管壳式换热器制造技术

一种管壳式换热器(1)，包括第一外壳体(2)和管束(3)，分别与用于第一流体和用于第二流体的壳程和管程连通的入口接口和出口接口，其中，所述换热器包括第二壳体(4)，所述第二壳体(4)在所述第一壳体(2)内部并围绕所述管束(3)；所述第二壳体(4)包括至少一个可拆除的纵向接头(32)和通过可拆除的接头连接的多个纵向部；所述第二壳体(4)在所述管束(3)周围界定所述换热器(1)的所述壳程，并进一步限定与所述壳程连通的冲洗间隙(5)，所述第一流体沿一个或多个纵向通道穿过所述壳程，并且所述第一流体和所述第二流体沿所述一个或多个纵向通道逆流。

Shell and tube heat exchanger

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种管壳式换热器，特别是用于化学或石油化学工业的管壳式换热器。
技术介绍
管壳式换热器广泛用于石油化学行业。这些换热器通常具有以下作用：将热量从高温高压流体(例如来自化学反应器的排出气体)向另一种流体(例如水)转移，从而回收包含在气体中的热量或产生蒸汽。这些装置的工作条件对于材料常常是苛刻的。热流体通常具有高温和高压，并且还可能具有侵蚀性的化学成分。例如，离开氨合成反应器的气体通常具有大约450℃的温度和大约140bar的压力；所述气体还具有高的氢分压(80bar-85bar)和氮分压(大约30bar)。已知在这些操作条件下，氢气和氮气腐蚀钢的表面，引起弱化且可能形成裂纹和裂口。因此，要在这些条件下运行的换热器被加以高应力并需要高质量的钢(例如不锈钢)和非常厚的壁。这大大增加了成本。为了克服该缺点，即在完全安全的条件下操作的同时限制构造成本，现有技术教导了针对相同的压力值使温度保持尽量低。已知氮气对钢表面的腐蚀(渗氮作用)的速度在370℃-380℃范围内的温度下以指数方式增长，因此现有技术已尝试保持受压部件的温度低于这些值，从而使用比不锈钢更便宜的低合金钢。特别地，提出的问题在于限制换热器的外壳体的温度。为此目的，已知使用冲洗技术，即，使冷却流经过壳体的内壁。然而，该技术产生许多还未解决的缺点。例如，在具有U形管的换热器中，用内壁(又称“罩”)进行冲洗。热流体(例如来自反应器的气体)碰撞管束并沿装置的整个长度纵向穿过该装置而变凉；然后，部分冷却的流被输送到壳体与罩之间的空间，从而提供冲洗作用并防止外壳体与进来的热流体之间直接接触。该结构具有不能应用纯逆流流动的明显缺点。事实上，热流体以大致纵向的运动冲击U形管束，使得仅仅一半管束以逆流交换操作，因此，影响了热交换。为了克服该缺点，在现有技术中，具体地在从气态流出物(例如在氨设备中)中回收热量期间，使用两个换热器串联的解决方案。使用如上所述的内罩冲洗在较高温度下运行的第一换热器。所述第一换热器直接位于反应器的下游，并通常具有被热流体穿过的壳程，并且冷却流体(例如沸水)在管程中循环。离开所述第一换热器的部分冷却的流体被送往第二换热器(其在管内循环)。这样，第二换热器可以以逆流方式操作，因此，有利于热量交换；然而，明显的缺点是使用两个容器，使得容器以及连接管道系统和地基的成本都更大。在改造现有设备的情况下，该解决方案的进一步的问题是有限量的可用空间，这在某些情况下不允许安装两个换热器。参考图9能够更好地理解这些问题，图9示出了根据现有技术的设备的方案的示例。在第一装置102并在第二装置103中冷却从氨反应器100中在高温下流出的流101，第一装置102和第二装置103都包括U形管束。在第一装置102中，流101纵向穿过壳程，同时水流105沿管程行进，作为蒸汽106离开。第一装置102包括围绕U形管束的壁107；气体101，在纵向穿过该装置之后，在间隙108内部上升，沿流动管线109流出。由于该输送作用，第一装置102内部的气体101对于大约一半的管束处于逆流流动，同时其基本以并流流动通过所述管束的剩余部分。从第一装置102流出的气体109被输送至第二装置103(其在管内部循环)，对在壳程中循环的水104进行预热。离开所述装置103的预热过的水形成流向第一装置的流105。现有技术的换热器遇到的其它问题如下：为了在壳程中得到多个通道，如有需要，必须提供纵向挡板，然而，该纵向挡板造成针对管束去除或更换的问题。所述挡板还必须被仔细地设计并构造，以防泄漏。由于壳体与管束之间的距离，在壳体与管束之间的旁路区域中存在另一问题。穿过旁路区域的气体并未与管束接触，而对热交换没有帮助，降低了效率。尽管有动机解决这些问题(特别是在越来越多地尝试对从气态流出物中回收热量进行优化的化工设备中)，但这些问题还没有得到解决。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种换热装置，与现有技术相比，该换热装置能够实现：借助于冲洗降低了外壳体的温度；借助于消除管外围处的旁路区域而增大热效率；对于用于壳程的进气口和出气口的位置，增大了构造的灵活性；结构简单；由于使用较低质量或更小厚度的材料而使成本更低。利用根据权利要求1的换热器来实现这些目的。在从属权利要求中提及一些优选的性能特征。有利地，换热器包括挡板系统，该挡板系统在管束周围并在第二壳体内部限定了多个壳程通道，其中，连续的通道具有相反方向的通流，并且第一个或最后一个所述通道与所述间隙直接连通。例如，在具有两个通道的优选实施方式中，所述挡板系统限定了第一壳程通道和第二壳程通道，所述第一通道和第二通道具有相反方向的通流，并且所述第二通道与所述间隙直接连通。每个壳程通道形成在换热器的包括管束的各个管组和/或所述管的各个部的部分中。