二脱三流体波纹管换热器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种二脱三流体波纹管换热器，包括下换热段和与所述下换热段相连的上换热段；下换热段包括第一筒体，第一筒体的底端设有下封头；上换热段包括第二筒体，第二筒体的顶端设有上封头；第一筒体和第二筒体的内部均设有两端固定于管板的换热管。本实用新型通过一种管程物料与多种不同的壳程物料同时换热，不仅实现了对管程介质的余热回收，而且节约了加热不同的壳程介质所消耗的能源，降低了设备成本，节约了场地；换热管采用金属波纹管，既提高了传热系数，增大了传热面积，又增强了耐温耐压性能，提高了防垢除垢能力，延长了设备寿命；上部筒体采用外导流筒结构，不仅起到对壳程介质的导流作用，而且提高了传热性能。
【专利说明】二脱三流体波纹管换热器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于石油化工行业中的换热装置，尤其涉及一种应用于化肥合成氨工艺流程的余热回收系统中的二脱三流体波纹管换热器。
【背景技术】
[0002]氨是所有食物和肥料的重要组成部分，是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥，化肥工业中合成氨的方法因原料的不同主要有烃类蒸汽转化法、重油部分氧化法、煤部分氧化法。作为大型合成氨装置原料的烃类主要由天然气、重油、石脑油和油田伴生气等。其中，烃类蒸汽转化合成氨方法目前约占大型合成氨厂中生产能力的85%，主要的工艺流程包括造气、脱硫、转化、废热回收、高低温变换、脱处二氧化碳、压缩及合成等。化肥工业是能源、矿产资源、水资源消耗密集型产业，其能源消耗约占全国能源消费总量的3%，约占化学工业能耗的35%。
[0003]换热器是石油化工行业尤其是化肥工业中，作为节能和余热回收不可必缺的设备，并且随着生产能力的提高、生产装置的大型化，换热设备随之增加，但是由于场地受限，若仍然采用普通的换热器很难达到工艺要求，另外，普通的换热器还普遍存在以下两方面的问题:一方面，传统的换热器传热系数低、传热面积小、传热效率低，容易产生污垢且不易清洗；另一方面，在合成氨流程的余热回收系统中，变换气的余热不能得到很好的回收利用，且加热净化气及闪蒸汽的耗能大，增加了产品的生产成本。
实用新型内容
[0004]为了克服现有的换热器占用空间小、传热效率低、防垢除垢能力差且对变换气的余热回收不充分等缺陷。本实用新型所要解决的问题在于:
[0005]提供一种二脱三流体波纹管换热器，其筒体内设置有两个独立的换热段，能够实现一种管程物料与多种不同的壳程物料同时换热，高效利用热量交换，节约能耗，降低设备成本。
[0006]还提供一种二脱三流体波纹管换热器，换热管采用金属波纹管，具有热应力自补偿能力，能够增大传热面积，增强耐温耐压性能，提高防垢除垢能力。
[0007]还提供一种二脱三流体波纹管换热器，筒体采用外导流筒结构，能够对壳程介质进行导流，进一步提高换热器的传热性能，防止壳程介质的进入对换热管造成巨大的冲击，延长设备寿命。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0009]一种二脱三流体波纹管换热器，包括下换热段和与所述下换热段相连的上换热段；
[0010]所述下换热段包括第一筒体，所述第一筒体的底端设有下封头；
[0011]所述上换热段包括第二筒体，所述第二筒体的顶端设有上封头；
[0012]所述第一筒体和所述第二筒体的内部均设有两端固定于管板的换热管。[0013]进一步的，所述第二筒体包括第一外导流筒和位于所述第一外导流筒下端的第二外导流筒；
[0014]所述第一外导流筒包括第一外筒和位于所述第一外筒内侧的第一内衬筒；
[0015]所述第二外导流筒包括第二外筒和位于所述第二外筒内侧的第二内衬筒；
[0016]所述第一外筒设有第二壳程进口，所述第二外筒上设有第二壳程出口。
[0017]进一步的，所述第一筒体上设有第一壳程进口和位于所述第一壳程进口下端的第一壳程出口 ；
[0018]所述第一筒体的下端设有管程进口，所述上封头的顶部设有管程出口 ；
[0019]所述第一筒体内靠近所述第一壳程进口的位置处设有防冲板。
[0020]进一步的，所述第一外筒和所述第二外筒的形状均为喇叭口形，所述第一外筒的最大内径、所述第二外筒的最大内径与所述第一筒体的内径大小相等。
[0021]优选为，所述上换热段的壳程介质为净化气，所述下换热段的壳程介质为闪蒸汽，所述上换热段和所述下换热段的管程介质为变换气。
