隔熱套管組合式換熱器的製作方法

2023-10-10 05:34:54

專利名稱：隔熱套管組合式換熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種換熱器，尤其是一種化工行業中使用的換熱器，具體地說是一種隔熱套管組合式換熱器。
背景技術：
目前，氨冷器和冷交換器被廣泛應用在合成氨行業中，在合成氨工藝中為了將工藝氣中的氣氨冷凝成液氨，需要將工藝氣溫度冷卻至-10°c。氨由於潛熱大，操作壓力和比容合適，化學性質穩定，高溫不分解，在合成氨廠中易於取得，所以氨在合成氨行業中被廣泛的作為製冷劑，提供冷量使工藝氣中的氣氨冷凝。26°c的工藝氣經過氨冷器冷卻到-10°C，去氨分離器分離冷凝的液氨，-10°C的工藝氣分離掉液氨後去冷交換器冷卻37°C的熱氣，回收冷量降低能耗，37°C的熱氣被冷卻到26°C進氨冷器，流程如圖2所示。在流程中作為製冷劑的氨只有一個蒸發壓力，導致冷凍壓縮功耗很高，產品能耗居高不下。為了解決上述冷凍功耗的問題，很多合成氨廠增加了一臺氨冷器，兩臺氨冷器分別為一級氨冷器和二級氨冷器，二級氨冷器中製冷劑氨的蒸發壓力與原流程中的蒸發壓力相同，一級氨冷器中製冷劑氨的蒸發壓力高於二級氨冷器中製冷劑氨的蒸發壓力。26°C的工藝氣經過一級氨冷器冷卻到8°C後去二級氨冷器，在二級氨冷器中冷卻到-10°C後去氨分離器分離冷凝的液氨，如圖3所示。增加了一臺氨冷器雖然解決了冷凍壓縮功耗高的問題，但氨冷器屬於高壓設備，這使得設備費用增加，並且增加了一級氨冷器與二級氨冷器之間的高壓管道管件。因此急需開發出一種組合式換熱器，它既能降低冷凍壓縮功耗，又能降低設備和管道的費用。
發明內容本實用新型的目的是針對現有的二級換熱器佔地面積大、冷凍壓縮功耗高的問題，設計一種將一級換熱器和二級換熱器組合成一體的隔熱套管組合式換熱器。本實用新型的技術方案是:一種隔熱套管組合式換熱器，其特徵包括耐高壓筒體1、低壓筒體2、內管3、隔熱套管4、外套管5、中間隔離管板6、高壓管板7、低壓管板8、除沫裝置9和填料密封函10，耐高壓筒體I分別安裝在低壓筒體2的兩端上，在一端的耐高壓筒體I上設有高溫氣進氣口al和低溫氣出氣口 b2，另一端上設有低溫氣進氣口 bl和高溫氣出氣口 a2，高壓管板7 —側與耐高壓筒體I焊接，另一側與低壓筒體2焊接，低壓管板8安裝在耐高壓筒體I內，中間隔離管板6位於低壓筒體2內並將低壓筒體2分隔成一級換熱器和二級換熱器，隔熱套管4安裝在一級換熱器中的內管3與外套管5之間。所述的內管3為光管、波紋管或螺紋管。所述的隔熱套管4為金屬管、陶瓷管或保冷材料管。所述的低壓筒體2上開口焊接有與換熱器級數相等的除沫裝置9，也可以將除沫裝置9至於體外。[0009]所述的低壓筒體2安裝的中間隔離管板6的數量為一個或一個以上。所述的填料密封函10設在一端或設在兩端，以解決內管3的熱膨脹。所述的一級換熱器和二級換熱器為以氨或丙烯為製冷介質的換熱器。本實用新型的有益效果:1、本實用新型隔熱套管組合式換熱器結構緊湊，將冷交換器、一級換熱器(如氨冷器、丙烯冷卻器等)和二級換熱器(如氨冷器、丙烯冷卻器等)合三為一，重量不到原三臺設備總重的三分之二，使得設備費用降低20% 30%。2、本實用新型隔熱套管組合式換熱器中有兩個換熱器，製冷劑氨、丙烯等採用兩種壓力等級蒸發，使得冷凍壓縮功耗降低。