管程流体供应装置被布置成使得在每个所述部分中的管程流与各个壳程通道总是方向相反。优选地，所述内壳体与管束结构上为一体。更具体地，在优选实施方式中，管束包括横向于管的多个挡板，并且所述内壳体与所述挡板结构上配合。例如，壳体通过靠在所述挡板上或与其成为一体而与挡板结构上配合。更优选地，所述第二壳体包括可以被去除的多个周向部和/或纵向部。在一个实施方式中，所述壳体包括至少一个可拆除的纵向接头。有利地，可以沿壳体的两个部分之间的可拆除的纵向接头来容置在壳程中限定了两个通道的纵向挡板。如果管束为U形类型，则该性能特征特别有利。内壳体还使得减少了旁路区域，比换热器的外壳体更接近管束。在一些实施方式中，所述内壳体具有非圆形横截面，该非圆形横截面能够与横向挡板的边缘保持紧密并靠近管束的外围管。例如，壳体可以具有规则或不规则多边形横截面或包括一个或多个直边或多个曲边的横截面。根据另一个优选的性能特征，管束的横向挡板与所述内壳体之间的连接是基本上液密的。术语“基本上液密的”意指挡板与壳体之间的连接是密封的或允许旁流，然而，该旁流相对于总流量是可忽略的。所述特征使得例如使用盲板更容易地实现换热器的横向隔板。可以根据要求来拆卸和构造的内壳体基本上具有以下优点：其限定了用于冲洗外壳体的间隙，因此，允许降低设计温度和使用较低质量且成本较低的材料；其减少或消除了沿管的外围的旁路区域，因此增加了装置的热效率；其允许壳程流沿着在效率和/或结构简单方面有利的路径输送。本专利技术的另一个优点在于以下事实：由于壳程上适当的隔板，壳程中的流相对于在管中循环的流体完全逆流。本专利技术的另一个优点是：可以仅使用一个装置而非两个装置而从反应器(通常是氨反应器)的流出物中方便地进行热量回收。由于避免了苛刻的高温流动管线，所以除了节省装置的成本以外，还节省了管道系统和安装作业。由于通常可用空间非常有限，如有必要，紧凑的设计特别适于设备的合理改造。最后，数量减少的连接件降低了潜在危险泄露的风险。借助于以下涉及多个优选实施方式的详细描述，优点将更加清楚地显现。附图说明图1至图4分别示出根据本专利技术的第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式和第四实施方式的管壳式换热器的横截面示意图；图5是根据实施本专利技术的各种模式之一的带有固定到管束的挡板的多边形截面壳体的管束的一部分的立体图；图6是根据本专利技术的优选性能特征的带有设置有纵向接头的柱状壳体的具有U形管的管束的一部分的立体图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管壳式换热器(1)，包括第一外壳体(2)和管束(3)，其中，所述管束(3)限定所述换热器的与所述管束的管的内部对应的管程，并且所述换热器包括在所述管束的外部限定的壳程，并且所述换热器(1)包括分别与用于第一流体和用于第二流体的壳程和管程连通的入口接口和出口接口，其特征在于，所述换热器包括在所述第一壳体(2)内部并环绕所述管束(3)的第二壳体(4)；所述第二壳体(4)包括至少一个可拆除的纵向接头(32)并包括通过可拆除的接头连接的多个纵向部；其中，所述第二壳体(4)围绕所述管束(3)界定所述换热器(1)的所述壳程，并进一步限定在所述第一壳体(2)与所述第二壳体(4)之间界定的冲洗间隙(5)，所述间隙(5)与所述壳程连通，其中，所述第一流体穿过具有一个或多个纵向通道的所述壳程，并且其中，所述第一流体和所述第二流体沿着在所述壳程中的所述第一流体的所述一个或多个纵向通道为逆流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.16 EP 14177210.31.一种管壳式换热器(1)，包括第一外壳体(2)和管束(3)，其中，所述管束(3)限定所述换热器的与所述管束的管的内部对应的管程，并且所述换热器包括在所述管束的外部限定的壳程，并且所述换热器(1)包括分别与用于第一流体和用于第二流体的壳程和管程连通的入口接口和出口接口，其特征在于，所述换热器包括在所述第一壳体(2)内部并环绕所述管束(3)的第二壳体(4)；所述第二壳体(4)包括至少一个可拆除的纵向接头(32)并包括通过可拆除的接头连接的多个纵向部；其中，所述第二壳体(4)围绕所述管束(3)界定所述换热器(1)的所述壳程，并进一步限定在所述第一壳体(2)与所述第二壳体(4)之间界定的冲洗间隙(5)，所述间隙(5)与所述壳程连通，其中，所述第一流体穿过具有一个或多个纵向通道的所述壳程，并且其中，所述第一流体和所述第二流体沿着在所述壳程中的所述第一流体的所述一个或多个纵向通道为逆流。2.根据权利要求1所述的换热器，所述管束(3)与所述第二壳体(4)结构上为一体。3.根据权利要求2所述的换热器，其中，所述管束包括与所述管束(3)的轴线基本垂直的多个挡板(18)，并且所述第二壳体(4)与所述挡板(18)结构上相配合。4.根据权利要求3所述的换热器，其中，所述第二壳体(4)靠在所述挡板(18)上或固定至所述挡板(18)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的换热器，包括挡板系统(10，11)，所述挡板系统(10，11)围绕所述管束(3)并在所述第二壳体(4)内部限定了多个壳程通道，其中，连续的通道具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·里西，
申请(专利权)人：卡萨尔公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH