专利名称：一种双管束液体蒸发器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油化工装置中的液体蒸发器，更具体地说是一种用于对石油化工行业乙烯、聚乙烯、丙烯、聚丙烯装置中的乙烯、丙烯或冷火炬液体等低温液体介质进行 加热并使之汽化的蒸发器。
背景技术：
由于一般碳素钢或低合金钢在介质温度低于-20°C时，可能产生低温脆断，不能满 足使用需要，需要采用耐低温的特殊材料，但大量使用特殊材料并不经济，在工业上通常采 取蒸发器将低温液体汽化的方法进行输送。在乙烯装置中，把低温的冷火炬液体输送到火炬燃烧之前，或将低温的乙烯、丙烯 产品作为原料在输送到下游的聚乙烯、聚丙烯装置之前，需要加热升温使之汽化，然后以气 态输送。由于这些液体温度可达-50°C -100°C左右，对其加热需要交换的热量很大，通常 利用低压蒸汽作为热源，而低压蒸汽的温度一般在150°C以上，若直接用蒸汽加热上述低温 液体，因两种介质的温差悬殊，所以，为达到使低温液体汽化的目的，在设备的结构设计、实 际操作中均会产生较多的问题。如至少需要采用两台换热器(每台换热器具有一个壳体、 一个管束及两个管箱。一台用于蒸汽等热源加热甲醇等中间介质，另一台用加热后的甲醇 等中间介质加热如乙烯、丙烯等低温液体)、一台罐及相应的仪表控制系统等多台设备共同 完成。这种分散式的体系，能耗高，蒸发效率低，不利于仪表控制，存在安全隐患，实际效果 不理想，操作维护不方便，建造、维护成本也高。近两年来，出现了一种集成式、高效、单体 的蒸发器来独立完成上述工作。该蒸发器由两个管束、两个管箱、一个圆筒体壳体、管束滑 道、隔板、支撑梁和设备支座等组成。目前，这种已在工程中实施的蒸发器存在如下不足 (1)设备壳体是圆筒体，采用在筒体的椭圆封头上开2个大孔的方法连接两个管箱，由于开 孔直径大、且开孔在封头边缘高应力区，造成应力状况恶化、补强困难，安全隐患大。为改善 应力状况及满足补强要求，需要使开孔边缘与椭圆封头高应力区的过渡段边缘保持一定的 距离，即开孔在椭圆封头上的偏心距离不能太大，这种限制造成需要额外地引起设备直径 的增加，并引起建造成本增加，占地面积大。(2)介质为低温液体的上端管板与管箱之间的 连接采用常用的夹持式，即采用两片法兰夹持管板后用螺柱、螺母、垫片紧固。由于壳体内 压力通常比较高，而管板两侧的介质温差很大(上管箱内为低温介质，而壳体内为高温介 质)，造成管板与相连的法兰密封困难，无法选到适用的螺柱材料。(3)两管束之间的隔板， 其底板上无溢流堰板处开2个大的长方形降液孔，由于液体只能从这两个长方孔中下降， 造成降液不均勻，影响设备的传热效率，并对底板开孔处的强度削弱过大，底板所需的厚度 较大。
发明内容本实用新型的目的就是针对上述新兴蒸发器存在的问题、进行结构创新。本实用 新型实施后，可以解决上述存在的不足。[0005]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是本实用新型的双管束液体蒸发器，包括壳体10、两个U型管束2和7、两个管箱1 和6，两个管束分别布置在设备的上下位置，两个管束之间设有集液槽4 ；整台设备被分成 三个相对独立的空间管箱1和管束2构成封闭的空间A，管箱6和管束7构成封闭的空间 B，壳体10构成封闭空间C，其特征在于所述的壳体10由斜锥体和圆筒体组成，是一个水平布置的、两端均为斜锥体、中 间为圆筒体的釜式结构壳体。