三相漿態床取熱單元的製作方法
2023-05-29 03:35:31 1
三相漿態床取熱單元的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種三相漿態床取熱單元，包括：立式套管，其底端封閉，頂端具有出口；設置於立式套管內部的下降管，下降管頂部具有入口，底部插入至立式套管的封閉的底端上方；立式套管與下降管之間具有環空隙，以形成允許流體先從中部下降管下降、再從周圍環空隙上升的流道；至少一個上升支管，一端從立式套管的下部環空隙中延伸出，另一端匯入立式套管的上部環空隙，以使上升支管與立式套管形成並聯上升管路。藉此，依靠上升管、下降管工質的密度差推動汽水混合物向上流動，自套管頂端的出口引出，具有取熱量高、易實現自然循環冷卻的特點，具備節約電耗、系統運行安全可靠、簡化操作、結構簡單及製造方便等優點。
【專利說明】三相漿態床取熱單元
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種換熱設備，尤指一種適用於合成油或煤化工過程中取出固、液、氣複雜多相劇烈反應熱量的設備。
【背景技術】
[0002]在合成油或煤化工過程中，固、液、氣複雜多相劇烈反應會快速而大量產熱，高效穩定的取熱單元，對於系統溫度的控制非常關鍵，現有技術中多採用強制循環換熱設備對三相漿態床進行強制換熱。強制循環換熱設備應用了高功率循環泵，不僅耗費大量電能，而且運行安全性差，一旦循環泵發生故障，漿態床內會急劇升溫，嚴重者產生安全事故。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的，即是提供一種三相漿態床取熱單元，根據冷熱流體密度差形成的推動力設計自然循環管路，設備安全可靠的同時能夠達到換熱量的要求。
[0004]上述目的，可採用下列技術方案來實現:
[0005]一種三相漿態床取熱單元，包括:立式套管，其底端封閉，頂端具有出口 ；設置於該立式套管內部的下降管，下降管頂部具有入口，底部插入至該立式套管的封閉的底端上方；該立式套管與下降管之間具有環空隙，以形成允許流體先從中部下降管下降、再從周圍環空隙上升的流道；至少一個上升支管，該至少一個上升支管的一端從該立式套管的下部環空隙中延伸出，另一端匯入該立式套管的上部環空隙，以使該上升支管與該立式套管形成並聯上升管路。
[0006]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述上升支管包括引出管段、垂直管段和回流管段，其中所述引出管段和所述回流管段分別與所述立式套管連接，而該垂直管段的軸線平行於所述立式套管的軸線。藉此，使得取熱單元整體結構更緊湊，密集排布時更利於緊湊擺放。
[0007]如上所述的三相漿態床取熱單元，包括多個上升支管，各上升支管互相間隔地均勻布置在所述立式套管的周圍。藉此，更利於漿態床一定空間內的均勻換熱。
[0008]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述多個上升支管的所述垂直管段可以均布在與所述立式套管同軸心的圓柱面上。
[0009]亦或是，所述多個上升支管的所述垂直管段可以均布在與所述立式套管同形心的長方體的四個側面上。
[0010]如上所述的三相漿態床取熱單元，在所述立式套管的外壁面設有強化換熱的肋片。藉此，更提高了立式套管的換熱效率。
[0011]較佳地，所述立式套管的外壁面間隔地且均勻地設有多個所述肋片，各肋片沿套管徑向凸出，且沿套管軸向延伸設置。
[0012]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述立式套管和套於其內的所述下降管同軸設置，且兩管壁之間設置有用於保證二者同軸度的定位板。通過定位板保證立式套管與下降管的同軸度，可以使環空隙內的流體沿周向均勻地分布和流動，避免了某側因環空隙減小導致流量下降，最終致使該側的換熱效率下降。
[0013]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述上升支管的垂直管段與所述立式套管之間設置有用於將該上升支管支撐定位於該立式套管的支撐板。因為本實用新型的上升支管具有較小的管徑，所以設置支撐板固定上升支管可以提高其剛度，避免振動引發的上升支管變形。
[0014]較佳地，所述支撐板的厚度小於所述上升支管垂直管段的壁厚。通過設置支撐板的厚度小於上升支管垂直段的厚度，使得即使發生變形時，剛度較差的支撐板會首先變形，更間接保護了上升支管。
