专利名称：原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，主要应用于煤制气、煤制甲醇等煤化工领域，包括-70°c低温甲醇エ艺等气体低温浄化、低温液化分离技术领域。根据不同进出口介质及參数，也可应用于天然气液化、空气液化分离、低温液氮洗及其它多股流换热等领域。
背景技术：
原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器是ー种换热管道经层层缠绕后形成的三股流螺旋盘管型热交换设备，主要应用三股冷源管束即管程一 51.3°Cエ艺尾气、管程一 37°Cニ氧化碳、管程-21. 24°C合成气冷却壳程40°C原料气，使之温度降至_17°C。原料气(粗合成气)主要成份为 H2 (46. 02%)、CO2 (32. 1%)、CO (19. 02%)、H2S (0. 23%)、N2(0. 94%), H2O (1. 44%)、COS (0. 01%), H3N (0. 01%)等；合成气主要成份为 H2、CO 等；エ艺尾气主要成份为CO、H2, CH 4, CH3OH等。壳程设计压カ小于6. 3MPa，温度介于-70 +60°C，管程设计压力分别小于6. 3MPa、5. OMPa及0. 7MPa，温度介于-70 +60°C。换热器实际进出ロ參数可根据实际エ况进行调整，调整后可重新计算换热エ艺流程。首先，传统的原料气采用三台独立的单股流列管式换热器进行预冷换热，换热器体积较大，単位体积换热面积较小，换热效率较低。其次，由于原料气冷却器换热温区中三股冷源的温度分别为-51. 30C >-370C及-21. 24°C，在冷却40°C原料的过程中，由于三股冷流之间存在较大温差，如果应用传统的三股流换热器，管程进ロ处-21. 24°C合成气冷源、_37°Cニ氧化碳将吸收-51. 3°C尾气冷源的冷量，温度降低后，再共同冷却壳程40°C原料气至-17°C，即-21.24°C合成气、_37°Cニ氧化碳、-51. 3°C尾气将彼此换热，-21. 24°C合成气、_37°Cニ氧化碳将经历先降温再升温的过程，从而导致冷源之间重复换热，换热效率降低，换热面积増大。再者，由于目前现有的多股流缠绕管式换热器主要应用于低温环境，内部多股流管束交叉缠绕，换热过程复杂，没有通用的设计标准，也没有统ー的设计计算方法，随着工艺流程或物性參数不同而存在较大差别，因此，给原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器设计开发带来了障碍。最后，由于原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器中的缠绕管束相互缠绕的方法很多，没有统一的管道缠绕模式及理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程，给原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器的科学计算及标准化带来了障碍。为了提高原料气冷却器的换热效率，增大单位体积换热面积，縮小换热器体积，减少换热设备数量，推进原料气冷却器用低温缠绕管式换热器标准化过程，本发明将三股独立缠绕管束相结合的复合型缠绕管式换热器的基本结构及换热エ艺计算方法进行了系统研究，对原料气冷却器用三股流缠绕管式换热器采用管束独立缠绕、先里后外的同心圆模式依次设计缠绕管束总体结构，按照温度梯度采用中段引进两股中温冷源，形成总体三股流换热、各股相对独立、管束长度可灵活设置的换热原则，改进不同温位冷源的换热效率，给出原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器的基本结构及换热エ艺流程，以此替代传统的单股流列管式换热器或传统的三股流缠绕管式换热器，使其具有结构紧凑，単位体积换热面积大，换热效率高，传热管热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可減少低温净化工艺中的换热设备数量等特点。
发明内容
原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器主要包括技术解决方案、基本原理、技术特点等内容，主要涉及换热器基本结构、主要部件位置关系、连接关系、换热エ艺技术等方面。本发明的技术解决方案
