板管式的釜式重沸器的制作方法

本实用新型涉及化工领域的换热器，尤其涉及板管式的釜式重沸器。

背景技术：

近年来，一种替代管式重沸器的板式重沸器得到了广泛应用，其主要技术是采用可抽出的板束沉浸在釜中的沸腾液体内，故循环在板束与其周围液体之间进行，气液分离也在釜内上部空间完成。板式重沸器常用于塔底再沸器、蒸汽发生器和汽化器等场合。以石油化工装置中塔底为例，板式重沸器常用来提高塔底液相气化率。其工艺流程为，塔底液体通过进料管进入釜式重沸器并浸没管束，受热产生沸腾。气化气体自上升管返回塔底液面上部，饱和液体溢流过溢流堰板到储液槽，由泵抽出。

板式的釜式重沸器与管式的釜式重沸器相比具有很多优点，诸如：(1)传热效率高，换热面积小；(2)体积小，重量轻，结构紧凑；(3)减少了釜内的持液量和液体的停留时间。(4)降低设备投资及运行成本。

但是板式的釜式重沸器在工程应用中，暴露出以下不足：

(1)传热流动现象复杂，设计计算与实际值偏差大，操作弹性小。板间的多相流动要比管间流动复杂，传热计算尚不成熟，易出现设计结果与运行结果偏差大的情况。

(2)壁面过热度过大时，容易发生“蒸气覆盖”现象，换热效率大幅度降低。板式重沸器由于板间通道窄，该现象对换热的影响程度要远大于该现象对管壳式换热器换热的影响。关于“蒸气覆盖”现象，尾花英郎在其著作《热交换设计手册》(1982版)第194页中提到“根据佩伦(Palen)论述，在釜式再沸器或者内置式再沸器，因为管束上部传热管表面被下部传热管上产生的蒸气覆盖，这种现象叫做“蒸气覆盖(Vapor Blanketing)”。

(3)釜式再沸器的缺点是容易结垢，污垢会引起换热系数的降低，污垢对板束的影响要远大于对管束的影响。

(4)当板片数目较多时，板束长度较长时，流动分配不均现象明显。

随着石化装置对能源消耗的要求越来越高，在装置设计时，优先考虑高效的板式重沸器。然而板式重沸器存在设计偏差大，操作弹性小，容易结垢等问题，限制了其大范围推广应用。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种板管式的釜式重沸器，解决现有技术中设计偏差大，操作弹性小，容易结垢的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种板管式的釜式重沸器，包括壳体和设置在所述壳体内的芯体；

所述壳体的侧面设置有液体入口、气体出口和液体出口；

所述芯体包括盘管管束和板束，所述板束穿设在所述盘管管束内，所述芯体上设置有板侧流体入口、板侧流体出口、管侧流体入口和管侧流体出口；

所述板侧流体入口和板侧流体出口分别与所述板束相联通，所述管侧流体入口和管侧流体出口与所述盘管管束相联通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型可以达到节能降耗的目的。

本申请中的热源流体，可以是两股不同的工艺流体。例如：板侧进出口走蒸汽，管侧进出口走工艺流体。正常操作时，可以采用装置内的工艺流体介质作为部分热源，对塔底液相进行加热，减少蒸汽的用量，以达到节约能源消耗的目的。

(2)本实用新型可使得重沸器实现精确控温，壳侧出口气相分率可控，增大操作弹性的优点。

板管式的釜式重沸器的板程可以承担大部分的热负荷，管程可以起调节作用。通过调节管程流体的流量，进出口温度等参数，可以使得重沸器达到设计工况，提高操作弹性。本实用新型通过在圆形板束的圆周外围，设置了盘管。盘管形状可以是圆形、椭圆形或者其他形状。盘管的底部可以起到对壳侧流体预热的效果；盘管的顶部，可以提高蒸发气体出口的气相分率，甚至可以作为过热器使用，使得出口气体变为过热状态。

(3)本实用新型可以减缓“蒸气覆盖”现象对板式重沸器的影响。

“蒸气覆盖”现象对管状换热器的影响要远小于板状换热器。一旦现场发现出现板侧“蒸气覆盖”的现象，可以通过降低板侧蒸气流量，加大管侧热流体流量，使管侧部分承担更多的热负荷，进而避免“蒸气覆盖”对总换热系数的影响。

(4)本实用新型可以减弱污垢对总传热系数的影响。

由于釜底属于重组分区域，属于污垢易沉积区，而这一部分区域刚好布置的是管束区域。污垢沉积对管束的传热影响要弱于其对板束的影响。进而污垢对板管式重沸器的总传热系数的影响减弱。

