CN111765780A - 一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，筒体内连接有上、下管板，上、中部筒体内设有管道，管道将上管箱、下管箱连通，还包括分布器，分布器上至少连通有一个喷嘴，中部筒体至少连接有一个除盐水入口，分布器与除盐水入口连通，除盐水入口通过法兰连接有供水管线，供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，上管箱上端以及下管箱下端分别开设有冷介质出口、冷介质入口，中部筒体上端的侧壁连通有热介质入口，中部筒体下端的侧壁连通有热介质出口，具有壳程可在线清洗的缠绕管换热器，适用于加工高氮高氯原料油的加氢装置，可以突破换热网络设计中反应产物换热后温度限定的瓶颈，提高缠绕管换热器在加氢装置的适用性等技术特点。

Description

一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，更具体一点说，涉及一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，属于石油化工领域。

背景技术

缠绕管换热器由于其结构紧凑换热效率高在化肥、空分、LNG液化等装置应用广泛，近年来在加氢装置中的应用也逐渐增加，缠绕管换热器在加氢装置中多应用于加氢反应产物-加氢进料换热***，采用缠绕管换热器可以大幅度提高换热效率、减少燃料气消耗、降低生产成本，但在实际应用中，缠绕管换热器也存在一些缺点：加氢反应产物中的氯化铵、硫氢化铵会在换热器内部低温段形成结晶，由于现有的缠绕管换热器结构复杂无法在线清洗，一旦内部产生铵盐结晶容易导致换热效率降低、***压降升高、装置能耗增加甚至被迫停工，不利于装置安全平稳运行且增加了生产成本，在实际应用中，缠绕管换热器只能应用于加工低氮低氯原料油的装置，或者在换热网络设计中将反应产物换热后温度限定在远高于铵盐结晶温度区间(加氢装置中，氯化铵结晶温度区间在200℃-220℃，反应产物换热后温度通常限定高于220℃)，两种方法都限制了缠绕管换热器在加氢装置中的普及。陈章华[加氢装置绕管式换热器铵盐结晶分析及对策，J,石油化工防腐与防护，2016年第33卷第4期]，阐述了某加氢装置缠绕管换热器由于铵盐结晶换热效率下降能耗大幅增加装置被迫停工清洗，为避免换热器再次结晶，采取调整换热网络提高反应产物换热后温度的方法，此方法也导致装置能耗一定程度增加。

中国专利文献CN201822180841.1公布了一种防止绕管换热器积垢的反吹***，利用氮气反吹***定时对绕管换热器管壁上粘附的积垢进行吹除，但此方法无法适用于加氢装置，中国专利文献CN201610331183.4公布了一种易于清洁的绕管式换热器，利用超声波对换热器的筒体内部以及螺旋管束内部实现自动清洁，但由于铵盐结晶与设备内表面结合的附着力较高，此方法对于铵盐的清洗效果有限，不能普遍适用于加氢装置，因此研究开发具有可以适用于加工高氮高氯原料油的加氢装置，也可以突破换热网络设计中反应产物换热后温度限定的瓶颈，可以极大地提高缠绕管换热器在加氢装置的适用性等技术特点的缠绕管换热器是必然的趋势，具有很大的现实意义。

发明内容

为了解决上述现有技术问题，本发明提供具有可避免铵盐结晶而造成换热效率降低、***压降升高、装置能耗增加等技术特点的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，包括筒体，所述筒体内连接有上管板、下管板，所述上管板、下管板将筒体内部分隔为上管箱、中部筒体、下管箱三个空间，所述中部筒体内设有管道，所述管道将上管箱、下管箱连通，至少还包括一个环形管状的分布器，所述分布器位于中部筒体内部，所述分布器上至少连通有一个喷嘴，所述喷嘴开口方向朝下，所述中部筒体至少连接有一个除盐水入口，所述分布器与除盐水入口连通，所述除盐水入口通过法兰连接有供水管线，所述供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，所述阀门包括调节阀、手阀、单向阀；中部筒体内管道以外的空间构成换热器的壳程，所述上管箱上端以及下管箱下端分别开设有冷介质出口、冷介质入口，所述中部筒体上端的侧壁连通有热介质入口，所述中部筒体下端的侧壁连通有热介质出口。

作为一种改进，在所述中部筒体内设有中心管，且所述中心管两端分别连接在上管板、下管板上，所述上管板、下管板上开设有通孔，所述管道上端***上管板的通孔内以连通上管箱，所述管道下端往下延伸且环绕中心管形成螺旋状，所述管道下端***下管板的通孔内以连通下管箱，所述上管箱、下管箱通过管道相连以构成换热器的管程。

