专利名称：椭圆形管板套管换热式转化器的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于化工生产过程中使用的换热式转化器，具体涉及一种椭圆形管板套管换热式转化器。
二背景技术：
甲烷蒸汽转化是一吸热反应。传统的方法是在转化炉中燃烧天然气来给转化反应提供热量。近年来则是采用二段炉的高温气体来提供反应所需热量，以达到降低天然气消耗的目的，从而也使一段甲烷蒸汽转化炉变成了一台换热式的特殊热交换器，称为换热式转化器。
由于换热式转化器是在高温、高压条件下工作，且反应管内是催化反应，管外是高温气体，管内、外尤其对设备壳体温差很大，导致设备的热膨胀差特别大，设备的加工难度也很大。目前，国内外公开使用的换热式转化器主要有①带猪尾管的浮头式转化器(ZL93238295.9)；②英国I.C.I公司设计的三重套管式转化器；③乌克兰的多组上升管的转化器。这些换热式转化器存在的主要问题有1、不能大型化。如英国I.C.I公司设计的三重套管式转化器，由于其采用外密封法兰和平管板，因而在设备直径增大后，管板也随之增厚，既费材，机加工和焊接也困难，不易保证质量，且使用时温差应力大，对于现在上百万吨的甲醇、合成氨大型装置而言，根本无法使用，所以一直未用于大型装置中。
2、猪尾巴管容易损坏。由于转化器换热时膨胀量很大，又在近1000℃下工作，操作条件十分苛刻，因而猪尾巴管容易破裂，影响反应气的输出。
3、结构复杂，中央管和管板焊接容易断裂。如乌克兰换热转化器是由多组7～9根反应管和一根中央管组成，当在生产规模较大时需要数十组，不仅导致结构复杂，而且中央管和管板焊接容易断裂，尤其是我国使用的一根中央管浮头式换热器的焊缝更容易裂，在生产中就曾经因为出现裂缝而停产。
三
发明内容
本实用新型的目的是为了解决已有技术存在的问题，提供一种椭圆形管板套管换热式转化器。本实用新型的另一目的是在上述目的达到的基础上，提高其传热系数。
本实用新型提供的椭圆形管板套管换热式转化器，包括转化器外壳、水夹套、转化器上盖、管板和反应套管，转化器外壳为一下端封闭的筒体，其内表面覆有耐火衬里，水夹套位于转化器外壳的外表面，下部一侧壁面通孔内装有高温气进口管，上部另一侧壁面通孔内装有高温气出口管，转化器上盖为一球形封头的壳体，其内表面也覆有耐火衬里，顶中部的通孔内装有反应气出口管，侧面通孔内装有天然气进口管，管板安装在转化器外壳与转化器上盖之间，反应套管上端与管板相连后悬置于转化器筒体内，其特征在于还包括一块隔板，该隔板上开有与管板管孔对应的同心孔；转化器上盖由顶盖和盖箍组成，并通过顶盖下端和盖箍上端自带的法兰盘连为一体，天然气进口管位于盖箍侧面通孔内，隔板内密封安装在顶盖和盖箍之间；管板的截面形状为椭圆形，管孔分布于管板中部，管板也采用内密封；反应套管由反应管和中心管组成，反应管为一下端封闭的圆管，其上端固连于管板的管孔内，中心管为一两端开放的圆柱形细管，一端穿过隔板上的通孔固连于其上并使其同心悬置于反应管内。
为了达到提高上述转化器的传热系数，本实用新型采用以下技术措施1、在转化器外壳下部耐火衬里内侧还安放有一其上开有通孔的气体分布器，该气体分布器呈圆筒形；2、在反应套管外自上而下还水平分布有折流板，该折流板由环形板和圆形板构成，环形板和圆形板相互交错搭配由拉杆一层一层串接并固定于管板下方，环形板的外径与转化器耐火衬里内径匹配，环形板的内径与圆形板的外径相匹配；3、反应套管分布在折流板的环形板和圆形板交错部位。
本实用新型与已有技术相比，具有以下优点1、由于本实用新型的管板为椭圆形且采用内密封，因而其厚度可大大降低，不仅省材，机加工和焊接容易，能保证焊缝质量，而且可以适用大型装置。
2、由于本实用新型的反应套管只有二重，且省去了猪尾管、浮头和中心管，因而结构简单，膨胀自如，生产运行更加安全。
3、由于本实用新型在转化器外壳下部耐火衬里内侧还设置有气体分布器，因而既可使高温气体在壳侧分布均匀，也能使各反应套管受热均匀，从而实现使每根反应套管膨胀均匀的目的。