(5)本实用新型可以减弱壳侧流动分配不均的现象。

本实用新型的盘管管束，可以通过调节管间距来起到壳侧流体分配器的作用。例如：根据离壳侧液相进口的距离远近，采用疏密不同的管间距，可以减弱长板束引起的流体分配不均。

(6)本实用新型的盘管管束具有制造简单，传热效率高，容易清洗维护的优点。

通过对实际工况的具体分析，本实用新型设计出合理板束和管束布置位置，可以兼得板式的釜式重沸器和管式的釜式重沸器的优点，一定程度上克服板式的釜式重沸器的缺点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的板管式的釜式重沸器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的换热器内部的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的板管式芯体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的板束的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的盘管管束的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的单根盘管的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的45°转角正方形结构的布管图；

图8为本实用新型实施例提供的不等管间距的布管图。

图中：1管侧流体入口，2板侧流体入口，3板侧流体出口，4管侧流体出口，5芯体，6气体出口，7壳体，8液体出口，9液体入口，10壳体法兰，11第一内接法兰，12第二内接法兰，13盘管管束，14堰板，15板束，16换热板，17出口集液管，18入口集液管，19盘管出口，20盘管入口，21单根盘管，22管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1和图2，一种板管式的釜式重沸器，包括壳体7和设置在壳体7内的芯体5；

壳体7的侧面设置有液体入口9、气体出口6和液体出口8；

芯体5包括盘管管束13和板束15，板束15穿设在盘管管束13内，芯体5上设置有板侧流体入口2、板侧流体出口3、管侧流体入口1和管侧流体出口4；

板侧流体入口2和板侧流体出口3分别与板束15相联通，所述管侧流体入口和管侧流体出口与所述盘管管束相联通。

本实施例在上述实施例的基础上，板束15穿过盘管管束13的一端设有堰板14。

本实用新型的换热器芯体内管束13和板束15的流体可以是同一种工质，也可以是不同的工质。“蒸气覆盖”现象对盘管管束的影响要远小于板束。一旦现场发现出现板侧“蒸气覆盖”的现象，可以通过降低板侧蒸气流量，加大管侧热流体流量，使管侧部分承担更多的热负荷，进而避免“蒸气覆盖”对总换热系数的影响。具体工作时，板侧流体通过板侧流体入口2流入，通过板侧流体入口3流出。盘管管束侧流体通过管侧流体入口1流入，管侧流体出口4流出。冷流体从壳侧液体入口9流入，在壳体内同芯体进行间壁式换热，发生相变，在壳体的上部大空间内进行气液分离，其中蒸发气体从气体出口6流出，饱和液体溢流过堰板14到储流槽后，从液体出口8流出。

本实用新型改进型的板式的釜式重沸器，解决了现有技术中设计偏差大，操作弹性小，容易结垢的问题。

参见图1和图2，壳体7内通过液体入口9注入液体，所述液体在壳体7内的液面上方设有分离空间，并根据气体出口6的气体的气相分率的要求，壳体7内液体的浸没高度能够调节。

为防止气液相互夹带，蒸发器的壳体7液面上方应保留足够的分离空间。根据壳侧的气体出口6流出气体的气相分率的要求，壳体7内液体的浸没高度可以调节。如果对出口气体中含液量要求不严格，液面的浸没高度通常高出换热芯体5上盘管管束13上表面约50mm。如果对出口气体中的含液量严格控制，可将液面布置在板束15以上，盘管管束13上端盘管以下。此时盘管管束13部分在液面以上，这部分可以调节气相的气相分率。另外，通过控制盘管管束13内的流体的温度，流量等参数，这部分盘管可以实现过热器的功能，即将蒸发气体加热到过热，即壳体的气体出口6流出的气体的状态为过热。

参见图3和图4，本实施例在上述实施例的基础上，板束15为多个相连的圆形板片，盘管管束13为圆形、椭圆形或方形。

参见图4，本实施例在上述实施例的基础上，板束15包括多块层叠间隔设置的换热板16，换热板16和换热板16之间的密封方式采用焊接。

本实施例在上述实施例的基础上，换热板16为表面带有波纹的波纹板，换热板16为圆形，所述换热板的直径为0.2～1.4m，所述波纹板的波纹深度为～10mm，波纹的节距为10～20mm。