作为一种改进，所述上管板、下管板上分别开设有多个且数量相同的通孔，所述上管板的通孔围绕成闭环的图形结构，所述下管板的通孔与上管板的通孔上下一一对应，所述上管板的通孔内均***有一根管道，所述管道依次序且同方向环绕中心管形成一层螺旋管束覆盖中心管。

作为一种改进，所述上管板的通孔围绕上管板中心成圆形排布。

作为一种改进，所述圆形至少有三个，以上管板中心为圆心，多个所述圆形构成间隔排布的同心圆，每个圆形上所述通孔内的管道依次序且同方向环绕中心管形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块以间隔。

作为一种改进，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反。

作为一种改进，所述中心筒与筒体同轴心线。

作为一种改进，所述分布器位于中部筒体内部且环绕最外层螺旋管束；所述除盐水入口垂直连接在中部筒体上。

作为一种改进，所述中部筒体下端的侧壁上还连通有壳程排液口以防止水份在换热器壳程下部聚集产生湿硫化氢腐蚀。

作为一种改进，最内层螺旋管束与中心筒间设置有二号垫块，所述分布器围绕成圆形面，位于圆形面上的二号垫块凹陷有弧形凹槽，自外而内在圆形面上的一号垫块均朝向弧形凹槽弯曲且弯曲弧度逐渐降低，弧形长度逐渐增加。(此处是一组异形垫块，均向分布器所在平面圆心弯曲，且厚度向圆心逐渐减小)

有益效果：本缠绕管换热器实现了在线清洗，避免缠绕管换热器在使用过程中因产生胺盐结晶导致能耗上升甚至被迫停工，极大地提高了采用缠绕管换热器的加氢装置的原料适应性，也突破了采用缠绕管换热器的加氢装置换热网络设计中反应产物换热后温度必须高于铵盐结晶温度的瓶颈，提高了缠绕管换热器在加氢装置的适用性，本缠绕管换热器适用于加氢装置换热***，对加氢原料适应性广，对反应产物换热后温度不设限定，适用性广，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明竖向剖视图。

图2是A处透视图。

图3是本发明B-B处剖视图。

图4是本发明垫块与管道部分结构示意图。

图5是本发明采用两个分布器结构示意图。

图6是分布器剖面图。

图7是喷嘴角度方案一示意图。

图8是喷嘴角度方案二示意图。

图9是喷嘴角度方案三示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-6所示为一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器的具体实施例，该实施例一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，包括筒体1，所述筒体1内连接有上管板3、下管板4，所述上管板3、下管板4将筒体1内部分隔为上管箱5、中部筒体6、下管箱7三个空间，所述中部筒体6内设有管道2，所述管道2将上管箱5、下管箱7连通，至少还包括一个环形管状的分布器14，所述分布器14位于中部筒体6内部，所述分布器14上至少连通有一个喷嘴15，本申请优选所述喷嘴15开口方向朝下筒体1内部，如图7-9为喷嘴15角度设计的三种方案，分别为竖直朝下设置、水平朝向中部筒体6设置、倾斜朝向中部筒体6设置，参见图6，本申请喷嘴15角度设计变化范围为90度，具体的角度变化范围为：从喷嘴15竖直朝下开始，逆时针转动90度的范围均为喷嘴15可设计的角度，同一个分布器15上连接的若干个喷嘴16角度均相同，所述中部筒体6至少连接有一个除盐水入口16，多喷嘴15，多分布器14、多除盐水入口16设计，可以使除盐水和壳程物料更充分地混合，提高了清洗效果，高效的将缠绕管换热器壳程低温段的铵盐结晶溶解后随反应产物排出，如图5所示，采用两个分布器14设计，两个分布器14上下间隔设计，分别位于中部筒体6的上部和下部上，上部分布器14主要用于清洗氯化铵，下部分布器14主要用于清洗硫氢化铵，当采用分布器14时，分布器14优选位于中部筒体6的上部位置，所述分布器14与除盐水入口16连通，所述除盐水入口16通过法兰连接有供水管线，所述供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，所述阀门包括调节阀、单向阀；中部筒体6内管道2以外的空间构成换热器的壳程，所述上管箱5上端以及下管箱7下端分别开设有冷介质出口8、冷介质入口9，所述中部筒体6上端的侧壁连通有热介质入口10，所述中部筒体6下端的侧壁连通有热介质出口11，参与换热的低温物料从下管箱7底部冷介质入口9进入，从上管箱5顶部冷介质出口8流出，高温的反应产物从热介质出口11进入，从热介质出口11流出；

