CN1018024B - 管束式热交换器 - Google Patents

Abstract

用于管子(1)内的热气体和它外面流过的液体或蒸汽相冷却介质之间进行热交换的管式热交换器的管子(1)，每一端都固定在管道板(3，4)上，这些板与外套(2)连接。管道板(3)在其一半处作有冷却通道(7)，它们彼此平行，冷却介质通过它们流动。管道板(3)有镗孔(15)，它们向外套(2)内部和冷却通道(7)敞开，这样它们同心地包围每一根管子(1)。任意一排管道的管子(1)通过一个冷却通道(7)。冷却通道(7)有均匀壁厚的底部(12)。

Description

本发明是有关管式热交换器的，其特点是管子的每一端均固定在管道板上，以便在流过管子内的热气体与在管子外面上流过的液体或蒸气相冷却介质之间进行热交换。

这些形式的管式热交换器用在气体-余热锅炉的流程中，其作用是将从裂解炉或化学工厂反应器排出的反应气体较快地冷却，同时产生高压蒸汽作为放热介质。为了控制高的气体温度和气体与放热冷却介质之间的巨大压力差，安装在气体入口侧的管道板比安装在气体出口侧的管道板薄得多（DE-C-1294981，AT-B-361953）。在这种情况下，薄的管道板用金属支承片加固，这些支承片的位置距离管道板有一短距离，支承片通过铰链与管道板连接。

在另一种已知的管式热交换器形式（DE-C-3533219）中，薄的管道板用焊接的托架抓手支承在托架板上。冷却介质流过托架板与管道板之间的间隙，该介质是通过一环形腔送入的，并通过管道与托架板之间的环形间隙流入热交换器。这可使冷却介质在薄管道板上横向通过。水的这种流动使管道板能很好地冷却，并可产生很高的流速，这可防止固体粒子从冷却介质中沉淀在管道板上。这种双层底已经证明在操作中是有价值的，但其制造相对较昂贵。

此外，还知道，放在这种一般形式的管式热交换器（AT-B-361953）气体出口侧的厚管道板可以配备冷却通道。这样，在保持管道板足够刚性的条件下，可以容许气体输出温度很高，从550℃至650℃。在这种已知的管道板中，冷却通道安装在一排排管子之间，并且彼此之间和与气体接触的管道板一侧都有较大的距离。为了调节热交换器气体出口侧的气体温度，和这种冷却通道配置相适应的管道板的冷却方法是很合适的。

本发明所要解决的问题是如何为普通形式的管式热交换器开发一种冷却管道板，使之在气体侧壁厚较小和冷却介质流速较高的情况下，冷却介质能达到均匀分布，并且气体温度可高于1000℃。

对于普通形式的管式热交换器，这个问题可根据本发明，利用带有冷却通道的管道板放置在热交换器的气体入口侧，其中冷却通道在气体冲击一侧上具有厚度均匀的底座特点得到解决。本发明的有益的实施例在附属的专利权利要求中加以说明。

根据本发明，管道板可具有厚壁结构，这样可满足承受冷却介质高压的要求。因为管道通过沿着任一排管道排成一直线的冷却通道，因此冷却通道可以彼此非常接近，从而使冷却介质在非常大的表面积上流过。固定壁厚的通道底座避免了将材料放置在通道内部。这两个特点使管道板的冷却作用大大增强，这样可满意地得到超过1000℃的高气体温度。

冷却通道中冷却介质的流速可以调整至这样一个数值，使得在冷却介质中可能存在的任何固体粒子都不可能沉淀，这样管道板就不会有过热的危险。因此，在气体入口侧的管道板可以有较薄的基座部分，这基座用在管道板较厚部分上的辐板支承在冷却通道之间。这种支承比使用单独的铰链更有利，并且由于应力分布更均匀，因而性能更优越。薄的基座部分冷却时只允许有低的热应力，并且使之有可能在将管子焊接至管道板内时，没有间隙，质量更高，更适用。

