本发明属于化工设备领域，具体涉及一种多级式外虹吸板翅式换热器。
背景技术：
部分流程中丙烷脱氢装置、乙烯装置，乙烯为整个工程的重要冷剂。低温乙烯压缩后通常需要在-33～-34℃之间冷凝，然后节流为多个温度梯度冷剂为不同换热器提供冷量。压缩后的乙烯通常采用低压丙烯提供冷量。低压丙烯的压力通常控制为表压50～70kpa，沸点通常为-37℃左右。乙烯冷凝换热器的积分温差约为3℃，而丙烯的液位增高，导致进入换热器液体丙烯的表面压力增高，从而导致丙烯沸点上升。丙烯沸点上升会导致该换热器积分温差明显下降，从而导致换热器所需换热面增大。而在现有技术中，为减少高液位对温差的影响，设计中换热器高度偏低，台数较多，占地面积较大。因此，针对此类冷凝工艺，如何在保证换热器温差的情况下，解决冷凝换热器台数多、制造成本即占地大的问题，是一个亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种多级式外虹吸板翅式换热器。
本发明所采用的具体技术方案如下：
多级式外虹吸板翅式换热器，其包括多级板翅式换热器和多级虹吸罐；所述的多级板翅式换热器的换热器本体呈柱状，且换热器本体内部在竖向设有若干段处于不同高度的换热段，每段换热段结构相同，且均设有换热器物流入口和气液两相出口；所述的多级虹吸罐的虹吸罐本体中也设有若干个处于不同高度的液槽，每个液槽均由底部平板、斜板和顶部平板构成，底部平板和顶部平板均呈水平布置，两者之间通过斜板相连，底部平板、斜板、顶部平板以及换热器本体内壁构成一个用于容纳提供冷量的物流的槽型空间，所述底部平板上开设有物流出口，顶部平板上开设有贯通板体的缺口；每个液槽的底部平板和顶部平板的高度差相等，但相邻两个液槽的顶部平板上开设的缺口垂直投影位置不重合；虹吸罐本体上位于顶部的液槽上方设置有进液管；所述多级虹吸罐上不同高度液槽中的物流出口通过连接管与所述多级板翅式换热器上不同高度处换热段的换热器物流入口相连，且两者呈一一对应方式相连接；不同换热段的有效翅片和与其相连的液槽中顶部平板之间的高度差相等，且各条连接管的管道管径和当量长度相同。
作为优选，每个所述的物流出口通过出液管接至虹吸罐本体外部，且所述的连接管一端通过出液管连接所述物流出口；不同液槽所连接的出液管的管道管径和当量长度相同。
作为优选，所述的多级板翅式换热器中，每段换热段的长度相同。
作为优选，所述的多级板翅式换热器中，每段换热段中的有效翅片高度与换热器物流入口的高度相同。
作为优选，所述的多级虹吸罐中，每个液槽的结构均完全相同。
作为优选，所述的多级虹吸罐中，每个液槽种存储的物流高度相同。
作为优选，所述的缺口在顶部平板的一侧贴近换热器本体内壁开设，且但相邻两个液槽的缺口开设与顶部平板的不同侧。
作为优选，所述的进液管高度不低于虹吸罐本体内顶部液槽的顶部平板高度。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一多级式外虹吸板翅式换热器的虹吸换热方法，其步骤如下：
将用于提供冷量的物流从进液管不断输入多级虹吸罐内，使物流注满顶部的液槽，然后从该液槽顶部平板处的缺口处溢出，进入下方的液槽，并逐个注满多级虹吸罐内不同高度处的液槽；不同高度处的液槽中相同高度的物流通过相同管道管径和当量长度的连接管输入换热器本体内部不同高度的换热段，用于对热物流进行换热冷凝，保证输入不同高度的换热段的进口液柱静压头和表面压力均相等。