通过冷介质入口9往下管箱7内注入低温物料，低温物料通过管道2流向上管箱5(从下往上模式)，通过热介质入口10往中部筒体6内注入高温的反应产物(从上往下模式)，高温的反应产物充分接触管道2并与其内的低温物料换热，换热后的高温的反应产物从热介质出口11流出，而充分换热后的低温物料进入到上管箱5内并从冷介质出口8流出，由于热介质从上往下进入到换热器的壳程，冷介质从上往下进入到上管箱5，使得进入到上管箱5内的介质得到充分的换热，通过水洗除盐设备连续或间断注入除盐水(或除氧水，通常要求水中氧含量不大于20μg/g，氯离子含量不大于5μg/g)通过除盐水入口进入到分布器14内，并通过喷嘴15往下喷出，实现将中部筒体6内(缠绕管换热器壳程)低温段的铵盐结晶溶解后随反应产物排出，与除盐水入口连接的除盐水供水管线上的流量计用于监控注入的除盐水量，除盐水供水管线上的阀门或调节阀用于精确控制注入的除盐水流量以确保最佳清洗效果，除盐水供水管线上的单向阀用来防止除盐水意外中断后壳体介质反窜，除盐水供水管线上的压力表用来监控壳程各段压差变化趋势以判断水冲洗效果，可以使使用缠绕管换热器的加氢装置避免铵盐结晶并附着在管道2外壁上而造成换热效率降低、***压降升高、装置能耗增加以及导致被迫停工，保持了装置长期平稳运行。

作为一种改进的实施例，在所述中部筒体6内设有中心管61，且所述中心管61两端分别连接在上管板3、下管板4上，所述上管板3、下管板4上开设有通孔，所述管道2上端***上管板3的通孔内以连通上管箱5，所述管道2下端往下延伸且环绕中心管61形成螺旋状，所述管道2下端***下管板4的通孔内以连通下管箱7，所述上管箱3、下管箱4通过管道2相连以构成换热器的管程，螺旋状的管道2设计，使得在空间有限的中部筒体6内，最大化的实现换热效率的提高，结构简单，实用性强。

作为一种改进的实施例，所述上管板3、下管板4上分别开设有多个且数量相同的通孔，所述上管板3的通孔围绕成闭环的图形结构，所述下管板4的通孔与上管板3的通孔上下一一对应，所述上管板3的通孔内均***有一根管道2，所述管道2依次序且同方向环绕中心管61形成一层螺旋管束覆盖中心管61；多根管道2设计，使得上管箱5与下管箱7流通量大，进一步的，由于管道2依次序且同方向环绕中心管61形成一层螺旋管束覆盖中心管61，使得管道2暴露在换热器的壳程内的面积大，便于充分换热的实现。

作为一种改进的实施例，所述上管板3的通孔围绕上管板3中心成圆形排布，结构简单，实用性强。

作为一种改进的实施例，所述圆形至少有三个，以上管板3中心为圆心，多个所述圆形构成间隔排布的同心圆，每个圆形上所述通孔内的管道2依次序且同方向环绕中心管61形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间连接有一号垫块12以间隔，相邻层螺旋管束间连接有一号垫块12以间隔，添加垫块12设计，使得相邻层的螺旋管束间也可以流通热介质，便于高效的换热，在有限的中部筒体6内，设计多层的螺旋管束，既可使得换热效率高，也可以满足上管箱5、下管箱7间的设定流通量。

作为一种改进的实施例，相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反，层层叠加，不同层螺旋管束的缝隙错开，缝隙错开，增加了壳程物流的湍流程度，提高了换热系数，更大效率的围绕中心管61进行螺旋环绕，对相邻层螺旋管束间排布影响小。

作为一种改进的实施例，所述中心管61与筒体1同轴心线，结构上对称，便于均与换热。

作为一种改进的实施例，所述分布器14位于中部筒体6内部且环绕最外层螺旋管束；所述除盐水入口16垂直连接在中部筒体6上。

作为一种改进的实施例，所述中部筒体6下端的侧壁上还连通有壳程排液口17以防止水份在换热器壳程下部聚集产生湿硫化氢腐蚀。

作为一种改进的实施例，最内层螺旋管束与中心筒7间连接有二号垫块13，所述分布器14围绕成圆形面，位于圆形面上的二号垫块13凹陷有弧形凹槽，自外而内在圆形面上的一号垫块(此处是一组垫块，均向分布器所在平面圆心弯曲，且厚度向圆心逐渐减小)12均朝向弧形凹槽弯曲且弯曲弧度逐渐降低，弧形长度逐渐增加，留出分布器14安装位置，安装螺旋管束时，分布器14一同装入中部筒体6内，结构简单，实用性强，如图4所示展现了三组垫块，实际上在换热器的截面上，垫块的组数和管板上的圈数一致，一号垫块12与一号垫块12以及二号垫块13与一号垫块12间的间隙距离均相同，且间隙与管道2的直径相适配以完美贴合管道2。

最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：包括筒体(1)，所述筒体(1)内连接有上管板(3)、下管板(4)，所述上管板(3)、下管板(4)将筒体(1)内部分隔为上管箱(5)、中部筒体(6)、下管箱(7)三个空间，所述中部筒体(6)内设有管道(2)，所述管道(2)将上管箱(5)、下管箱(7)连通，至少还包括一个环形管状的分布器(14)，所述分布器(14)位于中部筒体(6)内部，所述分布器(14)上至少连通有一个喷嘴(15)，所述喷嘴(15)开口方向朝下，所述中部筒体(6)至少连接有一个除盐水入口(16)，所述分布器(14)与除盐水入口(16)连通，所述除盐水入口(16)通过法兰连接有供水管线，所述供水管线上连接有阀门、流量计、压力表，所述阀门包括调节阀、手阀、单向阀；中部筒体(6)内管道(2)以外的空间构成换热器的壳程，所述上管箱(5)上端以及下管箱(7)下端分别开设有冷介质出口(8)、冷介质入口(9)，所述中部筒体(6)上端的侧壁连通有热介质入口(10)，所述中部筒体(6)下端的侧壁连通有热介质出口(11)。

2.根据权利要求1所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：在所述中部筒体(6)内设有中心管(61)，且所述中心管(61)两端分别连接在上管板(3)、下管板(4)上，所述上管板(3)、下管板(4)上开设有通孔，所述管道(2)上端***上管板(3)的通孔内以连通上管箱(5)，所述管道(2)下端往下延伸且环绕中心管(61)形成螺旋状，所述管道(2)下端***下管板(4)的通孔内以连通下管箱(7)，所述上管箱(3)、下管箱(4)通过管道(2)相连以构成换热器的管程。

3.根据权利要求2所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述上管板(3)、下管板(4)上分别开设有多个且数量相同的通孔，所述上管板(3)的通孔围绕成闭环的图形结构，所述下管板(4)的通孔与上管板(3)的通孔上下一一对应，所述上管板(3)的通孔内均***有一根管道(2)，所述管道(2)依次序且同方向环绕中心管(61)形成一层螺旋管束覆盖中心管(61)。

4.根据权利要求3所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述上管板(3)的通孔围绕上管板(3)中心成圆形排布。

5.根据权利要求4所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于，所述圆形至少有三个，以上管板(3)中心为圆心，多个所述圆形构成间隔排布的同心圆，每个圆形上所述通孔内的管道(2)依次序且同方向环绕中心管(61)形成一层螺旋管束，相邻层螺旋管束间设置有一号垫块(12)以间隔。

6.根据权利要求5所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：相邻两层螺旋管束的螺旋方向相反。

7.根据权利要求2或3或4或5或6所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述中心管(61)与筒体(1)同轴心线。

8.根据权利要求1所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：其特征在于：所述分布器(14)位于中部筒体(6)内部且环绕最外层螺旋管束；所述除盐水入口(16)垂直连接在中部筒体(6)上。

9.根据权利要求2或3或4或5或6或8所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：所述中部筒体(6)下端的侧壁上还连通有壳程排液口(17)以防止水份在换热器壳程下部聚集产生湿硫化氢腐蚀。

10.根据权利要求5所述的一种壳程可在线清洗的缠绕管换热器，其特征在于：最内层螺旋管束与中心筒(7)间设置有二号垫块(13)，所述分布器(14)围绕成圆形面，位于圆形面上的二号垫块(13)凹陷有弧形凹槽，自外而内在圆形面上的一号垫块(12)均朝向弧形凹槽弯曲且弯曲弧度逐渐降低，弧形长度逐渐增加。

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