所述的管束2和管箱1的筒体为连成一体的焊结结构，管箱1为带平封头的管箱；所述的管束7和管箱6之间的连接结构为夹持式，即采用两片法兰夹持管板后用 螺柱、螺母、垫片紧固。在具体实施中，所述的集液槽4可以包括底板4-1，底板4-1上一侧3面连接中部开口的溢流堰 板4-2、4-3和4-4，以及在与中部开口面邻接的另一侧底板4-1上开有均勻分布的圆形降液 孔；所述的溢流堰板4-2、4-3和4-4高可以为40—100mm ；所述的介质为低温液体的管束2位于设备的上部；所述的介质为高温蒸汽的管束7位于设备的下部；所述的两个管束2和7之间的距离可以为400-600mm ；所述的两个管束2和7均可以采取滑道兼支撑的结构、包括管束2的滑道兼支撑 3、管束7的滑道兼支撑8;所述的集液槽4可以采用横粱5支撑；所述的滑道兼支撑3可以安放并焊接于集液槽4的底板上表面处。本实用新型的特点在于，(一)设备壳体10是两端均为斜锥体的双釜式结构，采用这种新型结构后，将大直 径的筒体在两端通过斜锥缩径成小直径的筒体后，采用法兰与管箱相连，既避免了在椭圆 封头上开大孔的问题，不存在大开孔引起的应力状况恶化和补强问题，又可相应地明显减 小设备直径，从而减小成本，节约空间。( 二)壳体内两个管束上下布置，并保持一定的距离，低温液体在上部管束中流动。上层管束和集液槽采用横粱支撑。上部管束2的管板与管箱筒体1-2为连成一体的焊 接结构，管箱1的封头为可拆的平盖，便于设备检修。本新型设备的管板与筒体采用焊接连 接，不采用垫片、螺柱、和螺母等紧固件，解决了密封困难及在压力较高时螺柱无适用材料 的难题，同时，还节省了材料，减少了泄露点，可降低成本并消除了部分安全隐患。(三)壳体内，两管束中间有个结构特殊的集液槽4，其底板上开有两组均勻布置 的圆形降液孔。本实用新型采用开两组均勻分布的多个圆形降液孔方式，既使底板上液位 稳定、实现了均勻降液，提高传热效率，又可减小对底板该区域的过度削弱，避免底板厚度 过大。
图1为本实用新型蒸发器的结构示意图图2为本实用新型蒸发器的剖面示意图[0026]图3为本实用新型蒸发器的管箱1结构示意图图4为本实用新型蒸发器的壳体10和支座9结构示意图图5为本实用新型蒸发器的管箱6结构示意图图6a为本实用新型蒸发器的集液槽示意图图6b为本实用新型蒸发器的集液槽E向示意图具体实施方式如图1所示，本设备由双釜式壳体10、U型管束2和管束7、管箱1和管箱6、管束2 的支撑3、管束7的支撑8、集液槽4、集液槽的支撑梁5和设备支座9等主要部件组成。其 特点在于，与传统换热器通常只有1个管束，且壳体为圆筒体或一端为斜锥而另一侧为圆 筒体的釜式结构不同的是，本设备的设备壳体10为水平布置、两端均为斜锥体、中间为圆 筒体的釜式结构壳体。壳体内有上下2个管束(管束2和管束7)，为了保证蒸发、冷凝空间 和支撑梁5的安装空间，2个管束之间应保持约400-600mm的间距。管束2采用兼作滑道的 支撑件3来支撑，支撑件3安装在集液槽4的底板上表面，并与底板焊接，管束7采用兼作 滑道的支撑件8来支撑。壳体内两个管束之间有个结构特殊的集液槽4 ；集液槽4采用横粱 5支撑；设备壳体用支座9来支撑。整台设备被分成三个相对独立的空间管箱1和管束2 的换热管内壁构成封闭的空间A，管箱6和管束7的换热管内壁构成封闭的空间B ；壳体和 管束2和7的管板组成封闭空间C。如图2所示，通过焊接在集液槽4上表面的支撑件3来支撑管束2，同时，支撑件3 还兼作安装和检修管束2时的滑道，根据管束2的质量大小及结构特点，支撑件3可采用角 钢或槽钢。