專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換器，尤其涉及一種使用所謂插管的管殼式熱交換器。
一種采用圖6所示插管的管殼式熱交換器，優(yōu)異于其熱交換管兩端與管板相連接的管殼式熱交換器，因各管有一端不與任何部件固定，故極少產(chǎn)生熱應(yīng)力。但是，在過去的換交換器中，包圍一個進行熱交換的主空間的第一殼一端上的主管板和外管的各敞口端互相連接的部位，由于有熱和壓力等的影響，故極易發(fā)生故障。為對這些部位進行檢查或修理，必須從一個中間空間中取出內(nèi)管。在這類型的傳統(tǒng)熱交換器中，進行這部位的檢查和修理時，需將內(nèi)管的全部長度從中間空間中取出。這樣便需要一個可容納內(nèi)管的全部長度的空間，將內(nèi)管在第二殼中固定，這里不能忽視將內(nèi)管取出及重安裝所需要的時間和人力。
在許多情況下，還可用這種類型的熱交換器作為所謂的反應(yīng)器，通過在其殼中充填的反應(yīng)用的催化劑以形成催化劑層，用第一流體作反應(yīng)原料，第二流體作加熱介質(zhì)的散熱。
常見的反應(yīng)器一般包含一種軸流式反應(yīng)器，基中的反應(yīng)物料平行于其軸線流動;或在內(nèi)外管之間的空間中形成一個催化劑床。但是在這種軸流式反應(yīng)器中，由于反應(yīng)物料平行于其軸線方向流動，存在一個高壓損失的問題。
為解決這類問題，本發(fā)明人在日本專利公開公報第149640/1980號中提出一種反應(yīng)器，其在與反應(yīng)器軸線垂直的徑向上，從其軸線部流向其外周部的反應(yīng)物料中的熱，通過與反應(yīng)器軸線平行伸展的冷卻管散熱。由于用作這種類型反應(yīng)器冷卻管的直管難免其熱膨脹，本發(fā)明人等又提出一種反應(yīng)器，使用日本專利公開公報第162942/1974號中的向下伸展的插管式冷卻管，對徑向流動的反應(yīng)物料進行冷卻。這種反應(yīng)器有優(yōu)良的性能。但是根據(jù)發(fā)明人等的對于同一反應(yīng)器的進一步探討，結(jié)論是必須將這種類型的大尺寸反應(yīng)器的管板厚度增大。并且在大型管式反應(yīng)器中，將催化劑從其中心部中抽出很困難。故有需要在這些方面改進這類型的反應(yīng)器。
本發(fā)明的創(chuàng)造是為了適應(yīng)上述的要求。本發(fā)明提供一種放熱反應(yīng)用的反應(yīng)器，當(dāng)將本發(fā)明用作有插管的熱交換器時，可將中間空間簡單而可靠地開放，同時當(dāng)將本發(fā)明用作反應(yīng)器時，可將插管從上端固定的模式轉(zhuǎn)換為下端固定的模式，可在管板中心部上設(shè)催化劑抽吸口，上述抽吸口還作為管板加強件，并且易于將在插管的內(nèi)管的中間鼓筒中延伸的部分取出或再安裝。
根據(jù)本發(fā)明，一種熱交換器，具有一個圓筒形的第一殼，其一端設(shè)有主管板，所述主管板設(shè)有多個管子，即在所述殼內(nèi)向所述殼另一端伸展的外管，其自由端封閉，具有一個副管板，設(shè)在所述主管板的外側(cè)，一個在所述兩管板之間圍成中間空間的殼段，所述副管板設(shè)有多個管，即從副管板伸入所述相應(yīng)外管并在所述外管自由端附近開口的內(nèi)管，該外管在通常情況下與內(nèi)管基本上同軸，所述管板還設(shè)有第二殼，與所述副管板包圍一個處于該中間空間另一側(cè)的空間，即內(nèi)管空間，具有在所述第一殼上的第一流體的入口及出口，與所述中間空間連通以使第二流體通過的第一開口以及與所述內(nèi)管空間連通以使第二流體通過的第二開口，從而所述第一開口、所述中間空間、所述內(nèi)外管之間的環(huán)形空間、所述內(nèi)管內(nèi)部、所述內(nèi)管空間以及所述二開口按上述順序互相連通，在所述入口及所述出口之間的所述第一殼中流動的第一流體，與所述