CN204064012U - 溶剂再生塔塔顶冷凝***及所用的板壳式换热器 - Google Patents

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栾辉宝
郑伟业
迟浩淼
王崧
孙超
钱晔
张建民
张磊
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ZHEJIANG JIANYE CHEMICAL CO Ltd
711th Research Institute of CSIC
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ZHEJIANG JIANYE CHEMICAL CO Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种板壳式换热器,包括圆筒状壳体、板芯组、导流块、板程进口管嘴、板程出口管嘴、壳程进口管嘴、壳程出口管嘴、压紧板、板芯法兰面和壳体法兰面等。本实用新型还同时提供了利用上述板壳式换热器制备而成的溶剂再生塔塔顶冷凝***,该溶剂再生塔塔顶冷凝***包括从上至下依次安装在再生塔顶部的板壳式换热器和分液罐;再生塔内的热介质自气体出口进入壳程进口管嘴;该热介质通过壳程流道后被冷凝,冷凝的两相流体从壳程出口管嘴流出后通过回流液管嘴流入至分液罐内;冷却水从板程进口管嘴经介质进口管道进入板程流道内,升温后的冷却水最终经介质出口管道后从板程出口管嘴流出。

Description

溶剂再生塔塔顶冷凝***及所用的板壳式换热器
技术领域
本实用新型属于传热技术领域,涉及一种溶剂再生塔塔顶冷凝***及所用的板壳式换热器,属于传热装置技术领域。
背景技术
溶剂再生塔(简称再生塔)是一座采用部分冷凝器、液相全回流的精馏塔构型。进入溶剂再生塔的釜液含有的大部分酸性气体在塔内解析,然后进入再生塔底重沸器被进一步加热解吸,溶剂液得到充分再生;同时塔顶的大量气相介质在塔顶冷凝器内通过冷媒冷却至液相,然后通过自然回流(如图1)或者强制回流(如图2)两种形式将冷凝的液相介质回流至塔器顶部。自然回流是利用塔顶冷凝器与塔器回流口之间的高位差来实现冷凝介质的回流,强制回流采用泵提供输送动力。
上述现有的再生塔顶冷凝器存在两方面的不足:(1)强制回流方式工艺布置复杂。自然回流工艺流程相对简单,但是相比强制回流方式塔顶冷凝器的布置标高必然要高于再生塔顶部标高,对换热器要求体积小、重量轻。(2)塔顶冷凝器腐蚀严重。再生塔塔顶气进入冷凝器,介质中的CO2-H2S-H2O会造成换热器内部的均匀腐蚀、氢鼓泡、氢脆和应力腐蚀开裂。换热器内部腐蚀严重,使用寿命短,需频繁停车检修及更换,大大降低了装置生产能力,并且设备维修费用升高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种溶剂再生塔塔顶冷凝***及所用的板壳式换热器;板壳式换热器具有体积小、重量轻的特点,可直接支撑安装在再生塔的顶部;从而使本实用新型的溶剂再生塔塔顶冷凝***能采用自然回流方式将冷凝的液相介质回流至再生塔的顶部。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供一种板壳式换热器,包括圆筒状壳体、板芯组、导流块、板程进口管嘴、板程出口管嘴、壳程进口管嘴、壳程出口管嘴、压紧板、板芯法兰面和壳体法兰面;在圆筒状壳体的前端设置壳体法兰面,圆筒状壳体的后端为密封端;
板片为圆形的波纹板片,在板片上分别设置1个圆形的介质进口和1个圆形的介质出口,所述介质进口、介质出口的中心连线与板片的中心点位于同一直线上;
每个板对由两片板片11两两面对(即,两片板片11正面对正面)的沿着2个介质进口的圆周边缘进行焊接、且同时沿着2个介质出口的圆周边缘进行焊接,从而使2个板片的介质进口相对应的密封吻合,2个板片的介质出口也相对应的密封吻合;每个板对的2个板片之间的间隙形成壳程流道;
若干个板对之间沿着外圆周焊接从而形成板芯组2:相邻的2个板对上,各取一片面朝相邻板对的板片,将此2片板片沿着板片的外圆周密封焊接,从而使相邻的2个板对的2片板片之间的间隙形成板程流道(17);
