CN218554037U - 一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及羰基化反应器技术领域，具体涉及一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，包括上箱体、上管板、筒壳体、多条换热管、下管板和下箱体，上管板和下管板的结构包含柔性连接环和中部板体，柔性连接环包括呈“y”形的外环体和内环体，外环体的两端分别焊接筒壳体、上箱体的端部/下箱体的端部，内环体位于外环体的内侧且朝远离壳程空间方向倾斜布置。管板结构简单，加工成本低，可更好地适应羰基化工况，提高可靠性，减少设备损坏率，为设备长周期、安全生产提供保障。能够根据需要设计成非等厚的管板，能够减小管板整体厚度和重量，实现轻量化的管板。而且柔性连接环使得管板刚性小易变形，对温差大时的承受能力更强。

Description

一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器

技术领域

本实用新型涉及羰基化反应器技术领域，具体涉及一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器。

背景技术

羰基化反应器在使用时，工艺气从上箱体进入，经分布器导入换热管，换热管内部装填有催化剂，合成气在换热管内进行偶联反应，经反应后由下箱体排出。冷却水从壳程底部进入，工艺气在换热管内反应产生的热量经由换热管管壁与换热管外的冷却水进行换热，冷却水沿换热管外表壁面被汽化，由壳程上部排出，并将反应过程中产生的热量带走。

由于该类反应器一般直径较大，换热管内部装填催化剂，再加上反应过程中不断进行放热，很容易出现由于操作不当引起的飞温现象，如果采用厚管板则在保障该设备长周期运行的风险较大，因为一般来说厚管板刚性较大，不易变形，管壳程温差较大时，管板厚度方向温差应力大，管板和管接头应力水平高，容易造成管接头开裂。因此亟待设计一种刚性小易变形的柔性管板，以满足羰基化反应器的长周期使用需求。

进一步的，现有的管板为一体化的等厚锻造结构，由于管板的各个位置承受的压力不同，因此现有管板的厚度以承受最大压力为标准，这样导致管板厚度大、刚性大、成本较高。

再进一步的，羰基化反应器实际使用时，受多种因素影响，存在管程压力与壳程压力不相等的情况，这样管板所受到的形变应力方向有所不同，因此在设计时需要考虑管板形变方向，以更好适应在工作压力下挠性变形。

综上所述，本实用新型针对管程压力小于壳程压力工况而提供一种羰基化反应器。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型提供一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其结构简单，加工成本低，可更好地适应羰基化工况，提高可靠性，减少设备损坏率，为设备长周期、安全生产提供保障。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，包括上箱体、上管板、筒壳体、多条换热管、下管板和下箱体，上管板和下管板分别固定于筒壳体的两端从而围成壳程空间，上箱体与上管板相固定且从而围成上管程空间，下箱体与下管板相固定从而形成下管程空间；多条换热管布置在壳程空间中，且其两端分别穿过上管板连通上管程空间、以及穿过下管板连通下管程空间；其特征在于，上管板和下管板的结构为：包含柔性连接环和中部板体，柔性连接环包括呈“y”形的外环体和内环体，外环体的两端分别焊接筒壳体、上箱体的端部/下箱体的端部，内环体位于外环体的内侧且朝远离壳程空间方向倾斜布置，内环体焊接固定中部板体的周缘，多条换热管的端部穿设焊接于中部板体。

具体的，中部板体的厚度等于内环体的厚度，内环体的厚度等于30～150mm。

具体的，上管板的内环体和外环体端面之间的夹角为10°～50°；内环体和外环体之间过渡钝圆角半径为30～150mm，内环体和外环体之间过渡锐圆角半径为5～30mm，中部板体和内环体之间的过渡圆角半径为30～120mm。

