外管之间形成的夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道，安装支座设置于外管的外侧使直套管分为上管段和下管段，直套管的外管组焊有膨胀节，其特征在于，膨胀节为金属管弯曲形成头尾组焊的环壳状的封闭式波形膨胀节。

2.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：封闭式波形膨胀节为单个环壳形成的单波膨胀节，或为两个以上环壳叠焊形成的多波膨胀节。

3.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：封闭式波形膨胀节相对于外管倾斜布置；或封闭式波形膨胀节相对于外管正对布置。

4.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：封闭式波形膨胀节为全封闭的环管。

5.根据权利要求4所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：环管设有管口，直套管的旁侧设有往环管内注入介质的调压机构，以调节环管内的压力。

6.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：封闭式波形膨胀节为内侧设有开口的半封闭环管，所述开口为开孔或开缝隙。

7.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：多条直套管中的全部外管均设有所述封闭式波形膨胀节；或多条直套管中仅部分外管设有所述封闭式波形膨胀节。

8.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：同一条直套管的上管段和下管段分别设有所述封闭式波形膨胀节；或同一条直套管的上管段和下管段这两者仅其中一者设有所述封闭式波形膨胀节。

9.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：所述金属管为单层结构或为两层以上结构。

10.根据权利要求1所述的一种具有封闭式波形膨胀节的串管反应器，其特征是：所述金属管为多层同种材料结构，或为多层异种材料结构，异种材料结构包括防腐内层和弹性外层。

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