专利名称：一种立式管壳式换热器及其防堵方法
技术领域：
本发明涉及一种淤浆管壳式换热器的防堵方法以及防堵换热器，主要 用于聚烯烃生产中。
背景技术：
聚烯烃在农业、化工、轻工、纺织和机械、国防、医药、交通、建筑 等各个领域都广泛使用。淤浆法是生产聚烯烃的一种重要方法，它是在溶 液中生成悬浮的聚合物固体粒子，生成的聚合物颗粒与溶剂形成淤浆。该 法工艺技术成熟，反应条件温和，易于控制，运行平稳，产品性能好，牌 号多，得到广泛使用。随着国民经济的发展，聚烯经的市场需求量越来越 大，现有聚烯烃装置的扩容改造势在必行。淤浆外循环取热工艺是一项有 广泛应用前景的重大技术，将该技术嫁接到现有淤浆法聚烯烃生产装置 上，不仅可以极为有效地扩大装置能力，而且对于调节产品性能、增加生 产工艺的柔性也极为有利。
然而，在目前采用淤浆外循环技术的装置中，外循环换热器的堵塞现 象较为普遍，严重制约了外循环换热器作用的发挥，也给装置的安全稳定 生产带来不利影响。堵塞的主要原因是淤浆中含有相当量的低聚物，当温 度降低时，低聚物有可能从溶剂中大量析出，粘壁并逐步堵塞管线和换热 器。如果通过控制冷却水和淤浆的温差，减少外循环换热器侧壁面局部温 度过低的可能性，来防止低聚物从溶剂中析出，则又会大大减低外循环的
换热效率，也就失去了扩容改造的意义。
传统的立式管壳式换热器，如图l所示，管程流体从下管箱处的流体 进口经下管板引入换热管，后由换热管的另一端经上管板从上管箱的出口 流出换热器。壳程流体经壳程流体入口引入壳体，与管程流体逆流接触后 经壳程流体出口排出。通常情况下，管板和换热管之间所用的连接部件的 固定使换热管由管板平面伸出，其目的是为了保证换热管与管板连接的强 度并且能使多根换热管安装固定，从而增大换热面积。传统管壳式换热器 中，管程流体流动状态比较单一，湍动程度较低，流动阻滞区较大，存在 较多的传热传质死区。
目前，针对淤浆外循环换热器堵塞还没有切实有效的解决方案，导致 外循环换热器堵塞的现象时常发生，换热效率大大降低，停产事故频频发 生，严重时导致停产退料重新开车。
发明内容
本发明之一是提供一种管壳式换热器，能够减少换热器中淤浆堵塞现 象，降低停车率的淤浆换热器的防堵方法。
一种立式管壳式换热器，包括上管箱和下管箱，上管箱和/或下管箱内 设置内构件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换 热器^圣向方向的流动。
热介质在管程流动，冷却介质在壳程流动。
所述的内构件导流器可以为平板形、锥形或帽形，上管箱与下管箱内 设置内构件导流器的形状可以相同也可以不相同，比如上、下管箱导流器 都采用平板型，或上管箱导流器采用帽型，下管箱采用锥形，总之三种形 状导流器任意组合都适合本发明，或者只在上管箱设置导流器，或者只在
下管箱设置导流器，只要满足换热器不堵，单一设置导流器也是本发明的 内容。
内构件导流器可以通过拉杆或支架固定在管箱内。内构件导流器无论 是平板形、锥形或帽形均带有一平面，如平板形的任意一面，锥形或帽形 底面，所述的平面一般为圆形，或与换热器壳体截面相同的其他形状，所 述的平面应朝向淤浆流入方向。
所述的内构件导流器一般安装在换热器的轴线位置上，与管板的最近
距离为h， 0.1/^/^0.20，其中D是换热器壳体的公称直径。
所述的内构件导流器的倾角为^， O'《0245。；内构件导流器的底部直 径为d， 0.3"SJS0.7"，其中D是换热器壳体的公称直径；内构件导流器
的高度为//， 0.1 S0.7 。
本发明还提供了 一种淤浆管壳式换热器的防堵方法，利用上述的管壳 式换热器，淤浆走管程，冷却介质在壳程流动。
为了实现本发明方法，还需对管程流动的淤浆的物理状态加以控制和 优选，其中
淤浆的流速为3~8m/s，优选4 6m/s。
