一种釜式重沸器的制作方法

本实用新型涉及一种化工领域的换热器，特别是一种釜式重沸器。

背景技术：

在国标《热交换器》(标准号：GB/T 151-2014)中提到工业中常用的一种AKT/AKU型釜式重沸器。在AKU釜式重沸器中，可抽出的U型换热管束沉浸在大壳体(釜)中的沸腾液体内，故循环在换热管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。釜式重沸器常用作塔底再沸器、蒸汽发生器和汽化器等，以用作石油化工装置中的塔底再沸器为例，釜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换热管束，受热产生沸腾。气化气体由位于顶部的气体出口输出，液体较多时通过溢流堰溢流至储液槽中，再由位于底部的液体出口输出。

近年来，一种替代管式重沸器的板式重沸器也得到了广泛应用，其主要技术是采用换热板束芯体来替代U型换热管束。相对于管壳式重沸器，板式重沸器具有以下优点：(1)传热效率高，换热面积大；(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。

同时，相对于管壳式重沸器，板式重沸器也具有以下缺点：

(1)传热流动现象复杂，设计值与实际值偏差大，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。另外，由于板式重沸器的板间通道窄，该现象对板式重沸器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，因为换热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)釜式重沸器的缺点是容易结垢，污垢会引起换热系数的降低，污垢对换热板束的影响要远大于对换热管束的影响。

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：

本实用新型的目的在于提供一种釜式重沸器，该釜式重沸器将换热板束和换热管束相结合，以提高换热效率，同时还能减缓“蒸汽覆盖”现象，降低结垢对其换热的影响。

本实用新型的技术方案如下：

一种釜式重沸器，包括壳体、盖板、换热管束和换热板束；

所述壳体呈卧式筒体结构，所述壳体上设有位于壳体一侧的开口端、位于上部的壳程气体出口，所述壳体的内部设有堰板；

所述堰板沿纵向设置于所述壳体的底部，从而将所述壳体的内部分为位于所述堰板与开口端之间的换热区和位于所述堰板另一侧的溢流区，所述换热区与所述溢流区的上部连通；

所述壳体上还设有位于壳体下部的壳程液体入口和壳程液体出口，其中，所述壳程液体入口位于所述换热区的下部，所述壳程液体出口位于所述溢流区的下部；

所述盖板用于封闭所述壳体的开口端；所述换热管束和换热板束设置在所述壳体的换热区内；所述盖板上分别设有管程液体入口、管程液体出口、板程液体入口和板程液体出口，其中，所述管程液体入口和管程液体出口分别与所述换热管束的流体进、出口连通，所述板程液体入口和板程液体出口分别与所述换热板束的流体进、出口连通。

优选地，所述壳体包括圆台形筒体段和圆柱形筒体段，所述圆台形筒体段的顶端为所述壳体的开口端，所述圆台形筒体段的底端与所述圆柱形筒体段相连通；所述圆台形筒体段的底端直径大于顶端直径。

优选地，所述圆台形筒体段的底端直径与顶端直径的比值为1.5-2.0；所述圆台形筒体段的上部侧壁与水平面所夹锐角为25°～40°。

优选地，所述壳体与所述换热板束之间设置有填料，所述填料位于所述换热板束的两侧。

优选地，所述换热板束包括多个换热板对，每个换热板对包括两个相对设置并结合在一起以形成板程液体通道的换热板片，所述换热板片为波纹形板片；所述换热管束包括多个换热管，所述换热管为U形管。

优选地，所述换热管束与所述换热板束的换热面积比值为1/5-1/2。

优选地，所述换热管束设置于所述换热板束的上方。

优选地，所述换热管束设置于所述换热板束的下方。

优选地，所述换热管束的进出口分别固定有与所述换热管相连通的管板，所述换热管束通过所述管板固定于所述盖板上。

优选地，所述壳程气体出口处设有丝网除沫器。

本实用新型的有益效果在于：

管式重沸器传热效率低，换热面积小；持液量大。板式重沸器设计值与实际值偏差较大，操作弹性小，一方面，相对于管式重沸器，研究人员对板式重沸器的研究还不太成熟，另一方面，板式重沸器的结构复杂，换热情况也比较复杂，因此造成板式重沸器设计值与实际值偏差较大，设计选型困难，而不准确的选型会造成现场无法达到设计工况，且没有合适改进措施，操作弹性小；当换热板面过热度较大时会出现“蒸汽覆盖”现象而影响换热效率；容易结垢而降低换热系数。而本实用新型的釜式重沸器，将用于换热的换热管束和换热板束相结合，能够结合管式重沸器和板式重沸器各自的优点，克服管式重沸器和板式重沸器各自的缺点，既能高效换热，还能减缓“蒸汽覆盖”现象，同时还能降低结垢对换热性能的影响。

附图说明

图1为本实用新型的釜式重沸器在一种实施方式中的结构示意图；

图2为本实用新型的釜式重沸器在一种实施方式中的端侧透视图；

图3为本实用新型的釜式重沸器在一种实施方式中换热板束的部分结构示意图；

图4为本实用新型的釜式重沸器在一种实施方式中除壳体以外部分的立体结构示意图；

图5为本实用新型的釜式重沸器在一种实施方式中除壳体以外部分的另一角度的部分立体结构示意图；

图6为本实用新型的釜式重沸器在一种实施方式中换热板束的结构示意图；

图7为本实用新型的釜式重沸器在另一种实施方式中除壳体以外部分的立体结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式仅用于说明本实用新型的内容，并不用于限制本实用新型的保护范围。应用本实用新型的构思对本实用新型进行的简单改变都在本实用新型要求保护的范围内。

如图1、5所示，本实用新型的釜式重沸器，包括壳体10、盖板20、换热管束7和换热板束8；

所述壳体10呈卧式筒体结构，所述壳体10上设有位于壳体一侧的开口端、位于上部的壳程气体出口6，所述壳体10的内部设有堰板9；

所述堰板9沿纵向设置于所述壳体10的底部，从而将所述壳体10的内部分为位于所述堰板9与开口端之间的换热区和位于所述堰板9另一侧的溢流区，所述换热区与所述溢流区的上部连通；

所述壳体10上还设有位于壳体10下部的壳程液体入口13和壳程液体出口11，其中，所述壳程液体入口13位于所述换热区的下部，所述壳程液体出口11位于所述溢流区的下部；

所述盖板20用于封闭所述壳体10的开口端；所述换热管束7和换热板束8设置在所述壳体10的换热区内；所述盖板20上分别设有管程液体入口3、管程液体出口18、板程液体入口4和板程液体出口5，其中，所述管程液体入口3和管程液体出口18分别与所述换热管束7的流体进、出口连通，所述板程液体入口4和板程液体出口5分别与所述换热板束8的流体进、出口连通。

盖板20与所述壳体10优选通过螺栓固定，方便安装和拆卸，以便于换热管束7和换热板束8抽出清洗和维护。

本实用新型将换热管束和换热板束相结合，能够在增大换热面积的基础上，降低“蒸汽覆盖”现象、降低持液量和液体停留时间、降低设计值与实际值的偏差、增大操作弹性、减弱结垢现象，进而结合管式重沸器和板式重沸器各自的优点，克服管式重沸器和板式重沸器各自的缺点。特别是由于“蒸气覆盖”现象对换热管束7的影响要远小于换热板束8，一旦现场发现换热板束8出现“蒸气覆盖”现象，可以通过降低板程液体(即板程的热流体)的流量，加大管程液体(即管程的热流体)流量，使换热管束7承担更多的热负荷，进而避免换热板束8出现“蒸气覆盖”现象而对总换热系数产生影响。

在一种实施方式中，所述壳体10包括圆台形筒体段101和圆柱形筒体段102，所述圆台形筒体段101的顶端为所述壳体10的开口端，所述圆台形筒体段101的底端与所述圆柱形筒体段102相连通；所述圆台形筒体段101的底端直径大于顶端直径，优选所述圆台形筒体段101的底端直径与顶端直径的比值为1.5-2.0。这样设置是为了减小盖板20的面积，以在不影响换热效率的基础上节约原料和投资。优选所述圆台形筒体段101的上部侧壁与水平面所夹锐角为25°～40°。这样设置可控制圆台形筒体段101的长度，进而控制换热区的整体换热速率和效果。

