包括在已冷卻管和未冷卻管之間的管形連接的用於冷卻反應氣的換熱器的製作方法

2024-01-29 00:06:15

專利名稱：包括在已冷卻管和未冷卻管之間的管形連接的用於冷卻反應氣的換熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於冷卻反應氣的換熱器，並且包括在已冷卻管和未冷卻管之間的管 形連接，且該換熱器具有權利要求1的前序部分中的特徵。
背景技術：
從DE 195 31 330 C2 了解到用於冷卻反應氣並且包括管形連接的這種類型的換 熱器。反應氣是在反應爐中通過碳氫化合物的熱反應而產生的。這種反應爐具有許多外部 加熱的反應管，所用的碳氫化合物伴隨有附加水蒸汽被輸送通過所述反應管。產生的反應 氣以高至900°C的溫度離開反應管，並且必需被快速冷卻，以穩定其分子組成。反應氣的快 速冷卻是在反應氣冷卻器中利用從反應氣到高壓下的汽化水的熱交換來實現的。關於從DE 195 31 330 C2得知的管形連接，未冷卻管的端部具有進入口頭部 (inlet head)，該進入口頭部以叉形方式變寬並且具有內、外管形部分。用隔熱材料填充在 該兩個管形部分之間的中間空間。該外管形部分焊接於已冷卻雙管的管形外殼或套管。該 內管形部分與已冷卻雙管的內管軸向間隔開，因而做成如環(C形、0形、U形或V形)的密 封件被設置在該內管形部分和該內管的端面之間；該密封環是用來防止反應氣滲入隔熱材 料中。用於未冷卻管與已冷卻管的連接、用隔熱材料填充的叉形進入口頭部也與從EP 810 414 Bl中得知的用於冷卻反應氣的換熱器一起使用。關於這種已知的換熱器，已冷卻 管由被管形外殼以徑向隔開的方式圍繞內管組成。用於供給冷卻劑的水箱圍繞該已冷卻管 的進口端。水箱由整體的方形或長方形部件構成，具有圓截面的凹入部分被引入該整體的 方形或長方形部件中。該凹入部分容納單個已冷卻管，因而，已冷卻管的內管焊接於該凹入 部分的底部(base)，而管形外殼焊接於該水箱。進入口頭部的外管形部分在背離該管形外 殼的一側焊接於該水箱，而進入口頭部的內管形部分與已冷卻管的內管軸向間隔開。由於內管和內管形部分之間的軸向間隙，該已知的進入口頭部允許熱引起的不受 限制的長度膨脹。引入的隔熱件使得與已冷卻管固定地連接的進入口頭部的外管形部分呈 現出低於流過該未冷卻管的氣體溫度的壁溫。以這種方式管子在連接位置所達到的壁溫相 互適應，因此使在該連接位置的熱應力最小。內管形部分和內管之間的密封環(C形、0形、 U形或V形)防止反應氣滲入進入口頭部的隔熱材料中。高於550°C時碳能夠從反應氣中 析出並且能夠沉積在該密封環上。結果，密封環能夠洩漏，因此反應氣能夠滲入隔熱材料 中。作為另一個結果，從反應氣的洩漏流中析出的碳能夠沉積在隔熱材料上，導致在該進入 口頭部的內管形部分中的屈曲應力以及外管形部分中圓周應力。

發明內容
本發明的目的是構造前述類型的換熱器，其包括在未冷卻管和已冷卻管之間的管 形連接，以當碳被析出時改進關於反應氣的密封。
對於前述類型的換熱器，通過權利要去1的特徵創造性地實現了該目的，其中該 換熱器包括在未冷卻管和已冷卻管之間的管形連接。本發明的有利實施例是從屬權利要求 的實質內容。關於包括在未冷卻管和已冷卻管之間的管形連接部分的創造性換熱器，做成U形 環的密封環在達到500至600°C的溫度之前承擔第一密封裝置的任務。如果高於550°C，則 開始從反應氣中析出碳，熱引起的內管形部分的長度延伸或膨脹發展到如下程度，即使得 從密封環徑向向內設置的該內管形部分的凸出邊緣區和該內管之間的間隙被跨接，因此產 生金屬與金屬的接觸。這種接觸防止反應氣沿著朝著密封環和該進入口頭部的內和外管形 部分之間的中間空間的方向滲透，並且用作第二密封裝置。在本發明的另一個實施例中，隔 離用隔熱材料填充的該中間空間的柔性薄膜使可能滲透的反應氣完全遠離該隔熱材料。 以這種方式，該柔性薄膜用作第三密封裝置。


本發明的多個示例性實施例將在下面將詳細描述並且示於附圖中，其中圖1是通過依據本發明的具有管形連接的換熱器的下部的縱向剖視圖；圖2示出圖1或圖3的區域Z的細節；及圖3是通過依據本發明的具有不同管形連接的換熱器的下部的縱向剖視圖。