淤浆的浓度为0~600g颗粒/L溶剂，优选0~400g颗粒/L溶剂。 淤浆中颗粒密度为0.900~0.970g/cm3 ，优选0.930 ~0.960 g/cm3 。 淤浆中颗粒粒径为50-350目，优选80-200目。
本发明方法及采用的换热器可以有效用于淤浆法聚烯烃生产中，优选 安装方式为立式。换热器换热管可以是直管或U型管束，只需在管箱内设 置内构件导流器，对其它部件的结构没有限制。
本发明方法及采用的换热器提供一种沿换热器轴线向上和沿换热器 径向的流体通道，改善流体流动状态，消除了流动阻滞区，强化传热传质。
利用流体介质对换热器管箱和管板壁面的冲刷，减小淤浆中颗粒阻滞区 域，有效地防止了聚合物的沉积粘结，避免了换热器的堵塞。同时降低聚 合物在壁面沉积粘结的可能性。
图1为传统的管壳式换热器示意1、 2、 3、 4、 5-边壁区域6-下管箱7-上管箱
图2为本发明方法采用的内设平板形导流器的管壳式换热器示意1 -平板形导流器
图3为本发明方法采用的内设平板形导流器的管壳式换热器示意图； 其中平板导流器带有倾角。1 -平板形导流器
图4为本发明方法采用的内设帽形导流器的管壳式换热器示意2- 帽形导流器
图5为本发明方法采用的内设锥形导流器的管壳式换热器示意3- 锥形导流器
图6为本发明方法采用的内设锥形导流器的管壳式换热器示意图，其 中锥形导流器带有倾角；3 -锥形导流器
图7为本发明方法采用的内设帽形和锥形组合导流器的管壳式换热器 示意图；2-帽形导流器3-锥形导流器
图8为本发明采用的锥形导流器结构示意图；2-锥形导流器
具体实施方式
实施例1
如图l所示，传统管壳式换热器中，流体从下管箱6处的流体进口经
下管板引入换热管，后由换热管的另一端经上管板从上管箱7的出口流出 换热器。管程流体流动状态比较单一，湍动程度较低，流动阻滞区对于淤 浆换热介质，淤浆引入换热器管程通过换热管换热后，温度降低会使聚合 物从淤浆中析出发生粘结，特别是在流动阻滞区，例如换热管伸出管板的 部分之间(图1中1区域)、管箱的边壁区域(图1中2、 3、 4、 5所示的 区域)等，粘结现象较为明显，如不及时清理会堵塞换热器。
参见图2,使用本发明方法在换热器的上管箱和或下管箱内设置内构 件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向 方向的流动。主要参数如表l所示
表1
主要参数 参数值 公称直径mm ^55 导流器底部直径dmm 350 导流器距管板最近距离A mm 60 导流器倾角0 0°
导流器高径比^ 0.1
在淤浆法生产高密度聚乙烯工艺中，使用本发明的管式换热器，操作 条件为管程流体进口温度为78 85°C，出口温度73 80。C,操作压力 0.23 0.70MPa，淤浆流速4m/s,淤浆浓度450g颗粒/L溶剂，淤浆颗粒密度 0.950g/cm3,淤浆颗粒粒径100-200目；壳程冷却水进口温度为25~34°C， 出口温度为55~65°C，操作压力0.49MPa。连续操作6个月后，对换热器 管板表面、管箱以及换热管进行检测时，基本没有发现明显的聚合物的粘 结。对比使用本发明换热器前后的操作指标以及产品性能，除了换热器 阻力降上升0.3。/。外，其它均没有明显变化。
实施例2
参见图3，使用本发明方法在换热器的上管箱和或下管箱内设置内构 件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向 方向的流动。主要参数如表2所示
表2
主要参数 参数值 公称直径mm 导流器底部直径dmm 350 导流器距管板最近距离/imm 100 导流器倾角0 45°
导流器高径比^ 0.1
在淤浆法生产高密度聚乙烯工艺中，使用本发明的管式换热器，操作 条件为管程流体进口温度为78~85'C，出口温度73~80°C，操作压力 0.23 0.70MPa，淤浆流速4m/s,淤浆浓度450g颗粒/L溶剂，淤浆颗粒密度 0.950g/cm 淤浆颗粒粒径100-200目；壳程冷却水进口温度为25~34'C, 出口温度为55~65'C，操作压力0.49MPa。连续操作6个月后，对换热器 管板表面、管箱以及换热管进行检测时，基本没有发现明显的聚合物的粘 结。对比使用本发明换热器前后的操作指标以及产品性能，除了换热器 阻力降上升0.2%外，其它均没有明显变化。