板芯组上所有的介质进口的中心线相重合,所有的介质进口连接形成介质进口管道;板芯组上所有的介质出口的中心线相重合,所有的介质出口连接形成介质出口管道;
板芯组的两端分别同板芯法兰面和压紧板固定相连,板芯组和板芯法兰面以及压紧板的中心线相重合(即,3者同心布置)。
导流块为弧形板,导流块的长度等于板芯组的长度;
在板芯组的左右两侧各设置一块导流块,每块导流块的两端均分别与板芯法兰面、压紧板焊接,导流块的内侧面与板芯组保持5~10mm的间隙,从而使板芯法兰面、板芯组、压紧板以及2块导流块构成一个焊接整体;该焊接整体中的板芯组、压紧板以及2块导流块被装入圆筒状壳体中,压紧板与圆筒状壳体的后端(即,密封端)保持5~20mm的装配间隙;导流块的外侧面紧贴圆筒状壳体的内壁;壳体法兰面与板芯法兰面固定相连;
在圆筒状壳体的上下壁面分别设有壳程进口管嘴、壳程出口管嘴;壳程进口管嘴、壳程出口管嘴均与圆筒状壳体的内腔相连通;且壳程进口管嘴、壳程出口管嘴之间的连线(中心连线)与2块导流块之间的连线(中心连线)呈“十”字状;
在板芯法兰面上分别设置板程进口管嘴和板程出口管嘴;板程进口管嘴与介质进口管道相连通,板程出口管嘴与介质出口管道相连通。
作为本实用新型的板壳式换热器的改进:
板片上的波纹与介质进口、介质出口的中心连线形成夹角α;夹角α例如可为50~70°。
每个板对由两片板片11两两面对时,两片板片上的夹角α对称的位于介质进口和介质出口的中心连线的两侧;此两片板片上的波纹交错布置,壳程流道呈交错的网状。
作为本实用新型的板壳式换热器的进一步改进:
相邻的2个板对上相互焊接的两片板片上的夹角α对称的位于介质进口和介质出口的中心连线的两侧;此两片板片上的波纹交错布置,板程流道呈交错的网状。
作为本实用新型的板壳式换热器的进一步改进:
所述板芯法兰面呈圆形,所述板芯法兰面的直径比板片的直径大40~150mm;
所述压紧板呈圆形,所述压紧板的直径等于板片的直径。
作为本实用新型的板壳式换热器的进一步改进:
所述导流块是弧度为π/6~π/4的弧形板。
作为本实用新型的板壳式换热器的进一步改进:
所述板片为钛材制成的波纹板片,板片上的波纹的深度h为2.5mm~4mm,波纹的宽度L为10mm~15mm;
本实用新型还同时提供了利用上述板壳式换热器制备而成的溶剂再生塔塔顶冷凝***,该溶剂再生塔塔顶冷凝***包括从上至下依次安装在再生塔顶部的板壳式换热器和分液罐;
分液罐的侧壁从上至下分别设有排气口和回流液管嘴,在分液罐的底部设置带有溢流管的液封装置;
再生塔的气体出口(位于靠近塔顶的侧壁,此属于现有技术)与壳程进口管嘴相连通,壳程出口管嘴与回流液管嘴相连通;板程进口管嘴外接冷却水。
本实用新型的溶剂再生塔塔顶冷凝***的工作原理为:
再生塔300内的热介质(即塔顶气)自气体出口进入壳程进口管嘴;该热介质通过壳程流道后被冷凝,冷凝的两相流体从壳程出口管嘴流出后通过回流液管嘴流入至分液罐内;
冷却水从板程进口管嘴经介质进口管道进入板程流道内,升温后的冷却水最终经介质出口管道后从板程出口管嘴流出。
本实用新型的有益效果具体如下:
(1)该种冷却***的布置方式在再生塔顶的内置式冷凝器中,采用自然回流方式将冷凝的液相介质回流至位于再生塔顶部的分液罐,工艺流程简单。且由于板壳式换热器采用钛板片,耐腐蚀性好,能够极大地降低设备的更换频率,最大限度地降低装置的安装费用和维护费用,并保证装置长周期安全可靠运行。
(2)在冷凝液出口设置设置带有溢流管的液封装置,保证冷凝液能够顺利排出热交换管,同时防止塔内热介质气体倒流。
(3)换热板片(板片)采用波纹板能够强化换热,换热效率高。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是塔顶冷凝器的自然回流布置方式(现有技术);
图2是塔顶冷凝器的强制回流布置方式(现有技术);
图3是本实用新型的安装在再生塔顶部的溶剂再生塔塔顶冷凝***的示意图;
图4是图3中的板壳式换热器的结构示意图(为***图);
图5是图4中的板片11的主视图(正面图);
图6是图5的右视局部示意图;
图7是图5的后视图(反面图);
图8是图3的工作原理图。