[0015]較佳地，所述支撐板與水平方向成一角度設置。將支撐板設置成相對水平方向傾斜，減小了對漿態床內流體的阻力，並產生導流效果。
[0016]較佳地，所述支撐板與水平方向的角度在8°至10°之間。8°至10°的傾角更利於對漿態床內流體的導流，同時能較佳保證支撐板和上升支管的剛度。
[0017]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述多個上升支管的垂直管段與所述立式套管之間均設置有用於將該上升支管支撐定位於該立式套管的支撐板，且其中至少一個支撐板與其它支撐板在所述立式套管的軸線方向上錯開布置。藉此，減小了對漿態床內流體的局部阻力。
[0018]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述立式套管的底端與下降管的底部出口之間的垂直距離為I?1.5倍的下降管直徑。藉此，利於換熱介質的流動，避免套管的底端發生超溫及卡阻現象。
[0019]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述下降管自頂部入口至底部出口依序具有橫置管段和垂直管段，所述立式套管亦對應具有橫置管段和垂直管段，其中，所述上升支管設置在該立式套管的垂直管段上，而所述立式套管頂端的出口設置在該立式套管的橫置管段的頂部。
[0020]如上所述的三相漿態床取熱單元，具有至少兩束所述的立式套管，每束立式套管中都設置有所述的下降管，其中各下降管的上端統一連至一水平集合下降總管，而各立式套管的上端統一連至一水平集合上升總管，所述水平集合下降總管與所述入口連接，所述水平集合上升總管與所述出口連接。
[0021]如上所述的三相漿態床取熱單元，所述水平集合下降總管套於所述水平集合上升總管內，二者同軸線布置，且水平集合下降總管與水平集合上升總管之間具有環空隙，以形成上升通道。
[0022]藉由以上技術方案，本實用新型的優點和特點在於:
[0023]1.本實用新型形成允許流體先從中部下降管下降、再從周圍環空隙上升的流道，使取熱單元的冷卻水首先自下降管頂部的入口引入，依靠重力沿下降管流至立式套管的底部，通過環空隙和分布在立式套管周圍的上升支管受熱並蒸發產汽，依靠上升管、下降管工質的密度差推動汽水混合物向上流動，具有取熱量高、易實現自然循環冷卻的特點，具備節約能源、系統運行安全可靠、簡化操作、結構簡單及製造方便等優點；
[0024]2.本實用新型將主上升管設置成包圍在下降管外部的套管，如此便保護了下降管內的冷卻流體不提前受熱，避免造成下降管內的汽水阻力增大，這種設置方式更利於自然循環冷卻的流暢性，保護了取熱單元不會局部過熱；
[0025]3.本實用新型將兩束或多束管路在器內集合成水平集合上升總管及水平集合下降總管，減少了器壁穿管數量，減小開孔引起器壁的削弱，降低器壁厚度，減少器外管道、閥門數量，特別適用於中、大型的裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]為令本實用新型的目的、技術手段及技術效果有更完整及清楚的揭露，以下進行詳細說明，並請一併參閱附圖及部件標號。
[0027]圖1為本實用新型的取熱單元的示意圖；
[0028]圖2為圖1中A-A線的截面示意圖；
[0029]圖3為圖2的另一種實施方式；
[0030]圖4為圖2的再一種實施方式，其中示出了套管外壁的肋片結構；
[0031]圖5為兩組本實用新型的取熱單元在組合狀態的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]首先需要說明的是，本實用新型中，術語「立式套管」的含義是，套管的軸向為豎直方向。
[0033]請參閱圖1所示，本實用新型提供一種三相漿態床取熱單元，包括:立式套管1，其底端11封閉，頂端具有出口 12 ;設置於該立式套管I內部的下降管2，下降管2頂部具有入口 22，底部插入至該立式套管I的封閉的底端11上方；該立式套管I與下降管2之間具有環空隙10，以形成允許流體先從中部下降管2下降、再從周圍環空隙10上升的流道；以及至少一個上升支管3，該至少一個上升支管3的一端從該立式套管I的下部環空隙10中延伸出，另一端匯入該立式套管I的上部環空隙10，以使該上升支管3與該立式套管I形成並聯上升管路。
[0034]其中，上升支管3包括引出管段31、垂直管段32和回流管段33，其中所述引出管段31和所述回流管段33分別與所述立式套管I連接，且內腔連通，而該垂直管段32的軸線平行於所述立式套管I的軸線。
