CN219984693U - 一种带多头旋流板的串管反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石化装备技术领域，具体涉及一种带多头旋流板的串管反应器，包括多条直套管、夹套连通管和弯头，每条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；内管与外管之间形成直夹套流道，夹套连通管与弯头之间形成弯夹套流道，夹套连通管将直夹套流道和弯夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道。夹套流道螺旋缠绕有两条以上的旋流板，不同旋流板之间相互交错间隔分布。在换热功能上引导冷却水缠绕着夹套流动，一方面消除夹套进、出口引起的偏流及其冷却能力周向不均匀的现象，避免杂质在夹套底部沉积，另一方面消除从弯头出来进入内管的物料偏流引起的反应热周向不均匀的现象。

Description

一种带多头旋流板的串管反应器

技术领域

本实用新型涉及石化装备技术领域，具体涉及一种带多头旋流板的串管反应器。

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。

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，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却水把反应热带走，直套管的外管上设置有波形膨胀节、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串管安装密封性能产生影响。串管反应器的安装可分为直立式和斜立式两种，后者的占地面积稍大一些，其整体结构相对于前者更稳定。

例如，如图1所示，某直立式安装的串管反应器主要由六条直套管(R1、R2、......R6))、五个180°大弯头(A1、A2、A3、以及底部两个弯头)、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，坐落在较高的平台基础上，串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进入，至夹套流道的冷却介质流出口流出，六个安装支座位于各直套管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。为了协调内管和外管由于温度不同而引起的热膨胀位移之差，夹套上附有膨胀节；夹套上还附有膨胀节、支梁座及支座，相邻两夹套之间通过型钢相连，形成若干个空间平台。

基本结构的问题：

如专利号为ZL 201210340379.1的中国专利文献，所公开的“一种环管反应器”，为发明人此前研发的技术，在夹套流道内增设螺旋导流管。然而管状的导流结构在加工安装方面存在一定难度。

实际中在其它类型的换热器存在翅片管，也就是在普通钢管的外表面螺旋缠绕上钢带，以延伸扩大管外表的面积来提高换热效果，具有较大的使用价值，但也是为了提高换热面积，人们在一段钢管外面尽量缠绕单条更密集的螺旋翅片，相邻翅片之间的间隙甚至缩小到3mm，这在使用中存在不科学影响：如果单位管长上的翅片密度很低，换热面积减少，这不利于换热。如果单位管长上的翅片密度增加，一方面，流体要深入翅片根部有一定难度，反而降低换热效果。另一方面，翅片与基管间的螺旋角很小，这样，流体沿着径向掠过翅片时基本没有受到阻碍，管外的流体很顺畅，一方面流体与翅片的接触换热时间缩短了，另一方面流体在翅片表面容易形成稳定的层流，对沉积在翅片根部表面的杂质没有搅动作用，增加了热对流的难度，影响了反应器热效率的进一步提高。

综上所述，为迅速适应目前石油化工新建、扩建中对高产能大结构的串管反应器大量需求的市场环境，满足传统串管反应器的增容、扩能、升级，以及聚丙烯产能达50万吨/年以上的高产能的需求，开发新结构的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。

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带多头旋流板的串管反应器。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种带多头旋流板的串管反应器，包括多条直套管、夹套连通管和弯头，每条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；内管与外管之间形成环形的直夹套流道，夹套连通管套在弯头外，夹套连通管与弯头之间形成环形的弯夹套流道，夹套连通管与外管连接，从而将直夹套流道和弯夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道；其特征在于，直夹套流道和弯夹套流道分别螺旋缠绕有两条以上的旋流板，不同旋流板之间旋向相同且相互交错间隔分布。

具体的，位于直夹套流道的多条旋流板均焊接固定于内管的外壁，或均焊接固定于外管的内壁。

具体的，位于直夹套流道的多条旋流板：相邻的旋流板分别焊接固定于内管的外壁和外管的内壁，且内管上的旋流板与外管之间、外管上的旋流板与内管之间留有过液缝隙。双旋板分别与内管外表面焊其中之一条，另一条与外管的内表面相焊，焊完旋流板后，内外管两者的装配不是直插进去的，而是旋进去的，就像螺栓与螺母的装配一样。