通过焊接在壳体10底部内表面的支撑件8来支撑管束7，同时，支撑件8还兼作 安装和检修管束7时的滑道，支撑件7可采用角钢组焊完成。利用与壳体10焊接或的横梁 5来支撑集液槽4，从而同时支撑管束2，根据管束2、集液槽4的质量大小及结构特点，横梁 5可采用工字钢。如图3所示，管箱1由管箱法兰1-1 (2个)、管箱筒体1-2和1_4、介质出口 1_3、螺 柱1-5、螺母1-6、垫片1-7、平封头1-8和介质进口 1-9组成。其特点是管束2的管板2_1 与管箱1的筒体1-2和1-4采用焊接连接，这与传统U型管换热器的管板与壳体和管箱筒 体不焊接、而是采用2个法兰通过螺柱夹持密封的特点本质不同。采用这种新型结构，既保 留了管束可拆的特点、方便对管束进行清洗和维修，又因管板与筒体焊接，不用密封垫片和 紧固件，从而避免了传统夹持式因管板两侧高低温介质的温差过大、且压力又很高时，没有 适用的紧固件和密封垫片的难题。如图4所示，壳体10由斜锥10-1、法兰10-2、筒体10_3、介质出口管10_4、斜锥 10-5、法兰10-6和介质进口管10-7组成。与传统壳体为圆筒体或釜式换热器壳体一侧为 斜锥一侧为圆筒体不同的是，其特点在于壳体两端均为斜锥，是一种双向釜式结构。这种结 构的优点在于可在一个壳体内连接两个管束，既可保证介质具有所需的蒸发、冷凝空间，又 可有效减小壳体直径，使结构尺寸不致于过大。壳体10利用2个支座9来支撑。如图5所示，管箱6由介质出口 6-1、管箱封头6-2、管箱筒体6-3、介质进口 6-4和 管箱法兰6-5组成，根据结构尺寸，管箱封头也可用平封头代替。如图6a和图6b所示，集液槽4由底板4_1、溢流堰板4_2、4_3和4_4组成。其特 点一是在底板的三侧边处焊有高约40-100mm的溢流堰板；特点二是在底板另一侧开两组均勻分布的圆形降液孔。本实用新型设备的操作原理及过程是利用低压蒸汽加热液体甲醇，使甲醇汽化 (蒸发)，再利用汽化后的甲醇加热低温的冷火炬液体或乙烯、丙烯等低温液体，使低温液 体达到所需的温度，同时，甲醇放热后冷凝，冷凝液被集液槽4收集后，通过集液槽两侧的 溢流堰和尾部的降液孔返回到壳体10底部，继续被低压蒸汽加热，如此循环。具体如图1所 示，低压蒸汽从管箱6的管口 B2进入，在U形换热管内流动，同时与壳体内介质甲醇进行热 交换，完成传热后从管口 Bl流出；甲醇从壳体10的Sl管口进入，在壳体内先与 管束7中的 低压蒸汽换热，导致甲醇被汽化、蒸发，蒸发的甲醇气体上升后与管束2中的低温液体进行 热交换，换热后甲醇在管束2的外壁处冷凝，冷凝液下落到集液槽4中，达到一定液位后从 两侧的溢流堰溢出或从尾部的降液孔流入到壳体中，然后再被管束7内的蒸汽加热汽化； 低温液体由管箱1的Al管口进入，在U形换热管内流动，同时与壳体内甲醇进行热交换，完 成传热后从管口 A2流出。本实用新型设备实现了三种介质在一个壳体内同步换热，具有结构紧凑、设计新 颖、传热效率高，操作维护方便等特点，既可有效地将低温液体汽化，达到既定的目的，又克 服了目前新兴的蒸发器所具有的设备直径过大、压力较高时存在密封困难和无适用的螺柱 等紧固件材料、内部隔板降液不均勻，影响传热效率、泄露点相对较多存在安全隐患等诸多 不足，并能节省建造和维护成本。
