一種用於煤化工的雙套管急冷換熱器的製作方法

2023-07-24 11:53:43

本實用新型涉及大型急冷換熱設備技術領域，特別是涉及一種用於煤化工的雙套管急冷換熱器。

背景技術：

在石油煉製與化工、煤化工等領域，採用急冷換熱器對工藝介質進行急冷是關鍵工藝之一，急冷換熱器將工藝介質迅速冷卻能夠終止二次反應以減少烴類損失，還能夠回收工藝介質中的熱量以回收高位熱能。

目前，急冷換熱器一般為結構較為簡單、換熱性能較好的雙套管換熱器，雙套管換熱器包括換熱外管和套設於換熱外管內的換熱內管，換熱外管和換熱內管組成換熱套管，換熱套管的換熱過程為高溫的工藝介質在換熱內管流過，冷卻介質在換熱內管與換熱外管之間的間隙流過，由於高溫工藝介質和冷卻介質的流向是相反的，且冷卻介質能夠完全包圍住換熱內管，因而能夠快速急冷高溫工藝介質。

在煤化工領域的雙套管換熱器運行時，流經換熱套管的高溫工藝介質會在換熱套管的內壁上產生結焦現象，同時由於夾帶固體顆粒也會對換熱套管的內壁造成磨損，並且結焦和磨損是同時進行的，因此，只有當換熱套管的結焦速度和磨損速度基本相等時，換熱器才能持續的運行下去，進而才能滿足長周期運行的需求。

現有技術中，高溫工藝介質從傳輸管線進入雙套管換熱器的入口管腔體時，由於傳輸管線的空間較小，而雙套管換熱器的入口管腔體空間很大，這樣高溫工藝介質在進入雙套管換熱器的布管區時會產生嚴重的分配不均勻問題，也即是位於布管區中間的換熱套管的流速較高，而位於布管區周邊的換熱套管的流速較低。高流速的工藝介質雖然在管壁上的結焦比較少，但卻會造成管壁的嚴重磨損，甚至由於磨損速度遠遠大於結焦速度而將管壁磨穿，進而造成工藝介質的洩露，同樣的，低流速的工藝介質雖然能減少管壁的磨損，但卻會在管壁上產生嚴重的結焦現象，甚至會因為結焦嚴重而把換熱套管堵死，進而導致急冷換熱器不能正常運行，這將縮短急冷換熱器的運行周期。

之外，現有的雙套管換熱器，在其換熱套管的入口處為防止高溫的工藝介質將其燒壞，一般在此位置設計有保護短管，如中國專利CN00251219公開了一種雙套管急冷鍋爐，其具體結構為在換熱套管的入口端設置保護短管，但是該保護短管伸出換熱套管的長度較短，進而不能完全遮蓋住換熱套管的入口端，這樣部分高溫的工藝介質還會與換熱套管接觸，進而產生局部過熱現象，這樣會大大降低換熱套管的使用壽命，嚴重時甚至會將換熱套管燒壞，這同樣會縮短換熱器的運行周期。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於避免現有技術中的不足之處而提供一種能夠避免換熱套管局部產生過熱、延長運行周期的用於煤化工的雙套管急冷換熱器。

本實用新型的目的通過以下技術方案實現：

提供了一種用於煤化工的雙套管急冷換熱器，包括換熱內管和換熱外管，還包括入口保護裝置，所述入口保護裝置包括插入所述換熱內管入口端的第一管段和伸出所述換熱內管入口端的第二管段，所述第一管段的外壁緊貼所述換熱內管的內壁，相鄰兩個所述第二管段之間填充有耐火澆注料。