所述换热板束8为本领域所熟知，包括多个换热板对81，每个换热板对81包括两个相对设置并结合在一起以形成板程液体通道的换热板片17，其具体结构可以如图1、4、6、7所示，所述换热板对81包括两个相对设置的换热板片17，所述换热板对81中的两个换热板片17通过边缘结合在一起并且所述的两个换热板之间形成板程液体通道；如图2和3所示，所述换热板束的上部和下部分别设置有圆孔171，将各相邻换热板对81上部的圆孔171连通以形成板程液体进流通道或板程液体出流通道，将各相邻换热板对81下部的圆孔171连通以形成相应的板程液体出流通道或板程液体进流通道。换热板对81的个数视具体情况而定，比如2-500个，优选200-400个。

换热板对81中两个换热板片17的连接具体是将两个换热板片17的边缘相连接，进而实现换热板对81中两个换热板片17的连接，二者的边缘可通过焊接方式相连接。换热板对81中两个换热板片17之间形成的板程液体通道用于板程液体通过。

圆孔171的连接可以是固定连接，用于防止板程液体与壳体液体掺混，比如通过焊接将两个圆孔171的边缘固定在一起，或者在两个圆孔171之间焊接一截管道，进而实现两个圆孔171的连接和连通，从而相应的在相邻的所述换热板对81之间形成壳程液体通道，用于壳程液体通过。

所述换热管束7包括多个换热管15，为本领域所熟知，这里不再赘述。

釜式重沸器运行时，板程液体从板程液体入口4流入换热板束8中，经板程液体进流通道依次输入各换热板对81的板程液体通道中与壳程液体进行换热，然后经板程液体出流通道输出至板程液体出口5，并从板程液体出口5流出。

而管程液体从管程液体入口3输入换热管束7的换热管15中与壳程液体进行换热，然后从管程液体出口18流出。所述板程液体和管程液体均为热流体，二者可以相同，也可以不同。

壳程液体为冷流体，壳程液体从壳程液体入口13输入壳体10内，并与换热管束7的换热管15和换热板束对8的换热板片17进行间壁式换热，发生相变，而在壳体10内的上部空间进行气液分离，所得气体从壳程气体出口6输出，所得液体经堰板9溢流到储液槽，然后经壳程液体出口11输出。

为了防止气液相互夹带，一方面，壳体10内的液面上方应保留足够的分离空间，壳体10内的液体表面与壳体10的顶部之间的距离根据壳体10的大小而定，而壳体10内的液面高度取决于堰板9的高度，为保证换热效果，使足够多的冷流体参与换热，优选堰板9的高度比换热区的高度高出40-60mm，优选50mm；另一方面，优选在所述壳程气体出口6处设置有丝网除沫器14，以使气液分离得到的气体通过丝网除沫器14而除去其中夹带的液相雾沫。

在一种实施方式中，所述换热板片17为圆形，所述盖板20与所述换热板片17的直径比为1.05-2.0:1，以方便在盖板20上对换热管束7、换热板束8及壳体10进行固定。

为防止由换热管束7和换热板束8组成的换热芯体堵塞，优选所述换热板片17为波纹形板片，波纹深度为2-10mm之间，波纹节距为10-20mm，以最大程度地使通过板程液体通道和壳程液体通道的流体湍流，而防止换热板束8堵塞。

为增大传热效率、控制“蒸气覆盖”现象，所述换热管束7的换热面积与所述换热板束8的换热面积比值优选为1/5-1/2。考虑到换热管束7与换热板束8的换热系数差别，进一步优选换热管束7的热负荷占总热负荷的百分比为5％～30％。优选所述换热管束7包括2-500个换热管15，所述换热管束7中换热管15的管间距至少比换热管15的管直径大6mm。

为方便安装，所述换热管15优选为U型管。

为保证尽可能多的冷流体从换热板束8的壳程液体通道通过，优选在所述壳体10与所述换热板束8之间设置有填料16，所述填料16位于所述换热板束8的两侧。

在一种实施方式中，如图4所示，所述换热管束7设置于所述换热板束8的上方。

在一种实施方式中，如图7所示，所述换热管束7设置于所述换热板束8的下方。这种固定方式适用于易结垢的场合使用。由于重组份污垢多沉积于釜式重沸器的底部，而换热管束7易于清洗，换热板束8不易清洗，当换热管束7位于换热板束8的下方时就避免了换热板束8结垢，使得换热板束8容易清洗。

所述换热管束7的两端分别固定有与所述换热管15相连通的管板19，所述换热管束7通过所述管板19固定于所述盖板20上。优选管板19焊接固定于所述盖板20上。