原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器由上封头(I)、尾气出口管板(2)、尾气出ロ接管(3)、尾气出口管箱(4)、第一支持圈(5)、CO2出口管板(6)、CO2出口接管(7)、CO2出ロ管箱(8)、合成气出口管板(9)、合成气出ロ接管(10)、合成气出口管箱(11)、第三支持圈(12)、第二隔板(13)、壳体(14)、CO2缠绕管束(15)、第四支持圈(16)、合成气进ロ管板(17)、合成气进ロ接管(18)、合成气进ロ管箱(19)、CO2进ロ管板(20)、CO2进ロ接管(21)、CO2进ロ管箱(22)、第四支持圈支架(23)、第六支持圈(24)、尾气进ロ接管(25)、尾气进ロ管箱(26)、尾气进ロ管板(27)、原料气出口接管(28)、人孔(29)、下封头(30)、第二尾气进ロ管板(31)、第二尾气进ロ管箱(32)、第二尾气进ロ接管(33)、第五支持圈支架(34)、第ニ CO2进ロ管箱(35)、第二 CO2进ロ接管(36)、第二 CO2进ロ管板(37)、第五支持圈(38)、第二合成气进ロ管箱(39)、第二合成气进ロ接管(40)、第二合成气进ロ管板(41)、尾气缠绕管束(42)、合成气缠绕管束(43)、第一隔板(44)、芯筒(45)、第二合成气出口管箱(46)、第二合成气出ロ接管(47)、第二合成气出ロ管板(48)、第二支持圈(49)、第二 CO2出ロ管箱
(50)、第二 CO2出口接管(51)、第二 CO2出口管板(52)、第二尾气出口管箱(53)、第二尾气出ロ接管(54)、第二尾气出ロ管板(55)、原料气进ロ接管(56)组成。尾气缠绕管束(42)沿连续层数独立缠绕，CO2缠绕管束(15)沿连续层数独立缠绕，合成气缠绕管束(43)沿连续层数独立缠绕，尾气缠绕管束(42)、CO2缠绕管束(15)与合成气缠绕管束(43)之间不再层内及层间交叉缠绕，尾气缠绕管束(42)、CO2缠绕管束(15)与合成气缠绕管束(43)三者之间具有不同的缠绕高度。
尾气缠绕管束(42)绕芯筒(45)缠绕；C02缠绕管束(15)绕尾气缠绕管束(42)缠绕；合成气缠绕管束(43)绕CO2缠绕管束(15)缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于壳体(14)内；芯筒(45) —端安装第一支持圈(5), —端安装第六支持圈(24),第六支持圈(24)固定于壳体(14)下部；尾气缠绕管束(42)外层安装第一隔板(44);第一隔板(44)外层上部安装第二支持圈(49)，下部安装第五支持圈(38);第五支持圈(38)下部安装第五支持圈支架(34)，第五支持圈支架(34)下部联接第六支持圈(24);C02缠绕管束(15)外层安装第二隔板(13);第二隔板(13)外层上部安装第三支持圈(12)，下部安装第四支持圈(16);第四支持圈(16)下部安装第四支持圈支架(23)，第四支持圈支架(23)下部联接第六支持圈支架(24);第三支持圈(12)安装于筒体(14)上部，第四支持圈(16)安装于筒体(14)下部；尾气缠绕管束
(42)缠绕于第一支持圈(5)与第六支持圈(24)之间；C02缠绕管束(15)缠绕于第二支持圈
(49)与第五支持圈(38)之间；合成气缠绕管束(43)缠绕于第三支持圈(12)与第四支持圈
(16)之间。壳体(14)上部左侧上边安装尾气出口管板(2)，尾气出口管板(2)左侧联接尾气出口管箱(4 )，尾气出口管箱(4 )左侧联接尾气出口接管(3 );壳体(14 )上部左侧中间安装CO2出口管板(6)，CO2出口管板(6)左侧联接CO2出口管箱(8)，CO2出口管箱(8)左侧联接CO2出ロ接管(7);壳体(14)上部左侧下面安装合成气出ロ管板(9)，合成气出ロ管板(9)左侧联接合成气出口管箱(11)、合成气出口管箱(11)左侧联接合成气出口接管(10 );壳体
(14)上部右侧上边安装第二尾气出口管板(55)，第二尾气出口管板(55)右侧联接第二尾气出口管箱(53)，第二尾气出口管箱(53)右侧联接第二尾气出口接管(54);壳体(14)上部右侧中间安装第二 CO2出口管板(52)，第二 CO2出口管板(52)右侧联接第二 CO2出口管箱(50)，第二 CO2出口管箱(50)右侧联接第二 CO2出口接管(51);壳体(14)上部右侧下面安装第二合成气出口管板(48)，第二合成气出ロ管板(48)右侧联接第二合成气出ロ管箱
(46)、第二合成气出口管箱(46)右侧联接第二合成气出口接管(47);壳体(14)下部左侧下边安装尾气进ロ管板(27)，尾气进ロ管板(27)左侧联接尾气进ロ管箱(26)，尾气进ロ管箱(26 )左侧联接尾气进ロ接管(25 );壳体(14 )下部左侧中间安装CO2进ロ管板(20 )，CO2进ロ管板(20 )左侧联接CO2进ロ管箱(22 )，CO2进ロ管箱(22 )左侧联接CO2进ロ接管(21);壳体(14)下部左侧上面安装合成气进ロ管板(17)，合成气进ロ管板(17)左侧联接合成气进ロ管箱(19)、合成气进ロ管箱(19)左侧联接合成气进ロ接管(18);壳体(14)下部右侧下边安装第二尾气进ロ管板(31)，第二尾气进ロ管板(31)右侧联接第二尾气进ロ管箱(32)，第二尾气进ロ管箱(32)右侧联接第二尾气进ロ接管(33);壳体(14)下部右侧中间安装第ニ CO2进ロ管板(37)，第二 CO2进ロ管板(37)右侧联接第二 CO2进ロ管箱(35)，第二 CO2进ロ管箱(35)右侧联接第二 CO2进ロ接管(36);壳体(14)下部右侧上面安装第二合成气进ロ管板(41 )，第二合成气进ロ管板(41)右侧联接第二合成气进ロ管箱(39)、第二合成气进ロ管箱(39)右侧联接第二合成气进ロ接管(40);尾气缠绕管束(42)顶部联接管板(2)及管板(55)，底部联接管板(27)及管板(31);C02缠绕管束(15)顶部联接管板(6)及管板(52)，底部联接管板(20 )及管板(37 );合成气缠绕管束(43 )顶部联接管板(9 )及管板(48 )，底部联接管板(17)及管板(41);壳体(14)上部封头(I)顶部联接原料气进ロ接管(56)，下部封头(30)底部联接裙座(17)，封头(30)顶部联接原料气出ロ接管(28)。原料气冷却器用三 股流低温缠绕管式换热器应用缠绕管式换热器管程低温尾气、低温CO2、低温合成气逆流换热并冷却壳程原料气，采用中段引进CO2、中段引进合成气管程中温冷源构成三股流独立管束型缠绕管式换热器，应用三股冷源管束即管程低温尾气独立管束、低温CO2独立管束、低温合成气独立管束逆流换热并预冷壳程原料气。尾气在-51. 3°C、0. 196MPa时通过尾气进ロ接管(25)、第二尾气进ロ接管(33)分别进入尾气进ロ管箱(26)、第二尾气进ロ管箱(32)，再经尾气进ロ管束分配于尾气缠绕管束(42)，尾气缠绕管束(42)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至36°C、压カ降低至0. 163MPa，再经尾气出口管束分别进入尾气出口管箱(4)及第ニ尾气出ロ管箱(53)，通过尾气出ロ接管(3)及第ニ尾气出ロ接管(54)流出换热器。CO2在-37°C、2. 45MPa时通过CO2进ロ接管(21)、第二 CO2进ロ接管(36)分别进入CO2进ロ管箱(22 )、第二 CO2进ロ管箱(35 )，再经CO2进ロ管束分配于CO2缠绕管束(15 )，CO2缠绕管束(15)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至34°C、压カ降低至1.86MPa，再经CO2出口管束分别进入CO2出口管箱(8)及第ニ CO2出口管箱(50)，通过CO2出口接管(7)及第ニ CO2出口接管(51)流出换热器。合成气在-21. 240C >5. 508MPa时通过合成气进ロ接管(18)、第二合成气进ロ接管(40)分别进入合成气进ロ管箱(19)、第二合成气进ロ管箱(39)，再经合成气进ロ管束分配于合成气缠绕管束(43)，合成气缠绕管束(43)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至32°C、压カ降低至5. 468MPa，再经合成气出口管束分别进入合成气出口管箱(11)及第ニ合成气出口管箱(46)，通过合成气出ロ接管(10)及第ニ合成气出ロ接管(47)流出换热器。原料气在40°C、5. 62MPa时通过原料气进ロ接管(56)进入壳体(14)，与尾气缠绕管束(42)内的尾气、CO2缠绕管束(15)内的CO2及合成气缠绕管束(43)内的合成气进行换热，温度降至-17で、压カ降至5. 5MPa时，通过原料气出ロ接管(28)流出壳体(14)，完成整个预冷过程。方案所涉及的原理问题
原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器主要应用于煤化工领域或低温甲醇エ艺技术包，为逆流型三股流独立管束型缠绕管式低温换热器，尾气缠绕管束(42)、CO2缠绕管束(15)与合成气缠绕管束(43)之间不再层内及层间交叉缠绕，各自按缠绕先后顺序拥有独立的缠绕区域，沿轴向具有不同的缠绕高度，按照换热温度梯度及三股管束温度与壳程流体温度差值大小，由里向外设置换热管束的缠绕次序及各自适当的缠绕高度，按计算温度梯度采用中段打入第二、第三股流体的方式，以达到提高单位体积换热面积及换热效率的目的。本发明对原料气冷却器用独立管束逆流型三股流缠绕管式低温换热器的基本结构及换热エ艺计算方法进行了系统研究。首先，传统的原料气冷却器采用三台独立的单股流列管式换热器进行换热，换热器体积较大，单位体积换热面积较小，换热效率较低，而本发明采用独立管束型三股流缠绕管式原料气冷却器替代传统的单股流列管式换热器，其具有结构紧凑，単位体积换热面积大，可实现双股流换热，传热管热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可減少低温气体净化工艺中的换热设备数量等特点，以替代传统的单股流原料气冷却器用列管式换热器。