一种列管式固定床反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种列管式固定床反应器，包含壳体、列管、上管板、下管板、支持板，其中，所述壳体为中空结构，所述上管板和所述支持板分别固定在所述壳体内部，所述列管穿过所述支持板并设置在所述上管板和所述下管板之间，具有这样的特征，所述下管板通过列管与所述上管板连接，并且所述下管板不与所述壳体的内壁接触，所述下管板通过补偿装置与所述壳体连接。本发明专利技术提供的列管式固定床反应器不但能允许列管自由伸缩，还具有良好的密封效果，同时本发明专利技术提供的列管式固定床反应器的热传导效率高、填装催化剂容易、制造成本低。

A tubular fixed bed reactor

The invention discloses a tubular fixed bed reactor, which comprises a shell, tube and tube plate, a lower tube plate, support plate, wherein, the shell is a hollow structure, the upper tube plate and the support plates are respectively fixed on the casing, the tube passes through the support plate and is arranged between the tube plate and the lower tube plate has such features, the lower tube plate through the tube and the upper tube plate connection, wall contact and the lower tube plate and the shell, the lower tube plate is connected with the shell through compensation device. Tubular fixed bed reactor provided by the invention can not only allow the tube free expansion, but also has good sealing effect, the heat conduction efficiency of tubular fixed bed reactor at the same time the invention provides high and low manufacturing cost, easy catalyst filling.

【技术实现步骤摘要】
一种列管式固定床反应器
本专利技术涉及化工装备领域，特别涉及一种列管式固定床反应器。
技术介绍
在生产费托、甲醇、环氧乙烷、合成氨等产品时，为保证催化剂的活性，反应温度一般控制在150～350℃之间，此类反应会放出大量的反应热，若产生的热量没有及时移走，会造成催化剂床层过热、催化剂烧结、床层压降快速增大甚至床层飞温、造成催化剂报废并严重威胁生产安全。列管式固定床反应器是用于解决上述问题的设备。其工作流程如下，原料气在一定的摩尔比下进入反应器床层，在催化剂的作用下反应合成产品，反应原料气走装载催化剂的列管内部，管外为冷却移热的水，通过水汽化的潜热带走反应热，同时副产饱和蒸汽。最常见的列管式固定床反应器采用固定管板管壳结构，如图1所示，列管1-1安装在上管板1-2和下管板1-3之间，内部采用支持板1-4支撑定位固定；上封头1-5通过管箱筒体1-6与上管板1-2相连，上封头1-5上设置原料气入口1-51与人孔1-52；设备壳体1-7上开设冷却水入口1-71、水蒸汽出口1-72与壳程温度检测口1-73；下封头1-8通过下管箱筒体1-9与下管板1-3相连，其上设有卸催化剂口1-81、物料出口1-82，内部可设钟形罩1-83，在运行过程中，下封头1-8内可装填瓷球；催化剂装在列管1-1内，整个设备由裙座1-10支撑安装在设备基础上。其中，支持板1-4不仅起到固定和定位换热列管1-1的作用，同时还有改变冷却流体流动方向、提高传热系数的作用。现有技术中的支持板1-4的结构参见图2所示，设置若干缺口1-41和周边的透汽孔1-42提供蒸汽的上升通道，导致中心部分大量的蒸汽必须平行移动到远处的缺口1-41处才能上升到上一层支持板1-4的空间，移动阻力大、路程长，易造成汽体在支持板1-4下部的停滞与积聚，影响反应管的传热/散热，且汽体在支持板1-4下部的横向流动会诱导列管1-1的振动、产生噪音等；反应管内的热量不能及时移走，易造成管内局部过热、催化剂部分烧结、床层压降增加等；另外，缺口1-41的设置和周边的透汽孔1-42占用了部分反应器横截面，导致反应器体积利用率下降。此外，反应器催化剂装填，如图1所示，在下封头1-8内分层装填不同大小规格的瓷球，然后再装填列管1-1内的催化剂，内部设有钟形罩1-83。在实际操作中，通常需先在底部封头内装填瓷球后，才能开始装填固体催化剂。这需要耗用大量瓷球、且装填的平整度不易观察和控制。卸载催化剂时，瓷球与催化剂混合卸出，对催化剂回收过程造成困扰。此外，这些填充用瓷球的也造成额外的压降。本专利技术申请人还发现，该类固定管板管壳式反应器，在运行过程中管内原料气在催化剂的作用下发生强放热反应，反应管内部与外部的温差较大，与反应器壳体1-7的温差更大，由温差导致材料膨胀量的不同而产生温差应力，特别是在列管1-1与管板连接处，温差应力很大，在运行过程中发生管板变形、列管1-1变形、列管1-1与管板的焊缝拉裂等严重影响反应器安全运行的现象。为减小温差应力，现有的固定床列管1-1反应器大都采用热膨胀系数相近的材料来制造反应器的壳体1-7和列管1-1。在壳体材料选择方面，以甲醇反应器为例，单产10万吨以下的反应器多以13MnNiMoNbR为壳程筒体和加强段材料，而20万吨、25万吨和30万吨的大型甲醇反应器多以20MnMoNi55为壳体材料；而列管则多采用S31803等牌号的双相不锈钢。这主要是考虑二者的线膨胀系数与列管采用的S31803双相不锈钢类材质匹配性很接近，特别是20MnMoNi55更接近于双相钢管材，减小了由于管、壳程的温差产生的轴向热应力。但是，双相不锈钢管材的价格是相当高的，其价格约为S304普通不锈钢的3倍左右；且壳体1-7与列管1-1材质均属于高强度钢，制造工艺复杂、制造难度较普通材质更大，所以反应器的造价是相当高的。现有技术中，还存在另一种结构的列管式固定床反应器，如图3所示，由上封头2-1、上管板2-2、壳体2-3、列管2-4、支持板2-5、下管板2-6、外封头2-7、内封头2-8、钟形罩2-9、卸催化剂口2-10、填料函密封2-11等组成，列管2-4固定在上管板2-2和下管板2-6之间，与现有技术一不同的是下管板2-6不与壳体2-3连接，并设有内封头2-8与下管板2-6连接，下部的外封头2-7仍与壳体2-3连接，这种结构旨在解决固定管板式反应器无法补偿温差造成的热应力问题，下部内封头2-8与下管板2-6是悬挂在上管板2-2下面的，有温差时可以自由伸缩补偿。出料口从内封头2-8上接出穿过外封头2-7，在外封头2-7上设置了填料函密封2-11结构，如图4所示，该结构包含密封填料2-12、压圈2-13、压紧螺栓2-14、填料函外套管2-15和内套管(实为反应器出料管)、出口2-16。填料函密封2-11其优点是结构简单、造价低廉。但其一般适用于静密封，而用于动密封上则难免泄漏。并且，填料函密封2-11通常用在密封要求不高、压力较低、密封直径较小等场合。而反应器在运行过程中，壳程工作压力通常在中压范围；由于反应物料通常为气态，为减小流阻，出料口管道直径通常不宜太小；而列管2-4和壳体2-3材料和/或温度差异将导致内外套管之间的相对移动，取决于材料、温差、反应器长度等因素，这种蠕动位移可达若干厘米，相应的密封属于动密封而不是静密封。因此，填料函这类的密封方式容易在反应器运行过程中产生泄漏。为避免泄漏，需要经常紧固填料压圈，也需要经常补充或更换填料。此外，由于填料函结构尺寸较大，所以在制造加工时必须严格控制内外套管的同心度、密封面的光洁度等等，加大了制造难度。在紧固填料压圈时，为防止泄漏，需要压紧填料。但这会导致内外套管间的摩擦力过大，使反应器内筒相对于外壳的膨胀伸缩困难，从而产生轴向应力，达不到自由伸缩的目的。所以压紧填料以保证填料函不泄漏和轴向需要自由伸缩是相互矛盾的两个方面，很难同时实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种列管式固定床反应器，不但能允许列管自由伸缩，还具有良好的密封效果，同时本专利技术提供的列管式固定床反应器的热传导效率高、填装催化剂容易、制造成本低。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种列管式固定床反应器，包含壳体、列管、上管板、下管板、支持板，其中，所述壳体为中空结构，所述上管板和所述支持板分别位于在所述壳体内部，所述上管板固定在所述壳体内壁，所述列管穿过所述支持板并设置在所述上管板和所述下管板之间，具有这样的特征，所述下管板通过列管与所述上管板连接，并且所述下管板不与所述壳体的内壁接触，所述下管板通过补偿装置与所述壳体连接。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，利用补偿装置，彻底解决了列管式固定床反应器因反应列管与壳体因材料和/或温差等引起的形变量不同而造成的轴向应力导致管板变形、列管与管板焊缝拉脱等损坏现象，使反应器无法长期安全运行的问题，也从根本上规避了现有技术包括密封泄漏、加工制造难度大、造价高等问题。进一步地，为了实现列管的自由伸缩，所述壳体包含上封头、中间壳体、下封头，所述上封头和所述下封头分别连接在所述中间壳体的上端和下端；所述下管板固定连接一内封头，所述内封头通过膨胀节与所述下封头连接。进一步地，为了保护中间壳体不受下管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列管式固定床反应器，包含壳体(1)、列管(2)、上管板(3)、下管板(4)、支持板(5)，其中，所述壳体(1)为中空结构，所述上管板(3)和所述支持板(5)分别位于在所述壳体(1)内部，且所述上管板(3)固定在所述壳体(1)内壁，所述列管(2)穿过所述支持板(5)并设置在所述上管板(3)和所述下管板(4)之间，其特征在于，所述下管板(4)通过列管(2)与所述上管板(3)连接，并且所述下管板(4)不与所述壳体(1)的内壁接触，所述下管板(4)通过补偿装置(6)与所述壳体(1)连接。