具体的，相邻旋流板的高度(即径向板宽)不同，是一高一矮的旋流板。或旋流板的高度沿冷却介质流动方向逐渐降低。

具体的，旋流板的顶部为平滑面，或旋流板的顶部呈齿状或开有多个U形缺口。能够增大换热面积。

具体的，各条旋流板的螺距恒定布置。

具体的，旋流板的侧面相对内管或弯头的表面倾斜布置。

具体的，旋流板的横截面呈“1”字形、“T”形或“L”形。

具体的，旋流板的侧面呈光滑形或波浪形。

具体的，焊接固定于内管的外壁上的多头旋流板与外管内壁之间紧密贴合无缝隙。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种带多头旋流板的串管反应器，具有以下优点：

1、在换热功能上引导冷却水缠绕着夹套流动，一方面消除夹套进、出口引起的偏流及其冷却能力周向不均匀的现象，避免杂质在夹套底部沉积，另一方面消除从弯头出来进入内管的物料偏流引起的反应热周向不均匀的现象。

2、在结构功能上对内管结构起加强作用，组合结构的抗弯刚度更高，提高内管抵抗弯矩与外压的能力，也提高了内管与外管之间的组合结构紧密度，更适应超高反应器提高规模产能的需要。

3、多头缠绕旋流板能够在保持较大螺旋角和螺距的同时，能够保障螺旋密度，这样不但具有传统翅片管的较大换热面积，较大的螺旋角还具有对气流的强烈折流作用，较大螺距还使冷却水能深入旋流板的根部，提高传热系数，还延长了冷却水在夹套流道中的流动路径，更加适用于各种高效节能设备的需要。

4、反应温度、温度灵敏度以及转化率沿反应器方向随反应初温而变化，需确定反应器进料安全临界温度，反应温度的控制非常关键，影响反应器安全运行。为了保持反应流程中同一截面上物料成分和温度等工况参数的均匀性，以更准确的反应控制取得高品质的聚烯烃产品，串管反应器带夹套直管的内管尺寸被确定为一个最佳的直径及壁厚，不宜随意改变。反应器带夹套直管通过很大的长径比以利于移热，需要使反应几乎在等温下进行，使反应器内不存在浓度梯度和温度梯度，相当于全混流反应器。而多头缠绕旋流板使得流道窄了，流态更均匀、更均衡。

附图说明

图1为现有技术串管反应器的示意图。

图2为实施例中的直套管的结构示意图，示意出内管和外管之间的双头旋流板。

图3示出了直套管内双头旋流板分别焊接于内管的外壁和外管的内壁的方式。

图4为实施例中的弯头、夹套连通管以及其内的双头旋流板的结构示意图。

图5为实施例中的直套管的结构示意图，与图2区别在于其内的双头旋流板固定位置不同。

图6为实施例中的直套管的结构示意图，与图2区别在于其安装支座内的夹套设置了代替垫板的旋流板束。

附图标记：

直套管1、内管11、外管12、旋流板束13；

旋流板2、夹套连通管3、弯头4。

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。

本实施例的一种带多头旋流板的串管反应器，如图1至图5所示，包括多条直套管1、夹套连通管3和弯头4，每条直套管1包括有内管11和外管12，内管11穿设在外管12中，弯头4与内管11依次串联连接成供反应物料输送及反应的介质流道；内管11与外管12之间形成环形的直夹套流道，夹套连通管3套在弯头4外，夹套连通管3与弯头4之间形成环形的弯夹套流道，夹套连通管3与外管12连接，从而将直夹套流道和弯夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道；上述技术特征与现有技术中的串管反应器的结构相同。本实施例的串管反应器也具备现有技术中的反应器的基本结构。作为主要改进的是：

本实施例中，直夹套流道和弯夹套流道分别螺旋缠绕有两条旋流板2，不同旋流板2之间旋向相同且相互交错间隔分布，各条旋流板2的螺距恒定布置。如图2所示，原先实线的旋流板2螺距为T，增加另一头虚线所示的旋流板2后，相邻旋流板2的螺距为T/2，多头缠绕旋流板2能够在保持单条旋流板2较大螺旋角和螺距的同时，能够保障螺旋密度，这样不但具有传统翅片管的较大换热面积，较大的螺旋角还具有对气流的强烈折流作用，较大的螺距还使冷却水能深入翅片的根部，提高传热系数，还延长了冷却水在夹套流道中的流动路径，更加适用于各种高效节能设备的需要。图2、图3和图5示出了直套管1之处的双头旋流板2结构，图4示意出弯头4之处的双头旋流板2结构。

