专利名称：大型平行立式三联换热器的制作方法
技术领域：
大型平行立式三联换热器技术领域[0001]本实用新型涉及化工设备换热器，特别是一种大型平行立式三联换热器。
技术背景[0002]苯乙烯单体是不饱和芳烃单体系列中结构最简单的品种，它是合成橡胶和塑料工业的重要原料，在国民经济中占有重要的地位。基于苯乙烯的广泛用途，世界各国苯乙烯生产迅速发展。负压绝热脱氢制苯乙烯技术约占苯乙烯生产技术的85%左右，负压绝热脱氢生产苯乙烯是乙苯在水蒸气存在的情况下，经催化脱氢制苯乙烯，其反应温度在540-620°C 左右，为了节约能耗，需设置废热换热器回收高温热量，通常采用三级废热换热器回收不同等级的余热，因脱氢反应为负压反应，因此要减小压降损失，将三级废热换热器串联组合成一体。目前世界上三级废热换热器组合形式主要有三种。[0003]第一种换热器卧式布置(图1)。如图所示第一级换热器A管束的一端设计为滑动管板，以解决由于换热器A管程与壳程的较大温差造成管束与壳体轴向膨胀量不一致而引起的相对位移问题。第二级换热器B、第三级换热器C均为固定管板。但由于卧式换热器的管束的重力方向与热膨胀的方向互成90度，且滑动管板与壳体之间用填料密封相隔， 在管束受热膨胀位移时，管束的自重通过管板底部及密封填料传递到筒体上，使管板下部与筒体之间产生很大的摩擦力，阻碍管束的位移，造成管板上下位移不一致，管板倾斜，严重时会拉坏换热管，从而导致换热器管程与壳程之间泄漏。[0004]换热器总长度较长，以年产6-10万吨苯乙烯装置为例，三级余热回收换热器总长度约为25米。卧式安放时，若采用两个鞍式支座双支点支承，则两支座之间的跨度大，导致筒体产生过度变形及较大应力；由于总质量大，滑动支座位移困难，也会增加筒体的轴向应力；若采用三个以上鞍式支座多支点支承，由于换热器沿轴向温度差别较大，且第一级与二、三级换热器的材质不同，各支点上的筒体垂直膨胀量不一样，各支点受力不均勻而产生的静不定矛盾会比较突出。[0005]第二种换热器立式布置(图2)，三级换热器管束均采用固定管板结构，其中，第一级换热器的结构(图幻。如图所示该换热器由自上而下竖立设置的第一级换热器D、第二级换热器E、第三级换热器F构成。其中，第一级换热器D包括上固定管板10、多波膨胀节20、管束30、壳程筒体40、下固定管板50和多波膨胀节20。第三级换热器F上还设有单波膨胀节70，其底部设置有裙座80。第一级换热器D管程和壳程由于温差而产生的应力通过设置在壳程筒体上的膨胀节20吸收。但由于换热器温度高(540 600°C )、温差大， 膨胀节材料需采用价格昂贵的耐高温合金；且膨胀节直径较大，以年产6 10万吨苯乙烯装置为例，膨胀节直径在2. 4米以上，结构采用柔性多波，制作难度大、成本高。[0006]第三种三级换热器L型布置(图4)。如图所示L型布置是中石化专有技术-ST 技术。L型三联换热器结构第一级换热器A是立式结构，上端管板18为固定管板；下端管板为14浮动管板；浮动管板与壳体之间用填料密封；第二级换热器B和第三级换热器C为卧式结构；第一级换热器和第二级换热器用弯头型压力平衡式膨胀节连接；第一级换热器的外侧安置一对耳式支座21 ；第二级换热器和第三级换热器在下部分别安置一个鞍座19。[0007]与三级换热器采用L型结构相匹配的第二脱氢反应器由原来上进下出的Z型结构改为上进上出的η型结构。则可使三联换热器中长度最长和自重最大的第一换热器由卧式变为立式，从而使三联换热器L型组合换热器，在重力方向自由膨胀，与换热器的自重无关。[0008]L型换热器已于2004和2007年分别应用至海南实华嘉盛8万吨/年苯乙烯装置和中石化安庆分公司10万吨/年苯乙烯装置中。以上两套装置自开车运行至今，均未发生过第一级换热器列管拉坏、泄漏等问题。[0009]L型结构在中小型苯乙烯装置中应用效果较佳，但是Z型和Π型反应器与L型三联换热器组合时，第二脱氢反应器与第一级换热器Α，第一级换热器A与第二级换热器B之间均采用带弯头的压力平衡式膨胀节，这种型式的膨胀节对第一级换热器A产生的倾覆力矩是叠加的，故第一级换热器A处的耳架受力很大，对基础的倾覆力很大，此力矩对中小型苯乙烯装置由于管径较小尚在合理的范围，但对大型苯乙烯装置此力矩就会很大。实用新型内容[0010]本实用新型的目的在于提供一种大型平行立式三联换热器，主要解决现有的三级换热器结构各自所存在的技术缺陷，它可有效地减少设备基础处的倾覆力矩，避免了管程与壳程之间泄漏泄漏的问题。而且设备上不设膨胀节，降低了设备制造难度和成本。[0011]为实现上述目的，本实用新型是这样实现的[0012]一种大型平行立式三联换热器，它具有呈立式排列连接的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器，其特征在于所述的三级换热器自下往上的排列顺序为第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器；所述的三级换热器的物料下进上出，且第一级换热器上端为固定管板，下端为滑动管板，管板和壳体之间采用填料密封。[0013]所述的大型平行立式三联换热器，其特征在于所述的三级换热器的下端通过带弯头的大拉杆横向膨胀节与第二脱氢反应器连接；所述的三级换热器的上端通过大拉杆膨胀节连接至空冷器。