图中,1-圆筒状壳体;2-板芯组;3-导流块;4-板程进口管嘴;5-板程出口管嘴;6-壳程进口管嘴;7-壳程出口管嘴;8-压紧板;9-板芯法兰面;10-壳体法兰面;11-板片;12-螺纹孔;13-介质进口;14-介质出口;15-介质进口管道;16-介质出口管道;17-板程流道;18--壳程流道;
20-排气口;30-回流液管嘴;40-带有溢流管的液封装置;50-气体出口;100-板壳式换热器;200-分液罐;300-再生塔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步描述,以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案,而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
实施例1、一种板壳式换热器,如图4所示,包括圆筒状壳体1、板芯组2、导流块3、板程进口管嘴4、板程出口管嘴5、壳程进口管嘴6、壳程出口管嘴7、压紧板8、板芯法兰面9、壳体法兰面10。
圆筒状壳体1的前端设有壳体法兰面10,圆筒状壳体1的后端为密封端。
具体如下:
板片11如图5、图6和图7所示,板片11为波纹板片(优先选用为钛材制成的波纹板片),波纹的深度h设定在2.5mm~4mm,波纹的宽度L设定在10mm~15mm;在板片11的上分别设置1个圆形的介质进口13和1个圆形的介质出口14。所述介质进口13、介质出口14的中心连线与板片11的中心点位于同一直线上。板片11上的波纹与介质进口13、介质出口14的中心连线形成夹角α。
每个板对由两片板片11两两面对(即,两片板片11正面对正面)的沿着2个介质进口13的圆周边缘进行焊接、且同时沿着2个介质出口14的圆周边缘进行焊接,此时,2个板片11的介质进口13相对应的密封吻合,2个板片11的介质出口14也相对应的密封吻合。每个板对的2个板片11之间的间隙形成壳程流道18;
备注说明:图5是板片11的正面视图,图7是板片11的反面视图,
两片板片11两两面对的意思就是:两片板片11上的夹角α对称的位于介质进口1、介质出口14的中心连线的两侧。由此构成了波纹和波纹的交错布置。因此壳程流道18呈交错的网状。
若干个板对之间沿着外圆周焊接从而形成板芯组2;具体如下:相邻的2个板对上,各取一片面朝相邻板对的板片11,将此2片板片11沿着板片11的外圆周密封焊接,从而使上述2片板片11之间的间隙形成板程流道17。此时,上述相互焊接的两片板片11上的夹角α对称的位于介质进口13和介质出口14的中心连线的两侧。此两片板片11上的波纹交错布置,因此板程流道17也呈交错的网状。
板芯组2上所有的介质进口13的中心线相重合,所有的介质进口13连接形成介质进口管道15;同理,板芯组2上所有的介质出口14的中心线相重合,所有的介质出口14连接形成介质出口管道16。
板芯组2的两端分别同板芯法兰面9和压紧板8焊接,板芯法兰面9的外圆周要大于板片11的尺寸(即,一般,板芯法兰面9的直径比板片11的直径大40~150mm),而压紧板8的外圆周同板片11的外圆周尺寸相同(即,压紧板8的直径=板片11的直径)。板芯组2和板芯法兰面9以及压紧板8同心布置(即,3者的中心线相重合)。
导流块3为弧度为π/6~π/4的弧形板,该弧形板的长度=板芯组2的长度;共设有2块导流块3。
在板芯组2的左右两侧各设置一块导流块3,每块导流块3的两端均分别与板芯法兰面9、压紧板8通过焊接的方式进行相连。这样板芯法兰面9,板芯组2,压紧板8,导流块3(共2块)就构成了一个焊接整体。该焊接整体中的板芯组2、压紧板8以及2块导流块3被装入圆筒状壳体1中,压紧板8与圆筒状壳体1的后端(即,密封端)保持5~20mm的装配间隙;导流块3的外侧面紧贴圆筒状壳体1的内壁。导流块3的内侧面与板芯组2保持5~10mm的间隙;壳体法兰面10设有螺纹孔12,板芯法兰面9设有与螺纹孔12相对应的螺纹孔,因此,壳体法兰面10和板芯法兰面9可通过螺栓实现连接。
在圆筒状壳体1的上下壁面分别设有壳程进口管嘴6、壳程出口管嘴7;所述壳程进口管嘴6、壳程出口管嘴7均分别与圆筒状壳体1的内腔相连通。即,壳程进口管嘴6、壳程出口管嘴7之间的连线与2块导流块3之间的连线呈“十”字状。