3、本實用新型隔熱套管組合式換熱器，從分離器來的-10°C的氣體從bl 口進入換熱器，先經過二級換熱器段與外套管5中的工藝氣換熱，使冷量運用的更加合理，減輕了二級換熱器的熱負荷，使冷凍壓縮功耗進一步降低。4、本實用新型隔熱套管組合式換熱器，在一級換熱器段內，內管3與外套管5之間增加了隔熱套管4，使b2 口出來的冷氣溫度提高，冷量回收更充分，使得整個系統更節能。5、本實用新型隔熱套管組合式換熱器，簡化了原有流程，原有流程如圖2、圖3，簡化後流程如圖4，簡化後流程減少了原有三臺設備之間的高壓管道，減少了 50% 60%管道材料費用和安裝費用。6、本實用新型隔熱套管組合式換熱器，流程中減少了管口和管子數量，使流程阻力降低，減少了循環機的功耗，使裝置的運行費用降低。7、本實用新型隔熱套管組合式換熱器內管3與低壓管板8、低壓管板8與耐高壓筒體I的所有密封函10均採用高質量的填料密封，從而保證了其很高的密封性和耐壓性能，同時確保其密封性和可伸縮性，以很好的消除掉熱應力。8、本實用新型隔熱套管組合式換熱器結構緊湊，體積小，可節省佔地面積50%以上，為企業節省了寶貴的土地資源。9、本實用新型隔熱套管組合式換熱器可廣泛應用在需要壓縮製冷及冷量回收的工況中去。

圖1是本實用新型的結構示意圖之一。圖2是原有冷交換器和氨冷器在合成氨系統應用的流程示意圖。圖3是原有冷交換器和兩級氨冷器在合成氨系統應用的流程示意圖。圖4是圖1所示隔熱套管組合式換熱器在合成氨系統應用流程示意圖。圖5是本實用新型的結構示意圖之二。圖6是本實用新型的二級換熱器均以丙烯為換熱介質時在石油化工企業烴類氣體分離裝置中的應用示意圖；圖中:A表示內管,B表示隔熱管，C表示外套管，RJ表示熱氣進口，LJ表示冷氣進口，RC表不熱氣出口，LC表不冷氣出口，El表不冷交換器，E2表不氨冷器，E3表不氨分享器，E4表分離器，E21表不一級氨冷器，E22表不二級氨冷器，Fl表不滑動側，F2表不固定側。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。1、實施舉例之一:如圖1、4所示。一種隔熱套管組合式換熱器，它包括耐高壓筒體1、低壓筒體2、內管3、隔熱套管
4、外套管5、中間隔離管板6、高壓管板7和低壓管板8，耐高壓筒體I分別安裝在低壓筒體2的兩端上，在一端的耐高壓筒體I上設有高溫氣進氣口 al和低溫氣出氣口 b2，高溫氣進氣口 al和低溫氣出氣口 b2通過低壓管板8分隔，如圖1所示，另一端的耐高壓筒體I上設有低溫氣進氣口 b I和高溫氣出氣口 a2，低溫氣進氣口 b I和高溫氣出氣口 a2之間也通過相應的低壓管板8分隔，高壓管板7 —側與耐高壓筒體I焊接，另一側與低壓筒體2焊接，低壓管板8安裝在耐高壓筒體I內起分隔作用，中間隔離管板6位於低壓筒體2內並將低壓筒體2分隔成一級換熱器和二級換熱器，隔熱套管4安裝在一級換熱器中的內管3與外套管5之間，低壓筒體2上開口焊接有除沫裝置9。如圖1所示。換熱器採用氨冷器時本實用新型的工作原理是:如圖4所示， 37°C的工藝氣從al 口進入組合式換熱器的一級氨冷器段，先經過隔熱套管4與內管3的環隙，與內管3中的冷氣換熱，隔熱套管4與外套管5之間形成死氣層，保證了帶隔熱套管4這一段換熱器的溫差和換熱效率，提高了冷量的回收率。