权利要求一种双管束液体蒸发器，其中包括壳体(10)、两个U型管束(2)和(7)、两个管箱(1)和(6)，两个管束分别布置在设备的上下位置，两个管束之间设有集液槽(4)；整台设备被分成三个相对独立的空间管箱(1)和管束(2)构成封闭的空间(A)，管箱(6)和管束(7)构成封闭的空间(B)，壳体(10)构成封闭空间(C)，其特征在于所述的壳体(10)由斜锥体和圆筒体组成，是一个水平布置的、两端均为斜锥体、中间为圆筒体的釜式结构壳体。
2.如权利要求1所述的双管束液体蒸发器，其特征在于所述的管束(2)和管箱(1)的筒体为连成一体的焊结结构，管箱(1)为带平封头的管箱；所述的管束(7)和管箱(6)之间的连接结构为夹持式，即采用两片法兰夹持管板后用 螺柱、螺母、垫片紧固。
3.如权利要求1或2所述的双管束液体蒸发器，其特征在于所述的集液槽(4)包括底板(4-1)，底板(4-1)上一侧3面连接中部开口的溢流堰板 (4-2)、(4-3)和(4-4)，以及在与中部开口面邻接的另一侧底板(4-1)上开有均勻分布的圆 形降液孔。
4.如权利要求3所述的双管束液体蒸发器，其特征在于 所述的溢流堰板(4-2)、(4-3)和(4-4)高为40—100mm。
5.如权利要求1或2所述的双管束液体蒸发器，其特征在于 所述的介质为低温液体的管束(2)位于设备的上部；所述的介质为高温蒸汽的管束(7)位于设备的下部； 所述的两个管束(2)和(7)之间的距离为400-600mm。
6.如权利要求1或2所述的双管束液体蒸发器，其特征在于所述的两个管束(2)和(7)均采取滑道兼支撑的结构、包括管束(2)的滑道兼支撑 (3)、管束(7)的滑道兼支撑(S)0
7.如权利要求1或2所述的双管束液体蒸发器，其特征在于 所述的集液槽(4)采用横粱(5)支撑。
8.如权利要求1或2所述的双管束液体蒸发器，其特征在于 所述的滑道兼支撑(3)安放并焊接于集液槽(4)的底板上表面处。
9.如权利要求3所述的双管束液体蒸发器，其特征在于 所述的溢流堰板(4-2)、(4-3)和(4-4)高为40—IOOmm ； 所述的介质为低温液体的管束(2)位于设备的上部；所述的介质为高温蒸汽的管束(7)位于设备的下部； 所述的两个管束⑵和(7)之间的距离为400-600mm ；所述的两个管束(2)和(7)均采取滑道兼支撑的结构、包括管束(2)的滑道兼支撑 (3)、管束(7)的滑道兼支撑(8)；所述的集液槽(4)采用横粱(5)支撑；所述的滑道兼支撑(3)安放并焊接于集液槽(4)的底板上表面处。
专利摘要本实用新型为一种双管束液体蒸发器。由两个U型管束、两个管箱、一个壳体、管束支撑、集液槽、集液槽支撑梁和设备支座等部件组成。其特点在于所述的壳体10是一个水平布置的、两端均为斜锥、中间是圆筒体的釜式结构壳体。两个管束上下布置，上部管束的管板与管箱之间不采取常用的螺栓连接结构，而是与管箱筒体焊接成一体，该管箱封头为可拆的平封头，在上下2个管束之间有一个结构特殊的集液槽。整台设备被分成管程A、管程B和壳程C三个各自封闭的空间，使得可以实现三种介质在同一台设备内同步换热，达到对低温液体介质加热并使之汽化的目的。本实用新型既可有效地将低温液体汽化，又减少了安全隐患；具有结构紧凑、安全可靠、节约投资的特点。
文档编号B01D1/00GK201591986SQ200920216248
公开日2010年9月29日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者元少昀, 朱亚林, 李胜利, 段瑞, 董玉群 申请人:中国石油化工集团公司;中国石化工程建设公司