其次，原料气冷却器换热温区中三股流的温度分别为-51. 3°C、_37°C及-21. 24°C，在冷却40°C变换气过程中，三股冷流之间由于存在温差，在三股流进ロ处相互传热，如果单独应 用三股流换热器，管程进ロ处_37°C C02、-21. 24°C合成气将吸收-51. 3°C尾气的冷量，温度降低后，再共同冷却40°C原料气，使壳程原料气温度降至-17°C，即-37°C CO2, -21. 24°C合成气将经历先降温再升温的过程，导致总体换热面积增大，换热效率降低。本发明采用逆流型三股流独立管束型缠绕管式低温换热器换热形式，三股管束独立缠绕，先沿芯筒(45)方向缠绕尾气管束(42)，待尾气管束(42)缠绕完毕后，在尾气管束(42)缠绕基础上，再沿芯筒(45)轴向缠绕CO2管束(15)。CO2管束(15)沿轴向的起始高度及实际缠绕高度可根据CO2进出ロ温度及经详细计算的温度分布梯度大小适时决定，并及时在壳体上段引出CO2缠绕管束(15)。在CO2管束(15)缠绕基础上，继续缠绕合成气管束(43)，合成气管束(43)沿轴向的起始高度及实际缠绕高度可根据合成气进出口温度及经详细计算的温度分布梯度大小适时决定，并及时在壳体上段引出尾气缠绕管束(42 )、CO2缠绕管束(15)、合成气缠绕管束(43 )。利用-51. 3 °C尾气在单股流区域单独冷却壳程原料气至-10°C，尾气温度升至_37°C吋，将_37°C CO2打入换热器并形成双股流缠绕管式换热区域，继续冷却原料气至-(TC。当尾气及CO2温度升至-21. 24°C，将-21. 240C合成气打入换热器并形成三股流缠绕管式区域，继续冷却原料气，合成气、CO2及尾气温度分别升至32°C、34°C及36°C时分别引出三股流缠绕管式换热器，三股管束之间不再进行换热，-37°C CO2,-21. 24°C合成气不再经历被冷却过程，在三股流换热器中可直接冷却进气原料气，节约了换热面积，提高了换热器换热效率。合成气、CO2及尾气三股管束中段提出温度可根据实际所需换热温差及合成气、CO2及尾气换热量确定，以增大传热推动力，縮小换热面积。中间温度0°C、_10°C可根据详细的换热エ艺计算过程确定或根据实际进出温度參数进行调整，调整后再确定原料气中间温度的大小，井根据中间温度的大小调整各缠绕管束的实际高度。原料气预冷过程中按温度梯度采用先三股流、后双股流，再单股流换热的自上而下的换热エ艺流程，中段依次引进_37°C CO2,-21. 24°C合成气中温冷源逆流换热形式，改进了不同温位换热器的换热效率，给出了逆流型三股流独立管束缠绕管式低温换热器的基本结构及换热エ艺流程，以利于原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器的标准化。本发明的技术特点
本发明提出了原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，采用三股流独立管束型缠绕管式原料气冷却器替代传统的单股流列管式换热器，三股管束之间按缠绕先后顺序拥有独立的缠绕管束，各自単独缠绕，缠绕后可按次序単独加工并安装，管道每层之间不再进行交叉缠绕，各管束沿轴向缠绕高度可以不同，按照壳程温度梯度及三股管束温度与壳程流体温差值大小，由里向外设置换热管束的缠绕次序及管束缠绕高度。采用中段打入第二、第三冷源，井根据实际换热量上段依次提出第二、第三冷源的方式，达到提高単位体积换热效率的目的。该换热器具有结构紧凑，単位体积换热面积大，可实现多股流换热，传热管热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可減少エ艺换热设备数量等特点，以替代传统的单股流原料气冷却器用换热器。本发明主要应用管程尾气、管程CO2及管程合成气三股冷源预冷壳程原料气，是ー种三股流管束按先后次序经层层缠绕后形成的独立管束型三股流螺旋缠绕管式热交换设备，根据换热温度梯度设置换热器独立管束缠绕高度，采用中段依次打入中温冷源，三股流、双股流及单股流换热区域重合设置，整体换热器为三股流缠绕管式塔式换热器，以满足原料气冷却器利用系统エ艺余冷对原料气进行预冷的エ艺特点。换热过程中避免了三股冷源管束由于存在较大温差而相互传热的过程，节约了换热面积，提高了换热效率，縮小了换热器体积。本发明给出了原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器的基本结构及换热エ艺流程，再根据目前已有三股流缠绕管式换热器螺旋管束的缠绕方法及换热エ艺计算方法，可获得原料气冷却器用低温缠绕管式换热器的完整设计计算方法。
图1所示为原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器主要部件图
