一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器的製作方法

2023-06-09 06:45:51 2

專利名稱：一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤製備替代天然氣(SNG)的甲烷化裝置中的蒸汽過熱器，屬於煤制天然氣領域，具體而言，本實用新型涉及一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器。
背景技術：
甲烷化反應是強放熱反應，甲烷化反應中的能量約有五分之一以熱量的形式出現，因此利用反應熱發生超高壓過熱蒸汽是提高能量回收率、降低裝置綜合能耗的首選手段。現有的甲烷化裝置主要包括甲烷反應器和換熱器，如中國發明專利CN102513034A中公開的一種高溫甲烷化裝置，包括甲烷反應器和換熱器。在現有的甲烷化裝置中，為了進一步利用反應熱發生超高壓過熱蒸汽，通常利用甲烷化反應器出口的高溫富甲烷氣過熱超高壓蒸汽，但是，由於兩側相對溫差較小，換熱負荷大，蒸汽、富甲烷氣壓力高。此外，常規換熱器承受高壓殼體和高熱，採用厚壁殼體內襯隔熱襯裡，製造成本高，難以實現純逆流換熱結構，換熱效率低。因此，利用常規的換熱器，尤其是常規管殼式換熱器難以實現蒸汽過熱的目的。

實用新型內容為進一步有效利用甲烷反應器的反應熱，提高能量回收率，降低裝置綜合能耗，本實用新型所提供的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，包括管箱1、管板2、殼程殼體3，其特徵在於:所述管箱I位於纏繞管蒸汽過熱器的兩端並分別與管板2相連接，所述殼程殼體3焊接在所述兩端的管板2之間，所述殼程殼體3內設置纏繞管芯體5，其包括中心筒、換熱管7及換熱管固定件，所述中心筒的兩端與所述管板2相連接，所述換熱管7纏繞在所述中心筒的外表面並通過換熱管固定件與該中心筒連接，所述換熱管7的兩端分別插入管板2組成與兩端管箱I相連通的管束。所述換熱管7以螺旋方式逐層纏繞在所述中心筒的外表面，即最內層的換熱管7沿中心筒的筒壁按螺旋線緊密纏繞在該中心筒的外表面，次外層的換熱管7依次交替緊密纏繞在最內層換熱管7外，以此類推，上述換熱管7在該中心筒外表面逐層緊密纏繞的結構，使蒸汽過熱器的結構更加緊湊，單位殼體內可容納很大的傳熱面積。所述換熱管固定件包括墊條和管卡，所述墊條設置在每層纏繞的換熱管7之間以將各層分隔，所述管卡固定在所述換熱管7上以對其限位，即固定在各層纏繞的換熱管7中的每一根換熱管進行限位。所述換熱管7的管徑範圍是6 300mm，優選6 200mm，以螺旋方式纏繞後換熱管7抗壓能力強、熱補償能力好，換熱管7和中心筒的熱膨脹可自行吸收。與所述中心筒兩端連接的管箱I分別設置有熱流介質入口和熱流介質出口，熱流介質走換熱管7內，即走管程，所述殼程殼體3的兩端分別設置有冷流介質入口和冷流介質出口，冷流介質走殼程，所述冷流介質入口與所述熱流介質出口位於同一側，所述冷流介質出口與所述熱流介質入口位於同一側，使熱流介質與冷流介質逆流接觸。管程熱流介質入口處的熱流介質溫度高，因此，所述設置有熱流介質入口的一端的管箱I與管板2形成的腔體內壁設置襯裡8，通常採用非金屬耐熱襯裡，僅該處管箱內壁設置耐熱襯裡，以降低對熱流介質入口側的殼體材質要求；其它位置的殼體均採用熱壁設計，這樣可以儘量減少因採用耐熱襯裡所帶來的設備製造、施工和維護上的困難，降低設備製造成本。所述中心筒為軸向抽拔式或兩段分離式；所述軸向抽拔式中心筒6包括外筒和內筒，所述外筒底端與所述殼程殼體3底端的管板相連接，所述內筒頂端與所述殼程殼體3頂端的管板相連接，所述外筒套在內筒之外且互相併不固定，該外筒的頂端不與所述殼程殼體3頂端的管板接觸，使外筒受熱膨脹可自由伸縮；所述兩段分離式中心筒6』包括上下兩段不連續的筒體，所述上段筒體和下段筒體間留有距離，所述上段筒體的頂端與所述殼程殼體3頂端的管板相連接，所述下段筒體的底端與所述殼程殼體3底端的管板相連接，下段筒體受熱膨脹可自由伸縮；中心筒具有支撐作用，同時其外表面要纏繞換熱管，所以中心筒應具有一定的強度和剛度。所述纏繞管芯體5和殼程殼體3之間，所述殼程殼體3的內壁上設置導流設施。