一种混合折流式重沸器的制作方法

本发明属于石化、能源行业中工艺设备技术领域，具体涉及一种混合折流式重沸器，用于石油、化工、能源等行业生产所需的大型换热设备。

背景技术：

重沸器作为一种重要的大型换热设备，在石油、化工、能源等行业有着广泛的应用。在石化行业，其作用是使精馏塔底部的液相组分受热气化，为高纯度蒸馏分离提供合适的工艺介质。在重沸器的设计中，不仅要满足工艺所需的传热特性，而且要考虑管束流致振动给重沸器的长期安全运行带来的影响。尤其是在大型重沸器设计中，工艺换热特性和管束流致振动的相互兼顾并重变得尤其重要。

现有的重沸器(换热器)主要有两种形式：折流板式和折流杆式。折流板式重沸器在壳程中，流体横向流过管束时，会产生卡门旋涡激振、湍流抖振、流体弹性不稳定和声共振等流体诱发的管束振动，严重时会造成管束疲劳破环、切割泄漏等问题，造成重沸器失效，给工业生产带来损失。目前，大型重沸器中通常使用弓形折流板，主要存在以下三个问题：第一，进入重沸器壳程的液体受热相变产生气体，壳程流体由液相变为气液两相，流体总体积变大。壳程流体体积增大引起重沸器换热后程流速变大，进而对换热管束的激振力加剧，从而引起换热管束剧烈的振动。第二，为了便于换热器安装，折流板与换热管之间存在0.3-0.7mm间隙，由于管子振动，折流板对穿过折流板的换热管会产生切割磨损，严重的会使管壁破裂，引起换热器失效。第三，在重沸器后程的气液两相部分，换热效率严重下降，仍然采用折流板使流体绕流换热会引起较大的沿程压降。对于上述问题，目前主要通过加支承或者调整折流板间距来解决，但是这些措施并不能从根本上解决问题，还可能会影响换热效率。

折流杆式换热器是近年来业界开发的一种新型管壳式换热器。折流杆式换热器的结构特征是以折流栅替代折流板，由于折流栅中的折流杆与管子为点接触，防止了换热管由于振动而造成的切割磨损。但由此壳程流体流态也发生了根本性的变化。折流板式换热器在折流板的导流作用下，流体横过管束流动；而折流杆式换热器没有折流板，流体沿着管子轴线方向流动，即纵向流。对于重沸器，由于折流杆折流使壳程流体流动方向平行于换热管，当重沸器中流体介质主要为液相时会引起换热效率下降，影响重沸器的工艺换热要求。

基于上述问题，本发明巧妙利用折流板和折流杆两种换热形式的优点并避免其缺点，设计一种新型的混合折流式重沸器，使重沸器在整个换热气化过程中以最优的形式兼顾换热特性和流致振动问题，获得拥有最佳换热特性和最小流致振动的重沸器。满足石化、能源行业中重沸器，尤其是大型重沸器，长期安全高效运行的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构合理、工作安全高效的重沸器，可以解决重沸器管束振动失效问题，并且换热效率高、流动阻力小。该重沸器兼有最佳换热特性和最小流致振动，克服了现有重沸器，尤其是大型重沸器中无法兼顾管束振动和换热特性的缺点。

本发明采用以下技术方案：

一种混合折流式重沸器，包括壳体和设置在所述壳体下部用于支撑的支座，所述壳体的两端对应设置有壳程出入端口，所述壳体内沿该壳体轴向间隔设置有多组管束，所述壳体内沿所述管束径向设置有折流板和折流栅，用于支撑所述管束并对壳程流体进行导流。

进一步的，所述壳体内部包括换热前程和换热后程，多个所述折流板间隔设置在所述换热前程，多个所述折流栅间隔设置在所述换热后程。

进一步的，所述折流板为双弓型折流板，包括第一折流板和第二折流板，所述第一折流板和第二折流板交替间隔设置在所述管束上。

进一步的，所述折流栅包括支撑圈，所述支撑圈内设置有折流杆，用于将所述支撑圈内的多组管束分隔开，多个所述折流栅间隔设置在所述管束上。

进一步的，所述折流栅包括第一折流栅和第二折流栅，所述第一折流栅和第二折流栅交替间隔设置在所述管束上。

进一步的，所述第一折流栅内的折流杆在所述支撑圈内呈水平布置，所述第二折流栅内的折流杆在所述支撑圈内呈竖直布置。

进一步的，所述第一折流栅内的折流杆在所述支撑圈内沿水平方向顺时针旋转45°布置，所述第二折流栅内的折流杆在所述支撑圈内沿竖直方向顺时针旋转45°布置。

进一步的，所述壳体内每组所述管束之间轴向设置有定距管，所述定距管用于等距设置所述折流板和折流栅。

进一步的，所述壳程出入端口包括壳程入口和壳程出口，所述壳程入口设置在所述换热前程，所述壳程出口设置在所述换热后程。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种混合折流式重沸器通过在壳体内的管束上混合设置折流板和折流栅，折流板能够有效支撑管束，对重沸器管束起到减震和导流作用，折流栅能够提高换热效率，减小流动阻力，有效降低了壳体的沿程阻力，节省了泵功。

进一步的，壳体内部包括换热前程和换热后程，在重沸器换热前程部分，壳侧流体以液体为主且流速较低，换热系数高，该部分采用折流板导流，使壳程流体横向穿过管束。该布置方式不仅能充分发挥换热前程部分高换热率的优势，还由于流体速度低，不易引起流体诱发振动，避免重沸器振动失效；在重沸器换热后程部分，壳侧流体为两相流，流速快且传热系数低，该部分采用折流杆导流，布置多个折流栅对管束进行支承。由于该部分换热效率较低且流速快，采用折流杆导流会在不影响换热的情况下避免换热管的切割磨损失效问题。