现在较详细地讨论本发明的几个具体实施例，并用附图加以说明，其中：

图1为热交换器的纵向截面图;

图2为在气体入口侧的管道板的平面图;

图3为沿图2Ⅲ-Ⅲ线的截面图;

图4为沿图2Ⅳ-Ⅳ线的截面图;

图5为图3中Z部的详图;

图6为图5的顶视图。

图7为根据另一种形式的实施例，在气体入口侧的管道板平面图;

图8为沿图7Ⅶ-Ⅶ线的截面图;

图9为根据另一形式的实施例，如图3一样，Z部的详图。

所述的热交换器在特定情况下可用作借助于汽化和高压下部分地蒸发的水冷却裂解的气体。热交换器由一束用单独的管子1组成的管子，要冷却的气体流过这些管子，管子四周由外套2包围。为了清楚起见，只表示了一些管子1。管子1用两个管道板3，4固定在确定位置上，气体入口5和气体出口6分别与这些管道板相联，所述管道板焊接在外套2内。

放置在气体入口侧的管道板3带有互相平行的冷却通道7。冷却通道7是这样配置在管道板3上的，当从管道板3的轴向方向看时，冷却通道7距离管道板气体侧的距离比距离外套2的内壁的距离小。这样，较薄的底座部分8就在气体侧形成，而较厚的底座部分9则靠近外套2。

图1至图6所示的冷却通道在两端敞开，通入围绕管道板3圆周的环形腔10。腔10的入口侧具有一个或多个供给喷嘴11，高压下的冷却介质通过喷嘴进入腔中。

冷却通道7可以是圆柱形孔的形式，这些就通过管道板3镗出，并与其表面平行。然而，原来的圆形横截面要经过加工和扩大，变成隧道形的形状。这个隧道形的横截面在图中画出，其特点是顶部为曲线，底部12是平的，它平行于管道板3的上表面。这样，在一个特别简单的工序中就可以产生一个固定壁厚的薄的底座部分。隧道形冷却通道7的侧壁13亦是平的，并且与底2垂直。这些侧壁13形成许多狭窄的辐板14，借助这些辐板下面的薄的底座部分8在一个较大和支承长度上从上边的厚的底座部分9上悬挂下来。

在厚的底座部分9内，管道板3有镗孔15，它们向外套2的内部和冷却通道7的内部敞开，并与冷却通道7的纵向成直角。管束的管子1通过这些镗孔15，为了自由放入，四周留有小的环形间隙。任意一排管道的管子1穿过一个冷却通道7，并且焊在管道板3的薄基座部分8内，焊缝16完整，没有间隙。这样作出的冷却通道7的宽度大约为管子1直径的1～2倍。

通过供给喷嘴11送入腔10的入口侧的冷却介质获得通向冷却通道7的通路，并部分地通过管子1与镗孔15内壁之间的环形间隙进入热交换器的外套2的内部。这部分冷却介质沿着管子1的外侧在外套2内上升。并作为高压蒸汽通过焊接在外套2的壁内的排放喷嘴17排出。

没有通过所述环形间隙进入热交换器外套内部的部分冷却介质离开在热交换器对面的冷却通道7，并获得进入环形腔10的出口侧的通路。出口侧用两个隔板壁22与入口侧隔开，隔板壁放于腔10中，与冷却通道7的纵轴线垂直，并布满腔10 的整个横截面积。由于这种布置，每一个冷却通道的一端都与所述腔的入口侧相通，而另一端则与所述腔的出口侧相通。弯曲管23与腔10的出口侧相连接，它向热交换器外套的内部敞开。其余的冷却介质通过所述的管道23进入热交换器的内部，在那里亦转化为高压蒸汽。由于部分冷却介质的这种转化，效果可达到，即在冷却通道7的出口端，冷却介质的流速足够高，使得固体粒子不能从冷却介质中沉淀落到冷却通道7的底部12上。往往有这种情况，悬浮在冷却介质中的固体粒子，通过冷却通道7可被冲走。

