CN2760486Y - 一种翅片管以及翅片管式外取热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于热交换技术领域的一种翅片管以及一种翅片管式外取热器，以解决现有的翅片管式外取热器用于石油加工催化裂化装置时所存在的套管式翅片传热管翅片之间的密相催化剂不易流化、翅片产生小裂纹并不断扩展的问题。本实用新型的翅片管由基管(10)和纵向翅片(11)组成，翅片为双头螺旋线对错布置的型式，垂直设置于基管的外表面上，翅片的长度为150～300毫米。各翅片长度的中点设有膨胀缝，膨胀缝的底部设有圆孔槽。本实用新型的翅片管式外取热器，其内设置的套管式翅片传热管的蒸汽套管采用上述结构的翅片管。本实用新型主要用于石油加工催化裂化装置的催化剂取热，或是用于类似工况的其它热传递场所。

Description

一种翅片管以及翅片管式外取热器

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域的一种翅片管，以及一种翅片管式外取热器。

背景技术

在石油加工催化裂化装置中，催化剂在再生器或烧焦罐中的烧焦反应要放出大量的热，超过了催化反应所需要的热量，破坏了正常的工艺过程。而设置外取热器，可以吸收这部分过量的热量，保证工艺操作的平稳进行。同时，外取热器也利用这部分过剩热量发生蒸汽，成为催化裂化装置中的一项重要节能措施。外取热器由于取热量大、操作灵便，在工业上的应用十分广泛。

现有的外取热器有多种型式，翅片管式外取热器是其中的一种类型。国内一些炼油厂使用的一种翅片管式外取热器，包括一个垂直设置的圆筒形壳体，壳体内垂直设置有多根套管式翅片传热管。套管式翅片传热管的直径较大，每一根套管式翅片传热管为封闭式结构，主要由给水管和绕给水管的外表面设置的蒸汽套管组成。每根套管式翅片传热管是一个独立的传热元件，构成一个具有独立的水—汽回路的传热单元。蒸汽套管为翅片管(分为翅片管段和光管段)，翅片管段基管的外表面密布着纵向长翅片(翅片的形状为矩形，与基管外表面相垂直，翅片和基管用焊接方法连接)；各翅片的长度均为1000毫米，或更长，采用错开、分段的布置型式。各翅片长度的中点均设有膨胀缝，膨胀缝的底部为U形槽。这种套管式翅片传热管以及采用这种套管式翅片传热管的翅片管式外取热器的优点是，一个单元的套管式翅片传热管出了问题，不影响整台外取热器的使用；长翅片的型式还能够保证外取热器在工作时具有足够的取热面积。这种翅片管式外取热器在催化剂处于稀相流化床时，使用效果很好，但在催化剂处于密相流化床时，翅片之间的密相催化剂不易流化，容易形成“死夹层”，严重削弱了传热效果。由于翅片过长，而且在工作状况下套管式翅片传热管蒸汽套管的翅片管段和光管段之间存在着较大的温差，致使各翅片中膨胀缝的底部以及翅片的两端产生许多小裂纹；这些裂纹的不断扩展将严重威胁到外取热器的使用安全。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：现有的采用纵向长翅片翅片管的套管式翅片传热管和采用这种套管式翅片传热管的翅片管式外取热器在使用过程中所存在的翅片之间的密相催化剂不易流化、翅片产生小裂纹并不断扩展而影响到外取热器安全使用的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种翅片管，由基管和设于基管外表面上、与基管的外表面相垂直的纵向翅片组成，翅片长度的中点设有膨胀缝，其特征在于：翅片为双头螺旋线对错布置的型式，翅片的长度为150～300毫米，膨胀缝的底部设有圆孔槽。

一种翅片管式外取热器，包括一个垂直设置的圆筒形壳体，壳体内垂直设置有至少一根套管式翅片传热管，每一根套管式翅片传热管为封闭式结构，由给水管和绕给水管的外表面设置的蒸汽套管组成，构成一个具有独立的水—汽回路的传热单元，蒸汽套管为上述结构的翅片管。