出隔熱套管4與內管3的環隙後進入外套管5與內管3之間的環隙，與一級氨冷器殼程中的製冷劑氨和內管3中的冷氣同時換熱，冷卻到 8°C後去二級氨冷器段，一級氨冷器段和二級氨冷器段由中間隔離管板6隔開，在二級氨冷器段熱氣還是與殼程中的製冷劑氨和內管3中的冷氣同時換熱冷卻到 -10°C，然後從a2 口出組合式換熱器去氨分離器分離冷凝的液氨，分離完液氨的工藝氣再由組合式換熱器的bl 口進入換熱器的內管3，與外套管5中的熱氣換熱，再進入帶隔熱套管4段與熱氣換熱將溫度提升到 32°C後從b2 口離開隔熱套管組合式換熱器。在組合式換熱器中帶隔熱套管4段，保證了冷氣冷量的回收效率，隔熱套管4的長度決定b2 口出口氣的溫度，在確定b2 口出口氣的溫度後，就可以根據換熱公式計算出隔熱套管4的長度。(I)使用效果之一:如建一套30萬噸/年氨合成生產裝置，工作壓力31.4MPaG，氨淨值13%，出氨冷器的工藝氣溫度為_6°C。由於合成氨系統壓力較高，出氨冷器工藝氣溫度可以控制的高一些，以前在這種流程中只設置了一臺氨冷器(見圖2)，這導致了冷凍功耗很高，不利於節能減排。若在這種流程中使用隔熱套管組合式換熱器，將冷交換器和氨冷器組合，並將組合式換熱器殼程中的冷氨採取兩種壓力等級，讓工藝氣先冷到10°C，再冷到_6°C (見圖4)。使用隔熱套管組合式換熱器效果:設備投資減少五分之一；冷凍功耗降低約15% ；設備阻力降低；省去了原冷交換器與氨冷器間的高壓管道；[0042]設備緊湊,布置面積小。(2)使用效果之二:如建一套30萬噸/年氨合成生產裝置，工作壓力15MPaG，氨淨值17%，出一級氨冷器工藝氣溫度為8°C，出二級氨冷器工藝氣溫度為-10°C。原流程中採用了兩個氨冷器(見圖3)，冷氨蒸發壓力匹配，但設備投資高，設備佔地面積大。若在這種流程中使用隔熱套管組合式換熱器，將冷交換器和兩個氨冷器組合(見圖4)。使用隔熱套管組合式換熱器效果:設備投資減少六分之一；冷凍功耗有所降低；設備阻力低；省去了原流程中冷交換器與一級氨冷器和一級氨冷器與二級氨冷器之間的高壓
管道；設備緊湊，布置面積小。2、實施舉例之二:如圖5所示。本實施例與實施例一的區別在於低壓筒體中安裝有兩個中間隔離管板6，從而將整個換熱器升為三級氨冷，相應地除沫裝置9的數量也為三個，將組合式換熱器殼程中的冷氨採取三種壓力等級，讓工藝氣先冷到8°C，再冷到_6°C，最後冷到-20°C。具體實施時還可根據本實施例的提示，設計出更多壓力等級的換熱器，以提高換熱效率，滿足工藝生產的要求。如建一套30萬噸/年氨合成生產裝置，工作壓力8MPaG，氨淨值17%，出一級氨冷器工藝氣溫度為0°c，出二級氨冷器工藝氣溫度為-20°c。原流程中採用了兩個氨冷器(見圖3)，冷氨蒸發壓力不匹配，冷凍能耗高，設備投資高，設備佔地面積大。若在這種流程中使用隔熱套管組合式換熱器，將冷交換器和氨冷器組合，並將組合式換熱器殼程中的冷氨採取三種壓力等級(見圖5)，讓工藝氣先冷到8°C，再冷到_6°C，最後冷到-20°C。使用隔熱套管組合式換熱器效果:設備投資減少五分之一；冷凍功耗降低約10% ；設備阻力低；省去了原流程中冷交換器與一級氨冷器和一級氨冷器與二級氨冷器之間的高壓
