一种带有管板的管壳式换热器，该管板上有用于联结换热器封头内的分程隔板的分程隔板凹槽。分程隔板限定了换热器封头内的腔室并为流经换热器管内的液体导向且可以允许每一管程管子数目不等。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于改进管壳式换热器的，尤其(但不受此限制)是关于改进管板和前端封头设计的用于汽化液体或冷凝蒸汽的换热器。在工业中，传热方法是几乎所有化工过程的重要部分。最常用的换热设备之一是管壳式换热器。各种类型的换热器在许多著名的出版物中已做了概述，例如在Perry's Chmical Engincers' Handbook第11章3-21页(Green，Ith ed.1984)中。通常，这类换热器包括有一束联通着入口管箱和出口管箱的管子。管束包裹在一个壳体中，从而使得一种流体能与管束中的管子外表面接触并将热量传到管内流动的另一种流体。管壳式换热器可用作各种用途如冷凝、冷却、汽化、蒸发和两种不同流体的热能交换。此外，管壳式换热器实际上可以处理任何类型的化学化合物如水、水蒸汽、碳氢化合物、酸和碱。特别是在氢氟酸烷化过程的石油炼制中，广泛使用着管壳式换热器，其中包括HF的汽化和冷凝。由于氢氯酸的强腐蚀特性，当管壳式换热器用于处理HF时，HF烷化过程的操作人员常遇到的主要问题是管壳式换热器管束的腐蚀、磨蚀、积垢和污塞等问题。实际上，对于HF蒸发器，操作人员有时遇到的问题是在靠近换热器最末管程管出口区域附近的管板的严重腐蚀和磨蚀，他们也遇到在换热器第一管程进口区域严重结垢和污塞问题。由于这种损坏，一些操作人员发现这些换热器的使用寿命只是其设计期望寿命的一小部分。事实上，一些操作人员发现，即使对于用高耐腐蚀性的蒙乃尔(monel)材料做的管子的普通换热器管束，其有效的使用寿命最长也只有6个月。而这些管束通常期望其有效寿命为三年或更长。鉴于腐蚀和磨蚀的特性和类型以及在氢氟酸蒸发换热器产生这些腐蚀和磨蚀的特定位置，操作人员和技术人员们认为，氢氟酸换热器的过度损坏的原因与换热器的型式或所用管板型式及所处理的氢氟酸的高腐蚀特性有关。在试图解决这些问题时，操作人员尝试了各种不同方法，如使用双管板，改变管束在管板内的胀接方法，使用各种将换热器管束端封焊到管板上的技术。所有这些努力在解决与使用HF蒸发器有关的腐蚀问题时，仅对解决那些操作人员已观察到的腐蚀或磨蚀类型的问题有所回报，但这些努力没能彻底根治这些问题。因为在工业范围内，在氢氟酸蒸发器管束内形成腐蚀或磨蚀损坏的原因，永远不会仅同所处理流体原料腐蚀特性有关;然而，我们却发现其原因与流体在管内的流动特征有关。因此，本专利技术正是要改进与使用氢氟酸蒸发器有关的特定问题，这也是HF烷化过程的操作人员与之长期斗争问题。本专利技术的目的是提供一个用于蒸发氢氟酸的最佳设计的管壳式换热器。本专利技术的另一个目的是提供一个有助于提高用于氢氟酸蒸发的管壳式换热器的有效寿命的设备。本专利技术的第三个目的是降低HF烷化过程的操作成本。本专利技术还有一个目的是提高用于实现HF烷化过程设备的可靠性。本专利技术是一个用于蒸发氢氟酸具有可拆卸管束的改进的管壳式换热器。改进包括使流体流过一多程的氢氟酸蒸发器管束，以便提供一个流体流动路径上更为平坦的速度分布。本专利技术的其它方面，目的和优点可以通过研究本说明书，权利要求书和附图得到进一步明确。其中附图说明图1是管壳式换热器正剖示图，所剖部分是为了更明确示意本专利技术的一些特征。图2是按照本专利技术制造的换热器的管束、管板和前端管箱的等轴分解示意图;图3是将图1的管壳式换热器沿3-3线剖开的前端固定管箱内部结构的横截面示意图;图4是图1沿4-4线剖开的横截面示意图;和图5是典型的HF烷化过程氢氟酸再生回路示意图。本专利技术的设计是要降低用于许多典型石油炼制HF烷化过程中作为氢氟酸蒸发器和冷凝器所产生的腐蚀或磨蚀问题。人们发现，在许多情况下，与已掌握的理论相矛盾在氢氟酸换热器中这样腐蚀和磨蚀的原因主要是由于过高的管内流动线速度引起的，而污塞情况，主要是由于管内流体线速度过低之缘故。换热器管内速度分布不良的问题是由于流体在管内发生相变的缘故。由于相变的结果，气体或液体通过换热器管子时体积流率发生变化，进而引起流体线速度的变化。在蒸发流体的情况下，当其经过换热器时，线速度将增加，这就增加了与过高的管内线速度有关的腐蚀和磨蚀或两者兼有的潜在的可能性。按照本专利技术解决与过高管内线速度和过低管内线速度有关的问题是提供一个多管程换热器，其特点为每程的管子数目都不相等。这个多管程换热器是通过在换热器封头内和返回侧设置挡板或隔板，迫使流体流经入适当位置的管子里。通过提供一个每程管子数目不等的换热器，即使流体流过管子时有相变，也可维持沿换热器管长上相对平坦的速度分布。借助控制换热器管内的流速，就可以降低流过管子时与速度分布不良有关的腐蚀、磨蚀和污物堵塞，因而提高了换热器管的有效寿命，改善HF烷化过程操作效率。现在参看附图，图1所示的管壳式换热器10由壳体12和管束14组成。管束14是由常用的胀接技术接到管板16的多根U形管子15组成。