具體實施例方式反應氣是在反應爐中通過碳氫化合物與水蒸汽或蒸氣反應而產生的。反應爐具有 反應管1，該反應管1被外部地加熱，並且所用的材料流過該反應管1。以高達900°C的溫度離 開該反應管1的反應氣直接進入反應氣冷卻器，該反應氣冷卻器直接設置在該反應爐上方。 在反應氣冷卻器中，通過突然冷卻並且與高壓下的汽化水熱交換來穩定反應氣的分子組成。反應氣冷卻器包含多個冷卻管2，所述多個冷卻管2以相互相鄰成排的方式設置 使得每個冷卻管2與未冷卻反應管1之一相關聯，並且以其軸向延伸方式設置。每個冷卻 管2由被管形外殼或套管4圍繞的已冷卻內管3組成，且其中形成有冷卻劑通過的環形空 間。如圖所示，反應管1和內管3的內直徑通常是類似大小。冷卻劑的供給和抽出分別是經由水箱5來實現的，水箱5圍繞冷卻管2的所示下 端和未示出上端。水箱5由整體的正方形或長方形件製造，且具有圓形截面的凹入部分6 形成在其中；冷卻管2與每個凹入部分6相關聯。管形套管4在背離反應管1的一側上被 焊接於水箱5。這樣做，在焊接位置該管形套筒4的內直徑與凹入部分6的直徑一致。凹入部分6在形成水箱5的件內到達如下深度，即留下了具有小剩餘厚度的環形 底部7。內管3焊接於該底部7。環形底部7的表面由內管3的外直徑和凹入部分6的直 徑限定。孔8優選在底部7的水平(level)處切向地打開到每個凹入部分6內。孔8經由 連接件9分別與冷卻劑供給管路10連接。冷卻劑以高速通過孔8並進入凹入部分6，產生 繞內管3的旋轉流。這個流確保對凹入部分6的底部7的良好冷卻，並且還防止顆粒物沉 積在底部7上，而沉積在底部7上的顆粒物將導致損壞、局部過熱。反應管1的排出端以叉形方式變寬，並形成進入口頭部11。這個進入口頭部11由
4形成反應管1的延伸部分的內管形部分12和外管形部分13構成；兩個管形部分在一端相 互連接。該外管形部分13焊接於水箱5的底側。進入口頭部11的內管形部分12相對內 管3軸向地間隔開。隔熱件被引入到進入口頭部11的內管形部分12和外管形部分13之間的環形中 間空間中。隔熱件由若干層隔熱材料構成，所述若干層被設置成沿著軸向方向一個跟著一 個。在所示的實施例中，提供三層，具體說第一層14、第二層15和第三層16。層14、15和 16的熱傳導率互不相同。就此而論，層14、15和16以如下方式被引入到中間空間中，即面 向內管3的第一層14具有最低的傳熱係數，而面向反應管1的第三層具16有最高的傳熱 係數。設置在它們之間的層15具有中等傳熱係數。因此層14、15、16的隔熱效果沿著朝向 內管3的方向(即沿著背離反應管1的方向)增加。能夠通過選擇層14、15、16的材料或 密度或厚度來改變不同的傳熱係數。單個的層14、15、16沿著軸向方向的高度可以不同，並 且通過所需隔熱效果的變化來確定。傳熱係數的差值是在面向反應管3的一側上的10W/m*K和面向內管3的一側上的 0. 2至0. 6W/m*K之間。隔熱件可以由礦物材料或纖維材料構成，並且作為澆注或鑄造的並 且可固化的質量或作為模製部件被引入到中間空間中。內管形部分12的內直徑與內管3的內直徑相同。正如從圖2所認識到的，內管形 部分12的端面具有從內直徑開始並且向外突出的邊緣區17。從該邊緣區17徑向向外，內 管形部分12的端面具有環形凹口 18。做成U形環19的密封環被放置在凹口 18中。該U 形環19的支腿抵靠在凹口 18的底部上和內管3的端面上。U形環19用作第一密封件以便 在低溫下防止反應氣沿著朝向在進入口頭部11內的中間空間的方向逸出以及防止被引入 其中的隔熱材料逃逸。內管形部分12的向內設置的邊緣區17距內管3的端面的軸向間隔小於該進入 口頭部11的由熱引起的最大長度延伸或膨脹，該延伸或膨脹是由於進入口頭部11的尺寸 在工作期間發生的。當已經達到預定的溫度時，由於繼續進行長度膨脹，所以進入口頭部 11和內管3之間的間隔被跨接，造成內管形部分12的外凸邊緣區17和內管3之間產生金 屬_金屬接觸。這種金屬_金屬接觸用作第二密封件，並且在較高溫度下防止反應氣沿著 朝向該U形環19和該進入口頭部11內的中間空間的方向滲透，或至少大大地限制這種滲 透。該進入口頭部11內的容納隔熱材料的中間空間由不能透過氣體的環形彈性薄膜 20封閉。該薄膜20密封地固定於內、外管形部分12、13。薄膜20優選是波紋的。它用作 第三密封件以防止可能已經穿過該U形環19的排氣到達隔熱材料。不用上面所述的水箱5，則該進入口頭部11也能夠焊接於用於向已冷卻管供給冷 卻劑的不同構造的收集裝置。如圖3所示，通過將進入口頭部11的外管形部分13朝外焊接於已冷卻管，該進入 口頭部11也能夠直接連接於由內管3和環形套管4構成的已冷卻管。進入口頭部11的內 管形部分12呈現為上面所述的方式，並且被置於在已冷卻管的封閉端的對面，因而U形環 19用作在外凸邊緣區17前徑向向外的內管形部分12端面內的凹口 18中的密封環，並且 在該進入口頭部11的內、外管形部分12、13之間的中間空間由氣體不能透過的薄膜20封 閉。
