一种针肋套管取热管及外取热器的制作方法

本实用新型属于石油化工技术领域，具体涉及石油化工热交换装置的取热管和外取热器。

背景技术：

在石油化工行业催化裂化装置中，催化剂在反应器和再生器之间循环；失活的催化剂在再生器中烧焦再生，再生后的催化剂循环返回反应器。典型的如重油催化裂化装置。催化剂在再生器中的烧焦反应要放出大量的热量，当该热量超过了催化反应所需要的热量时，就需要设置外取热器来吸收这部分过剩的热量，保证工艺操作的平稳进行。同时，外取热器也利用这部分过剩热量发生蒸汽，外取热蒸汽发生系统成为催化裂化装置中的一项重要节能措施。外取热器由于取热量大、操作灵便，在工业上的应用十分广泛。

现有的外取热器有多种型式，翅片管(也称肋片管)外取热器是其中的一种类型。中国专利zl201220342676.5公开了一种翅片管以及翅片管外取热器，翅片管由基管和设于基管外表面上、与基管的外表面相垂直并纵向设置的翅片组成，翅片横截面为矩形。翅片管外取热器内设置套管式翅片传热管。

国内一些炼油厂使用的一种肋片管外取热器，包括一个垂直设置的圆筒形壳体，壳体内垂直设置有多根套管式肋片取热管。每一根套管式肋片取热管为封闭式结构，主要由给水管和绕给水管的外表面设置的汽水混合物套管组成。每根套管式取热管是一个独立的传热元件，具有独立的水-汽回路。由于催化剂流动需要，汽水混合物套管被迫分为肋片管段和光管段，肋片管段基管的外表面密布着纵向设置的通长肋片，各肋片与基管外表面相垂直，采用错开布置型式。这种套管式肋片取热管以及采用这种套管式肋片取热管的肋片管外取热器的优点是：一个单元的套管式肋片取热管出了问题，可以切除而不影响整台外取热器的使用；通长肋片的型式强化了传热。存在的主要问题是：为了保证热催化剂顺利出入外取热器，肋片只能在取热管的长度方向上局部布置，使得外取热器内的取热管有三分之一不能充分利用；靠近肋片管的催化剂只能沿管道长度方向流动，其放热系数受到不同程度影响，只能用低肋片。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种针肋套管取热管及针肋套管取热管外取热器，以解决现有套管式肋片取热管的受热面使用效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种针肋套管取热管，由内插给水管和绕内插给水管的外表面设置的汽水混合物套管组成，其特征在于：在所述汽水混合物套管的外表面上设置有针肋。

本实用新型一种针肋套管取热管，其进一步特征在于：所述针肋焊接于汽水混合物套管的全管段。

本实用新型一种针肋套管取热管，其进一步特征在于：所述针肋外形为圆柱、棱柱、棱台、锥台、锥体、凹面锥台、凸面锥台中的任一种，所述针肋的横截面对应分别为圆形或矩形。

本实用新型一种针肋套管取热管，其进一步特征在于：所述每个针肋的高度为10～500mm，横截面积5～10000mm²。

本实用新型一种针肋套管取热管，其进一步特征在于：所述针肋布置方式为矩形布置或者三角形布置，相邻针肋的间距为10～200mm。

本实用新型还提供了一种针肋套管取热管外取热器，具体为：

一种针肋套管取热管外取热器，包括一个垂直设置的圆筒形壳体，壳体内垂直设置有至少一根针肋套管取热管，每一根针肋套管取热管为封闭式结构，由内插给水管和汽水混合物套管及外套管封头组成，构成一个具有独立的流体通路的取热单元，汽水混合物套管外表面布置针肋。

本实用新型一种针肋套管取热管外取热器，其进一步特征在于：所述针肋焊接于汽水混合物套管的全管段。

本实用新型一种针肋套管取热管外取热器，其进一步特征在于：所述针肋外形为圆柱、棱柱、棱台、锥台、锥体、凹面锥台、凸面锥台中的任一种，所述针肋的横截面对应分别为圆形或矩形。