如图5所示，位于直夹套流道的多条旋流板2均焊接固定于内管11的外壁，其中一头旋流板2顶部抵住外管12的内壁，另一头旋流板2的顶部与外管12的内壁之间留有距离。同理实际可以改为，两头旋流板2均焊接固定于外管12的内壁。

如图3所示，位于直夹套流道的多条旋流板2：相邻的旋流板2分别焊接固定于内管11的外壁和外管12的内壁，且内管11上的旋流板2与外管12之间、外管12上的旋流板2与内管11之间留有过液缝隙，可见两头旋流板2在轴向投影有重叠部分，提高扰流效果。双旋板分别与内管11外表面焊其中之一头，另一头与外管12的内表面相焊，焊完旋流板2后，内外管12两者的装配不是直插进去的，而是旋进去的，就像螺栓与螺母的装配一样。

如图5所示，相邻旋流板2的高度h(即径向板宽)不同，是一高一矮的旋流板2。实际可以改为旋流板2的高度h沿冷却介质流动方向逐渐降低。

本实施例中，旋流板2的顶部为平滑面，实际可以改为旋流板2的顶部呈齿状或开有多个U形缺口。能够增大换热面积。

具体的，旋流板2的侧面相对内管11或弯头4的表面倾斜布置。

具体的，旋流板2的横截面呈“1”字形、“T”形或“L”形，横向的节段便于施焊固定。

具体的，旋流板2的侧面呈光滑形或波浪形。

具体的，焊接固定于内管的外壁上的多头旋流板2与外管内壁之间紧密贴合无缝隙。其实施方法是：这一段多头旋流板的外管同样由钢板卷制而成，但是纵焊缝先不焊接，只是一段带有明显坡口缝隙的外管坯，待多头旋流板焊接固定于内管的外壁上之后，把这段外管套到这一段多头旋流板的外面，然后通过缠绕在外管坯外面的钢丝绳反复几下抽拉，勒紧外管坯，使坡口缝隙收近，缝隙接近零时外管内壁已经紧贴多头旋流板的顶部，再焊接这条纵缝，则外管内壁与多头旋流板的顶部之间紧密贴合无缝隙。最后焊接这段外管与其两端连接件的环焊缝。

如图6所示，在直套管的对应安装支座的夹套里设置旋流板束13，代替传统其内的衬垫。

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)

1.一种带多头旋流板的串管反应器，包括多条直套管、夹套连通管和弯头，每条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；内管与外管之间形成环形的直夹套流道，夹套连通管套在弯头外，夹套连通管与弯头之间形成环形的弯夹套流道，夹套连通管与外管连接，从而将直夹套流道和弯夹套流道串联成输送冷却介质的冷却流道；其特征在于，直夹套流道和弯夹套流道分别螺旋缠绕有两条以上的旋流板，不同旋流板之间旋向相同且相互交错间隔分布。

2.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：位于直夹套流道的多条旋流板均焊接固定于内管的外壁，或均焊接固定于外管的内壁。

3.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：位于直夹套流道的多条旋流板：相邻的旋流板分别焊接固定于内管的外壁和外管的内壁，且内管上的旋流板与外管之间、外管上的旋流板与内管之间留有过液缝隙。

4.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：相邻旋流板的高度不同，或旋流板的高度沿冷却介质流动方向逐渐降低。

5.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：旋流板的顶部为平滑面，或旋流板的顶部呈齿状或开有多个U形缺口。

6.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：各条旋流板的螺距恒定布置。

7.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：旋流板的侧面相对内管或弯头的表面倾斜布置。

8.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：旋流板的横截面呈“1”字形、“T”形或“L”形。

9.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：旋流板的侧面呈光滑形或波浪形。

10.根据权利要求1所述的一种带多头旋流板的串管反应器，其特征是：焊接固定于内管的外壁上的多头旋流板与外管内壁之间紧密贴合无缝隙。