具体实施例方式首先，加工制造原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器主要部件，包括上封头(I)、尾气出口管板(2)、尾气出口接管(3)、尾气出口管箱(4)、第一支持圈(5)、CO2出口管板(6)、CO2出口接管(7)、CO2出口管箱(8)、合成气出口管板(9)、合成气出口接管(10)、合成气出口管箱(11)、第三支持圈(12)、第二隔板(13)、壳体(14)、C02缠绕管束(15)、第四支持圈(16)、合成气进ロ管板(17)、合成气进ロ接管(18)、合成气进ロ管箱(19)、CO2进ロ管板(20)、CO2进ロ接管(21)、CO2进ロ管箱(22)、第四支持圈支架(23)、第六支持圈(24)、尾气进ロ接管(25)、尾气进ロ管箱(26)、尾气进ロ管板(27)、原料气出口接管(28)、人孔(29)、下封头(30)、第二尾气进ロ管板(31)、第二尾气进ロ管箱(32)、第二尾气进ロ接管
(33)、第五支持圈支架(34)、第二CO2进ロ管箱(35)、第二 CO2进ロ接管(36)、第二 CO2进ロ管板(37)、第五支持圈(38)、第二合成气进ロ管箱(39)、第二合成气进ロ接管(40)、第二合成气进ロ管板(41)、尾气缠绕管束(42)、合成气缠绕管束(43)、第一隔板(44)、芯筒(45)、第二合成气出口管箱(46)、第二合成气出口接管(47)、第二合成气出口管板(48)、第二支持圈(49)、第二 CO2出口管箱(50)、第二 CO2出口接管(51)、第二 CO2出口管板(52)、第二尾气出ロ管箱(53)、第二尾气出ロ接管(54)、第二尾气出ロ管板(55)、原料气进ロ接管(56)。其次，加工制造管芯，联接各部件井分别组装缠绕管式换热器壳体(14)及联接件。将尾气缠绕管束(42 )绕芯筒(45 )缠绕，CO2缠绕管束(15)绕尾气缠绕管束(42 )缠绕，合成气缠绕管束(43)绕CO2缠绕管束(15)缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于壳体(14)内；芯筒(45)—端安装第一支持圈(5)，一端安装第六支持圈(24)，第六支持圈(24)固定于壳体(14)下部；尾气缠绕管束(42)外层安装第一隔板(44);第一隔板(44)外层上部安装第二支持圈(49)，下部安装第五支持圈(38);第五支持圈(38)下部安装第五支持圈支架(34)，第五支持圈支架
(34)下部联接第六支持圈(24);C02缠绕管束(15)外层安装第二隔板(13);第二隔板(13)外层上部安装第三支持圈(12)，下部安装第四支持圈(16);第四支持圈(16)下部安装第四支持圈支架(23)，第四支持圈支架(23)下部联接第六支持圈支架(24);第三支持圈(12)安装于筒体(14)上部，第四支持圈(16)安装于筒体(14)下部；尾气缠绕管束(42)缠绕于第一支持圈(5)与第六支持圈(24)之间；C02缠绕管束(15)缠绕于第二支持圈(49)与第五支持圈(38)之间；合成气缠绕管束(43)缠绕于第三支持圈(12)与第四支持圈(16)之间。然后，在壳体(14 )上部左侧上边安装尾气出口管板(2 )，尾气出口管板(2 )左侧联接尾气出ロ管箱(4)，尾气出口管箱(4)左侧联接尾气出口接管(3);壳体(14)上部左侧中间安装CO2出口管板(6)，CO2出口管板(6)左侧联接CO2出口管箱(8)，CO2出口管箱(8)左侧联接CO2出口接管(7);壳体(14)上部左侧下面安装合成气出ロ管板(9)，合成气出ロ管板(9)左侧联接合成气出口管箱(11)、合成气出口管箱(11)左侧联接合成气出口接管(10 );壳体(14 )上部右侧上边安装第二尾气出口管板(55)，第二尾气出口管板(55)右侧联接第二尾气出ロ管箱(53)，第二尾气出口管箱(53)右侧联接第二尾气出口接管(54);壳体(14)上部右侧中间安装第二 CO2出口管板(52)，第二 CO2出口管板(52)右侧联接第二 CO2出口管箱(50)，第二 CO2出ロ管箱(50)右侧联接第二 CO2出ロ接管(51);壳体(14)上部右侧下面安装第二合成气出ロ管板(48)，第二合成气出ロ管板(48)右侧联接第二合成气出口管箱(46)、第二合成气出ロ管箱(46)右侧联接第二合成气出ロ接管(47);壳体(14)下部左侧下边安装尾气进ロ管板(27 )，尾气进ロ管板(27 )左侧联接尾气进ロ管箱(26 )，尾气进ロ管箱(26 )左侧联接尾气进ロ接管(25);壳体(14)下部左侧中间安装CO2进ロ管板(20)，0)2进ロ管板(20)左侧联接0)2进ロ管箱(22)，0)2进ロ管箱(22)左侧联接CO2进ロ接管(21);壳体(14)下部左侧上面安装合成气进ロ管板(17 )，合成气进ロ管板(17 )左侧联接合成气进ロ管箱(19 )、合成气进ロ管箱(19)左侧联接合成气进ロ接管(18);壳体(14)下部右侧下边安装第二尾气进ロ管板(31)，第二尾气进ロ管板(31)右侧联接第二尾气进ロ管箱(32)，第二尾气进ロ管箱(32)右侧联接第二尾气进ロ接管(33);壳体(14)下部右侧中间安装第二 CO2进ロ管板