4、由于本实用新型在反应套管外自上而下还水平分布有相互交错搭配的折流板，且将反应套管分布在折流板的环形板和圆形板交错部位，因而使反应套管受到的是完全横向流动的高温气体的传热，不仅可提高传热系数，而且使每根反应管受热均匀。
5、由于本实用新型的隔板和反应套管的中心管均可拆卸，因而装换催化剂、进行设备检查、维修均很方便。
四
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的管板结构示意图；图3为图2的俯视结构示意图；图4为本实用新型中心管与隔板连接处的可拆式密封头结构示意图。
五具体实施方式
以下结合附图给出实施例以对本实用新型进行具体的描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本实用新型的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型包括转化器外壳1、水夹套3、转化器上盖、隔板10、管板11、反应套管、气体分布器19和折流板。
转化器外壳1为一下端封闭的筒体，其内表面覆有耐火衬里2，水夹套3位于转化器外壳1的外表面，以对筒体进行冷却，避免高温过热，下部一侧壁面通孔内装有高温气进口管4，上部另一侧壁面通孔内装有高温气出口管5。转化器上盖为一球形封头的壳体，由顶盖6和盖箍7组成，并通过顶盖6下端和盖箍7上端自带的法兰盘连为一体，其内表面也覆有耐火衬里2，顶盖6中部的通孔内装有反应气出口管8，盖箍7侧面通孔内装有天然气进口管9。隔板10内密封安装在顶盖6和盖箍7之间，以使进入反应套管的原料天然气和水蒸气与反应后的反应气隔开。隔板10为一圆形平板，其上开有与管板11管孔对应的同心孔。管板11安装在转化器外壳1与转化器上盖之间，其截面形状为椭圆形，管孔分布于管板11中部，见图2、3，管板11也采用内密封安装。反应套管由反应管12和中心管13组成。反应管12为一下端封闭的圆柱形管，其上端固连于管板11的管孔内，使其悬垂于气体分布器19上方的转化器筒体1内，受热后可自由向下膨胀，不会受阻。中心管13为一两端开放的圆柱形细管，一端穿过隔板10上的通孔固连于其上并使其同心悬垂于反应管12内。中心管13是通过可拆式密封头14固连于隔板10上，该密封头14是由“O”型密封环15和螺母16构成，中心管13的端部开有与螺母16匹配的外螺纹，外螺纹的根部有一外凸且呈锥形的限位台阶17，“O”型密封环15套在中心管13端部并位于限位台阶17上，当中心管13端头穿过隔板10，即可用螺母16拧紧固定，见图4。反应管12和中心管13之间的环缝内装填催化剂18。气体分布器19安装在转化器外壳1下部耐火衬里2内侧，呈圆筒形，其上开有通孔。折流板自上而下水平分布在反应套管外，是由环形板20和圆形板21构成。环形板20和圆形板21相互交错搭配由拉杆一层一层串接并固定于管板11下方，环形板20的外径与转化器耐火衬里2内径匹配，环形板20的内径与圆形板21的外径相匹配，这样环形板20和圆形板21相互重叠的面积较大，可使高温气体在折流板中主要产生横向流动。为了使反应套管只处于高温气体的纯横向流动中受热，本实用新型将反应套管设计分布在折流板的环形板20和圆形板21交错部位，见图1，以达到提高传热系数和受热均匀的目的。
生产时，原料天然气和水蒸气从盖箍7侧面的天然气进口管9进入，再分别向下进入各反应套管的环缝内，在催化剂18的作用下进行转化反应，反应后的反应气从反应管12底部经中心管13向上由顶盖6中部的反应气出口管8输出。而由二段炉来的高温气体则从转化器下部一侧的高温气进口管4进入，由气体分布器19将其分布后经折流板折流，并同时与反应管12交换热量降温后从上部另一侧壁面的高温气出口管5流出。由于中心管13是通过可拆式密封头14固连于隔板10上，因而在装卸催化剂18时，打开转化器顶盖6，拧开隔板密封，拆走隔板10，就可以很方便地装填催化剂18。装完后先装上隔板10和密封，然后盖上顶盖6即可。除此之外，整个转化器的内件，包括反应管12、中心管13、折流板、气体分布器19和椭圆形管板11，都可以从转化器中拆下吊出，安装、检查维修都很方便。