本实用新型翅片管，主要是针对现有翅片管式外取热器套管式翅片传热管的蒸汽套管所采用的纵向长翅片翅片管存在的缺陷而对其进行了改进；而本实用新型翅片管式外取热器的主要特点是其套管式翅片传热管的蒸汽套管采用了本实用新型的翅片管。所以，上述两种技术方案具有相同的特定技术特征。

采用本实用新型的翅片管以及翅片管式外取热器，具有如下的有益效果：

(1)催化裂化装置外取热器是用来发生饱和蒸汽，所使用的套管式翅片传热管(简称为传热管)内侧的传热系数要比外侧大得多，传热管的热阻主要来自于外侧，即催化剂对传热管管壁的放热阻力。传热管的蒸汽套管采用本实用新型的翅片管(翅片的长度较短，为150～300毫米，并且为双头螺旋线对错布置的型式)，由于短翅片的作用，一方面，可增大传热管外侧的传热面积。另一方面，不连续的短翅片能使催化剂在流动时产生局部紊流，可强化传热效果；翅片采用双头螺旋线对错布置的型式又可以消除现有长翅片之间所产生的催化剂“死夹层”，使短翅片在传热性能上要优于现有的长翅片。这在一定程度上能强化外取热器的取热效果，使外取热器具备更高的传热效率；(2)本实用新型由于翅片变短，使翅片的膨胀量变小。而翅片采用双头螺旋线对错布置的型式，可以有效地降低传热管蒸汽套管的翅片管段与光管段之间的温差，减小温差应力，降低传热管焊接翅片部分的环、纵向应力集中水平。各翅片在其长度的中点均设有膨胀缝，膨胀缝的底部设有圆孔槽；在翅片厚度较大的情况下，短翅片又采取了减小翅片刚性的结构(翅片两端设置的削边段)，故能较好地避免在膨胀缝底部和翅片两端产生小裂纹；(3)传热管的蒸汽套管采用本实用新型翅片管的翅片结构和布置型式，对传热管周围的催化剂能够起到导流作用，可以避免传热管迎催化剂面和背催化剂面受热不均的问题；(4)采用本实用新型翅片管的传热管，每根传热管是一个独立的传热元件，可以适应不同取热量的要求，对于整个外取热器而言也更加安全。并且传热管的刚度较大，高温下不易变形，具有较好的耐磨损性和可靠性。采用这种传热管，使外取热器也具备了良好的安全性和可靠性，进而可以保证装置的长周期运转、避免非计划停工，并相应地提高取热量，增加经济效益。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型翅片管的结构示意图。

图2是本实用新型翅片管一种结构翅片的示意图。

图3是图2所示翅片的俯视图。

图4是本实用新型翅片管另一种结构翅片的示意图。

图5是图4所示翅片的俯视图。

图6是采用本实用新型翅片管的套管式翅片传热管的结构示意图。

图7是本实用新型翅片管式外取热器的结构示意图。

图1至7中的附图标记表示：

1——套管式翅片传热管的给水管；101——给水管的入水口；

102——给水管的出水口；201——外取热器的封头；

202——外取热器的壳体；3——外取热器的脱气口；

4——套管式翅片传热管的蒸汽套管；5——套管式翅片传热管；

6——导向支架；7——流化风分布器；8——催化剂进口管；

9——催化剂出口管；10——翅片管的基管；11——翅片管的翅片；

111——翅片的膨胀缝；112——翅片膨胀缝底部的圆孔槽；

113——翅片的顶面；114——翅片的侧面；

115——翅片两端削边段的削边顶面；

116——翅片两端削边段的削边端面；117——翅片的底面；

12——套管式翅片传热管的饱和蒸汽出口；

13——套管式翅片传热管底部的限位管。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的翅片管，由基管10和设于基管10外表面上的纵向翅片11组成，翅片11与基管10的外表面相垂直，翅片11为双头螺旋线对错布置的型式。图1中，分别用A、B表示呈两条螺旋线对错布置型式的两组翅片；图1中未示出两条螺旋线。纵向翅片是指与基管的轴心线相平行布置的翅片；翅片11的对错布置型式，是指一条螺旋线上的各翅片对应于另一条螺旋线上与其相邻的两个相邻翅片中间位置布置的型式。参见图1，螺旋线的螺旋角β(指螺旋线上任意一点的切线与基管10轴心线之间的夹角)为60至75度，两条螺旋线上相邻两组翅片的节距t为20～40毫米；每条螺旋线上相邻两个翅片之间的距离为15～20毫米，该距离为一条螺旋线上相邻两个翅片相对的两个侧面114(如图3和图5所示)在基管10外表面上的翅片根部之间的距离。

参见图2至图5，本实用新型翅片管所用翅片11长度L的中点设有膨胀缝111，膨胀缝111的底部设有圆孔槽112。如图所示，膨胀缝111自翅片的顶面113沿翅片的高度方向开设。圆孔槽112的作用是为了防止膨胀缝的底部发生开裂。本实用新型要求翅片11的长度L为150～300毫米。翅片11的厚度D一般为3～8毫米。随着厚度的不同，翅片11有两种结构。当翅片11的厚度D为3～4毫米时，翅片11的形状为矩形，参见图2和图3。当翅片11的厚度D为5～8毫米时，翅片11为矩形翅片、两端设有削边段的结构，参见图4和图5；采用这种结构的翅片是为了减小翅片的刚性。

参见图2至图5，两种结构的翅片11其它的主要结构参数一般是：翅片的高度H为20～30毫米，膨胀缝111的宽度s为1～2毫米，膨胀缝底部的圆孔槽112的半径R为3～4毫米，圆孔槽112的中心线至翅片底面117的距离h为8～12毫米。对于图4和图5所示的两端为削边段的翅片而言，削边段的主要结构参数一般是：削边段的长度f为10～20毫米，削边顶面115与翅片顶面113之间的夹角α为30～45度(优选为45度)，削边端面116的宽度d为2～4毫米。翅片管上翅片的个数，则按传热需要进行计算。翅片管采用常用的材料和方法进行制造。

参见图6所示采用上述本实用新型翅片管的套管式翅片传热管的结构示意图。套管式翅片传热管5由给水管1和绕给水管1的外表面设置的蒸汽套管4组成，给水管1的外表面与蒸汽套管4的内表面之间形成供水—汽流动的环形空间。给水管1为光管；蒸汽套管4为上述的本实用新型的翅片管，分为翅片管段和光管段两个管段。如图6所示，套管式翅片传热管的给水管1的顶部设有入水口101，给水管1的底部设有出水口102，出水口102位于蒸汽套管4之内的下部。蒸汽套管4的上部设有饱和蒸汽出口12，蒸汽套管4的顶部与给水管1的外壁之间为封闭式结构。蒸汽套管4的底部设有限位管13。使用过程中，水由给水管1顶部的入水口101通入给水管1并在给水管1内向下流动，再由给水管1底部的出水口102流出，进入给水管1的外表面与蒸汽套管4的内表面之间的环形空间向上流动，并吸取放热介质(例如高温催化剂)放出的热量，生成的饱和蒸汽由蒸汽套管4上部的饱和蒸汽出口12流出。由以上说明可知，图6所示的套管式翅片传热管5为封闭式结构，其自身构成一个具有独立的水—汽回路的传热单元。图6所示的套管式翅片传热管5主要是其蒸汽套管4采用了本实用新型的翅片管，其余的结构和使用过程与现有的采用纵向长翅片翅片管的套管式翅片传热管基本相同。

图7所示，是本实用新型的翅片管式外取热器(简称为外取热器)。它包括一个垂直设置的圆筒形壳体202，壳体202的顶部设有封头201。壳体202内垂直设置有多根套管式翅片传热管5，套管式翅片传热管5的下方设有导向支架6。套管式翅片传热管5采用如图6所示的型式，参见图6以及相关的文字说明。套管式翅片传热管5至少设置一根。每根套管式翅片传热管5的一端固定在封头201上，另一端将限位管13插入导向支架6的限位孔内，由导向支架6限位，可自由伸缩。壳体202上设有催化剂进口管8、催化剂出口管9和脱气口3，壳体202内的下部、导向支架6的下方设有流化风分布器7。壳体202和封头201的内壁有耐高温的隔热耐磨衬里。如图7所示，每根套管式翅片传热管5的蒸汽套管，在催化剂进口管8的下方为翅片管段，在催化剂进口管8的上方为光管段。