(37)，第二 CO2进ロ管板(37)右侧联接第二 CO2进ロ管箱(35)，第二 CO2进ロ管箱(35)右侧联接第二 CO2进ロ接管(36);壳体(14)下部右侧上面安装第二合成气进ロ管板(41)，第二合成气进ロ管板(41)右侧联接第二合成气进ロ管箱(39)、第二合成气进ロ管箱(39)右侧联接第二合成气进ロ接管(40);尾气缠绕管束(42)顶部联接管板(2)及管板(55)，底部联接管板(27)及管板(31);C02缠绕管束(15)顶部联接管板(6)及管板(52)，底部联接管板
(20)及管板(37);合成气缠绕管束(43)顶部联接管板(9)及管板(48)，底部联接管板(17)及管板(41);壳体(14)上部封头(I)顶部联接原料气进ロ接管(56)，下部封头(30)底部联接裙座(17 )，封头(30 )顶部联接原料气出口接管(28 )。加工制造并通过检测后，将料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器安装于エ艺流程。最后，将尾气在-51.3°C、0. 196MPa时通过尾气进ロ接管(25)、第二尾气进ロ接管(33)分别打入尾气进ロ管箱(26)、第二尾气进ロ管箱(32 )，再经尾气进ロ管束分配于尾气缠绕管束(42 )，尾气缠绕管束(42 )经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至36°C、压カ降低至0. 163MPa，再经尾气出口管束分别进入尾气出口管箱(4)及第ニ尾气出口管箱(53)，通过尾气出ロ接管(3)及第ニ尾气出口接管(54 )流出换热器。将CO2在-37 °C、2. 45MPa时通过CO2进ロ接管(21)、第二 CO2进ロ接管(36 )分别打入CO2进ロ管箱(22 )、第二 CO2进ロ管箱(35 )，再经CO2进ロ管束分配于CO2缠绕管束(15)，CO2缠绕管束(15)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至34°C、压カ降低至1. 86MPa，再经CO2出ロ管束分别进入CO2出口管箱(8)及第ニ CO2出口管箱(50)，通过CO2出口接管(7)及第ニ CO2出口接管(51)流出换热器。将合成气在-21. 24°C、5. 508MPa时通过合成气进ロ接管(18)、第二合成气进ロ接管
(40)分别进入合成气进ロ管箱(19)、第二合成气进ロ管箱(39)，再经合成气进ロ管束分配于合成气缠绕管束(43)，合成气缠绕管束(43)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至32°C、压カ降低至5. 468MPa，再经合成气出口管束分别进入合成气出口管箱(11)及第ニ合成气出口管箱(46)，通过合成气出ロ接管(10)及第ニ合成气出ロ接管(47)流出换热器。将原料气在40°C、5. 62MPa时通过原料气进ロ接管(56)打入壳体
(14)，与尾气缠绕管束(42)内的尾气、CO2缠绕管束(15)内的CO2及合成气缠绕管束(43)内的合成气进行换热， 温度降至_17°C、压カ降至5. 5MPa时，通过原料气出ロ接管(28)流出壳体(14)，完成整个原料气的预冷过程。
权利要求
1.原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于该换热器由上封头(I)、尾气出口管板(2)、尾气出ロ接管(3)、尾气出ロ管箱(4)、第一支持圈(5)、CO2出口管板(6)、CO2出口接管(7)、CO2出口管箱(8)、合成气出口管板(9)、合成气出口接管(10)、合成气出口管箱(11)、第三支持圈(12)、第二隔板(13)、壳体(14)、C02缠绕管束(15)、第四支持圈(16)、合成气进ロ管板(17)、合成气进ロ接管(18)、合成气进ロ管箱(19)、CO2进ロ管板(20)、CO2进ロ接管(21)、CO2进ロ管箱(22)、第四支持圈支架(23)、第六支持圈(24)、尾气进ロ接管(25)、尾气进ロ管箱(26)、尾气进ロ管板(27)、原料气出口接管(28)、人孔(29)、下封头(30)、第二尾气进ロ管板(31)、第二尾气进ロ管箱(32)、第二尾气进ロ接管(33)、第五支持圈支架(34)、第二 CO2进ロ管箱(35)、第二 CO2进ロ接管(36)、第二 CO2进ロ管板(37)、第五支持圈(38)、第二合成气进ロ管箱(39)、第二合成气进ロ接管(40)、第二合成气进ロ管板(41)、尾气缠绕管束(42)、合成气缠绕管束(43)、第一隔板(44)、芯筒(45)、第二合成气出口管箱(46)、第二合成气出口接管(47)、第二合成气出口管板(48)、第二支持圈(49)、第二 CO2出口管箱(50)、第二 CO2出口接管(51)、第二 CO2出口管板(52)、第二尾气出ロ管箱(53)、第二尾气出口接管(54)、第二尾气出口管板(55)、原料气进ロ接管(56)组成。
