专利名称：一种不互溶液体多孔进料的换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种不互溶液体多孔进料的换热器，尤其涉及该换热器中多液相液体 的进口结构。
背景技术：
在石油炼制等多种化工过程中，都要用到由多种组分组成的气体混合物，这些气 体混合物可以通过相应的液体蒸发气化后得到。如果涉及的液体相互溶解，则可以先把这 些液体混合成一种液体后蒸发，但是当涉及的液体存在不互溶时，常规做法是把多种液体 分别蒸发后再混合。例如在用乙苯制苯乙烯过程中，反应器的进料主要为气体乙苯和水蒸 汽，液相的乙苯和水不互溶会分层，所以需要先把乙苯和水分别蒸发成气相，再混合后进入 反应器。同样的在热裂解过程中，气相的碳氢化合物和水蒸汽在混合后进入裂解加热器，之 前也是先单独蒸发。实际操作已经证实不互溶的液体能在换热管内被有效的蒸发。在对两种不互溶的 液体进行蒸发时，混合液相的泡点比任何一种液体的泡点都要低，即不互溶的液体在蒸发 过程中能形成共沸。所以通过不互溶液体共沸时泡点降低的特性，可以利用温度更低的热 媒，或者在使用相同热媒时所需要的传热面积可以降低。这对节能降耗具有积极意义。专利US4765398公开一种蒸发至少两种不互溶液体的方法。US4765398典型方法是在立式换热器中，把换热管向下延伸出下管板，并在每根换 热管上设置2个进料孔；重液相和轻液相按比例分别进入换热器的下封头，利用不互溶及 密度差，在换热器的下封头中形成分层；把分层界面设计控制在2个换热管进料孔的中间， 在操作时2个进料孔分别通过轻液相和重液相，混合的液相在垂直的换热管内被加热蒸 发。由于下封头中两液相在2个进料孔中的分配，以及液体在不同换热管中的分配， 都需要有稳定的液体分界面，所以把分层界面设计控制在2个换热管进料孔的中间是实现 不互溶液体蒸发的关键。界面的形成和维持和主要靠压力平衡，在下封头中不同高度及流 动引起的压降等，都会影响其内部各处的压力分布。为了便于描述，把同一换热管的不同进料孔进口压力的差值表示为dP，下同。具有 相同dP值的换热管中进入的不同液体的比例也基本相同，所以要达到良好的共沸、使各换 热管内的不同液体比例均一，关键是保证所有换热管的dP值相同或相近。dP值偏差越大， 进入换热管液体比例差异也就越大。当2个进料孔的尺寸和位置确定后，换热器能处理的不互溶液体的比例也基本确 定，在实际操作中不互溶液体不能进行有效的调整和改变。而实际操作中装置不单有整体 的负荷变动，还有各种不同的工况，这些不同操作情况下最优的不互溶液体的比例是不同 的。如图1、2所示为现有技术中多液体蒸发换热器的结构示意图，图3为现有技术中 多液体在换热管分布过程中的流路示意图。其中位于上层的流体A在分布过程中，流路主要为与管板8相平行、在换热管之间穿行的平行流路20 ；位于下层的流体B除了有一部分 为平行流路21外，还有一部分为不通过换热管之间穿行的错流流路22进行分配。这就造 成了边缘区域换热管17的dP值与中心区域换热管18的dP值具有差异，并且随着换热器 直径增加、换热管增多，之间的差异会逐步加大。这种中心区域与边缘区域管子dP值的差异，是多液体蒸发换热器设计的关键和 难点。不单会造成操作容易波动，而且还影响操作弹性，给换热器的制造设计增加难度。如 果不能使各换热管的dp值趋于相同，则多种液体在每根换热管中的分配就无法均勻，从而 影响换热管内共沸的形成，最终使换热器的效率低下或无法达到预计的换热效果。现有的 技术特点限制了设备的进一步大型化，并且具有操作容易波动、不互溶液体间比例优化幅 度小的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不互溶液体多孔进料的换热器，所要解决的是以往技 术中的设备大型化难度、操作中容易波动、不互溶液体间比例优化幅度小的问题，本发明采 用的技术方案如下一种不互溶液体多孔进料的换热器，立式操作，其特征在于换热管在下封头中延 伸，并在换热管的下端部设置分布板；分布板把下封头分割成分布区和流动区，进入下封头 的多种液体在下封头内会形成分层，分层数为二层或二层以上；在下管板与分布板之间的 换热管上设置进料孔；每根换热管上所述的进料孔数多于所述的分层数。所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述流动区为无限小。所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述换热管延伸方式为插件 或套件中任意一种。所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述同一根换热管上所述的 进料孔高度互不相同。所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述分层数为二层，则每根换 热管上的进料孔数为3-9个。所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述分层数为二层，则每根换 热管上的进料孔数优选为4-5个。本发明中，通过分布板的设置、开孔方式的改进等技术方案，分层的不同流体在换 热管分布过程中的主要流路为相互平行的平行流路，使多液体蒸发的换热器具有换热管dP 值均一的特性，确保了进入换热管的液体比例相同，提高了共沸的效果。从根本上解决了以 往技术中设备大型化难度及操作中容易波动的问题，同时不互溶液体间可调比例随开孔数 的增加有了很大的提高。另外分布板的设置，对延伸的换热管具有良好的支撑作用，可以防止操作过程中 换热管的振动，防止损坏；对下封头中的液体也有一定的阻尼效果，可以防止由于液体上下 晃动引起的分界面不稳的问题，进一步了提高操作稳定性。