[0022]进一步的，所述第一筒体和所述第二筒体的内部均还设有拉杆和固定于所述拉杆上的折流板；
[0023]所述拉杆的一端固定于所述管板上，其另一端通过螺栓连接在所述折流板上。
[0024]进一步的，所述下封头的底部设有冷凝液排管，所述冷凝液排管的一端与冷凝液出口连接。
[0025]优选为，所述换热管采用波浪形的金属波纹管；
[0026]所述波纹管是由大小圆弧连续外切形成的高效强化管；
[0027]所述波纹管包括波谷和波峰，所述波谷和所述波峰之间的高度差为1.5-2.5mm。
[0028]本实用新型的有益效果为:本实用新型提供的换热器由两个独立的换热段构成，通过一种管程物料与多种不同的壳程物料同时换热，不仅实现了对管程介质的余热回收，而且节约了加热不同的壳程介质所消耗的能源，大大降低了设备成本，节约了场地；换热管采用金属波纹管，既提高了传热系数，增大了传热面积，又增强了耐温耐压性能，提高了防垢除垢能力；另外，上部筒体采用外导流筒结构，不仅起到对壳程介质的导流作用，增强了传热性能，而且避免了壳程介质的进入对换热管造成巨大的冲击，延长了设备寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本实用新型提供的一种二脱三流体波纹管换热器的结构示意；
[0030]图2是本实用新型的波纹管的结构示意图。
[0031]图中:
[0032]1、第一筒体；2、第二筒体；3、管程进口 ；4、管程出口 ；5、第二壳程进口 ；6、第二壳程出口 ；7、第一壳程进口 ；8、第一壳程出口 ；9、管板；10、折流板；11、拉杆；12、下封头；13、上封头；14、冷凝液出口 ； 15、冷凝液排管；16、防冲板；17、第一外筒；18、第一内衬筒；19、第二外筒；20、第二内衬筒；21、波谷；22、波峰；23、换热管。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图，并通过【具体实施方式】来进一步说明本实用新型的技术方案。[0034]如图1和图2所示，本实用新型公开了一种二脱三流体波纹管换热器，包括下换热段和与所述下换热段相连的上换热段。下换热段包括第一筒体1，第一筒体I的底端设有下封头12，上换热段包括第二筒体2，第二筒体2的顶端设有上封头13，第一筒体I和第二筒体2的内部均设有两端固定于管板9的换热管23。第一筒体I和第二筒体2的内部均还设有拉杆11和固定于拉杆11上的折流板10 ;拉杆11的一端固定于管板9上，其另一端通过螺栓连接在折流板10上。拉杆11主要用于固定折流板，也就是控制折流板的间距，来满足工艺要求；折流板10主要用于改变流体流向，增强流体在管间流动的湍流程度，既可以增大传热系数，提高传热效率，还起到支撑管束的作用。
[0035]上换热段的壳程介质为净化气，由于上换热段的壳程气体流量大，为了避免其冲击换热管而引起换热管振动，故第二筒体2采用外导流筒结构，其包括第一外导流筒和位于第一外导流筒下端的第二外导流筒。第一外导流筒包括第一外筒17和位于第一外筒17内侧的第一内衬筒18 ;第二外导流筒包括第二外筒19和位于第二外筒19内侧的第二内衬筒20 ;第一外筒17上设有第二壳程进口 5，第二外筒19上设有第二壳程出口 6。第一外筒17和第二外筒19的形状均为喇叭口形，第一外筒17的最大内径、第二外筒19的最大内径与第一筒体I的内径大小相等，使得上换热段内的管板直径(1.6m)小于下换热段内的管板直径(1.Sm)，节约了设备材料，降低设备成本。导流筒结构的设置，不仅改变了流体从进口接管进到筒体后的流向，增加了换热管的有效换热长度，提高了换热效果，而且避免了壳程介质的进入对换热管造成巨大的冲击，延长了设备寿命。
[0036]第一筒体I上设有第一壳程进口 7和位于第一壳程进口 7下端的第一壳程出口 8 ；第一筒体I的下端设有管程进口 3，上封头13的顶部设有管程出口 4。下换热段的壳程介质为闪蒸汽。第一筒体I内靠近第二壳程进口 7的位置处设有防冲板16，可以防止闪蒸汽直接冲刷换热管而引起换热管振动失稳和腐蚀。管程介质为变换气，属于易燃易爆介质，因此，管板与筒体连接采用焊接方式，避免法兰连接易泄漏。
[0037]换热管23采用波浪形的金属波纹管，它是由大小圆弧连续外切形成的高效强化管，包括波谷21和波峰22，波谷21和波峰22之间的高度差为1.5-2.5mm。采用波纹管传热，使得管内外充分湍流，减薄边界层，大大降低了管壁热阻，提高了管内外的传热系数，同时由于湍流作用，使得管壁不易结垢，增强了防垢除垢性能；另外，波纹管独特的波纹外形设计，不仅使得换热管具有较强的承压能力，而且具有一定的热补偿能力，受热时可自由伸缩并吸收热应力，无需添加膨胀节，能够适应较大的温差和压差。