管束14的管子15和管板16可按任一常用对称型式排列，如三角形排列或正方形排列，它们可用各种材料制作，例如钢、铜、蒙乃尔金、海军黄铜、70-30铜-镍、铝青铜、铝和不锈钢。本专利技术优选的实施例，管15由蒙乃尔合金材料制成并按正方形排列。如图1所示，管束14是只有一块管板16的可拆卸U形管束，但本专利技术不限于U形管结构，可以是允许管束14从壳体12抽出的任何型式结构，包括浮头型管束。此外，任何合适的管板结构(包括双管板)都可用于代替单管板。管板16可用螺栓(未示出)通过联结壳体法兰18和管箱法兰20来固定。壳体12联有如图所示的联接管22和24，使壳程流体能沿管束14的各根管子的外表流过。这种单壳程的流体流动，是本专利技术优选实施例的较佳布置。通常在典型设计的管式换热器中，这是最常用的流动布置，然而，其它壳程流动布置也可以，像分流式、双分流式无隔板分流和横流式，它们需要或者有辅助联接管或不同联接管排列或两者兼有。管束14装有相隔适宜距离的弓形折流板26，由于引起流体的扰流和壳程流体以与管束14的管子15的轴线成直角流动，因而改善了传热。弓形折流板26由园形的钻孔板制成，便于换热器管子的穿入。弓形折流板26的直径接近等于壳体12的内径，每个折流板26是从钻孔板上切去25%做成的。折流板缺口部分与另一个交替相错开180℃，以使纵横流过管束的流体具有上下、左右或“Z”字形流动流型。尽管本专利技术优选的实施例使用切去百分之二十五的弓形折流板，但其它类型折流板也可使用，如盘环型折流板、折流杆、孔口折流板、双弓形折流板和重弓形折流板。参照图1、2和3，固定的前端封头有进口联结管30、出口联结管32，两个水平方向的分程隔板34和36及一个垂直方向的分程隔板38，并且配有管箱法兰20，以便利用穿过管箱法兰20和对面的壳体法兰18的螺栓(未示出)把它与壳体12联结起来。尽管通常优选使用螺栓和法兰联结，但对于联结固定的前端封头28和壳体12(管板16夹在两者之间)可使用其它任何适宜的方法如夹紧和闩紧等。法兰18和20夹紧管板16，按照本专利技术，它应处于密封状态。分程隔板34、36和38的外缘与相应的在管板表面的隔板凹槽50，52，54的联结，如图2和4所示是通过将分程隔板34的外缘34a嵌入到水平方向隔板凹槽50中，水平分程隔板36的外缘36a嵌入到水平方向隔板凹槽52中及将垂直方向分程隔板3本文档来自技高网...
【技术保护点】
在一种ＨＦ烷化过程的，系统中有如下的设备组成：一个有顶部、底部和中部的沉降器；一个有顶部、底部和中部的立管式反应器；一个有输入和输出装备的催化剂冷却器，其输出装备同所述立管式反应器的底部联通；第一条流体流动管线联通着所述沉降 器底部和所述催化剂冷却器输入装置，带有首端和末端的第二条管线，其首端同所述的沉降器中部相联，其末端同所述立管式反应器顶部相联；一个有顶部、底部和中部的酸再蒸馏塔，其顶部同所述沉降器中部相联；带有首端和末端的第三条管线，其首端同所 述催化剂冷却器输出装置相联；一个有输入端和输出端的泵，其输入端同所述第三条管线的末端相联；带有首端和末端的第四条管线，其首端同所述泵输出端相联，和带有首端和末端的第五条管线，其末端同所述酸再蒸馏塔的中部相联；该系统的改进包括 ：一个由如下部分组成的管壳式换热器：一个一端敞开另一端封闭的壳体；一块可联在所述壳体敞开端的管板，管板有正、反两面，正、反面之间有许多联通孔；有许多两端并排且管口敞开的Ｕ形管子，管口可用施工的方法联结在所述的管板上并使管子延 离所述管板的反面，所述Ｕ形管的两个敞开端经相应的所述联通孔在所述管的正面相联通；沿所述管板正面的中心线加工有一个垂直方向的分程隔板凹槽，因而将管板的正面分成对称的两半，置于垂直分程隔板槽的两侧，所述Ｕ形管的每一并排的敞开端就在所述管板正 面两半中的相应的对称部位联通；在所述管板正面加工有至少一个水平方向的分程隔板凹槽，该槽从所述的垂直隔板凹槽延伸至所述管板的外缘；一个带有进口管、出口管、一端敞开另一端封闭的凸形封头，其敞开的一端可用所述管板和所述壳体的敞开端相联结； 在所述凸形封头内的中心线加工有一个垂直方向的分程隔板，在所述垂直隔板两侧所述凸形封头被分成两半对称的腔室，当所述凸形封头紧固到所述的管板和所述壳体上时，所述垂直分程隔板的尺寸和形状的设计刚好可严密地安装进所述垂直分程隔板凹槽中；在所 述凸形封头内至少加工有一个水平方向分程隔板延伸在所述垂直分程隔板和所述凸形封头间，借此将所述封头内的上述一个对称腔室分隔形成两个附加腔室，当所述凸形封头被紧固到管板和所述壳体上时，所述的至少一个水平隔板的尺寸和形状的设计要能刚好紧密地安装进所述的一个对应的水平隔板凹槽中；同所述壳体和所述凸形封头有关的将所述凸形封头的敞开端、所述管板和所述壳体的敞开端共同紧固在一起...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：泰维科沃克，斯高特督拉芙，
申请(专利权)人：菲利普石油公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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