实施例3
参见图4，使用本发明方法在换热器的上管箱和或下管箱内设置内构 件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向 方向的流动。主要参数如表3所示
表3
主要参数 参数值
公称直径mm 600
导流器底部直径t/mm 350
导流器距管板最近距离/z mm 60
导流器倾角6> 0°
导流器高径比互 0.5
在淤浆法生产高密度聚乙烯工艺中，使用本发明的管式换热器，操作 条件为管程流体进口温度为78~85°C，出口温度73~80°C ，操作压力 0.23 0.70MPa，淤浆流速4.0m/s,淤浆浓度450g颗粒/L溶剂，淤浆颗粒密 度0.950g/cm 淤浆颗粒粒径100-200目；壳程冷却水进口温度为25~34°C, 出口温度为55~65°C，操作压力0.49MPa。连续操作6个月后，对换热器 管板表面、管箱以及换热管进行检测时，基本没有发现明显的聚合物的粘 结。对比使用本发明换热器前后的操作指标以及产品性能，除了换热器 阻力降上升0.2%外，其它均没有明显变化。
实施例4
参见图5，使用本发明方法在换热器的上管箱和或下管箱内设置内构 件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向 方向的流动。主要参数如表4所示
表4
主要錄 参数值""" 公称直径mm i55 导流器底部直径rfmm 350 导流器距管板最近距离mm 80 导流器倾角^ 0°
导流器高径比^ 0.7
在淤浆法生产聚丙烯工艺中，使用本发明的管式换热器，操作条件为 管程流体进口温度为63 72 。C,出口温度58 67。C,操作压力2.5-3.0 MPa, 淤浆流速3.5m/s，淤浆浓度380g颗粒/L溶剂，淤浆颗粒密度0.960g/cm3, 淤浆颗粒粒径100-200目；壳程冷却水进口温度为25~32'C,出口温度为 50-60 'C，操作压0.5MPa。连续操作6个月后，对换热器管板表面、管 箱以及换热管进行检测时，基本没有发现明显的聚合物的粘结。对比使 用本发明换热器前后的操作指标以及产品性能，除了换热器阻力降上升 0.3%外，其它均没有明显变化。
实施例5
参见图6，使用本发明方法在换热器的上管箱和或下管箱内设置内构 件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向 方向的流动。主要参数如表5所示
表5
主要参数 参数值~ 公称直径mm 800 导流器底部直径dmm 240 导流器距管板最近距离/imm 80 导流器倾角9 30°
导流器高径比^ 0.5 tf
在淤浆法生产聚丙烯工艺中，使用本发明的管式换热器，操作条件为 管程流体进口温度为63~72 'C,出口温度58 67。C，操作压力2.5 3.0MPa, 淤浆流速3.5m/s，淤浆浓度380g颗粒/L溶剂，淤浆颗粒密度0.960g/cm3, 淤浆颗粒粒径100-200目；壳程冷却水进口温度为25~32'C，出口温度为
50~60 °C,操作压0.5MPa。连续操作6个月后，对换热器管板表面、管 箱以及换热管进行检测时，基本没有发现明显的聚合物的粘结。对比使 用本发明换热器前后的操作指标以及产品性能，除了换热器阻力降上升 0.1%外，其它均没有明显变化。
实施例6
参见图7，使用本发明方法在换热器的上管箱和或下管箱内设置内构 件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向 方向的流动。主要参数如表4所示
表4
主要参数 参数值