进一步的，该重沸器综合了折流板折流和折流杆折流的双重优势，折流板可以使重沸器壳程流体横向流过管束，在规定的压力降范围内，最大程度地增加壳程流速，可以起到强化传热并减少管子表面污垢的作用。

进一步的，折流栅使壳程内流体沿管束长度方向流动，换热管内外介质沿换热管轴向相互逆流，改变了介质流动状态，对于高流速流体，可以保证传热性能并大幅度降低流体诱导振动问题的发生。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本发明U型管式重沸器的整体结构示意图；

图2为本发明浮头式换热器的整体结构示意图；

图3为本发明第一折流板A示意图；

图4为本发明第二折流板B示意图；

图5为本发明第一折流栅A及管束的一种布置示意图；

图6为本发明第二折流栅B及管束的一种布置示意图；

图7为本发明第一折流栅A及管束的另一种布置示意图；

图8为本发明第二折流栅B及管束的另一种布置示意图。

其中：1.封头管箱；2.管程入口；3.壳程出口；4.第一折流栅；5.第二折流栅；6.壳体；7.第一折流板；8.第二折流板；9.管束；10.定距管；11壳程入口.；12.支座；13.管程出口；14.浮动管板；15.球冠形封头；16.支撑圈；17.折流杆。

【具体实施方式】

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“轴向”、“径向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一种混合折流式重沸器，包括壳体6和设置在所述壳体6下部用于支撑的支座12，所述壳体6的两端对应设置有壳程出入端口，所述壳体6内沿该壳体轴向间隔设置有多组管束9，所述壳体6内沿所述管束9径向设置有折流板和折流栅，用于支撑所述管束9并对壳程流体进行导流。所述壳体6内部包括换热前程和换热后程，多个所述折流板间隔设置在所述换热前程，多个所述折流栅间隔设置在所述换热后程。所述壳程出入端口包括壳程入口11和壳程出口3，所述壳程入口11设置在所述换热前程，所述壳程出口3设置在所述换热后程。

其中，所述壳体6内每组所述管束9之间轴向设置有定距管10，所述定距管10用于等距设置所述折流板和折流栅。所述折流板为双弓型折流板，包括第一折流板8和第二折流板7，所述第一折流板8和第二折流板7交替间隔设置在所述管束9上。

所述折流栅包括支撑圈16，所述支撑圈16内设置有折流杆17，用于将所述支撑圈16内的多组管束9分隔开，多个所述折流栅间隔设置在所述管束9上。所述折流栅包括第一折流栅4和第二折流栅5，所述第一折流栅4和第二折流栅5交替间隔设置在所述管束9上。

所述第一折流栅4内的折流杆17在所述支撑圈16内呈水平布置，所述第二折流栅5内的折流杆17在所述支撑圈16内呈竖直布置。

所述第一折流栅4内的折流杆17在所述支撑圈16内沿水平方向顺时针旋转45°布置，所述第二折流栅5内的折流杆17在所述支撑圈16内沿竖直方向顺时针旋转45°布置。

参照图1所示，本发明的混合折流式重沸器，以U型管式重沸器为例，该换热器包括封头管箱1，管程入口2，管程出口13，支座12，换热管束9穿插在双弓形第一折流板7、第二折流板8及第一折流栅4、第二折流栅5上并连接于壳体6两端的两块管板上，折流板由定距管10定距。

壳程流体由壳程入口11以液态形式进入换热器，首先通过第一折流板7、第二折流板8导流使流体横过管束9进行换热，然后壳程相变后的气液两相流由第一折流栅4和第二折流栅5导流继续与管束9换热，并把最终产生的流体经由壳程出口3流出重沸器，高温流体介质从管程入口2进入，通过管束对低温壳程流体进行换热后从管程出口13流出。管程和壳程介质间只进行热交换，相互之间不发生介质流通。

参照图2所示，本发明的混合折流式重沸器，以浮头式重沸器为例，该换热器包括封头管箱1，管程入口2，管程出口13，支座12，浮动管板14，球冠形封头15，换热管束9穿插在双弓形第一折流板7、第二折流板8及第一折流栅4和第二折流栅5上，并连接于壳体6两端的两块管板上，折流板由定距管10定距。壳程流体由壳程入口11以液态形式进入换热器，首先通过第一折流板7、第二折流板8导流使流体横过管束9进行换热，然后壳程相变后的气液两相流由第一折流栅4和第二折流栅5导流继续与管束9换热，并把最终产生的流体经由壳程出口3流出重沸器。高温流体介质从管程入口2进入，通过管束对低温壳程流体进行换热后从管程出口13流出。管程和壳程介质间只进行热交换，相互之间不发生介质流通。

参照图3、4，折流板为双弓形，第一折流板7和第二折流板8间隔布置，并保证壳侧流体最后由第二折流板8导流进入折流栅导流的换热区域。

参照图5、6，折流栅包括支承圈16和折流杆17，图5和图6所示的折流栅配合使用、间隔布置，使管束9在不同方向上得到支承。

参照图7、8，折流栅包括支承圈16和折流杆17，是折流杆支承管束9的另一种方式。图7和图8所示的折流栅配合使用、间隔布置，使管束9在不同方向上得到支承。