其中，相鄰兩個所述換熱內管的入口端之間填充有陶瓷纖維。

其中，所述第一管段與所述第二管段連接處設有向管外延伸的凸臺，所述凸臺卡設於所述換熱內管的入口端面。

其中，所述第一管段的出口端的口徑隨工藝介質的流動方向逐漸擴大呈喇叭狀設置。

其中，還包括入口管腔體，所述第二管段的入口端伸入所述入口管腔體內，所述入口管腔體內設有用於將高溫工藝介質進行均勻分配的流體均配裝置。

其中，所述流體均配裝置呈格柵狀設置，所述流體均配裝置為平鋪設置。

其中，所述流體均配裝置包括開設有固定孔的支撐鋼板和穿設於所述固定孔的鋼杆。

其中，所述入口管腔體的內壁設有耐高溫、耐磨損的保溫層。

其中，所述換熱內管沿其長度方向設有用於實時檢測壁厚的壁厚檢測裝置。

其中，所述換熱內管的內壁設有防高溫衝蝕的耐磨塗層。

本實用新型的有益效果：

本實用新型的用於煤化工的雙套管急冷換熱器，其包括換熱內管、換熱外管和入口保護裝置，入口保護裝置包括插入換熱內管入口端的第一管段和伸出換熱內管入口端的第二管段，第一管段的外壁緊貼換熱內管的內壁，相鄰兩個第二管段之間填充有耐火澆注料。本實用新型由於將第一管段的外壁緊貼換熱內管的內壁，且相鄰兩個第二管段之間填充有耐火澆注料，耐火澆注料不僅能將第二管段進行固定和保護，還能夠完全遮蓋住換熱內管的入口端，這樣能夠完全避免高溫工藝介質與換熱內管直接接觸，進而可有效避免換熱套管產生局部過熱現象，防止燒壞換熱套管，進而能夠有效延長急冷換熱器的運行周期，提高生產效率。

附圖說明

利用附圖對本實用新型作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本實用新型的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本實用新型的一種用於煤化工的雙套管急冷換熱器的結構示意圖。

圖2是本實用新型的換熱套管和入口保護裝置配合的結構示意圖。

圖3是本實用新型的流體均配裝置的俯視情況的結構示意圖。

圖4是本實用新型的流體均配裝置的側視情況的結構示意圖。

在圖1至圖4中包括有：

1-入口管腔體，11-流入孔；

2-上集流管；

3-換熱內管；

4-換熱外管；

5-入口保護裝置、51-第一管段、52-第二管段、53-凸臺；

6-耐火澆注料；

7-陶瓷纖維；

8-流體均配裝置、81-支撐鋼板、82-鋼杆；

9-下集流管；

10-出口管腔體、101-流出孔；

12-上聯腔體；

13-下聯腔體；

14-支撐裝置。

具體實施方式

結合以下實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

本實用新型的一種用於煤化工的雙套管急冷換熱器的具體實施方式，該實施例的急冷換熱器主要應用在煤化工油氣的急冷。如圖1所示，雙套管急冷換熱器的結構從上到下依次包括入口管腔體1，上集流管2、換熱套管、下集流管9和出口管腔體10，其中，如圖2所示，換熱套管由換熱內管3和換熱外管4組成，換熱內管3內置於換熱外管4之間，換熱內管3與換熱外管4之間的換熱空腔連通上集流管2和下集流管9，冷卻介質從下集流管9經換熱空腔流入上集流管2，進而對換熱內管3的高溫工藝介質進行急冷。上集流管2的兩端均設有上聯腔體12，下集流管9的兩端均設有下聯腔體13，冷卻介質經下聯腔體13進入下集流管9，在換熱空腔熱交換後，經上集流管2進入上聯腔體12。

如圖1所示，本實施例的雙套管急冷換熱器，入口管腔體1的底部焊接於上集流管2，出口管腔體10的上端部焊接於下集流管9，為保護位於上集流管2與下集流管9之間的換熱套管，也為使得整個換熱器更加穩定和牢固，上集流管2與下集流管9之間還設有位於換熱套管外的支撐裝置14。

如圖1和圖2所示，換熱內管3入口端設有入口保護裝置5，入口保護裝置5由第一管段51和第二管段52組合，第一管段51插入換熱內管3入口端，且第一管段51的外壁緊貼換熱內管3的內壁，第二管段52伸出換熱內管3，且相鄰兩個第二管段52之間的區域填充有耐火澆注料6，耐火澆注料6不僅能將第二管段52進行固定和保護，還能夠完全遮蓋住換熱內管3的入口端，這樣能夠完全避免高溫工藝介質與換熱內管3的入口端直接接觸，進而可有效避免換熱套管產生局部過熱現象，防止燒壞換熱套管，進而能夠有效延長急冷換熱器的運行周期，提高生產效率。