2.根据权利要求1所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于尾气缠绕管束(42)绕芯筒(45)缠绕；C02缠绕管束(15)绕尾气缠绕管束(42)缠绕；合成气缠绕管束(43 )绕CO2缠绕管束(15 )缠绕，缠绕后的螺旋盘管安装于壳体(14 )内；芯筒(45 )一端安装第一支持圈(5), —端安装第六支持圈(24),第六支持圈(24)固定于壳体(14)下部；尾气缠绕管束(42)外层安装第一隔板(44);第ー隔板(44)外层上部安装第二支持圈(49)，下部安装第五支持圈(38);第五支持圈(38)下部安装第五支持圈支架(34)，第五支持圈支架(34)下部联接第六支持圈(24) ;C02缠绕管束(15)外层安装第二隔板(13);第二隔板(13)外层上部安装第三支持圈(12)，下部安装第四支持圈(16);第四支持圈(16)下部安装第四支持圈支架(23)，第四支持圈支架(23)下部联接第六支持圈支架(24);第三支持圈(12)安装于筒体(14)上部，第四支持圈(16)安装于筒体(14)下部；尾气缠绕管束(42)缠绕于第一支持圈(5)与第六支持圈(24)之间；C02缠绕管束(15)缠绕于第二支持圈(49)与第五支持圈(38)之间；合成气缠绕管束(43)缠绕于第三支持圈(12)与第四支持圈(16)之间。
3.根据权利要求1所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于壳体(14)上部左侧上边安装尾气出口管板(2)，尾气出口管板(2)左侧联接尾气出口管箱(4)，尾气出口管箱(4)左侧联接尾气出ロ接管(3);壳体(14)上部左侧中间安装CO2出ロ管板(6)，CO2出口管板(6)左侧联接CO2出口管箱(8)，CO2出口管箱(8)左侧联接CO2出口接管(7 );壳体(14 )上部左侧下面安装合成气出口管板(9 )，合成气出ロ管板(9 )左侧联接合成气出ロ管箱(11)、合成气出ロ管箱(11)左侧联接合成气出ロ接管(10);壳体(14)上部右侧上边安装第二尾气出ロ管板(55)，第二尾气出口管板(55)右侧联接第二尾气出口管箱(53)，第二尾气出口管箱(53)右侧联接第二尾气出口接管(54);壳体(14)上部右侧中间安装第二 CO2出口管板(52)，第二 CO2出口管板(52)右侧联接第二 CO2出口管箱(50)，第二CO2出口管箱(50)右侧联接第二 CO2出ロ接管(51);壳体(14)上部右侧下面安装第二合成气出ロ管板(48)，第二合成气出口管板(48)右侧联接第二合成气出ロ管箱(46)、第二合成气出口管箱(46 )右侧联接第ニ合成气出口接管(47 );壳体(14 )下部左侧下边安装尾气进ロ管板(27 )，尾气进ロ管板(27 )左侧联接尾气进ロ管箱(26 )，尾气进ロ管箱(26 )左侧联接尾气进ロ接管(25);壳体(14)下部左侧中间安装CO2进ロ管板(20)，CO2进ロ管板(20)左侧联接CO2进ロ管箱(22)，CO2进ロ管箱(22)左侧联接CO2进ロ接管(21);壳体(14)下部左侧上面安装合成气进ロ管板(17)，合成气进ロ管板(17)左侧联接合成气进ロ管箱(19)、合成气进ロ管箱(19)左侧联接合成气进ロ接管(18);壳体(14)下部右侧下边安装第二尾气进ロ管板(31)，第二尾气进ロ管板(31)右侧联接第二尾气进ロ管箱(32)，第二尾气进ロ管箱(32)右侧联接第二尾气进ロ接管(33);壳体(14)下部右侧中间安装第二 CO2进ロ管板(37)，第二 CO2进ロ管板(37)右侧联接第二 CO2进ロ管箱(35)，第二 CO2进ロ管箱(35)右侧联接第二 CO2进ロ接管(36);壳体(14)下部右侧上面安装第二合成气进ロ管板(41)，第二合成气进ロ管板(41)右侧联接第二合成气进ロ管箱(39)、第二合成气进ロ管箱(39)右侧联接第二合成气进ロ接管(40);尾气缠绕管束(42)顶部联接管板(2)及管板(55)，底部联接管板(27)及管板(31);C02缠绕管束(15)顶部联接管板(6)及管板(52)，底部联接管板(20)及管板(37);合成气缠绕管束(43)顶部联接管板(9)及管板(48)，底部联接管板(17)及管板(41);壳体(14)上部封头(I)顶部联接原料气进ロ接管(56)，下部封头(30)底部联接裙座(17 )，封头(30 )顶部联接原料气出口接管(28 )。