[0035]參閱圖1至圖3所示，所述取熱單元包括多個上升支管3，各上升支管3互相間隔地均勻布置在所述立式套管I的周圍。
[0036]可選地，所述多個上升支管3的所述垂直管段32均布在與所述立式套管I同軸心的圓柱面上，如圖2。
[0037]可選地，所述多個上升支管3的所述垂直管段32均布在與所述立式套管I同形心的長方體的四個側面上，如圖3。
[0038]除上升支管外，本實用新型還可以通過強化換熱肋片來提高取熱單元的換熱效率，請參閱圖4所示，在所述立式套管I的外壁面設有強化換熱的肋片13。
[0039]較佳地，所述立式套管I的外壁面間隔地且均勻地設有多個所述肋片13，各肋片13沿套管I徑向凸出，且沿套管I軸向延伸設置。
[0040]以下說明本實用新型各管路之間的固定方式:
[0041]參閱圖1，立式套管I和套於其內的所述下降管2同軸設置，且兩管壁之間設置有用於保證二者同軸度的定位板4。
[0042]繼續參閱圖1，所述上升支管3的垂直管段32與所述立式套管I之間設置有用於將該上升支管3支撐定位於該立式套管I的支撐板5。
[0043]其中，所述支撐板5的厚度小於所述上升支管3垂直管段32的壁厚。
[0044]考慮到漿態床內的流體流動，支撐板5與水平方向成一角度α設置。其中，α在8°至10°之間更佳，但也不限於此範圍。
[0045]在本實用新型具有多個上升支管的情況下，為保證漿態床內流體順暢流動，各上升支管3的垂直管段32與所述立式套管I之間設置的支撐板5在套管的軸線方向上相互錯開布置，至少是，其中至少一個支撐板5與其它支撐板5在所述軸線方向上錯開布置。
[0046]較佳地，所述立式套管I的底端11與下降管2的底部出口 21之間的垂直距離s為I?1.5倍的下降管直徑。當該距離S過小時，會阻礙換熱介質在該底端11的流動，當該距離s過大時，可能會導致底端11積聚過多的介質流體而不能充分流動，導致局部超溫。
[0047]較佳地，所述下降管2自頂部開口 22至底部出口 21依序具有橫置管段24和垂直管段25，所述立式套管I亦對應具有橫置管段14和垂直管段15，其中，所述上升支管3設置在該立式套管I的垂直管段15上，而所述立式套管I頂端的出口 12設置在該立式套管I的橫置管段14的頂部。
[0048]根據不同的工藝要求，上升支管3和套管I的取熱高度較佳為不小於5m，最大高度根據管內汽水混合物安全傳熱流態確定。
[0049]參照圖5，當本實用新型的取熱單元具備至少兩束所述的立式套管I時，每束立式套管I中都設置有所述的下降管2，其中各下降管2的上端統一連至一水平集合下降總管61，而各立式套管I的上端統一連至一水平集合上升總管62，所述水平集合下降總管61與所述入口 22連接，所述水平集合上升總管62與所述出口 12連接。
[0050]較佳地，所述水平集合下降總管61套於所述水平集合上升總管62內，二者同軸線布置，且水平集合下降總管61與水平集合上升總管62之間具有環空隙63，以形成上升通道。工作時，介質流體從入口 22首先進入水平集合下降總管61，再分別引至各個下降管2中；介質流體返回時，首先從各套管I返回至水平集合上升總管62，再導至出口 12。如此便可以減少器壁穿管數量，減小開孔引起器壁的削弱，降低器壁厚度，減少器外管道、閥門數量。
[0051]此外，由於眾態床內有氫,為避免氫穿透,套管與上升支管較佳採用合金鋼。
[0052]實施使用時，套管用直徑200mm的無縫鋼管，下降管用直徑IOOmm的無縫鋼管，下降管出口與套管底端封頭內底的距離為100mm，保證封頭充分冷卻，不被燒壞，且局部阻力小；支撐板寬度取約30mm，兩支撐板軸向間距約1300?1500mm。取熱產汽壓力小於
2.5MPa，傳熱系統可達4000?6500KJ/(°C.m2.h)，具有節約電能、運行安全可靠、系統成熟應用廣泛、簡便操作、結構簡單及製造安裝方便等優點。
[0053]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，本領域的技術人員在本實用新型技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種三相漿態床取熱單元，其特徵在於，包括: 立式套管，其底端封閉，頂端具有出口 ； 設置於該立式套管內部的下降管，下降管頂部具有入口，底部插入至該立式套管的封閉的底端上方；該立式套管與下降管之間具有環空隙，以形成允許流體先從中部下降管下降、再從周圍環空隙上升的流道； 至少一個上升支管，該至少一個上升支管的一端從該立式套管的下部環空隙中延伸出，另一端匯入該立式套管的上部環空隙，以使該上升支管與該立式套管形成並聯上升管路。