具體的，相鄰兩個換熱內管3之間與上集流管2所圍成的區域填充有陶瓷纖維7，陶瓷纖維7具有隔熱、絕熱的性能，這樣陶瓷纖維7將經耐火澆注料6傳過來的熱量與上集流管2和換熱內管3隔絕起來，這也能夠進一步防止換熱套管產生局部過熱現象。

具體的，第一管段51與第二管段52的連接處設有向管外延伸的凸臺53，凸臺53卡設於換熱內管3的入口端面。凸臺53對入口保護裝置5插入換熱內管3的深度進行限位，防止入口保護裝置5在高溫工藝介質的衝擊下向下移動或者向一邊側歪。當然耐火澆注料6也能夠固定第二管段52，進而防止入口保護裝置5的側歪。

具體的，第一管段51的出口端的口徑隨工藝介質的流動方向逐漸擴大呈喇叭狀設置，這樣工藝介質的流速逐步放緩，進而工藝介質能夠與冷卻介質進行更充分的熱交換，達到急冷的效果。

本實施例中，如圖1和圖2所示，第二管段52伸入入口管腔體1內，入口管腔體1的側壁還設有與傳輸管線連接的流入孔11，出口管腔體10的側壁還設有流出孔101，高溫工藝介質經流入孔11進入入口管腔體1，進而經入口保護裝置5流入換熱內管3，熱交換後，工藝介質進入出口管腔體10經流出孔101流出。

如圖1和圖4所示，入口管腔體1內設有用於將高溫工藝介質進行均勻分配的流體均配裝置8。高溫工藝介質經流體均配裝置8後均勻地流入每個入口保護裝置5的第二管段52，進而均勻地流入每根換熱內管3，這樣能夠有效避免工藝介質產生中間流速高、周邊流速低的缺陷，使得全部換熱套管的結焦速度和磨損速度保持在基本相等的水平，這樣急冷換熱器才能夠長時間地持續運行，進而才能滿足長周期運行的需求。

具體的，在熱交換過程中，為能夠實時檢測到換熱內管3的壁厚，進而了解換熱內管3的結焦速度和磨損速度的相對性，換熱內管3沿其長度方向設有用於實時檢測壁厚的壁厚檢測裝置。通過壁厚檢測裝置能夠實時調整高溫工藝介質和冷卻介質的流量和流速，進而能夠有效防止換熱內管3的磨穿或者堵塞，使得急冷換熱管能夠長周期運行。

具體的，如圖3所示，流體均配裝置8為格柵狀設置，且流體均配裝置8為平鋪設置，這樣能夠達到更好的防衝效果，也能迅速使高溫工藝介質均勻化。流體均配裝置8可以為單層，也可以為上下重疊或稍微錯開的雙層。

本實施例中，如圖4所示，為達到更好的均勻化效果，流體均配裝置8為雙層結構。流體均配裝置8由多塊支撐鋼板81和多根鋼杆82組成，每塊支撐鋼板81均設有上下兩個固定孔，鋼杆82穿在每塊支撐鋼板81相應的固定固定孔中。根據高溫工藝介質的流量，通過流體力學可計算流體均配裝置8的大小，以及格柵狀流體均配裝置8的空格的大小，以達到更好的均勻分配效果。

具體的，入口管腔體1的內壁設有耐高溫、耐磨損的保溫層，防止高溫工藝介質對入口管腔體1的牆壁造成損傷。

本實施例中，為增強換熱內管3的耐磨性能，換熱內管3的內壁設有防高溫衝蝕的耐磨塗層，尤其是在距換熱內管3的入口端2m內區域，這也對防止換熱內管3產生局部過熱起到一定的作用。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的實質和範圍。