图7所示的外取热器用作催化裂化装置外取热器的操作过程如下：从催化裂化装置再生器来的高温催化剂从催化剂进口管8进入外取热器，在外取热器内形成一段密相催化剂床层。流化风(空气)通过流化风分布器7进入催化剂床层，使催化剂处于流化状态，以增强高温催化剂对套管式翅片传热管5的放热作用。放热冷却后的催化剂通过催化剂出口管9排入催化裂化装置再生器，从而完成催化剂在外取热器中的冷却循环过程。流化催化剂中所夹带的烟气经脱气口3排回再生器中。由每根套管式翅片传热管5给水管1顶部的入水口通入水，水在套管式翅片传热管5内流动，并吸取高温催化剂放出的热量而生成饱和蒸汽；饱和蒸汽由蒸汽套管上部的饱和蒸汽出口12流出。在上述的操作过程中，每根套管式翅片传热管5各自构成一个具有独立的水—汽回路的传热单元。高温催化剂从催化裂化装置再生器带出的过剩热量，就这样通过套管式翅片传热管5产生的饱和蒸汽被不断地取走。上述套管式翅片传热管5的详细结构和工作过程，参见对图6的说明。图7所示的外取热器，主要是采用了如图6所示的套管式翅片传热管5，而该套管式翅片传热管5的蒸汽套管4采用的是本实用新型的短翅片、双头螺旋线对错布置型式的翅片管。图7所示外取热器其余的结构和用于催化裂化装置的取热操作过程，与现有的设置套管式翅片传热管(其蒸汽套管采用纵向长翅片翅片管)的翅片管式外取热器基本相同。

以上结合附图和具体实施方式对本实用新型进行了详细的说明。本实用新型图2至图7中，所有未说明的附图标记的意义均参见本说明书“附图说明”部分的说明。图6和图7中，未注明附图标记的箭头表示水、饱和蒸汽、流化风、烟气或催化剂的流动方向。

本实用新型的外取热器，不仅适用于石油加工的催化裂化装置，而且还可应用于具有相似要求的其它热传递场所。本实用新型的翅片管可以作为独立的传热元件使用，例如用于与本实用新型外取热器工况类似的换热器中。而采用本实用新型翅片管的套管式翅片传热管，则可用于石油加工催化裂化装置的外取热器和内取热器中，或是用于类似工况的列管式锅炉上。

Claims (5)

1、一种翅片管，由基管(10)和设于基管(10)外表面上、与基管(10)的外表面相垂直的纵向翅片(11)组成，翅片(11)长度L的中点设有膨胀缝(111)，其特征在于：翅片(11)为双头螺旋线对错布置的型式，翅片(11)的长度L为150～300毫米，膨胀缝(111)的底部设有圆孔槽(112)。

2、根据权利要求1所述的翅片管，其特征在于：螺旋线的螺旋角β为60至75度，两条螺旋线上相邻两组翅片的节距t为20～40毫米，每条螺旋线上相邻两个翅片之间的距离为15～20毫米。

3、根据权利要求1或2所述的翅片管，其特征在于：翅片(11)的厚度D为3～4毫米，翅片(11)的形状为矩形。

4、根据权利要求1或2所述的翅片管，其特征在于：翅片(11)的厚度D为5～8毫米，翅片(11)为矩形翅片、两端设有削边段的结构。

5、一种翅片管式外取热器，包括一个垂直设置的圆筒形壳体(202)，壳体(202)内垂直设置有至少一根套管式翅片传热管(5)，每一根套管式翅片传热管(5)为封闭式结构，由给水管(1)和绕给水管(1)的外表面设置的蒸汽套管(4)组成，构成一个具有独立的水一汽回路的传热单元，蒸汽套管(4)为翅片管，其特征在于：蒸汽套管(4)为权利要求1所述的翅片管。

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