本实用新型一种针肋套管取热管外取热器，其进一步特征在于：所述每个针肋的高度为10～500mm，横截面积5～10000mm²。

本实用新型一种针肋套管取热管外取热器，其进一步特征在于：所述针肋布置方式为矩形布置或者三角形布置，相邻针肋的间距为10～200mm。

水在内插给水管内由上至下流动，在内插给水管出口与汽水混合物外套管封头的空隙处沿内插给水管外表面转向180°，进入内插管与汽水混合物套管形成的缝隙内从下向上流动。

本实用新型一种针肋套管取热管外取热器，其进一步特征在于：所述内插给水管下口距外套管底封头内底的高度为给水管管径的1.0～1.5倍。

本实用新型一种针肋套管取热管外取热器，其进一步特征在于：所述针肋套管取热管距外取热器壳体器壁的净距离为20～1000mm；相邻两根针肋套管取热管之间的距离为20～1000mm。

本实用新型的针肋套管取热管以及针肋套管取热管外取热器与现有技术相比，具有如下效果：换热管的利用效率是现行直肋的1.5倍，由于针肋对粉尘流体的扰动，提高了粉尘流体的放热系数，此外，仅就肋化效果而言，提高了16％。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。但附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1为本实用新型一种针肋套管取热管的结构示意图；

图2是本实用新型一种针肋套管取热管外取热器的结构示意图；

图3是本实用新型针肋套管取热器外取热器的取热管布置示意图；

图4是本实用新型针肋套管取热管圆柱针肋的俯视图；

图5是本实用新型针肋套管取热管圆柱针肋的侧视图；

图6是本实用新型针肋套管取热管棱柱针肋的俯视图；

图7是本实用新型针肋套管取热管棱柱针肋的侧视图；

图8是本实用新型针肋套管取热管棱台针肋的俯视图；

图9是本实用新型针肋套管取热管棱台针肋的侧视图；

图10是本实用新型针肋套管取热管锥台针肋的俯视图；

图11是本实用新型针肋套管取热管锥台针肋的侧视图；

图12是本实用新型针肋套管取热管锥体针肋的俯视图；

图13是本实用新型针肋套管取热管锥体针肋的侧视图；

图14是本实用新型针肋套管取热管凹面锥台针肋的俯视图；

图15是本实用新型针肋套管取热管凹面锥台针肋的侧视图；

图16是本实用新型针肋套管取热管凸面锥台针肋的俯视图；

图17是本实用新型针肋套管取热管凸面锥台针肋的侧视图。

图中所示附图标记为：

1-内插给水管，100-针肋套管取热管,2-汽水混合物套管，3-导向支架,4-催化剂进口，5-催化剂出口，6-脱气口，7-流化风分布器，11-入水口，12-出水口；21汽水混合物出口；22-限位管；23-针肋；201-封头，202-外取热器壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如附图1所示为本实用新型的针肋套管取热管，由内插给水管1、外表面垂直设置针肋的汽水混合物套管2组成，针肋23焊接于汽水混合物套管2的外表面上。针肋沿管道长度方向全长度布满。针肋外形为圆柱、棱柱、棱台、锥台、椎体、凹凸面锥台中的任一种，横截面分别为圆、矩形，每个针肋的的高度为10～500mm，横截面积5～10000mm²。针肋布置方式为矩形布置或者三角形布置，相邻针肋的间距为10～200mm。

针肋套管取热管100由内插给水管1和绕内插给水管1的外表面设置的汽水混合物套管2组成，内插给水管1的外表面与汽水混合物套管2的内表面之间形成供水-汽流动的环形空间。内插给水管1为光管；汽水混合物套管2全部管段设置针肋。如附图1所示，针肋套管取热管的内插给水管1的顶部设有入水口11，内插给水管1的底部设有出水口12，出水口12位于汽水混合物套管2之内的下部。汽水混合物套管2的上部设有汽水混合物出口21，汽水混合物套管2的顶部与给水管1的外壁之间为封闭式结构。汽水混合物套管2的底部设有限位管22。使用过程中，水由给水管1顶部的入水口11通入给水管1并在给水管1内向下流动，再由给水管1底部出水口12流出，进入给水管1外表面与汽水混合物套管2的内表面之间环形空间向上流动，并吸取放热介质(例如高温催化剂)放出的热量，生成的汽水混合物由汽水混合物套管2上部的汽水混合物出口21流出。由以上说明可知，图1所示的针肋套管取热管100为封闭式结构，其自身构成一个具有独立的水—汽回路的传热单元。图1所示的针肋套管取热管100主要是其汽水混合物套管2的外表采用了本实用新型的针肋。