[0014]所述的大型平行立式三联换热器，其特征在于所述的第一级换热器底部设置有裙座。[0015]藉由上述结构，本实用新型的优点在于。[0016]1、本实用新型直立式三联换热器中，第一级换热器管束的一端设计为滑动管板， 解决换热器管程与壳程温差较大，膨胀量不一致的问题。[0017]2、本实用新型直立式三联换热器中，壳程筒体不设多波和单波膨胀节，解决了以昂贵耐高温合金材料制作的、直径较大的膨胀节难以制造问题，并且降低了设备制造成本。 有利于工程实施和生产装置安全、平稳、连续运行。[0018]3、本实用新型直立式三联换热器可用于新建或改造的乙苯脱氢生产苯乙烯的工业生产装置中。当今世界上苯乙烯生产装置正趋向大型化、特大型化方向发展。我国ST技术的苯乙烯生产装置规模均在20万吨/年以下，还无20万吨/年生产装置业绩。因此必须解决苯乙烯生产装置关键设备的大型化工程设计，为我国苯乙烯生产装置大型化奠定基石出。
[0019]图1是现有的换热器卧式布置的结构示意图。[0020]图2是现有的换热器立式布置的结构示意图。[0021]图3是图2中第一级换热器的结构示意图。[0022]图4是现有的三级换热器L型布置得结构示意图。[0023]图5是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
[0024]请参阅图5，它是本实用新型一种大型平行立式三联换热器的结构示意图。如图所示该三联换热器具有呈立式排列连接的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器，所述的三级换热器自下往上的排列顺序为第一级换热器100、第二级换热器200和第三级换热器300 ；所述的三级换热器的物料下进上出，且第一级换热器100上端为固定管板14，下端为滑动管板18，管板14、18和壳体之间采用填料密封。所述的三级换热器的下端通过带弯头的大拉杆横向膨胀节23与第二脱氢反应器400连接；所述的三级换热器的上端通过大拉杆膨胀节M连接至空冷器。所述的第一级换热器100底部设置有裙座L80。[0025]本实用新型将原有L型三级组合式换热器变为直立式三联换热器，并与脱氢反应器平行布置。第二轴径脱氢反应器400的物料采用底部出的形式，以满足与之相连的废热回收立式三联组合换热器的要求。直立式三联换热器的物料下进上出。第二脱氢反应器 400与直立式第一级换热器100之间采用带弯头的大拉杆横向膨胀节23，膨胀节的波纹管材质采用hconel 625，其余材质为304H，与空冷器相连的膨胀节为普通大拉杆膨胀节M， 波纹管材质304L (或316L)，其余为碳钢。该三级换热器设备壳程筒体不设多波和单波膨胀节。[0026]在本实用新型所应用的大型平行立式反应系统中，由于拉杆端板安装在反应器和直立式三联换热器的中心，故在水平方向产生的推力均由膨胀节承受，不会影响到设备管口上，设备基础处力矩比L型结构小一个数量级，有效地减少了设备基础处的倾覆力矩。平行立式三联组合换热器管末的重力方向与热膨胀的方向一致，彻底消除了管程与壳程之间泄漏的隐患。
权利要求1.一种大型平行立式三联换热器，它具有呈立式排列连接的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器，其特征在于所述的三级换热器自下往上的排列顺序为第一级换热器(100)、第二级换热器(200)和第三级换热器(300)；所述的三级换热器的物料下进上出， 且第一级换热器(100)上端为固定管板(14)，下端为滑动管板(18)，管板(14、18)和壳体之间采用填料密封。
2.根据权利要求1所述的大型平行立式三联换热器，其特征在于所述的三级换热器的下端通过带弯头的大拉杆横向膨胀节(23)与第二脱氢反应器(400)连接；所述的三级换热器的上端通过大拉杆膨胀节(24)连接至空冷器。
3.根据权利要求1所述的大型平行立式三联换热器，其特征在于所述的第一级换热器(100)底部设置有裙座(L80)。
专利摘要本实用新型涉及化工设备换热器，特别是一种大型平行立式三联换热器。它具有呈立式排列连接的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器，其特征在于所述的三级换热器自下往上的排列顺序为第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器；所述的三级换热器的物料下进上出，且第一级换热器上端为固定管板，下端为滑动管板，管板和壳体之间采用填料密封。它主要解决现有的三级换热器结构各自所存在的技术缺陷，它的管道布置可有效地减少设备基础处的倾覆力矩，避免了管程与壳程之间泄漏泄漏的问题。而且设备上不设膨胀节，降低了设备制造难度和成本。
文档编号F28F11/00GK202274799SQ20112026116
公开日2012年6月13日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者吴德荣, 方立, 洪纯芬 申请人:中国石化集团上海工程有限公司, 中国石油化工股份有限公司