管壳式热交换器、热交换方法和热交换器的用途技术

本发明专利技术的各方面涉及管壳式热交换器(101)、使用所述热交换器的方法以及包括所述热交换器的烃裂解炉系统。该管壳式热交换器至少包括：螺旋挡板(7)，布置成提供穿过壳体(103)的螺旋流动路径；以及出口收集管(4)，支承螺旋挡板，并且在壳体内基本同轴地延伸，其中，出口收集管安装至第二管板(106)并穿过第二管板(106)，第二管板(106)在一个终端部界定壳体(103)，并且其中，出口收集管(4)通过间隙与相对的终端部上的第一管板(105)隔开，该间隙允许壳侧流体(F2)离开壳体(103)。隙允许壳侧流体(F2)离开壳体(103)。隙允许壳侧流体(F2)离开壳体(103)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管壳式热交换器、热交换方法和热交换器的用途


[0001]本专利技术涉及一种管壳式热交换器、在第一流体与第二流体之间进行热交换的方法、以及该热交换器作为烃裂解炉系统中的输送管线交换器的用途。

技术介绍

[0002]管壳式热交换器例如由于在大的压力范围和温度范围内具有广泛的适用性而构成了一类流行的热交换器。管壳式热交换器通常用于电力工业和石化工业应用中。通常，管壳式热交换器包括安装在圆柱形壳内的一个或多个热交换管，从而允许两种流体进行热交换，第一流体流过管本身，而第二流体流过管的外部。
[0003]例如壳空间包括纵向和/或横向挡板的类型的已知管壳式热交换器的常见问题是它们呈现不均匀的流动分布，特别是在热交换器的壳侧。在一侧内的不均匀流动分布区可能导致对另一侧的流体的不均匀的、缓慢的或甚至不充分的热传递。不均匀的流动分布和伴随的不均匀的热交换通常是壳体内的流动路径的扰动的结果。这通常以当流体在挡板的后缘上方或下方流过时产生的涡流的形式来表示。可替代地或另外地，特别地，当流体例如在一个或多个入口处进入或离开壳时，壳内的流动分布可被扰乱。由于上述一个或多个缺点，在管侧和/或壳侧中的产物和/或原料或工艺介质的性质可能降低。可替代地或另外地，热交换器性能可能降低，例如由于工艺流差分配或工艺介质降解引起的结垢，例如由于次优传热导致的过热。
[0004]为了改善流动分布，已经提出了提供一种具有螺旋部或螺旋挡板的交换器。US2009301699公开了一种热交换器，该热交换器包括具有流体入口和流体出口的壳以及安装在壳中以引导流体通过壳进入螺旋流模式的多个挡板。US200880190593公开了单壳通以及多壳通管壳式热交换器，其包括具有流体入口和流体出口的壳，该管壳式热交换器具有非连续的螺旋挡板，例如接合的挡板部分。不利的是，根据US2009301699和US200880190593中所公开的类型，确定热交换器的壳中的均匀流动分布仍然具有挑战性，特别是围绕中心线，例如沿着靠近拼接挡板的相对端的壳的中心部分。为了改善流动分布，已经提出将挡板安装至中央支承件上。CN100386586C公开了一种热交换器，该热交换器包括具有流体入口和流体出口的壳，该壳包括中心芯部，挡板安装在该中心芯部上，以提供围绕所述芯部的螺旋流动路径。然而，具有这种中心芯部的交换器在壳体入口/出口附近仍然受到扰动，并且还受到由壳侧与管侧壁之间的温差而导致的热膨胀而难以控制的机械应力，因为中心芯部由相邻的管板支承并且不能自由膨胀。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种减轻一个或多个上述问题的管壳式热交换器。可替代地，或另外地，本专利技术旨在提供一种管壳式热交换器，其具有比已知的管壳式热交换器改进的流动分布和/或以其它方式改进的性能，例如在结垢方面。
[0006]本专利技术的方面涉及管壳式热交换器。在操作中，该管壳式热交换器促进管侧流体
与壳侧流体之间的热交换。该管壳式热交换器包括：第一管板；第二管板；以及壳体。壳体上安装有壳侧入口喷嘴。壳体的相对终端部由第一管板和第二管板界定。管壳式热交换器还包括一个或多个热交换管。该一个或多个热交换管从所述第一管板延伸穿过所述壳体至所述第二管板，从而提供流体连接，例如用于管侧流体，穿过跨过壳体的热交换管。
[0007]管壳式热交换器还包括螺旋挡板。螺旋挡板包括于壳体内部，在管板之间，并且沿着螺旋轨迹，其旋转中心基本上与壳体的中心线对齐。通常，该一个或多个热交换管穿过螺旋挡板。螺旋挡板布置成螺旋流动路径，该螺旋流动路径在壳侧入口喷嘴下游穿过壳体朝向第一管板。
[0008]另外，管壳式热交换器设有出口收集管。出口收集管在壳体内基本同轴地延伸，即其中心线与壳体的中心线基本对齐。出口收集管至少基本上沿着挡板的整个长度支承螺旋挡板，使得沿着出口收集管的外表面引导螺旋流动路径。
[0009]出口收集管安装至第二管板并穿过第二管板。出口收集管通过螺旋流动路径下游的间隙与第一管板隔开。优选地，出口收集管与第一管板断开。该间隙允许壳侧流体在操作中进入收集管的入口，该入口跨过间隙面对第一管板。壳侧流体可通过出口收集管流出壳体，例如通过壳侧出口喷嘴流出壳体，该壳侧出口喷嘴设置在出口收集管的与收集管入口相对的终端部上。
[0010]根据本专利技术的包括螺旋挡板和出口收集管的管壳式热交换器有利地改善了在操作期间的速度分布，减小了涡流的尺寸和/或数量，和/或减小了管壳式热交换器的、特别是在其壳侧空间内的停滞区的尺寸和/或数量。
