[发明专利]具有耐磨损管板内衬的管束式热交换器

说明书

本发明涉及一种用于热裂化设备、具有耐磨损管板内衬的管束式热交换器(RW)。

这种RW在通过热裂化生产乙烯的乙烯设备中被置于裂化炉传送管道的流出侧，称为裂化气体的冷却器(转移线热交换器，TLE)。

裂化气体冷却器必须满足极高的结构和材料特性要求。通过碳氢化合物的热解，如原油、LPG、乙烷或氢裂化残留物(尾油、蜡)从裂化炉流出的热反应混合物(至大约850℃)必须在裂化气体冷却器中迅速冷却以避免无用的副反应。裂化气体冷却器即RW，作为废热锅炉，其中，通过壳侧流过的给水的气化可以产生高压蒸汽。

在这个过程中，裂化炉中产生了焦炭沉淀，该沉淀必须在一定间隔内(60-80天)通过由空气氧化而被除去。为了除去焦炭，在降低炉的燃烧效率时通过裂化炉的管道通入空气/蒸汽混合物，用其将含碳的沉淀物烧掉。这时焦炭颗粒也散开了，其与脱焦炭化气体经裂化气体通道穿过裂化气体冷却器传输至脱焦炭化管道。

由裂化炉高速流出的裂化气体即脱焦炭化气体通常通过传输管道由裂化气体冷却器底部进入轴向排列的气体进入室并且与下部的管底相碰，以便在流过后通过裂化气体冷却器的热交换管道进入下一过程。

裂化气体虽然停留时间短但含有焦炭颗粒，其在裂化气体速度高时有强烈的腐蚀作用。为了迅速冷却裂化炉中产生的热反应混合物必须尽可能迅速地通过裂化炉和冷却管之间的管道。由于通过有条件的短暂构型，通常从传输管道到冷却器直径扩张的气体进入空间将气体流同焦炭颗粒几种在管板和冷却器管道的中间区域，并被强烈的腐蚀。由此导致的承压内壁的减落使得维修的费用必须提高，这种壁厚减落因此导致相关的停工期，使生产停止。

解决类似问题可以从不同方式灼烧，其建立在使用陶瓷、耐火材料作为内衬、模制件或涂层：

由EP-A-0567674可以了解这样的热交换器，其可以冷却碳气化设备中产生的合成气体，在该设备中带有陶瓷涂层的气体进入侧的管板由单独或并列布置在彼此碰撞的外部边缘上的方形扣眼构成，其中每个扣眼具有一个圆锥状的开口，该开口在伸入一个热交换器管中的管节处变窄。这种解决方法在各方形元件之间不产生气闭。这种方法在烯烃设备的裂化气体冷却器中在中间区域产生焦炭并且破坏材料。另外所使用扣眼的末端在管中形成轮廓边缘，这在向裂化气体冷却器中通入高流速气体时引起强烈的涡流从而导致额外的腐蚀。

在DE-C-4404068中公开了一种使用由耐火体构成的陶瓷衬里。其可以是例如六角形的并且具有孔，通过这些孔在管底的背面可以强有力的焊接钉或钩子。耐火套以这种方式挂在管板上。这种设计并不能达到无缝的涂装。

此外熟知的方法是在一个反应器中装配含一个抗腐蚀耐火涂层的冷却管(参看US4124068)，以避免管道失灵的危险和冷却水在高温下侵入周围的反应混合物中。

在DE19534823A1中提出，在气体进入侧用化学固化的耐腐蚀防火产品涂在管底，其中捣碎适量的涂层至少以可加工的形式进行涂敷并接下来烧成防火质量的涂层。

这些应用的共同之处在于，其将陶瓷亦即非金属材料同金属设备材料，通常是钢接合。在实践中表明，由于不同的材料特性，如热膨胀系数，以及不同的可塑性(脆性的/可延展的)在加工、装配和修复过程中陶瓷构件与金属构件的接合耗费较高并且常常存在许多问题。此外，在插入陶瓷扣眼时产生涡流问题，亦即因此在流动方向观看到的扣眼的后端上通过那里出现的棱边而对材料造成特别的负荷。与DE19534823的实施例相反，它表现出，防火质量的涂层仅涂在管底中心的核心区域是行不通的，因为不同材料特性的协同作用使管底表面不同，导致在过渡区域，即在防火物质的外棱边上产生特殊的问题，大致通过自身剥落或在边缘通过涡流而强烈腐蚀。此外，在涂防火产品的涂层过程中只有管底被如此地保护。然而，其优点在于至少保护了在流动方向上观察的各自冷却管的前部分。这个只有通过使用扣眼或套筒才能实现。

试图解决核心区域较边缘区域大的流动和载荷问题，其已经通过在进入室内的圆锥形设备(参考US-PS3552487)或通过扩散形回转装置而内装装置(参看DE-PS2160372)来尝试解决。

此外，建议既考虑均衡进入室的流量又保护管板免受腐蚀，使RW装配有弯曲成环的棒，其中环沿顶端朝向气体入口的锥面表面排列(参看，EP0377089A1)。