一種混合折流式重沸器的製作方法

2023-05-20 02:47:51

本發明屬於石化、能源行業中工藝設備技術領域，具體涉及一種混合折流式重沸器，用於石油、化工、能源等行業生產所需的大型換熱設備。

背景技術：

重沸器作為一種重要的大型換熱設備，在石油、化工、能源等行業有著廣泛的應用。在石化行業，其作用是使精餾塔底部的液相組分受熱氣化，為高純度蒸餾分離提供合適的工藝介質。在重沸器的設計中，不僅要滿足工藝所需的傳熱特性，而且要考慮管束流致振動給重沸器的長期安全運行帶來的影響。尤其是在大型重沸器設計中，工藝換熱特性和管束流致振動的相互兼顧並重變得尤其重要。

現有的重沸器(換熱器)主要有兩種形式：折流板式和折流杆式。折流板式重沸器在殼程中，流體橫向流過管束時，會產生卡門旋渦激振、湍流抖振、流體彈性不穩定和聲共振等流體誘發的管束振動，嚴重時會造成管束疲勞破環、切割洩漏等問題，造成重沸器失效，給工業生產帶來損失。目前，大型重沸器中通常使用弓形折流板，主要存在以下三個問題：第一，進入重沸器殼程的液體受熱相變產生氣體，殼程流體由液相變為氣液兩相，流體總體積變大。殼程流體體積增大引起重沸器換熱後程流速變大，進而對換熱管束的激振力加劇，從而引起換熱管束劇烈的振動。第二，為了便於換熱器安裝，折流板與換熱管之間存在0.3-0.7mm間隙，由於管子振動，折流板對穿過折流板的換熱管會產生切割磨損，嚴重的會使管壁破裂，引起換熱器失效。第三，在重沸器後程的氣液兩相部分，換熱效率嚴重下降，仍然採用折流板使流體繞流換熱會引起較大的沿程壓降。對於上述問題，目前主要通過加支承或者調整折流板間距來解決，但是這些措施並不能從根本上解決問題，還可能會影響換熱效率。

折流杆式換熱器是近年來業界開發的一種新型管殼式換熱器。折流杆式換熱器的結構特徵是以折流柵替代折流板，由於折流柵中的折流杆與管子為點接觸，防止了換熱管由于振動而造成的切割磨損。但由此殼程流體流態也發生了根本性的變化。折流板式換熱器在折流板的導流作用下，流體橫過管束流動；而折流杆式換熱器沒有折流板，流體沿著管子軸線方向流動，即縱向流。對於重沸器，由於折流杆折流使殼程流體流動方向平行於換熱管，當重沸器中流體介質主要為液相時會引起換熱效率下降，影響重沸器的工藝換熱要求。

基於上述問題，本發明巧妙利用折流板和折流杆兩種換熱形式的優點並避免其缺點，設計一種新型的混合折流式重沸器，使重沸器在整個換熱氣化過程中以最優的形式兼顧換熱特性和流致振動問題，獲得擁有最佳換熱特性和最小流致振動的重沸器。滿足石化、能源行業中重沸器，尤其是大型重沸器，長期安全高效運行的要求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種結構合理、工作安全高效的重沸器，可以解決重沸器管束振動失效問題，並且換熱效率高、流動阻力小。該重沸器兼有最佳換熱特性和最小流致振動，克服了現有重沸器，尤其是大型重沸器中無法兼顧管束振動和換熱特性的缺點。

本發明採用以下技術方案：

一種混合折流式重沸器，包括殼體和設置在所述殼體下部用於支撐的支座，所述殼體的兩端對應設置有殼程出入埠，所述殼體內沿該殼體軸向間隔設置有多組管束，所述殼體內沿所述管束徑向設置有折流板和折流柵，用於支撐所述管束並對殼程流體進行導流。