第一及第二開口之間流動的所述第二流體，通過所述外管進行間接熱交換，其特征在于將每一內(nèi)管的在所述中間空間中的部分的大部分制成是可以拆卸的;或?qū)⑺鰞?nèi)管制成可相對于所述副管板進行拆卸，從而當(dāng)將所述內(nèi)管從所述副管板上拆除時，可將所述內(nèi)管壓入相應(yīng)外管中，伸入的長度基本上等于所述內(nèi)管伸入所述中間空間的部分的長度，使所述內(nèi)管固定在所述主管板或所述外管上，從而使所述內(nèi)管的伸入所述中間空間的部分的大部分可被除去，而不需將所述內(nèi)管的全部長度從所述外管中取出。
上述熱交換器，其中所述第一殼中充填放熱反應(yīng)用的催化劑，作為所述反應(yīng)原料的所述第一流體，從所述入口通過由所述充填的催化劑形成的催化劑層流向所述出口，進行所述放熱反應(yīng)，作為冷卻介質(zhì)的所述第二流體，在所述第一和第二開口之間通過，將所述反應(yīng)產(chǎn)生的熱除去。
上述熱交換器，其中還具有將所述第一流體在所述第一殼內(nèi)按基本與殼的軸線垂直的徑向流過的裝置。
上述熱交換器，其中所述第一殼豎立放置。
上述熱交換器，其中所述第一殼以其另一端作為頂部來進行設(shè)置，所述主管板的中部設(shè)有催化劑抽吸口，該抽吸口通過抽吸管與第二殼中部的抽吸口相連通，所述第一殼還設(shè)有向下收斂的催化劑導(dǎo)引底板件，支持所述催化劑層的下端面，使所述下端面的高度向著其外周增加，導(dǎo)引底板件的最低部構(gòu)成在所述主管板上的所述抽取孔，所述外管的下部穿過所述底板件。
現(xiàn)參照附圖對本發(fā)明的熱交換器進行說明，主要是對將本發(fā)明的熱交換器用作放熱反應(yīng)反應(yīng)器的場合進行說明。


圖1為本發(fā)明用放熱反應(yīng)反應(yīng)器的熱交換器的縱向剖視示意圖;
圖2顯示插管式冷卻管結(jié)構(gòu)的一種實施例，這種結(jié)構(gòu)可將一個內(nèi)管從內(nèi)管管板、即副管板和外管管板之間的空間中取出，而不需將內(nèi)管從相應(yīng)外管中抽出;
圖3顯示插管式冷卻管結(jié)構(gòu)的另一種實施例，這種結(jié)構(gòu)可將一個內(nèi)管從內(nèi)管管板、即副管板和外管管板之間的空間中取出，而不需將內(nèi)管從相應(yīng)外管中抽出;
圖4顯示插管式冷卻管結(jié)構(gòu)的又一種實施例，這種結(jié)構(gòu)可將一個內(nèi)管從內(nèi)管管板、即副管板和外管管板之間的空間中取出，而不需要將內(nèi)管從相應(yīng)外管中抽出;
圖5顯示插管式冷卻管結(jié)構(gòu)的再一種實施例，這種結(jié)構(gòu)可將一個內(nèi)管從內(nèi)管管板、即副管板和外管管板之間的空間中取出，而不需將內(nèi)管從相應(yīng)外管中抽出;
圖6為顯示采用插管的管殼式熱交換器構(gòu)思的縱向剖視示意圖。
標(biāo)號說明如下a.第一殼b.主管板c.外管d.副管板e.殼段f.內(nèi)管g.第二殼h.第一流體入口i.第一流體出口j.第二流體第一開口k.第二流體第二開口x.中間空間y.內(nèi)管空間z.第一殼內(nèi)部圖1為用作放熱反應(yīng)反應(yīng)器的本發(fā)明熱交換器的縱向剖視示意圖。
在圖1的實例中，構(gòu)成反應(yīng)器的熱交換器的上下端封閉，催化劑12在圓柱形殼10內(nèi)，形成直立的長環(huán)形層，構(gòu)成反應(yīng)器的主要部分，這可從下文中理解。
將從進氣口14送入頂部空間15中的導(dǎo)流錐30外側(cè)的外周空間的反應(yīng)氣，從環(huán)形配置的引入管16引入外周的引導(dǎo)空間17中。然后將反應(yīng)氣穿過一個構(gòu)成引導(dǎo)空間17的內(nèi)壁的圓筒，該圓筒由可滲氣的催化劑外周支承網(wǎng)18構(gòu)成，將反應(yīng)氣向心通過催化劑層12。在這期間反應(yīng)氣產(chǎn)生放熱反應(yīng)，然后通過一個通風(fēng)部、即構(gòu)成內(nèi)催化劑支承件的中央管20的中央管網(wǎng)22進入中央管內(nèi)側(cè)的空間24，接著上升并在回收口26中被回收。氣體的流向可與上述的相反。