所述導流設施是夾套導流筒4或導流板4』，即若干塊具有導流作用的導流板，其目的是通過減少繞管芯體和殼程殼體之間的間隙來減少殼程介質漏流，提高纏繞管式換熱器的換熱效率。所述纏繞管蒸汽過熱器為立式換熱器或臥式換熱器。所述軸向抽拔式中心筒6和兩段分離式6』在立式換熱器或臥式換熱器中均可應用。所述夾套導流筒4或導流板4』在立式換熱器或臥式換熱器中均可應用。本實用新型所提供的用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器具有結構緊湊，單位殼體內可容納很大的傳熱面積，耐壓能力強，管束可自行吸收熱膨脹等優點；用於甲烷化裝置的新型纏繞管式蒸汽過熱器，其管程介質，即熱流介質為高溫富甲烷氣，殼程介質，即冷流介質為高壓飽和蒸汽(被加熱蒸氣)，管程的熱流介質和殼程的被加熱蒸汽在纏繞式換熱管內外始終以湍流形態逆向流動，可實現近似純逆流換熱，傳熱係數大，進而降低設備的佔地尺寸；由於甲烷化裝置中熱流介質和被加熱蒸汽都屬於潔淨氣體，因此可以降低螺旋換熱管堵塞和殼程結垢的風險；即使發生少量結垢和換熱管堵塞，也可通過酸洗的方法清除；這使得纏繞式蒸汽過熱器更加適合在甲烷化裝置中應用。

圖1為本實用新型提供的一種用於甲烷化裝置的立式纏繞管蒸汽過熱器結構示意圖。圖2為本實用新型提供的一種用於甲烷化裝置的臥式纏繞管蒸汽過熱器結構示意圖。圖3a為本實用新型提供的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器的軸向抽拔式中心筒的示意圖。圖3b為本實用新型提供的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器的兩段分離式中心筒的示意圖。[0019]附圖標記說明:1-管箱、2-管板、3-殼程殼體、4-夾套導流筒、4』-導流板、5-纏繞管芯體、6-軸向抽拔式中心筒、6』 -兩段分離式中心筒、7-換熱管、al-熱流介質入口、a2_熱流介質出口、bl-冷流介質入口、b2-冷流介質出口、C-中心筒伸縮節點。
具體實施方式
下面結合實施例，進一步說明本實用新型。實施例1如圖1所示，一種用於甲烷化裝置的立式纏繞管蒸汽過熱器，包括管箱1、管板2、殼程殼體3，所述管箱I位於纏繞管蒸汽過熱器的兩端並分別與管板2相連接，所述殼程殼體3焊接在所述兩端的管板2之間，所述殼程殼體3內設置纏繞管芯體5，其包括軸向抽拔式中心筒6 (也可以採用兩段分離式)、換熱管7及換熱管固定件，所述軸向抽拔式中心筒6可自行吸收熱膨脹，該軸向抽拔式中心筒6具有支撐作用，同時其外表面要纏繞換熱管，所以其應具有一定的強度和剛度，其兩端與所述管板2相連接，所述換熱管7纏繞在所述軸向抽拔式中心筒6的外表面並通過換熱管固定件與其相連接，所述換熱管7的兩端分別插入管板2組成與各端管箱I相連通的管束。所述換熱管7以螺旋方式逐層緊密纏繞在所述軸向抽拔式中心筒6的外表面，即最內層的換熱管7沿軸向抽拔式中心筒6的筒壁按螺旋線緊密纏繞在其外表面，次外層的換熱管7依次交替緊密纏繞在最內層換熱管7外，以此類推，所述換熱管固定件包括墊條和管卡，所述墊條設置在每層纏繞的換熱管7之間以將各層分隔，所述管卡固定在所述換熱管7上以對其限位。所述換熱管7的管徑是6 200mm。與所述軸向抽拔式中心筒6兩端連接的管箱I分別設置有熱流介質入口和熱流介質出口，熱流介質走換熱管7內，即走管程，所述殼程殼體3的兩端分別設置有冷流介質入口和冷流介質出口，冷流介質走殼程，所述冷流介質入口與所述熱流介質出口位於同一側，所述冷流介質出口與所述熱流介質入口位於同一側，使熱流介質與冷流介質逆流接觸。管程熱流介質入口處的熱流介質溫度高，因此，所述設置有熱流介質入口的一端的管箱I與管板2形成的腔體內壁設置襯裡8，通常採用非金屬耐熱襯裡。所述纏繞管芯體5和殼程殼體3之間，所述殼程殼體3的內壁上設置夾套導流筒4 (也可以採用導流板4』的結構)。實施例2如圖2所示，一種用於甲烷化裝置的臥式纏繞管蒸汽過熱器，除了採用臥式換熱器而不用立式換熱器，在殼程殼體3的內壁上設置導流板4』代替夾套導流筒4 (也可以採用夾套導流筒4的結構)，採用兩段分離式中心筒6』(也可以採用軸向抽拔式)之外，其結構上與實施例1相同。