作为优选，所述用于提供冷量的物流为液体丙烯，所述热物流为压缩后的冷剂乙烯。
本发明在虹吸罐内通过特殊的挡板结构，形成多个液槽，提供冷量的液体物流分多段进入换热器不同高度换热段换热，保证进入每段换热段的物流水头高度相同，因此其表面压力和翅片中的换热温差也能保持相同。相对于现有技术中的换热器而言，本发明能够在保证不同换热段换热温差恒定的情况下，使换热面积增加在高度方向，减少项目中需要的换热器台数，减少现场设备占地，减少制造成本。
附图说明
图1为多级式外虹吸板翅式换热器的整体结构示意图；
图2为多级板翅式换热器的结构示意图；
图3为多级虹吸罐的结构示意图；
图4为多级虹吸罐中a视角下的液槽结构示意图；
图中：多级板翅式换热器1、多级虹吸罐2、连接管3；
换热器本体1-1、换热器物流入口1-2、气液两相出口1-3、a段虹吸物流换热1-a、b段虹吸物流换热1-b、c段虹吸物流换热1-c、d段虹吸物流换热1-d、e段虹吸物流换热1-e；
虹吸罐本体2-1、液槽2-2、进液口2-3、出液管2-4、底部平板2-2-1、斜板2-2-2、顶部平板2-2-3、缺口2-2-4、a出液管2-4-a、b出液管2-4-b、c出液管2-4-c、d出液管2-4-d、e出液管2-4-e。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
在本实施例中，部分流程需要采用乙烯作为冷剂，低温乙烯压缩后通常需要在-33～-34℃之间冷凝，然后节流并为多个梯度的换热器换热段提供冷量。压缩后的乙烯则采用低压丙烯提供冷量，低压丙烯的压力控制为表压50～70kpa，沸点通常为-37℃左右，因此乙烯冷凝换热器的积分温差约为3℃。该流程乙烯冷凝工艺的特点是丙烯沸点温度和乙烯冷凝的温度的温差较小，且换热负荷非常大。
丙烯液位，即水头高度产生的静压头对丙烯沸点会造成明显影响，丙烯液位升高时，丙烯的沸点温度上升，会导致换热器传热温差明显缩小。温差缩小导致换热器所需换热器面积同比例增大。换热器制造通常高度可以到达10m左右，宽度和厚度为1.5m左右。假如能够使换热面积增加在高度方向，可以减少项目中需要的换热器台数，减少制造成本。因此如何保持换热器中不同换热段的丙烯水头高度时本项目中需要解决的问题。
如图1所示，为一种多级式外虹吸板翅式换热器，其主体结构包括多级板翅式换热器1和多级虹吸罐2两部分。
如图2所示，多级板翅式换热器1的换热器本体1-1呈柱状，且换热器本体1-1内部在竖向设有5段处于不同高度的换热段，分别为a段虹吸物流换热1-a、b段虹吸物流换热1-b、c段虹吸物流换热1-c、d段虹吸物流换热1-d、e段虹吸物流换热1-e，高度从下至上逐渐提升。每段换热段内部均设有换热翅片，其内部结构相同，换热段长度相同。多级板翅式换热器1中，每段换热段中的有效翅片高度与换热器物流入口1-2的高度相同。每段换热段均设有换热器物流入口1-2和气液两相出口1-3。
如图3所示，多级虹吸罐2的主体为呈柱状的虹吸罐本体2-1，虹吸罐本体2-1中设有4个处于不同高度的液槽2-2。如图4所示，每个液槽2-2均由底部平板2-2-1、斜板2-2-2和顶部平板2-2-3构成，底部平板2-2-1和顶部平板2-2-3均呈水平布置，两者之间通过斜板2-2-2密闭相连，底部平板2-2-1、斜板2-2-2、顶部平板2-2-3以及换热器本体1-1内壁构成一个用于容纳丙烯物流的槽型空间。该槽型空间底部密闭，仅在底部平板2-2-1上开设有物流出口。每个物流出口通过相同尺寸的出液管2-4接至虹吸罐本体2-1外部，从上之下依次为a出液管2-4-a、b出液管2-4-b、c出液管2-4-c、d出液管2-4-d。