4.原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器应用缠绕管式换热器管程低温尾气、低温CO2、低温合成气逆流换热并冷却壳程原料气，采用中段引进CO2、中段引进合成气管程中温冷源构成三股流独立管束型缠绕管式换热器，应用三股冷源管束即管程低温尾气独立管束、低温CO2独立管束、低温合成气独立管束逆流换热并预冷壳程原料气。
5.根据权利要求4所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于尾气在-51. 3°C、0. 196MPa时通过尾气进ロ接管(25)、第二尾气进ロ接管(33)分别进入尾气进ロ管箱(26)、第二尾气进ロ管箱(32)，再经尾气进ロ管束分配于尾气缠绕管束(42)，尾气缠绕管束(42)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至36°C、压カ降低至0. 163MPa，再经尾气出ロ管束分别进入尾气出ロ管箱(4)及第ニ尾气出ロ管箱(53)，通过尾气出ロ接管(3)及第ニ尾气出ロ接管(54)流出换热器。
6.根据权利要求4所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于C02在-37°C、2. 45MPa时通过CO2进ロ接管(21 )、第二 CO2进ロ接管(36)分别进入CO2进ロ管箱(22)、第二 CO2进ロ管箱(35)，再经CO2进ロ管束分配于CO2缠绕管束(15)，CO2缠绕管束(15)经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至34°C、压カ降低至1.86MPa，再经CO2出口管束分别进入CO2出口管箱(8)及第ニ CO2出口管箱(50)，通过CO2出口接管(7)及第ニ CO2出口接管(51)流出换热器。
7.根据权利要求4所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于合成气在-21. 240C>5. 508MPa时通过合成气进ロ接管(18)、第二合成气进ロ接管(40)分别进入合成气进ロ管箱(19)、第二合成气进ロ管箱(39)，再经合成气进ロ管束分配于合成气缠绕管束(43 )，合成气缠绕管束(43 )经螺旋缠绕后被来自壳体(14)壳程内的原料气加热，温度升高至32で、压カ降低至5. 468MPa，再经合成气出ロ管束分别进入合成气出ロ管箱(11)及第ニ合成气出口管箱(46)，通过合成气出ロ接管(10)及第ニ合成气出ロ接管(47)流出换热器。
8.根据权利要求4所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于原料气在40°C、5. 62MPa时通过原料气进ロ接管(56)进入壳体(14)，与尾气缠绕管束(42)内的尾气、CO2缠绕管束(15)内的CO2及合成气缠绕管束(43)内的合成气进行换热，温度降至-17で、压カ降至5. 5MPa时，通过原料气出ロ接管(28)流出壳体(14)，完成整个预冷过程。
9.根据权利要求4所述原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器，其特征在于尾气缠绕管束(42)沿连续层数独立缠绕，CO2缠绕管束(15)沿连续层数独立缠绕，合成气缠绕管束(43)沿连续层数独立缠绕，尾气缠绕管束(42)、CO2缠绕管束(15)与合成气缠绕管束(43 )之间不再层内及层间交叉缠绕，尾气缠绕管束(42 )、CO2缠绕管束(15 )与合成气缠绕管束(43)三者之间具有不同的缠绕高度。
全文摘要
原料气冷却器用三股流低温缠绕管式换热器主要应用于煤制气、煤制甲醇等煤化工领域，是一种三股流管束按先后次序经层层缠绕后形成的独立管束型三股流螺旋缠绕管式热交换设备，利用管程尾气、管程CO2及管程合成气三股冷源管束预冷壳程原料气，采用中段依次打入中温冷源，三股流、双股流及单股流换热区域重合设置，整体换热器为塔式结构的三股流螺旋缠绕管式换热器，以满足原料气冷却器利用三股系统工艺余冷对原料气进行预冷的工艺要求。该换热器具有结构紧凑，单位体积换热面积大，可实现多股流换热，传热管热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可减少工艺换热设备数量等特点，以替代传统的单股流原料气冷却器用换热器。
文档编号F28D7/00GK103063057SQ20131003472
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者张周卫, 汪雅红, 张小卫 申请人:张周卫