插管32主要由一個外管件34和一個同心設(shè)在其中的內(nèi)管件36構(gòu)成，外管件34的上端封閉，其中的內(nèi)管件36的上端開口。
外管件34的下端與主管板(外管件用管板)38連接。主管板38在其中央部有一個催化劑抽吸口39。該口39和外周網(wǎng)18的下端通過催化劑抽引底板件40連接在一起，該底板件有倒置截頭錐斷面的上圓周表面。外周網(wǎng)18下表面和殼的內(nèi)表面9的相應(yīng)部分之間的外周引導(dǎo)空間17的下端部分，由環(huán)形底板件42關(guān)閉。
插管32的下部穿過導(dǎo)引底板件40。用標(biāo)號44表示這些管子的定位件(guide)。支持中心管下端的元件46也和導(dǎo)引底板件40連接。元件46的下部由若干在一個圓上排列的支腿構(gòu)成。因此，當(dāng)催化劑按下文所述分式被抽吸時，催化劑顆粒由于重力作用，沿導(dǎo)引底板件40集合而進入抽吸口39的運動不會受到妨礙。
抽吸口39通過抽吸管48與反應(yīng)器殼底板部50中心上的外抽吸口52相連通。
在本實例中用作反應(yīng)器的熱交換器，假定是用于合成甲醇。由入口54進入的鍋爐冷卻水(BFW)向上升，通過底部50與副管板58之間的入口集流空間56、導(dǎo)管(內(nèi)管延長件)60、建議在本發(fā)明中使用的連接裝置62以及內(nèi)管36。然后冷卻水在內(nèi)管上端進入外管，在其中向下流，吸收催化劑層12中的反應(yīng)熱，并變?yōu)槭占诔隹诩骺臻g、即注管板38與副管板58之間的中間空間66中的蒸汽與水的混合物或蒸汽，蒸汽通過蒸汽出口68排出。
標(biāo)號28表示催化劑供入口，也可用以作上人孔，標(biāo)號70表示下人孔。一個由導(dǎo)引底板件40、環(huán)形底板件42及主管板38限定的空間為一假空間71(dummyspace)。該假空間似無用途，但它對于將催化劑從催化劑抽吸口39中排出是有效的。雖然將催化劑抽吸口39及外抽吸口52用抽吸管48連接，似乎很復(fù)雜，但可由減小主管板的厚度所帶來的利益所補償，這在下文中將有說明。
上管板可承受反應(yīng)壓力，根據(jù)本發(fā)明，該反應(yīng)壓力也通過抽吸管48分布在殼底部50上?，F(xiàn)討論不用這種結(jié)構(gòu)的一個實例，在這種反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)壓力為90.0公斤/厘為G，溫度為330℃，甲醇產(chǎn)量為2500噸/每日時，要求管板用高價材料制成，并且直徑為3650毫米，厚度約為560毫米。而根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)直徑相同時厚度可變?yōu)榧s300毫米。這種約260毫米的管板厚度差相當(dāng)于重量約21.0噸。
在本發(fā)明中，操作者可通過人孔70進入出口集流空間66，檢查或修理外管34和管板38之間的最易發(fā)生故障的接頭部，不需要將內(nèi)管36的全部長度抽出，也不需要拆除殼底部50及副管板58。而傳統(tǒng)的這種類型的反應(yīng)器必須將內(nèi)管的全部長度、連同殼底部50及管板58抽出，需花費大量人力，并需在反應(yīng)器的下部準備空間以放置抽出的部件。因此，本發(fā)明消除了傳統(tǒng)反應(yīng)器在實用上存在的不利之處。
圖2-5示出形成插管式冷卻管結(jié)構(gòu)的實例，這些冷卻管的結(jié)構(gòu)，可不需將內(nèi)管從相應(yīng)外管中抽出，便可將內(nèi)管從內(nèi)管管板、即副管板與外管管板之間拆除。