【技术特征摘要】
1.一种列管式固定床反应器，包含壳体(1)、列管(2)、上管板(3)、下管板(4)、支持板(5)，其中，所述壳体(1)为中空结构，所述上管板(3)和所述支持板(5)分别位于在所述壳体(1)内部，且所述上管板(3)固定在所述壳体(1)内壁，所述列管(2)穿过所述支持板(5)并设置在所述上管板(3)和所述下管板(4)之间，其特征在于，所述下管板(4)通过列管(2)与所述上管板(3)连接，并且所述下管板(4)不与所述壳体(1)的内壁接触，所述下管板(4)通过补偿装置(6)与所述壳体(1)连接。2.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述壳体(1)包含上封头(11)、中间壳体(12)、下封头(13)，所述上封头(11)和所述下封头(13)分别连接在所述中间壳体(12)的上端和下端；所述下管板(4)固定连接一内封头(7)，所述内封头(7)通过膨胀节(61)与所述下封头(13)连接。3.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述中间壳体(12)的内壁在配合所述下管板(4)的位置处设有凸出的定位块(121)。4.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述膨胀节(61)通过至少一组连接部件(8)分别与所述内封头(7)和所述下封头(13)连接。5.根据权利要求4所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述各连接部件(8)为法兰。6.根据权利要求5所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述各连接部件(8)间设有密封垫片(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王讯文，唐文忠，
申请(专利权)人：亚申科技研发中心上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31