权利要求1.一种椭圆形管板套管换热式转化器，包括转化器外壳(1)、水夹套(3)、转化器上盖、管板(11)和反应套管，转化器外壳(1)为一下端封闭的筒体，其内表面覆有耐火衬里(2)，水夹套(3)位于转化器外壳(1)的外表面，下部一侧壁面通孔内装有高温气进口管(4)，上部另一侧壁面通孔内装有高温气出口管(5)，转化器上盖为一球形封头的壳体，其内表面也覆有耐火衬里(2)，顶中部的通孔内装有反应气出口管(8)，侧面通孔内装有天然气进口管(9)，管板(11)安装在转化器外壳(1)与转化器上盖之间，反应套管上端与管板(11)相连后悬置于转化器筒体(1)内，其特征在于还包括一块隔板(10)，该隔板(10)上开有与管板(11)管孔对应的同心孔；转化器上盖由顶盖(6)和盖箍(7)组成，并通过顶盖(6)下端和盖箍(7)上端自带的法兰盘连为一体，天然气进口管(9)位于盖箍(7)侧面通孔内，隔板(10)内密封安装在顶盖(6)和盖箍(7)之间；管板(11)的截面形状为椭圆形，管孔分布于管板(11)中部，管板(11)也采用内密封；反应套管由反应管(12)和中心管(13)组成，反应管(12)为一下端封闭的圆管，其上端固连于管板(11)的管孔内，中心管(13)为一两端开放的圆柱形细管，一端穿过隔板(10)上的通孔固连于其上并使其同心悬置于反应管(12)内。
2.根据权利要求1所述的椭圆形管板套管换热式转化器，其特征在于在转化器外壳(1)下部耐火衬里(2)内侧还安放有一其上开有通孔的气体分布器(19)，该气体分布器呈圆筒形。
3.根据权利要求1或2所述的椭圆形管板套管换热式转化器，其特征在于中心管(13)是通过可拆式密封头(14)固连于隔板(10)上，该密封头(14)是由“O”型密封环(15)和螺母(16)构成，中心管(13)的端部开有与螺母(16)匹配的外螺纹，外螺纹的根部有一外凸且呈锥形的限位台阶(17)，“O”型密封环(15)套在中心管(13)端部并位于限位台阶(17)上，当中心管(13)端头穿过隔板(10)，即可用螺母(16)拧紧固定。
4.根据权利要求1或2所述的椭圆形管板套管换热式转化器，其特征在于在反应套管外自上而下还水平分布有折流板，该折流板由环形板(20)和圆形板(21)构成，环形板(20)和圆形板(21)相互交错搭配由拉杆一层一层串接并固定于管板(11)下方，环形板(20)的外径与转化器耐火衬里(2)内径匹配，环形板(20)的内径与圆形板(21)的外径相匹配。
5.根据权利要求3所述的椭圆形管板套管换热式转化器，其特征在于在反应套管外自上而下还水平分布有折流板，该折流板由环形板(20)和圆形板构成，环形板(20)和圆形板(21)相互交错搭配由拉杆一层一层串接并固定于管板(11)下方，环形板(20)的外径与转化器耐火衬里(2)内径匹配，环形板(20)的内径与圆形板(21)的外径相匹配。
6.根据权利要求4所述的椭圆形管板套管换热式转化器，其特征在于反应套管分布在折流板的环形板(20)和圆形板(21)交错部位。
7.根据权利要求5所述的椭圆形管板套管换热式转化器，其特征在于反应套管分布在折流板的环形板(20)和圆形板(21)交错部位。
专利摘要本实用新型公开的椭圆形管板套管换热式转化器，包括转化器外壳、水夹套、转化器上盖、管板和反应套管，其特征在于还包括隔板、气体分布器和折流板。管板的截面形状为椭圆形；隔板内密封安装在转化器上盖内；反应套管由反应管和中心管组成，中心管同心插在反应管内，并分别悬垂固连于管板和隔板上，其环缝内装填催化剂；气体分布器位于转化器外壳的高温气进口管内侧折流板相互交错搭配、自上而下地水平分布在反应套管外。本实用新型结构简单，可适用大型装置，传热系数高，传热均匀，膨胀自如，装拆方便，使生产运行更加安全。
文档编号F28D7/10GK2677848SQ200420032639
公开日2005年2月9日 申请日期2004年1月19日 优先权日2004年1月19日
发明者曾纪龙, 青丽霞, 刘斌 申请人:中国成达工程公司