參看圖2，外管34與主管板38相連處的堆焊部381，是最易發(fā)生故障的地點。外管部分和主管板部分在堆焊部的上側(cè)連接，用一般的脹管法實現(xiàn)。
將內(nèi)管36通過支撐361利用焊接等與外管固定。上端上有引導(dǎo)套筒601的導(dǎo)管60的上端，通過襯環(huán)603壓在稍從外管的下端伸出的內(nèi)管36的下端上，將這兩管密封。
導(dǎo)管60被制成具有一定長度，當(dāng)將導(dǎo)管60拆除時，使留下的空間深度應(yīng)足以供操作者進行必要的操作。該導(dǎo)管有內(nèi)螺紋，可與導(dǎo)管下端附近的外螺紋嚙合，并且其下部外周表面通過與副管板58嚙合的套筒609與副管板58連接，該套筒609是通過錐形螺紋611與副管板58嚙合的，螺紋611的螺距與上述內(nèi)外螺紋不同。
螺紋的制作方式為當(dāng)將套筒609旋轉(zhuǎn)時，管板58向?qū)Ч芤苿?，兩個管子處于連接狀態(tài)時便將內(nèi)管36向上推，而當(dāng)將套筒全部反向旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)管60下降。導(dǎo)管60不會掉落到管板58的下面，但其大部分可伸到管板下面，使操作可在空間66中進行。
在圖3所示的實例中，沒有使用導(dǎo)管。反應(yīng)器運轉(zhuǎn)時，內(nèi)管下端部上的螺紋件605擰在副管板58上的內(nèi)螺紋上，再由鎖緊螺母613緊固以確保密封。為進行檢查和修理工作，將鎖緊螺母擰松，將內(nèi)管36連帶螺紋件605從副管板58上拆開并向上提起。于是螺紋件605的上部與可與之嚙合的并在外管下端部上形成內(nèi)螺紋的部分365嚙合，將空間66開放。
在圖4的實例中，一個內(nèi)管按與圖2實例相同的方式與一個外管固定，導(dǎo)管60與內(nèi)管下端部的密封連接，也按與上述實例相同的方式進行。導(dǎo)管與副管板58的連接，僅通過在導(dǎo)管下端部上的外螺紋605和管板58上的內(nèi)螺紋的相互嚙合來實現(xiàn)，不需使用鎖緊螺母。
在圖5的實例中，與螺紋605嚙合的鎖緊螺母582，將導(dǎo)管60向上推，按與圖2中的實例相同的方式實現(xiàn)與內(nèi)管(未示)的密封和連接，導(dǎo)管60與副管板58的密封通過帶形墊片581進行。
從上述記載可以了解，本發(fā)明可用作放熱反應(yīng)器的換熱器上有下列顯著效果(1)由于采用插管，故不必采取防管子熱膨脹的措施。在用熱交換器作反應(yīng)器的場合，假使將插管固定在殼底部上，在反應(yīng)器的上部中產(chǎn)生一個自由空間，從而易于進行催化劑充填操作。
(2)由于設(shè)在通道、即中間空間中的內(nèi)管部分可拆卸，故可在充填催化部的狀態(tài)下對管子的焊接部分進行檢查或修理。
(3)由于設(shè)在通道、即中間空間中的內(nèi)管部分可拆卸，故不必尋求一個空間，而在傳統(tǒng)的這類熱交換器中則必須考慮到這空間，以便取出整個的內(nèi)管束。尤其是在用作軸流式反應(yīng)器的這種傳統(tǒng)熱交換器中常見的立式的引流向上的插管結(jié)構(gòu)的場合，由于為獲得拔出內(nèi)管所需要的空間，必須增大設(shè)備安裝位置的高度，并且設(shè)備支承件的制造成本達到很高。在本發(fā)明的熱交換器中這種問題不會發(fā)生。