具体的，外环体和内环体为共同锻造成型的一体化结构。

具体的，外环体、上箱体/下箱体、筒壳体的外侧壁持平布置。

具体的，上管板的外环体的靠近内环体下端面之处开有n个排气孔，下管板的外环体的靠近内环体上端面之处开有m个排污孔；n和m的数值为8～16。

具体的，n个排气孔和m个排污孔绕对应的外环体分布，且排气孔和排污孔的孔间夹角为10°～40°。

具体的，位于壳程空间中还设有多块折流板，多条换热管穿设支撑于折流板。

具体的，多块折流板之间设有拉杆。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，上管板/下管板包括柔性连接环和中部板体，能够根据需要设计成非等厚的管板，能够减小管板整体厚度和重量，实现轻量化的管板。而且柔性连接环使得管板刚性小，易变形，且沿管板厚度方向温差应力小，换热管的管头不易开裂，对温差大时的承受能力更强。

附图说明

图1为实施例中的羰基化反应器的结构示意图。

图2为实施例中的上管板、上箱体和筒壳体的配合示意图。

图3为实施例中的上管板的结构示意图。

图4为图3中以B-B为截面的剖视图。

附图标记：

上箱体1、上管板2、筒壳体3、换热管4、拉杆5、折流板6、下管板7、下箱体8、上箱体的端部9、柔性连接环10、中部板体11、筒壳体的端部12、排气孔13；

内环体的厚度T1、中部板体的厚度T2；

上管板的内环体和外环体端面之间的夹角A；

内环体和外环体之间过渡钝圆角半径R1、内环体和外环体之间过渡锐圆角半径R2、中部板体和内环体之间的过渡圆角半径R3/R4；

排气孔和排污孔的孔间夹角D。

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。

本实施例的羰基化反应器，如图1至图4所示，包括上箱体1、上管板2、筒壳体3、多条换热管4、下管板7和下箱体8，上管板2和下管板7分别固定于筒壳体3的两端从而围成壳程空间，上箱体1和下箱体8呈半球形，上箱体1与上管板2相固定且从而围成上管程空间，下箱体8与下管板7相固定从而形成下管程空间。多条换热管4布置在壳程空间中，且其两端分别穿过上管板2连通上管程空间、以及穿过下管板7连通下管程空间。位于壳程空间中还设有多块折流板6，多条换热管4穿设支撑于折流板6，用于支撑多条换热管4，多块折流板6之间设有拉杆5，增强多块折流板6的稳定性。实际中根据需要在上管板2和下管板7的侧壁设有防腐堆焊结构。

上管板2和下管板7的结构基本相同，以上管板2为例，主要参考图2所示，上管板2包含柔性连接环10和中部板体11，柔性连接环10包括共同呈“y”形布置的外环体和内环体，外环体立起来且其上下两端分别焊接筒壳体的端部12、上箱体的端部9。同理可以理解的是下管板7的外环体一端连接的是下箱体8的端部。内环体位于外环体的内侧且朝远离壳程空间方向倾斜延伸，内环体的端面焊接固定中部板体11的周缘，多条换热管4的端部穿设焊接于中部板体11，这样整个上管板2呈往压力小的管程空间凸出的状态，特别适用于管程压力小于壳程压力的工况，在壳程较大的压力下，上管板2和下管板7容易朝管程空间发生挠性变形，避免刚性易开裂的问题。

本实施例中，外环体和内环体为共同锻造成型的一体化结构，便于制造，柔性连接环10的整体结构紧凑稳定。本实施例中，外环体、上箱体1/下箱体8、筒壳体3的外侧壁持平布置。

本实施例中，主要参考图2所示，中部板体的厚度T2等于内环体的厚度T1，内环体的厚度T1等于30～150mm。上管板2的内环体和外环体端面之间的夹角A为10°～50°；内环体和外环体之间过渡钝圆角半径R1为30～150mm，内环体和外环体之间过渡锐圆角半径R2为5～30mm，中部板体11和内环体之间的过渡圆角半径R3/R4为30～120mm。