公称直径mm
导流器底部直径c/mm 350
导流器距管板最近距离/imm 80
导流器倾角P 0°
&.云悠》,义"// 0.5 (上)
导流器向径比一
^ 0.3 (下)
在淤浆法生产聚丙烯工艺中，使用本发明的管式换热器，操作条件为 管程流体进口温度为63~72 'C，出口温度58 67。C,操作压力2.5-3.0 MPa， 淤浆流速3.5m/s，淤浆浓度380g颗粒/L溶剂，淤浆颗粒密度0.960g/cm3， 淤浆颗粒粒径100-200目；壳程冷却水进口温度为25~32°C,出口温度为 50~60 。C，才喿作压0.5MPa。连续操作6个月后，对换热器管板表面、管 箱以及换热管进行检测时，基本没有发现明显的聚合物的粘结。对比使 用本发明换热器前后的操作指标以及产品性能，除了换热器阻力降上升 0.1%外，其它均没有明显变化。
权利要求
1、一种立式管壳式换热器，包括上管箱和下管箱，上管箱和/或下管箱内设置内构件导流器，内构件导流器为平板形或锥形或帽形，内构件导流器均带一平面，平面朝向淤浆流入方向。
2、 与权利要求1所述的换热器，其特征在于上管箱和/或下管 箱内设置内构件导流器的形状可以不相同。
3、 根据权利要求1所述的换热器，其特征在于所述的内构件 导流器与管板的最近距离为h， 0.1￡^/^0.2Z),所述的内构件导流器 的倾角为0， 0、0S45。；内构件导流器的底部直径为J, 0.3Z^c/S0.7D, 内构件导流器的高度为W, 0.1S見S0.7， D是换热器壳体的公称直径；
4、 一种淤浆换热器的防堵方法，其特征在于采用权利要求i所 述的换热器，淤浆走管程。
5、 如权利要求4所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆的 流速为3~8m/s。
6、 如权利要求4所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆的 流速优选为4~6m/s。
7、 如权利要求4所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆的 浓度为0~600g颗粒/L溶剂。
8、 如权利要求7所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆的 浓度优选为0 400g颗粒/L溶剂。
9、 如权利要求4所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆中 颗粒密度为0.900 0.970g/cm3。
10、 如权利要求9所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆中 颗粒密度优选为0.930~0.960g/cm3。
11、 如权利要求4所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆中 颗粒粒径为50-350目。
12、 如权利要求11所述的防堵方法，其特征在于所述的淤浆 中颗粒粒径优选为80-200目。
全文摘要
本发明公开了一种管壳式换热器及其防堵方法，在换热器的上管箱和/或下管箱内设置内构件导流器，淤浆流过内构件导流器，形成沿换热器轴线方向和换热器径向方向的流动。本发明方法及采用的换热器消除了流动阻滞区，强化传热传质。利用流体介质对换热器管箱和管板壁面的冲刷，减小淤浆中颗粒阻滞区域，有效地防止了聚合物的沉积粘结，避免了换热器的堵塞。同时降低聚合物在壁面沉积粘结的可能性。
文档编号F28F9/22GK101101176SQ200710025280
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者殷大斌, 王靖岱, 浩 蒋, 蒋斌波, 阳永荣, 顾越峰 申请人:中国石化扬子石油化工有限公司;浙江大学