[发明专利]具有液体流量调节元件的管束设备

说明书

技术领域

本发明涉及管束设备，该管束设备包括液体流量的金属调节元件。

更明确地说，本发明涉及竖直类型的管束设备，该管束设备适于用来实现在两种流体之间的热交换，这两种流体中的一种在液体状态下，沿膜形式的管子的内壁降落。

甚至更具体地说，本发明涉及一种降落液体膜类型的管束热交换器，该管束热交换器适于将气体和蒸汽与液体分开，该液体具有高侵蚀性，该管束热交换器装有用于液体膜的分配的特定元件，该特定元件位于每根管的头部中。

背景技术

管束设备在技术中广泛地用来高效地实现在两种流体之间的热交换，特别是当相变或化学反应由于热量流动沿交换壁的一侧或两侧发生时。这种类型的设备建造比较容易和简单，因为它通常包括圆柱形腔室，该圆柱形腔室由多根管子纵向穿过，这些管子密封固定到两块横向板(叫做管板)上，这两块横向板在设备的两个端部处定界两个腔室，这两个端部由两个头部划界，这两个腔室用来分别收集和分配在管子内流动的气体和液体。常常包括来自加热炉或饱和蒸汽的热气体的交换器流体在管子外、在所谓的壳体侧循环。

在竖直降落液体膜类型的管束热交换器中(本发明具体地参考该管束热交换器)，管子竖直地定位，从而均匀和薄流体膜通过重力从上方沿壁流动，因而得到与在壳体侧上的流体的足够热交换，尽可能多地减少接触时间。同时，由于加热由蒸发或化学反应可能形成的蒸汽，通过宽液体膜表面容易地释放，并且可沿管子的大体无液体内部导管除去。因此基本上是，为了这种类型的热交换器的良好作用，使液体膜均匀地分配，并且这甚至不会偶然形成堵塞区域、和与蒸汽相混合的紊流、及随之发生的沿管子的阻塞和压力降。

在这些情况下为了实现热交换一般采用的某些方法和设备，例如在技术出版物“Perry′s Chemical Engineering Handbook”，McGraw-Hill Book Co.，6^th Ed.(1984)，pages 11-18中提到。这种设备的典型例子由洗提器代表，该洗提器插入在尿素的合成过程的高压循环中。

在处置具有高侵蚀性的流体的热交换器中，每根管子和管板的两个表面的至少一个、和头部的内表面的至少一部分，暴露而与这些流体直接接触，并因此这些表面必须包括或适当地涂有保护金属层，该保护金属层耐化学腐蚀、或由像例如紊流或气体形成之类的动态现象生成的磨蚀。在多种情况下，磨蚀和腐蚀动作相互作用，协同地使流体甚至更有侵蚀性。

腐蚀和/或磨蚀问题在现有工厂中已经面临各种解决方案，并且其它解决方案已经在文献中提出。事实上有多种金属和合金，在足够长的时段内，能够耐受极端侵蚀条件，这些极端侵蚀条件在设备内在涉及流体的过程中产生，像例如在硝酸和尿素的合成中产生，这些流体具有极高腐蚀性。在这些金属中，除多种不锈钢，像例如奥氏体不锈钢(AISI316L钢尿素级)、类型25/22/2Cr/Ni/Mo的不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢外，可提到铅、钛、锆、钽、铌及它们的各种等级的合金。

不顾它们相对于不锈钢的较高成本，诸如钛和锆之类的金属，由于它们对于腐蚀的高耐受性和满意的机械品质，对于在高压热交换设备中的管子的生产常常是优选的，该高压热交换设备用在尿素和硝酸的合成中。锆特别是因为其对于化学腐蚀和对于它与其相接触的过程流体的磨蚀作用的优良耐受性而众所周知，而钛具有与锆大体相似的腐蚀耐受性，但具有对于磨蚀作用的较低耐受性。

在竖直降落液体膜类型的管束热交换器的特定情况下，像在例如在尿素合成高压环路中包括的洗提器，对于腐蚀问题的解决方案由于设备的特定几何形状极为复杂，该设备的目的在于，除高机械应力之外，尽可能受控和可再现地允许流体的温度和成分的分布，在其中氨基甲酸铵的热解化学反应发生的区域中金属表面经受这些机械应力，这些金属表面因此经历显著的磨蚀作用，并且必须包括具有适当机械耐受性的金属。在过去几年由本领域的操作人员已经提出多种解决方案。