2.根據權利要求1所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述上升支管包括引出管段、垂直管段和回流管段，其中所述引出管段和所述回流管段分別與所述立式套管連接，而該垂直管段的軸線平行於所述立式套管的軸線。
3.根據權利要求2所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述取熱單元包括多個上升支管，各上升支管互相間隔地均勻布置在所述立式套管的周圍。
4.根據權利要求3所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述多個上升支管的所述垂直管段均布在與所述立式套管同軸心的圓柱面上。
5.根據權利要求3所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述多個上升支管的所述垂直管段均布在與所述立式套管同形心的長方 體的四個側面上。
6.根據權利要求1-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，在所述立式套管的外壁面設有強化換熱的肋片。
7.根據權利要求6所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述立式套管的外壁面間隔地且均勻地設有多個所述肋片，各肋片沿套管徑向凸出，且沿套管軸向延伸設置。
8.根據權利要求1-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述立式套管和套於其內的所述下降管同軸設置，且兩管壁之間設置有用於保證二者同軸度的定位板。
9.根據權利要求2-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述上升支管的垂直管段與所述立式套管之間設置有用於將該上升支管支撐定位於該立式套管的支撐板。
10.根據權利要求9所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述支撐板的厚度小於所述上升支管垂直管段的壁厚。
11.根據權利要求9所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述支撐板與水平方向成一角度設置。
12.根據權利要求11所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述支撐板與水平方向的角度在8°至10°之間。
13.根據權利要求3-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述多個上升支管的垂直管段與所述立式套管之間均設置有用於將該上升支管支撐定位於該立式套管的支撐板，且其中至少一個支撐板與其它支撐板在所述立式套管的軸線方向上錯開布置。
14.根據權利要求1-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述立式套管的底端與下降管的底部出口之間的垂直距離為I~1.5倍的下降管直徑。
15.根據權利要求1-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述下降管自頂部入口至底部出口依序具有橫置管段和垂直管段，所述立式套管亦對應具有橫置管段和垂直管段，其中，所述上升支管設置在該立式套管的垂直管段上，而所述立式套管頂端的出口設置在該立式套管的橫置管段的頂部。
16.根據權利要求1-5任一項所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述取熱單元具有至少兩束所述的立式套管，每束立式套管中都設置有所述的下降管，其中各下降管的上端統一連至一水平集合下降總管，而各立式套管的上端統一連至一水平集合上升總管，所述水平集合下降總管與所述入口連接，所述水平集合上升總管與所述出口連接。
17.根據權利要求16所述的三相漿態床取熱單元，其特徵在於，所述水平集合下降總管套於所述水平集合上升總管內，二者同軸線布置，且水平集合下降總管與水平集合上升總管之間具有環空隙，以形成上升通`道。
【文檔編號】B01J8/22GK203663810SQ201320890510
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】趙景運, 焦風岐, 張文立, 張晶, 蔣曉偉, 孫樹東 申請人:北京石油化工工程有限公司