權利要求1.一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，包括管箱(I)、管板(2)、殼程殼體(3)，其特徵在於:所述管箱(I)位於纏繞管蒸汽過熱器的兩端並分別連接管板(2)，所述殼程殼體(3)焊接在所述兩端的管板(2)之間，所述殼程殼體(3)內設置纏繞管芯體(5)，其包括中心筒、換熱管(7)及換熱管固定件，所述中心筒的兩端與所述管板(2)相連接，所述換熱管(7)纏繞在所述中心筒的外表面並通過換熱管固定件與該中心筒連接，所述換熱管(7)的兩端分別插入管板(2)組成與兩端管箱(I)相連通的管束。
2.根據權利要求1所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述換熱管(7)以螺旋方式逐層纏繞在所述中心筒的外表面，所述換熱管固定件包括墊條和管卡，所述墊條設置在每層纏繞的換熱管(7)之間以將各層分隔，所述管卡固定在所述換熱管(7)上以對其限位。
3.根據權利要求2所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述換熱管(7)的管徑範圍是6 300mm。
4.根據權利要求1所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:與所述中心筒兩端連接的管箱(I)分別設置有熱流介質入口和熱流介質出口，所述殼程殼體(3)的兩端分別設置有冷流介質入口和冷流介質出口，所述冷流介質入口與所述熱流介質出口位於同一側，所述冷流介質出口與所述熱流介質入口位於同一側。
5.根據權利要求4所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述設置有熱流介質入口的一端的管箱(I)與管板(2)形成的腔體內壁設置襯裡(8)。
6.根據權利要求1所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述中心筒為軸向抽拔式或兩段分離式；所述軸向抽拔式中心筒(6)包括外筒和內筒，所述外筒底端與所述殼程殼體(3)底端的管板相連接，所述內筒頂端與所述殼程殼體(3)頂端的管板相連接，所述外筒套在內筒之外且互相併不固定，該外筒的頂端不與所述殼程殼體(3)頂端的管板接觸；所述兩段分離式中心筒(6』)包括上下兩段不連續的筒體，所述上段筒體和下段筒體間留有距離，所述上段筒體的頂端與所述殼程殼體(3)頂端的管板相連接，所述下段筒體的底端與所述殼程殼體(3)底端的管板相連接。
7.根據權利要求1所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述纏繞管芯體(5)和殼程殼體(3)之間，所述殼程殼體(3)的內壁上設置導流設施。
8.根據權利要求7所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述導流設施是夾套導流筒(4 )或導流板(4 』)。
9.根據權利要求1所述的一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，其特徵在於:所述纏繞管蒸汽過熱器為立式換熱器或臥式換熱器。
專利摘要本實用新型公開了一種用於甲烷化裝置的纏繞管蒸汽過熱器，包括管箱(1)、管板(2)、殼程殼體(3)，所述管箱(1)位於纏繞管蒸汽過熱器的兩端並分別與管板(2)相連接，所述殼程殼體(3)焊接在所述兩端的管板(2)之間，所述殼程殼體(3)內設置纏繞管芯體(5)，其包括中心筒(6)、換熱管(7)及換熱管固定件，所述中心筒(6)的兩端與所述管板(2)相連接，所述換熱管(7)纏繞在所述中心筒(6)的外表面並通過換熱管固定件與該中心筒(6)連接，所述換熱管(7)的兩端分別插入管板(2)組成與兩端管箱(1)相連通的管束。本實用新型結構緊湊，單位殼體內可容納很大的傳熱面積，耐壓能力強，管束可自行吸收熱膨脹。
文檔編號F22G3/00GK203068487SQ201320021130
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者張鐵鋼, 戴文松, 張迎愷, 吳迪, 黃小平, 高莉萍, 王衛軍 申請人:中國石化工程建設有限公司