[0038]使用过程中，高温变换气从换热器底部的管程进口 3进入，首先经过下换热段通过波纹管进行传热，将热量传导给由第一壳程进口 7进入的闪蒸汽，闪蒸汽获得热能后温度逐渐升高并由第一壳程出口 8排出，而高温变换气释放热能后温度稍许降低继续上升进入上换热段进行换热，将余热传导给由第二壳程进口 5进入的净化气，净化气获得热能后温度逐渐升高，之后净化气由第二壳程出口 6排出。此换热过程中，变换气持续释放热量，产生的部分冷凝液通过冷凝液排管15由冷凝液出口 14排出，而变换气自身温度不断下降，当达到规定的温度时，放热过程结束，由管程出口 4排出。本实用新型既完成了变换气的余热回收，又节约了加热净化气和闪蒸汽所消耗的能源，降低了设备成本。
[0039]需要声明的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本【技术领域】的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种二脱三流体波纹管换热器，其特征在于: 包括下换热段和与所述下换热段相连的上换热段； 所述下换热段包括第一筒体(1)，所述第一筒体(I)的底端设有下封头(12)； 所述上换热段包括第二筒体(2)，所述第二筒体(2)的顶端设有上封头(13)； 所述第一筒体(I)和所述第二筒体(2)的内部均设有两端固定于管板(9)的换热管(23)。
2.根据权利要求1所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述第二筒体(2)包括第一外导流筒和位于所述第一外导流筒下端的第二外导流筒； 所述第一外导流筒包括第一外筒(17)和位于所述第一外筒(17)内侧的第一内衬筒(18)； 所述第二外导流筒包括第二外筒(19)和位于所述第二外筒(19)内侧的第二内衬筒(20)； 所述第一外筒(17)上设有第二壳程进口(5)，所述第二外筒(19)上设有第二壳程出口(6)。
3.根据权利要求1所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述第一筒体(I)上设有第一壳程进口(7)和位于所述第一壳程进口(7)下端的第一壳程出口(8)； 所述第一筒体(I)的下端设有管程进口(3)，所述上封头(13)的顶部设有管程出口(4)； 所述第一筒体(I)内靠近所述第一壳程进口(7)的位置处设有防冲板(16)。
4.根据权利要求2所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述第一外筒(17)和所述第二外筒(19)的形状均为喇叭口形，所述第一外筒(17)的最大内径、所述第二外筒(19)的最大内径与所述第一筒体(I)的内径大小相等。
5.根据权利要求1-4任一项所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述上换热段的壳程介质为净化气，所述下换热段的壳程介质为闪蒸汽，所述上换热段和所述下换热段的管程介质为变换气。
6.根据权利要求1所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述第一筒体(I)和所述第二筒体(2)的内部均还设有拉杆(11)和固定于所述拉杆(11)上的折流板(10)； 所述拉杆(11)的一端固定于所述管板(9)上，其另一端通过螺栓连接在所述折流板(10)上。
7.根据权利要求1所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述下封头(12)的底部设有冷凝液排管(15)，所述冷凝液排管(15)的一端与冷凝液出口(14)连接。
8.根据权利要求1所述的二脱三流体波纹管换热器，其特征在于， 所述换热管(23)采用波浪形的金属波纹管； 所述波纹管是由大小圆弧连续外切形成的高效强化管； 所述波纹管包括波谷(21)和波峰(22)，所述波谷(21)和所述波峰(22)之间的高度差为 1.5-2.Smnin
【文档编号】F28F1/08GK203443425SQ201320437415
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】韩军, 王微, 屈英琳, 王春, 程娅楠 申请人:北京广厦环能科技有限公司