图1是现有装置的结构示意图。
图2是图1的N-N方向剖视图。图3是现有装置中多液相流体流路示意图。图4是本发明装置的结构示意图。图5是图4的M-M方向剖视图。图6是本发明装置中多液相流体流路示意图。图1 6中，1热媒进口，2热媒出口，3液体A进口，4液体B进口，5管侧出口，6换 热器，7换热管，8管板，9分布板，10壳侧，11上封头，12下封头，13进料孔A，14进料孔B， 15分布区，16流动区，17边缘区域换热管，18中间区域换热管，19分界面，20液体A平行流 路，21液体B平行流路，22液体B错流流路，23进料孔C。
具体实施例方式结合典型的两液相情况，结合图4-6本发明结构示意图对发明内容及特点做进一 步说明，本发明内容包括但不仅限于此。立式操作的换热器6，换热管7在下封头12中延伸出下管板8;在换热管的下端部 设置分布板9，分布板把下封头12分割成分布区15和流动区16 ；会分层的两液体从液体A 进口 3和液体B进口 4分别进入下封头，在分布区内形成分界面18 ；在分布区内的每根换 热管上都设置三个进料孔，为进料孔A 13、进料孔B 14及进料孔C 23，进料孔ABC的高度 互不相同；两种液体按进料比例通过进料孔A/B/C进入换热管并混合，在从热媒进口 1进入 的热媒作用下加热蒸发，然后从管侧出口 5出料。由于在换热管上设置了多于分层数的进料孔，在操作中就可以使用这些进料孔来 进不同的液体，从而达到调节操作、减小波动的目的。以二层的液体分层为例，在开孔数为 4时，两液相可以在0. 33,1. 0,3. 0三种不同的体积比例下操作，以满足不同的实际操作情 况。同时比分层数多出的2个进料孔还具有消除波动的作用，使下封头中的分界面更加稳 定均勻，经一步确保了共沸的形成。随着开孔数的增加，液相之间的可调体积比会逐渐增 加，但是过多的开孔数会使制造困难，并且一般实际操作中的不同工况也不会太多，所以对 于二层液体的操作，最优开孔数为4 5。从大的范围来说，当分层为二层或二层以上时，开 孔数3-9均是适宜的。图6为本发明多液相流体流路示意图，图中所示液体A体积进料量约为液体B的 2倍，图中分层的液体A和液体B在换热管分布过程中，流路主要为与管板8相平行、在换 热管之间穿行的平行流路20和21。对于同一换热管，液体A和液体B所经过的路线和距 离基本相同，各换热管的dP也就基本一致，从根本上消除了现有技术中边缘区域换热管17 的dP值与中心区域换热管18的dP值存在的差异，从而确保了进入换热管中的液体比例相 同。并且这种dP值均一的特性不随换热器加大、换热管增加而改变。实施例1乙苯-水共沸蒸发器，如图4所示，换热器6的管侧在常压下操作。换热器直径为 3000mm，共设置Φ 25的换热管7700根。400m7h的乙苯进入液体进口 3，180m3/h的水进入 液体进口 4，在下封头12中形成分层；为了分布均勻，管口 3径向设置，并在换热器四周均 分为4个，管口 4轴向设置；分布板9为圆形，外边缘聚下封头12的内表面间距5mm，并且在 4个乙苯进料对应处开宽100mm、深20mm的4个凹槽。每根换热管7在分布区15中开有3个小孔，3个小孔沿换热管间距50mm均勻分布，进料孔13、23进乙苯，进料孔14进水。乙苯-水在换热管内形成的混合物在100°C的热媒作用下蒸发。在常压下水的沸 点约为100°C，乙苯沸点约为136°C。所以通过此换热器实现了对低温热媒的利用，为节能 降耗提供了很好的手段。实施例2参看实施例1，乙苯进料为210m3/h，水进料为390m3/h，进料孔13进乙苯，进料孔 14、23进水。其他与实施例1相同。解决了现有技术由于液体分布问题对设备大型化限制的问题，并且提高了操作的稳定。
权利要求
一种不互溶液体多孔进料的换热器，立式操作，其特征在于换热管在下封头中延伸，并在换热管的下端部设置分布板；分布板把下封头分割成分布区和流动区，进入下封头的多种液体在下封头内会形成分层，分层数为二层或二层以上；在下管板与分布板之间的换热管上设置进料孔；每根换热管上所述的进料孔数多于所述的分层数。
2.根据权利要求1所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述流动区为 无限小。
3.根据权利要求1所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述换热管延 伸方式为插件或套件中任意一种。
4.根据权利要求1所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述同一根换 热管上所述的进料孔高度互不相同。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于 所述分层数为二层，则每根换热管上的进料孔数为3-9个。
6.根据权利要求5所述的不互溶液体多孔进料的换热器，其特征在于所述分层数为 二层，则每根换热管上的进料孔数优选为4-5个。
全文摘要
本发明涉及一种不互溶液体多孔进料的换热器，通过立式操作，换热管在下封头中延伸，并在换热管的下端部设置分布板，在下管板与分布板之间的换热管上设置多个进料孔等技术方案，从根本上解决了以往技术中设备大型化难度及操作中容易波动的问题，并且使换热器能在较宽的进料比例下平稳操作，取得了很好的技术效果。
文档编号F28D7/16GK101963466SQ200910055179
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者吴德荣, 沈江, 洪纯芬, 王玉枫, 葛春方 申请人:中国石油化工集团公司;中国石化集团上海工程有限公司