本实施例中，上管板2的外环体的靠近内环体下端面之处开有n个排气孔13，排气孔13的直径为d，下管板7的外环体的靠近内环体上端面之处开有m个排污孔，n和m的数值为8～16。n个排气孔和m个排污孔绕对应的外环体分布，且排气孔和排污孔的孔间夹角D为10°～40°。图2中n个排气孔13绕上管板2的外环体呈180°分布，且分布在远离筒壳体上开口的一侧。排污孔的孔口最低处应与下管板内平面平齐，保证能彻底排污干净。

以上轻量化设计管板结构的A、R1～R4、T1、T2、n、m、D、d等尺寸参数(图2、图3)，通过设计计算确定。管板设计时不仅要考虑管、壳程的设计压力，还需要对操作过程中压力、温度等多场耦合的各种工况进行校核。有限元分析技术在设计的应用越来越广泛，当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。

本实施例中，在设计管程压力小于壳程压力的羰基化反应器中，设计轻量化管板设计结构，管板采用y型柔性连接结构可以有效增强工作压力下的挠性变形能力，而且管板凸向压力小的管程端，更好地适应了实际工况。采用有限元全实体模型,通过改变管板厚度,研究反应器的关键结构部位在单一种类、最苛刻载荷作用下应力随管板厚度的变化规律，并结合相应的应力限制条件获得管板的初步设计厚度，最后在所有设计及操作载荷组合工况下对换热器结构进行校核，最终得到最佳的管板厚度，实现了该类反应器的管板轻量化设计。

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 (9)

1.一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，包括上箱体(1)、上管板(2)、筒壳体(3)、多条换热管(4)、下管板(7)和下箱体(8)，上管板(2)和下管板(7)分别固定于筒壳体(3)的两端从而围成壳程空间，上箱体(1)与上管板(2)相固定且从而围成上管程空间，下箱体(8)与下管板(7)相固定从而形成下管程空间；多条换热管(4)布置在壳程空间中，且其两端分别穿过上管板(2)连通上管程空间、以及穿过下管板(7)连通下管程空间；其特征在于：

上管板(2)和下管板(7)的结构为：包含柔性连接环(10)和中部板体(11)，柔性连接环(10)包括呈“y”形的外环体和内环体，外环体的两端分别焊接筒壳体的端部(12)、上箱体的端部(9)/下箱体的端部，内环体位于外环体的内侧且朝远离壳程空间方向倾斜布置，内环体焊接固定中部板体(11)的周缘，多条换热管(4)的端部穿设焊接于中部板体(11)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：中部板体的厚度(T2)等于内环体的厚度(T1)，内环体的厚度(T1)等于30～150mm。

3.根据权利要求2所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：上管板(2)的内环体和外环体端面之间的夹角(A)为10°～50°；内环体和外环体之间过渡钝圆角半径(R1)为30～150mm，内环体和外环体之间过渡锐圆角半径(R2)为5～30mm，中部板体(11)和内环体之间的过渡圆角半径(R3/R4)为30～120mm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：外环体和内环体为共同锻造成型的一体化结构。

5.根据权利要求1所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：外环体、上箱体(1)/下箱体(8)、筒壳体(3)的外侧壁持平布置。

6.根据权利要求1所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：上管板(2)的外环体的靠近内环体下端面之处开有n个排气孔(13)，下管板(7)的外环体的靠近内环体上端面之处开有m个排污孔；n和m的数值为8～16。

7.根据权利要求6所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：n个排气孔和m个排污孔绕对应的外环体分布，且排气孔和排污孔的孔间夹角(D)为10°～40°。

8.根据权利要求1所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：位于壳程空间中还设有多块折流板(6)，多条换热管(4)穿设支撑于折流板(6)。

9.根据权利要求8所述的一种适用于管程压力小于壳程压力工况的羰基化反应器，其特征是：多块折流板(6)之间设有拉杆(5)。

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