所述针肋套管取热管中的给水管1下口12距汽水混合物套管2底封头内底的高度h1为给水管1管径d的1.0～1.5倍。

图2和图3是本实用新型的针肋套管外取热器(简称为外取热器)示意图。它包括一个垂直设置的圆筒形外取热器壳体202，外取热器壳体202的顶部设有封头201。外取热器壳体202内垂直设置有多根针肋套管取热管100，针肋套管取热管100的下方设有导向支架3。针肋套管取热管100采用如图1所示型式。

针肋套管取热管100至少在外取热器内设置一根。每根针肋套管取热管100的一端固定在封头201上，另一端将限位管22插入导向支架3的限位孔内，由导向支架3限位，可自由伸缩。壳体202上设有催化剂进口4、催化剂出口5和脱气口6，壳体202内的下部、导向支架3的下方设有流化风分布器7。壳体202和封头201的内壁有耐高温的隔热耐磨衬里。如图2所示，每根针肋套管取热管100的汽水混合物套管2，可以在全管段设置针肋。

工程实际中，针肋的高度取30～50mm为宜，平均横截面积在64～400mm²为宜。相对展开的基管而言，针肋布置方式为矩形布置或者三角形布置，相邻针肋的间距为10～200mm，推荐值为15～20mm。

针肋套管取热管100距壳体202器壁的净距离s1优选为45～100mm；相邻两根针肋套管取热管100之间的距离s2优选为45～100mm，最佳距离为s2＝汽水混合物套管2的直径。

附图2所示的外取热器用作催化裂化装置外取热器的操作过程如下：从催化裂化装置再生器来的高温催化剂从催化剂进口管4进入外取热器，在外取热器内形成一段密相催化剂床层。流化空气通过流化风分布器7进入催化剂床层，使催化剂处于流化状态，以增强高温催化剂对针肋套管取热管100的放热作用。放热冷却后的催化剂通过催化剂出口管5排入催化裂化装置再生器，从而完成催化剂在外取热器中的冷却循环过程。流化催化剂中所夹带的烟气经脱气口6排回再生器中。由每根针肋套管取热管100的给水管1顶部的入水口11通入水，水在针肋套管取热管100中流动，并吸取高温催化剂放出的热量而生成汽水混合物；汽水混合物由汽水混合物套管2上部的汽水混合物出口21流出。在上述操作过程中，每根针肋套管取热管100各自构成一个具有独立的水—汽回路的取热单元。高温催化剂从催化裂化装置再生器带出的过剩热量，就这样通过针肋套管取热管100产生的汽水混合物被不断地取走。上述针肋套管取热管100的详细结构和工作过程，参见对图1的说明。附图2所示的外取热器，主要是采用了如图1所示的针肋套管取热管100，而该针肋套管取热管100的汽水混合物套管2的受热管段采用的是本实用新型的各种针肋。附图2所示外取热器其余结构和用于催化裂化装置的取热操作过程，与现有的套管式肋片取热管的外取热器基本相同。

以上结合附图和具体实施方式对本实用新型进行了详细的说明。本实用新型图1至图17中，相同附图标记表示相同的技术特征。在附图1和附图2中，未注明附图标记的箭头表示水、汽水混合物、流化风、烟气或催化剂的流动方向。

本实用新型的外取热器，主要用于石油加工行业的催化裂化装置，以及与其工艺过程类似的其它催化裂化装置，例如mto(甲醇转化制烯烃)装置、hcc(重油直接裂解制烯烃)装置；还可以应用于具有相似要求的其它热传递场所。本实用新型的肋片管可以作为独立的传热元件使用，例如用于与本使用新型外取热器工况类似的换热器中。而采用本实用新型肋片管的套管式肋片取热管，则可用于上述催化转化装置的外取热器或内取热器中，或是用于类似工况的列管式锅炉上。