管道；設備緊湊，布置面積小。同理，若需要將出氨冷器工藝氣溫度降至更低，如-30°C，可將隔熱套管組合式換熱器殼程中的冷氨採取四種壓力等級，使得即使設備投資減少，又使得冷凍功耗降低。3、實施舉例之三如石油化工企業烴類氣體分離裝置，工作壓力2.0MPaG,出一級換熱器工藝氣溫度為-10°C，出二級換熱器工藝氣溫度為-40°c，通過換熱分離，將烴類氣體中的大部分甲烷氣體分離出來。原流程中採用了兩個換熱器，丙烯蒸發壓力匹配，但設備投資高，設備佔地面積大。若在這種流程中使用隔熱套管組合式換熱器，將冷交換器和兩個換熱器組合(見圖6)。使用隔熱套管組合式換熱器效果:[0062]設備投資減少六分之一；冷凍功耗有所降低；設備阻力低；省去了原流程中冷交換器與一級換熱器和一級換熱器與二級換熱器之間的管道；設備緊湊，布置面積小。本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求1.一種隔熱套管組合式換熱器，其特徵包括耐高壓筒體(I)、低壓筒體(2)、內管(3)、隔熱套管(4)、外套管(5)、中間隔離管板(6)、高壓管板(7)、低壓管板(8)、除沫裝置(9)和填料密封函(10)，耐高壓筒體(I)分別安裝在低壓筒體(2)的兩端上，在一端的耐高壓筒體Cl)上設有高溫氣進氣口(al)和低溫氣出氣口(b2)，另一端上設有低溫氣進氣口(bl)和高溫氣出氣口(a2)，高壓管板(7)—側與耐高壓筒體(I)焊接，另一側與低壓筒體(2)焊接，低壓管板(8)安裝在耐高壓筒體(I)內，中間隔離管板(6)位於低壓筒體(2)內並將低壓筒體(2)分隔成一級換熱器和二級換熱器，隔熱套管(4)安裝在一級換熱器中的內管(3)與外套管(5)之間。
2.根據權利要求1所述的隔熱套管組合式換熱器，其特徵是所述的內管(3)為光管、波紋管或螺紋管。
3.根據權利要求1所述的隔熱套管組合式換熱器，其特徵是所述的隔熱套管(4)為金屬管、陶瓷管或保冷材料管；隔熱套管做在外套管的內側，或做在外套管的外側或者兩者皆有。
4.根據權利要求1所述的隔熱套管組合式換熱器，其特徵是所述的低壓筒體(2)上開口焊接有與換熱器級數相等的除沫裝置(9)，也可以將除沫裝置(9)至於體外。
5.根據權利要求1所述的隔熱套管組合式換熱器，其特徵是所述的低壓筒體(2)安裝的中間隔離管板(6)的數量為一個或一個以上。
6.根據權利要求1所述的隔熱套管組合式換熱器，其特徵是所述的填料密封函(10)設在一端或設在兩端，以解決內管(3)的熱膨脹。
7.根據權利要求1所述的隔熱套管組合式換熱器，其特徵是所述的一級換熱器和二級換熱器為以氨或丙烯為製冷介質的換熱器。
專利摘要一種隔熱套管組合式換熱器，其特徵包括耐高壓筒體(1)、低壓筒體(2)、內管(3)、隔熱套管(4)、外套管(5)、中間隔離管板(6)、高壓管板(7)、低壓管板(8)、除沫裝置(9)和填料密封函(10)，耐高壓筒體(1)分別安裝在低壓筒體(2)的兩端上，在一端的耐高壓筒體(1)上設有高溫氣進氣口(a1)和低溫氣出氣口(b2),另一端上設有低溫氣進氣口(b1)和高溫氣出氣口(a2)，高壓管板(7)一側與耐高壓筒體(1)焊接，另一側與低壓筒體(2)焊接，低壓管板(8)安裝在耐高壓筒體(1)內，中間隔離管板(6)位於低壓筒體(2)內並將低壓筒體(2)分隔成一級氨冷器和二級氣冷器，隔熱套管(4)安裝在一級氣冷器中的內管(3)與外套管(5)之間。本實用新型結構簡單，投資少，功耗小，節能減排效果明顯。
文檔編號F28D7/00GK203011194SQ201220701328
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者呂仲明, 劉起軍, 肖偉, 芮金泉, 董維佳, 張結喜 申請人:南京國昌化工科技有限公司