在板芯法兰面9上分别设有板程进口管嘴4和板程出口管嘴5;板程进口管嘴4与介质进口管道15相连通,板程出口管嘴5与介质出口管道16相连通。
实施例2、利用实施例1所述的板壳式换热器制备而成的溶剂再生塔塔顶冷凝***,如图3所示:该溶剂再生塔塔顶冷凝***包括从上至下依次安装(可通过常规的加固支撑件的方式实现安装)在再生塔300顶部的板壳式换热器100和分液罐200;再生塔300的靠近塔顶的侧壁设有气体出口50。
分液罐200的侧壁从上至下分别设有排气口20和回流液管嘴30,在分液罐200的底部设置带有溢流管的液封装置40(属于常规技术)。同时一定高度(在本实用新型一般设定为400~600mm)的液封还可以防止塔内热介质气体倒流(属于常规技术)。
备注说明:此400~600mm是指溢流管与分液罐200的连接点至溢流管底端的距离。
回流液管嘴30与壳程出口管嘴7相连通;以保证冷凝液能够顺利排出。气体出口50与壳程进口管嘴6相连通。
板程进口管嘴4外接冷却水。
工作原理如下(如图8所示):
1、壳程流道:
再生塔300内的热介质(即塔顶气)从塔底上升,穿过再生塔300内的低阻力件(再生塔自配,属于现有技术,在图3中作了图面省略处理)上升至塔顶,自气体出口50进入壳程进口管嘴6;
由于在板芯组2的左右两侧各设置一块导流块3,因此,气体不会直接沿着圆筒状壳体1的内壁流动至壳程出口管嘴7,而是通过每个板对所形成的壳程流道18后,再汇总至壳程出口管嘴7;冷凝的两相流体从壳程出口管嘴7流出;该冷凝的两相流体从回流液管嘴30流入至分液罐200内;
2、板程流道:
冷却水从板程进口管嘴4流入板芯组2内,经介质进口管道15的分流后分别进入板芯组2的板程流道17内,升温后的冷却水最终被介质出口管道16收集后从板程出口管嘴5流出。
备注说明:板程流道17的冷却水与壳程流道18的塔顶气形成逆流(在板片11的两侧进行间壁式换热),带走塔顶气所释放的潜热和显热,塔顶气中的可凝成分冷凝成液态(即冷凝液)。塔顶气中还含有一部分不凝气体,组分通常为H2S,COS,N2,CO2等,称之为酸性气体。冷凝液与酸性气体组成的两相流体进入分液罐200中进行分离。冷凝液在分液罐200中受重力作用,通过冷凝液出口进入溢流管,回流至再生塔300内的塔盘(为塔盘式再生塔内的一个部件)。经气液分离后的酸性气体,从排气口20排出至火炬。
备注说明:火炬为石化厂中的常见装置,用途是将一些对大气会造成污染的化工气体进行燃烧后排放。
为了保证溶剂再生塔塔顶冷凝***的可靠性,应使两种介质(塔顶气和冷却水)不接触,不外泄,设备必须密封紧密。该冷凝器传热元件为钛板片(即板片11为钛板片),两板片11之间通过全自动激光焊接介质进出口13的圆周边缘和介质出口14的圆周边缘从而形成板对;板对之间通过全自动激光焊接板片11的外圆周最终形成板芯组2。本实用新型由于使用全焊接板式结构形式,使得该冷凝器在发挥板式热交换器高效传热性能的同时,保证了密封性能,提高了承压能力,设备安全可靠。
而传统的塔顶冷凝器多采用管壳式换热器,体积大,重量重,无法跟再生塔布置为一体,通常需要设置单独的支架基础。而本实用新型的板壳式换热器具有传热效率高、紧凑化以及重量轻等优点,使得它可以布置在再生塔300的顶部,跟再生塔300成为一体,而不需要单独外置支持结构。
经检测,本实用新型的板壳式换热器100的传热系数是普通管壳式换热器的2~4倍。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本实用新型的若干个具体实施例。显然,本实用新型不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.板壳式换热器,其特征是:包括圆筒状壳体(1)、板芯组(2)、导流块(3)、板程进口管嘴(4)、板程出口管嘴(5)、壳程进口管嘴(6)、壳程出口管嘴(7)、压紧板(8)、板芯法兰面(9)和壳体法兰面(10);在圆筒状壳体(1)的前端设置壳体法兰面(10),圆筒状壳体(1)的后端为密封端;