另外，顶部平板2-2-3上开设有贯通板体的缺口2-2-4，使丙烯物流能够从缺口中流下。4个液槽2-2的结构、尺寸均相同，且底部平板2-2-1和顶部平板2-2-3的高度差也相等。顶部平板2-2-3上的缺口2-2-4在顶部平板2-2-3的一侧开设，且贴近换热器本体1-1内壁，且但相邻两个液槽2-2的缺口2-2-4开设与顶部平板2-2-3的不同侧，使得上下缺口2-2-4在水平面上的垂直投影位置不重合。从上方缺口溢流而下的丙烯物流不会直接落入下方缺口，而是在下方顶部平板2-2-3的导流下注满下方的液槽2-2。如图3所示，第一个液槽中物流从顶部挡板左侧的开口溢流至第二个液槽，第二个液槽顶部挡板开口设置在右侧，保证第一个液槽中液体溢流满第二个液槽后，从第二个液槽右侧顶部平板向下流出，从而保证液体物流从上至下逐个灌满每个液槽。多级虹吸罐中的液槽通过平板和斜板控制液位，其最高液位在顶部平板2-2-3的缺口2-2-4处，因此每个液槽2-2种存储的物流高度相同。而且由于上下液槽通过缺口连通，因此各液槽的液体表面气压相同。也乙烯物流注满各液槽后，进入虹吸罐本体2-1底部空间，该空间底部也设有e出液管2-4-e，且对于该底部空间也应控制其高度使得注满液体时其液位高度能够与上方的各液槽中液位高度相同。虹吸罐本体2-1上位于顶部的液槽2-2上方设置有进液管2-3，进液管2-3高度不低于虹吸罐本体2-1内的顶部液槽2-2的顶部平板2-2-3高度，使得乙烯物流能够自流进入各液槽。
由于多级板翅式换热器1和多级虹吸罐2均在高度方向上设置了多级结构，因此两者能够配合实现竖向的换热面积增加。具体来说，多级虹吸罐2上不同高度液槽2-2中的物流出口通过连接管3与多级板翅式换热器1上不同高度处换热段的换热器物流入口1-2相连，且两者呈一一对应方式相连接。a段虹吸物流换热1-a、b段虹吸物流换热1-b、c段虹吸物流换热1-c、d段虹吸物流换热1-d、e段虹吸物流换热1-e的换热器物流入口1-2分别与a出液管2-4-a、b出液管2-4-b、c出液管2-4-c、d出液管2-4-d、e出液管2-4-e相连。同时为了保证不同换热段的物流水头高度相同，应保证不同液槽2-2所连接的出液管2-4的管道管径和当量长度相同，不同换热段的有效翅片和与其相连的液槽2-2中顶部平板2-2-3之间的高度差相等，且各条连接管3的管道管径和当量长度也相同。
基于上述多级式外虹吸板翅式换热器的虹吸换热方法，其步骤如下：
将用于提供冷量的丙烯物流从进液管2-3不断输入多级虹吸罐2内，使丙烯物流注满顶部的液槽2-2，然后从该液槽2-2顶部平板2-2-3处的缺口2-2-4处溢出，进入下方的液槽2-2，并逐个注满多级虹吸罐2内不同高度处的液槽2-2以及底部液槽下方空间。不同高度处的液槽2-2中相同高度的物流通过相同管道管径和当量长度的连接管3输入换热器本体1-1内部不同高度的换热段。然后在换热段的翅片中，丙烯物流对乙烯冷剂进行换热冷凝，换热蒸发后的气液混合物从气液两相出口1-3排出。上述换热器装置中的特殊构造，保证了输入不同高度的换热段的进口液柱静压头和表面压力均相等，因此各换热段中的换热温差也相同。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。