權利要求
一種用於冷卻反應氣的換熱器，包括在已冷卻管和未冷卻管之間的管形連接，其中已冷卻內管(3)被管形套管(4)圍繞並且經由與所述未冷卻管連接並具有叉形截面的進入口頭部(11)與所述未冷卻的熱管連接，該進入口頭部具有外管形部分(13)和內管形部分(12)，在該外管形部分(13)和內管形部分(12)之間設置有用隔熱材料填充的中間空間，其中該外管形部分(13)與所述管形套管(4)連接，而所述內管形部分(12)與所述內管(3)稍稍軸向間隔開，並且密封件被設置在該內管(3)的端面和該內管形部分(12)的端面之間，所述換熱器的特徵在於該密封件做成U形環(19)並且被設置在該進入口頭部(11)的所述內管形部分(12)的端面中的凹口(18)中，其中該凹口(18)被形成為在與所述內管(3)稍稍軸向隔開的所述內管形部分(12)的外凸邊緣區(17)徑向向外，並且其中該進入口頭部(11)的所述內管形部分(12)的所述邊緣區(17)和所述內管(3)之間的稍小軸向間隔等於或小於該進入口頭部(11)的最大熱膨脹。
2.根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於在所述進入口頭部(11)容納所述隔熱材 料的所述中間空間上方設置有氣體不能透過的柔性薄膜(20)，該柔性薄膜(20)以與所述 進入口頭部(11)的所述內和外管形部分(12、13)密封的方式熔合。
3.根據權利要求2所述的換熱器，其特徵在於該氣體不能透過的薄膜(20)是波紋的。
4.根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於該進入口頭部(11)的所述外管形部分(13)和所述管形套管(4)在相互分別對面設置的端部處連接於水箱(5)，其中該水箱(5) 由整體的杆形件構成，且圓形凹入部分(6)被引入到該整體的杆形件內且分別圍繞被焊接 於該凹入部分(6)的薄底部(7)的單個內管(3)，並且其中該凹入部分(6)的直徑對應於該 管形套管(4)的內直徑。
5.根據權利要求4所述的換熱器，其特徵在於該進入口頭部(11)的所述外管形部分 (13)直接連接於該管形套管(4)。
6.根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於該隔熱材料由沿著軸向方向一個跟著一 個設置的多層(14、15、16)組成，並且所述層的傳熱係數隨著距所述內管(3)的距離的增加 而增加。
全文摘要
本發明公開一種用於冷卻反應氣的換熱器，該換熱器包括在已冷卻管和未冷卻管之間的管形連接，因而已冷卻內管(3)被管形套管(4)圍繞，並且經由與未冷卻管連接並且具有叉形截面的進入口頭部(11)與未冷卻的熱管連接。該進入口頭部(11)具有外管形部分(13)和內管形部分(12)，在該外管形部分(13)和內管形部分(12)之間設置用隔熱材料填充的中間空間。該外管形部分(13)與管形套管(4)連接。該內管形部分(12)與內管(3)稍稍軸向間隔開，並且密封件設置在該內管(3)的端面和內管形部分(12)的端面之間。該密封件做成U形環(19)並且設置在該進入口頭部(11)的內管形部分(12)的端面中的凹口(18)中，因而該凹口(18)被形成為從與內管(3)稍稍軸向隔開的內管形部分(12)的外凸邊緣區(17)徑向向外。該進入口頭部(11)的內管形部分(12)的邊緣區(17)和內管(3)之間的稍小軸向間隔等於或小於該進入口頭部(11)的最大熱膨脹。
文檔編號F16J15/06GK101929546SQ20101020507
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月11日 優先權日2009年6月17日
發明者C·比爾克, D·T·艾森霍威爾, M·沃格特 申請人:博爾西希股份有限公司