因为通过所有的冷却通道7的流动是均匀的，因此通过外侧的较短的冷却通道7的流动阻力可以适用于通过比较接近中心的，较长的冷却通道7的流动阻力。这可能是由外侧较短的，而其横截面积比更靠近中心者小的冷却通道7引起，或是由于在外侧冷却通道7中加入了节流段而引起。

在图7和图8中表示了排列在内侧的冷却介质输入腔18，所述腔大致布满了热交换器的半个圆周。这个输入腔18的壁与外套2的内壁连接，并且在边介处与管道板3连接。在这个形式的实施例中，每一个冷却通道7在其两端均用盖20封闭。在冷却通道7的每一端都有孔19，24，它们是在热交换器的轴线方向，通过管道板3的上部较厚底座部分9钻出的。一个钻孔19从输入腔18开始，并向冷却通道7供应冷却介质。另一个钻孔24向热交换器内部开口1并用作将没有通过管子1与镗孔15内壁之间的环形间隙的剩余冷却介质导出。

如图9所示，冷却通道7也可切在管道板3内作为边缘凹口。这样作出的冷却通道7顶部可以为曲线形或平的。边缘凹口用金属片21遮盖住，金属片21焊在冷却通道7之间留出的辐板14上。管子1的两端焊在金属片21上。与图1至图8所述的实施例比较，图9所示的实施例需要大量的焊缝，这会导致附加应力，并会有削弱作用，但在某些情况下，制造较简单。

Claims (9)

1、具有管束的管式热交换器，管子的每一端均固定在管道板上，以便在流过管子内的热气体与在管子外面上流过的液体或蒸气相冷却介质之间进行热交换，管道板和外套的端面连接，外套包围着一束管子，其中一个管道板在沿轴向偏向该外套的那一半上具有平行的冷却通道，冷却通道有冷却介质流过其中，这个管道板还有镗出的孔，它们向外套内部和冷却通道敞开，这样它们同心地包围管子，其特征在于：带有冷却通道的管道板放置在热交换器的气体入口侧，任意一排管道的管子通过一个冷却通道，其中冷却通道在气体冲击一侧上具有厚度均匀的底座，并且在冷却通道的每一端都敞开，其一端与冷却介质连接，其另一端是出口侧的冷却通道，它与封闭在外套内的热交换器的内部空腔相通。

2、根据权利要求1的热交换器，其特征在于：冷却通道具有隧道形的横截面，顶部为曲线形，底部是平的，平的侧壁垂直于所述底面。

3、根据权利要求1的热交换器，其特征在于：管道板为一环形腔所包围，冷却通道在其两端向所述腔敞开。

4、根据权利要求1的热交换器，其特征在于：冷却介质的输入腔大约布满热交换器的半个圆周，并且这个输入腔与外套的内壁连接，并在边缘地区与管道板连接，两端封闭的每一条冷却通道通过轴向钻出的孔与输入腔连接。

5、根据权利要求3的热交换器，其特征在于：环形腔用两块隔板壁隔开，这些隔板壁与冷却通道的纵轴线垂直安放，通入入口侧和出口侧，并且有一根弯曲的管与腔的出口侧和热交换器的外套壁相连接。

6、根据权利要求4的管式热交换器，其特征在于：有一个附加的孔，它从冷却通道通向热交换器的内部，这孔是远离第一个钻孔的另一端，穿过管道板，在轴线方向钻出的。

7、根据权利要求1的热交换器，其特征在于：处在外侧的冷却通道比更靠近中心的冷却通道的横截面积小些。

8、根据权利要求1的热交换器，其中冷却通道加工成一单一的板。

9、根据权利要求1的热交换器，其特征在于：冷却通道作为边缘凹口加工在管道板上，并用金属片封盖住。

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