進一步的，所述殼體內部包括換熱前程和換熱後程，多個所述折流板間隔設置在所述換熱前程，多個所述折流柵間隔設置在所述換熱後程。

進一步的，所述折流板為雙弓型折流板，包括第一折流板和第二折流板，所述第一折流板和第二折流板交替間隔設置在所述管束上。

進一步的，所述折流柵包括支撐圈，所述支撐圈內設置有折流杆，用於將所述支撐圈內的多組管束分隔開，多個所述折流柵間隔設置在所述管束上。

進一步的，所述折流柵包括第一折流柵和第二折流柵，所述第一折流柵和第二折流柵交替間隔設置在所述管束上。

進一步的，所述第一折流柵內的折流杆在所述支撐圈內呈水平布置，所述第二折流柵內的折流杆在所述支撐圈內呈豎直布置。

進一步的，所述第一折流柵內的折流杆在所述支撐圈內沿水平方向順時針旋轉45°布置，所述第二折流柵內的折流杆在所述支撐圈內沿豎直方向順時針旋轉45°布置。

進一步的，所述殼體內每組所述管束之間軸向設置有定距管，所述定距管用於等距設置所述折流板和折流柵。

進一步的，所述殼程出入埠包括殼程入口和殼程出口，所述殼程入口設置在所述換熱前程，所述殼程出口設置在所述換熱後程。

與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：

本發明一種混合折流式重沸器通過在殼體內的管束上混合設置折流板和折流柵，折流板能夠有效支撐管束，對重沸器管束起到減震和導流作用，折流柵能夠提高換熱效率，減小流動阻力，有效降低了殼體的沿程阻力，節省了泵功。

進一步的，殼體內部包括換熱前程和換熱後程，在重沸器換熱前程部分，殼側流體以液體為主且流速較低，換熱係數高，該部分採用折流板導流，使殼程流體橫向穿過管束。該布置方式不僅能充分發揮換熱前程部分高換熱率的優勢，還由於流體速度低，不易引起流體誘發振動，避免重沸器振動失效；在重沸器換熱後程部分，殼側流體為兩相流，流速快且傳熱係數低，該部分採用折流杆導流，布置多個折流柵對管束進行支承。由於該部分換熱效率較低且流速快，採用折流杆導流會在不影響換熱的情況下避免換熱管的切割磨損失效問題。

進一步的，該重沸器綜合了折流板折流和折流杆折流的雙重優勢，折流板可以使重沸器殼程流體橫向流過管束，在規定的壓力降範圍內，最大程度地增加殼程流速，可以起到強化傳熱並減少管子表面汙垢的作用。

進一步的，折流柵使殼程內流體沿管束長度方向流動，換熱管內外介質沿換熱管軸向相互逆流，改變了介質流動狀態，對於高流速流體，可以保證傳熱性能並大幅度降低流體誘導振動問題的發生。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

【附圖說明】

圖1為本發明U型管式重沸器的整體結構示意圖；

圖2為本發明浮頭式換熱器的整體結構示意圖；

圖3為本發明第一折流板A示意圖；

圖4為本發明第二折流板B示意圖；

圖5為本發明第一折流柵A及管束的一種布置示意圖；

圖6為本發明第二折流柵B及管束的一種布置示意圖；

圖7為本發明第一折流柵A及管束的另一種布置示意圖；

圖8為本發明第二折流柵B及管束的另一種布置示意圖。

其中：1.封頭管箱；2.管程入口；3.殼程出口；4.第一折流柵；5.第二折流柵；6.殼體；7.第一折流板；8.第二折流板；9.管束；10.定距管；11殼程入口.；12.支座；13.管程出口；14.浮動管板；15.球冠形封頭；16.支撐圈；17.折流杆。