(4)在用作反應(yīng)器的理想實施方案中，催化劑抽吸口元件也可用作管板加強件，從而可顯著減小管板的厚度。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，具有一個圓筒形的第一殼，其一端設(shè)有主管板，所述主管板設(shè)有多個管子，即在所述殼內(nèi)向所述殼另一端伸展的外管，其自由端封閉，具有一個副管板，設(shè)在所述主管板的外側(cè)，一個在所述兩管板之間圍成中間空間的殼段，所述副管板設(shè)有多個管，即從副管板伸入所述外管并在所述外管自由端附近開口的內(nèi)管，所述管板還設(shè)有第二殼，與所述副管板包圍一個處于該中間空間另一側(cè)的空間，即內(nèi)管空間，具有在所述第一殼上的第一流體的入口及出口，與所述中間空間連通以使第二流體通過的第一開口以及與所述內(nèi)管空間連通以使第二流體通過的第二開口，從而所述第一開口、所述中間空間、所述內(nèi)外管之間的環(huán)形空間、所述內(nèi)管內(nèi)部、所述內(nèi)管空間以及所述二開口按上述順序互相連通，在所述入口及所述出口之間的所述第一殼中流動的第一流體，與所述第一及第二開口之間流動的所述第二流體，通過所述外管進行間接熱交換，其特征在于將每一內(nèi)管的在所述中間空間中的部分的大部分制成是可以拆卸的；或?qū)⑺鰞?nèi)管制成可相對于所述副管板進行拆卸，從而當(dāng)將所述內(nèi)管從所述副管板上拆除時，可將所述內(nèi)管壓入相應(yīng)外管中，伸入的長度基本上等于所述內(nèi)管伸入所述中間空間的部分的長度，使所述內(nèi)管固定在所述主管板或所述外管上，從而使所述內(nèi)管的伸入所述中間空間的部分的大部分可被除去，而不需將所述內(nèi)管的全部長度從所述外管中取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一殼中充填放熱反應(yīng)用的催化劑，作為所述反應(yīng)原料的所述第一流體，從所述入口通過由所述充填的催化劑形成的催化劑層流向所述出口，進行所述放熱反應(yīng)，作為冷卻介質(zhì)的所述第二流體，在所述第一和第二開口之間通過，將所述反應(yīng)產(chǎn)生的熱除去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于所述熱交換器還具有將所述第一流體在所述第一殼內(nèi)按基本與殼的軸線垂直的徑向流過的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的熱交換器，其特征在于所述第一殼豎立放置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的熱交換器，其特征在于所述第一殼以其另一端作為頂部來進行設(shè)置，所述主管板的中部設(shè)有催化劑抽吸口，該抽吸口通過抽吸管與第二殼中部的抽吸口相連通，所述第一殼還設(shè)有向下收斂的催化劑導(dǎo)引底板件，支持所述催化劑層的下端面，使所述下端面的高度向著其外周增加，導(dǎo)引底板件的最低部構(gòu)成在所述主管板上的所述抽取孔，所述外管的下部穿過所述底板件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種放熱反應(yīng)器，當(dāng)用作插管式熱交換器時，可簡單而可靠開放中間空間，當(dāng)用作反應(yīng)器時，可將插管從上端固定轉(zhuǎn)換為下端固定，用設(shè)在管板中心的催化劑抽吸口兼作管板加強件，以減小管板厚度，插管內(nèi)管的在中間鼓筒中的延伸部易裝卸。本發(fā)明的管殼式熱交換器，各內(nèi)管在中間空間中的部分的大部可拆除；或內(nèi)管可相對副管板拆卸，從而將內(nèi)管壓入相應(yīng)外管中一個基本等于內(nèi)管伸入中間空間的部分的長度，將內(nèi)管在主管板或外管上固定，因此可將內(nèi)管在中間空間中的部分的大部分拆除，不需將內(nèi)管的全長抽出外管。
文檔編號F28D7/16GK1067733SQ92104898
公開日1993年1月6日 申請日期1992年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月18日
發(fā)明者乙部博, 中尾清, 川本裕次 申請人:東洋工程株式會社