[0011]改进的速度分布和/或减少的停滞区和在壳侧上的涡流减少了工艺介质的降解，工艺介质例如为温度敏感介质，诸如烃裂解炉的热原料。通过与管侧流体交换热量至原料转化率足够高以在热管表面上产生焦炭沉积物的点，这种热原料可在由涡流产生的低速区和相对停滞区中过热，从而导致热交换器结垢，并因而导致效率降低，并最终导致热交换器清洁。另外，改进的流动分布改进了壳侧流体与管侧流体之间的热传递，并因而改进了管壳式热交换器的效率，并减小了设备尺寸。可替代地或另外地，根据本专利技术的出口收集管允许在操作期间自由热膨胀或收缩，例如由于管与出口收集管之间的热梯度。这简化了制造，因为可省略出口收集管上的膨胀波纹管。在出口收集管上的波纹管可进一步负面地影响管壳式热交换器的性能，因为波纹管易于结垢，并且通常干扰流动轮廓。
[0012]本专利技术的其它方面涉及一种在第一流体与第二流体之间进行热交换的方法，该方法包括引导管侧流体通过根据本专利技术的管壳式热交换器的一个或多个热交换管；以及引导壳侧流体通过根据本专利技术的管壳式热交换器的壳体。
[0013]在化学工业应用中，优选在烃裂化应用中，该热交换器和方法可特别有利地用于例如快速和有效地冷却离开烃裂化单元的裂化烃工艺流。例如，在有利的实施方式中，管壳式热交换器(101)用作输送管线交换器，以冷却来自裂解炉的辐射盘管的裂化烃工艺蒸汽。因此，本专利技术还涉及包括根据本专利技术的管壳式热交换器的烃裂解炉系统，以及根据本专利技术的管壳式热交换器作为输送管线交换器在例如用于生产乙烯或其它单体的烃裂解系统中的用途。
附图说明
[0014]本专利技术的装置、系统、用途和方法的这些特征，方面和优点和其它特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解，在附图中：
[0015]图1A和图1B示出了管壳式热交换器的一个实施方式的侧视图和侧向剖视图；
[0016]图2A和图2B示出了管壳式热交换器的实施方式的详细视图；
[0017]图3示出了管壳式热交换器的一个实施方式的俯视剖视图；以及
[0018]图4示出了用于生产乙烯和其它单体的、包括管壳式热交换器的裂解炉系统。
具体实施方式
[0019]用于描述特定实施方式的术语不旨在限制本专利技术。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。应当理解的是，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征存在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种管壳式热交换器(101)，用于在管侧流体(F1)与壳侧流体(F2)之间进行热交换，包括：第一管板(105)；第二管板(106)；壳体(103)，装有壳侧入口喷嘴(6)，所述壳体(103)的相对终端部由所述第一管板(105)和所述第二管板(106)界定；一个或多个热交换管(5)，从所述第一管板(105)延伸穿过所述壳体(103)至所述第二管板(106)；以及螺旋挡板(7)，沿着螺旋轨迹，所述螺旋挡板(7)的旋转中心基本上与所述壳体的中心线对齐，所述螺旋挡板(7)布置成在所述壳侧入口喷嘴(6)的下游提供穿过所述壳体(103)朝向所述第一管板(105)的螺旋流动路径；以及出口收集管(4)，在所述壳体内基本同轴地延伸，并且沿着长度支承所述螺旋挡板(7)，使得沿着所述出口收集管(4)的外表面引导所述螺旋流动路径，其中，所述出口收集管(4)安装至所述第二管板(106)，并穿过所述第二管板(106)，并且其中，所述出口收集管(4)通过在所述螺旋流动路径下游的间隙与所述第一管板(105)隔开，以允许所述壳侧流体(F2)进入收集管入口(8)，所述收集管入口(8)跨过所述间隙面对所述第一管板(105)，以及经由壳侧出口喷嘴(3)离开所述壳体(103)，所述壳侧出口喷嘴(3)设置在所述出口收集管(4)的与所述收集管入口(8)相对的终端部上。2.根据权利要求1所述的管壳式热交换器(101)，其中，所述收集管入口(8)设置有主流线型装置(15)，所述主流线型装置(15)具有锥形形状或喇叭形形状，以便将所述壳侧流体(F2)平滑地引导至所述出口收集管(4)中。3.根据前述权利要求中任一项所述的管壳式热交换器(101)，其中，所述螺旋挡板(7)是连续的螺旋挡板，所述连续的螺旋挡板提供沿着所述出口收集管(4)的基本上整个长度从所述第二管板(106)朝向所述第一管板(105)的连续的螺旋流动路径。4.根据前述权利要求中任一项所述的管壳式热交换器(101)，其中，面对所述第一管板(105)的所述螺旋挡板(7)的端部设置有孔或穿孔(20)，所述孔或穿孔(20)允许所述壳侧流体(F2)至少部分地绕过所述端部。5.根据前述权利要求中任一项所述的管壳式热交换器(101)，包括第二流线型装置(9)，所述第二流线型装置(9)包括设置在与所述收集管入口(8)相对的所述第一管板(105)上的突起部，所述突起部成形为在沿着所述第一管板(105)的方向上将所述壳侧流体F2的流平滑地引导至所述出口收集管(4)中。6.根据前述权利要求中任一项所述的管壳式热交换器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：法国德西尼布能源简化股份公司，
类型：发明
国别省市：