板片(11)为圆形的波纹板片,在板片(11)上分别设置1个圆形的介质进口(13)和1个圆形的介质出口(14),所述介质进口(13)、介质出口(14)的中心连线与板片(11)的中心点位于同一直线上;
每个板对由两片板片11两两面对的沿着2个介质进口(13)的圆周边缘焊接、且同时沿着2个介质出口(14)的圆周边缘焊接,从而使2个板片(11)的介质进口(13)相对应的密封吻合,2个板片(11)的介质出口(14)也相对应的密封吻合;每个板对的2个板片(11)之间的间隙形成壳程流道(18);
若干个板对之间沿着外圆周焊接从而形成板芯组2:相邻的2个板对上各取一片面朝相邻板对的板片(11),将此2片板片(11)沿着板片(11)的外圆周密封焊接,从而使相邻的2个板对的2片板片(11)之间的间隙形成板程流道(17);
板芯组(2)上所有的介质进口(13)的中心线相重合,所有的介质进口(13)连接形成介质进口管道(15);板芯组(2)上所有的介质出口(14)的中心线相重合,所有的介质出口(14)连接形成介质出口管道(16);
板芯组(2)的两端分别同板芯法兰面(9)和压紧板(8)固定相连,板芯组(2)和板芯法兰面(9)以及压紧板(8)的中心线相重合;
导流块(3)为弧形板,导流块(3)的长度等于板芯组(2)的长度;
在板芯组(2)的左右两侧各设置一块导流块(3),每块导流块(3)的两端均分别与板芯法兰面(9)、压紧板(8)焊接,导流块(3)的内侧面与板芯组(2)保持5~10mm的间隙,从而使板芯法兰面(9)、板芯组(2)、压紧板(8)以及2块导流块(3)构成一个焊接整体;该焊接整体中的板芯组(2)、压紧板(8)以及2块导流块(3)被装入圆筒状壳体(1)中,压紧板(8)与圆筒状壳体(1)的后端保持5~20mm的装配间隙;导流块(3)的外侧面紧贴圆筒状壳体(1)的内壁;壳体法兰面(10)与板芯法兰面(9)固定相连;
在圆筒状壳体(1)的上下壁面分别设有壳程进口管嘴(6)、壳程出口管嘴(7);所述壳程进口管嘴(6)、壳程出口管嘴(7)均与圆筒状壳体(1)的内腔相连通;且壳程进口管嘴(6)、壳程出口管嘴(7)之间的连线与2块导流块(3)之间的连线呈“十”字状;
在板芯法兰面(9)上分别设置板程进口管嘴(4)和板程出口管嘴(5);板程进口管嘴(4)与介质进口管道(15)相连通,板程出口管嘴(5)与介质出口管道(16)相连通。
2.根据权利要求1所述的板壳式换热器,其特征是:
板片(11)上的波纹与介质进口(13)、介质出口(14)的中心连线形成夹角α;
每个板对由两片板片11两两面对时,两片板片(11)上的夹角α对称的位于介质进口(13)和介质出口(14)的中心连线的两侧;此两片板片(11)上的波纹交错布置,壳程流道(18)呈交错的网状。
3.根据权利要求2所述的板壳式换热器,其特征是:
相邻的2个板对上相互焊接的两片板片(11)上的夹角α对称的位于介质进口(13)和介质出口(14)的中心连线的两侧;板程流道(17)呈交错的网状。
4.根据权利要求1、2或3所述的板壳式换热器,其特征是:
所述板芯法兰面(9)呈圆形,所述板芯法兰面(9)的直径比板片(11)的直径大40~150mm;
所述压紧板(8)呈圆形,所述压紧板(8)的直径等于板片(11)的直径。
5.根据权利要求4所述的板壳式换热器,其特征是:
所述导流块(3)是弧度为π/6~π/4的弧形板。
6.根据权利要求5所述的板壳式换热器,其特征是:
所述板片(11)为钛材制成的波纹板片,板片(11)上的波纹的深度h为2.5mm~4mm,波纹的宽度L为10mm~15mm。
7.利用如权利要求1~6任一所述的板壳式换热器制备而成的溶剂再生塔塔顶冷凝***,其特征是:该溶剂再生塔塔顶冷凝***包括从上至下依次安装在再生塔(300)顶部的板壳式换热器(100)和分液罐(200);
分液罐(200)的侧壁从上至下分别设有排气口(20)和回流液管嘴(30),在分液罐(200)的底部设置带有溢流管的液封装置(40);
再生塔(300)的气体出口(50)与壳程进口管嘴(6)相连通,壳程出口管嘴(7)与回流液管嘴(30)相连通;板程进口管嘴(4)外接冷却水。
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