【具體實施方式】

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「軸向」、「徑向」、「上」、「下」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明一種混合折流式重沸器，包括殼體6和設置在所述殼體6下部用於支撐的支座12，所述殼體6的兩端對應設置有殼程出入埠，所述殼體6內沿該殼體軸向間隔設置有多組管束9，所述殼體6內沿所述管束9徑向設置有折流板和折流柵，用於支撐所述管束9並對殼程流體進行導流。所述殼體6內部包括換熱前程和換熱後程，多個所述折流板間隔設置在所述換熱前程，多個所述折流柵間隔設置在所述換熱後程。所述殼程出入埠包括殼程入口11和殼程出口3，所述殼程入口11設置在所述換熱前程，所述殼程出口3設置在所述換熱後程。

其中，所述殼體6內每組所述管束9之間軸向設置有定距管10，所述定距管10用於等距設置所述折流板和折流柵。所述折流板為雙弓型折流板，包括第一折流板8和第二折流板7，所述第一折流板8和第二折流板7交替間隔設置在所述管束9上。

所述折流柵包括支撐圈16，所述支撐圈16內設置有折流杆17，用於將所述支撐圈16內的多組管束9分隔開，多個所述折流柵間隔設置在所述管束9上。所述折流柵包括第一折流柵4和第二折流柵5，所述第一折流柵4和第二折流柵5交替間隔設置在所述管束9上。

所述第一折流柵4內的折流杆17在所述支撐圈16內呈水平布置，所述第二折流柵5內的折流杆17在所述支撐圈16內呈豎直布置。

所述第一折流柵4內的折流杆17在所述支撐圈16內沿水平方向順時針旋轉45°布置，所述第二折流柵5內的折流杆17在所述支撐圈16內沿豎直方向順時針旋轉45°布置。

參照圖1所示，本發明的混合折流式重沸器，以U型管式重沸器為例，該換熱器包括封頭管箱1，管程入口2，管程出口13，支座12，換熱管束9穿插在雙弓形第一折流板7、第二折流板8及第一折流柵4、第二折流柵5上並連接於殼體6兩端的兩塊管板上，折流板由定距管10定距。

殼程流體由殼程入口11以液態形式進入換熱器，首先通過第一折流板7、第二折流板8導流使流體橫過管束9進行換熱，然後殼程相變後的氣液兩相流由第一折流柵4和第二折流柵5導流繼續與管束9換熱，並把最終產生的流體經由殼程出口3流出重沸器，高溫流體介質從管程入口2進入，通過管束對低溫殼程流體進行換熱後從管程出口13流出。管程和殼程介質間只進行熱交換，相互之間不發生介質流通。

參照圖2所示，本發明的混合折流式重沸器，以浮頭式重沸器為例，該換熱器包括封頭管箱1，管程入口2，管程出口13，支座12，浮動管板14，球冠形封頭15，換熱管束9穿插在雙弓形第一折流板7、第二折流板8及第一折流柵4和第二折流柵5上，並連接於殼體6兩端的兩塊管板上，折流板由定距管10定距。殼程流體由殼程入口11以液態形式進入換熱器，首先通過第一折流板7、第二折流板8導流使流體橫過管束9進行換熱，然後殼程相變後的氣液兩相流由第一折流柵4和第二折流柵5導流繼續與管束9換熱，並把最終產生的流體經由殼程出口3流出重沸器。高溫流體介質從管程入口2進入，通過管束對低溫殼程流體進行換熱後從管程出口13流出。管程和殼程介質間只進行熱交換，相互之間不發生介質流通。

參照圖3、4，折流板為雙弓形，第一折流板7和第二折流板8間隔布置，並保證殼側流體最後由第二折流板8導流進入折流柵導流的換熱區域。

參照圖5、6，折流柵包括支承圈16和折流杆17，圖5和圖6所示的折流柵配合使用、間隔布置，使管束9在不同方向上得到支承。

參照圖7、8，折流柵包括支承圈16和折流杆17，是折流杆支承管束9的另一種方式。圖7和圖8所示的折流柵配合使用、間隔布置，使管束9在不同方向上得到支承。