本实用新型的芯体是由多个换热板层叠后通过激光焊接而成。作为一种优选方式，换热板的表面为波纹面，这样可以尽最大程度的使流体湍流，以防止换热器被堵塞。板束芯体的形成方式为：两个换热板16同轴放置，分别将换热板16上同一位置的两个圆孔通过激光焊接在一起，形成板片对，构成该板片对的两板之间形成一个壳侧流道；然后将多个板片对同轴放置，将相邻两板片对的外圆激光焊接在一起，构成板束15，相邻的两个板片对之间构成了一个板侧流道。最终，板束15的每个板片对中两板片之间通道构成壳侧通道，板片对与板片对之间流道构成板侧流道。

参见图5和图6，本实施例在上述实施例的基础上，盘管管束13包括多个并排设置的单根盘管21，单根盘管21由一根直管以螺旋缠绕的方式绕成，一根盘管从盘管入口20开始，采用螺纹线形的式缠绕数圈，最后止于盘管出口19处，每个盘管入口20连接入口集液管18，每个盘管出口19连接出口集液管17；入口集液管18连接管侧流体入口1，出口集液管17连接管侧流体出口4；单根盘管21的几何参数为：螺距大于管径的0.85倍；圈数为3～10圈。

盘管管束中流体流动的原理是：流体通过管侧流体入口1流入入口集液管18，分配到各个单根盘管21中，然后再汇总到出口集液管17，从管侧流体出口4流出。

图1和图8，远离液体入口9的位置，单根盘管21的布管间距比靠近液体入口9的位置的布管间距大。即将离壳侧液体入口较远的位置，给较大的布管间距，而将离壳侧液体入口较进的位置，给较小的布管间距，可以使得进入板束间的流体流量基本相等，改善壳侧流体分布不均匀度。

对于板片数目多，板束很长的情况，壳侧流体会有很大分配不均匀度。通过控制板束的外侧盘管管束中，单根盘管和单根盘管之间的间距可以改善分配不均现象。例如，将离壳侧流体进口较远的位置，给较大的布管间距，可以减少局部阻力；而将离壳侧流体较进的位置，给较小的布管间距，可以增加局部阻力。通过此方法，可以使得进入芯体5内部的壳侧流体流量分布均匀。

参见图6，本实施例在上述实施例的基础上，为了达到最佳效果，单根盘管21的螺旋缠绕方式采用锥形外扩螺纹线，锥形外扩角度为30°～60°之间，从盘管入口20开始，通过锥形外张到达盘管出口19。

参见图6和图7，本实施例在上述实施例的基础上，单根盘管21为不锈钢管或者铜管，所述不锈钢管的壁厚不低于1.5mm，铜管的壁厚不低于1.0mm；所述单根盘管中管22与管22之间采用45°转角正方形排列；管22与管22之间的间距比每个管22直径大6mm以上，管22与管22的间距大于管22外径的1.25倍。

参见图5，本实施例在上述实施例的基础上，盘管入口20在入口集液管18的两侧间隔焊接，盘管出口19沿着出口集液管17的外壁直线布置焊接；相邻的两根单根盘管21，后焊接的锥形盘管的大圈要套在前一次焊接的锥形盘管的小圈上。

本实用新型的盘管管束的制作方法如下：首先在入口集液管18和出口集液管17上开孔。然后将单根盘管一根一根焊接到集液管对应的位置。为了焊接方便，盘管入口20由于处于锥形面的小圈，将在集液管18的表面两侧间隔焊接；而单根盘管出口19的出口将沿着集液管17的外壁直线布置焊接。相邻的两根盘管，后焊接的锥形盘管的大圈要套在前一次焊接的锥形盘管的小圈上。

参见图3，本实施例在上述实施例的基础上，芯体5与壳体7采用法兰10连接；入口集液管18通过第一内接法兰11连接管侧流体入口1，出口集液管17通过第二内接法兰12连接管侧流体出口4。

换热器参见图2的芯体5同壳体7采用法兰10连接，芯体5可以抽出来清洗维护。通过拆卸第一内接法兰11和第二内接法兰12，可以实现板束15和盘管管束13的分离，进而可以分别进行清洗维护。

参见图3，本实施例在上述实施例的基础上，盘管管束13的换热面积为板束15换热面积的1/5～1/2；考虑到管束13跟板束15的换热系数差别，盘管管束13的换热热负荷占总热负荷的5％～30％。

本实用新型放置釜式重沸器的釜的形状可为圆筒形，或者局部锥形。锥形部分通常其大端直径与小端直径之比为1.5～2.0，连接锥角取为25°～40°之间。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。