[发明专利]双对称管壳式硫酸冷却器

说明书

技术领域：

本发明涉及化工装置中换热设备的技术范畴，尤其是涉及高温浓硫酸冷却过程中热量回收的换热器。

背景技术：

硫酸是由三氧化硫和水结合而成的，由于该反应是非常剧烈的放热反应，在硫酸制造过程中是采用温度在80℃左右的浓硫酸来吸收气体中三氧化硫，吸收过程产生的热量由于循环酸温度较低没有利用价值，通常只能用循环冷却水来冷却而将该热量排向大气。

要将该热量回收利用产生蒸汽或者加热锅炉给水、达到废热回收利用的目的，就需要提高循环酸的温度。目前的硫酸装置低温位热回收技术已经将该循环酸温度提高到了200℃以上，可以产生压力高达1.0MPa的饱和蒸汽，或者将全部或部分热量用于加热锅炉给水。

可是硫酸是强腐蚀性液体，温度越高腐蚀性越大、酸浓越低腐蚀性越大。由于此类硫酸冷却器的水侧压力大于酸侧压力，一旦泄漏则是水漏进酸中。硫酸与水的稀释反应又是强放热反应、稀释热很大，一旦泄漏则使酸温升高的同时酸浓下降，腐蚀性就急剧增大，造成泄漏快速扩大。

目前利用硫酸余热的蒸汽发生器采用的是U型管束、串酸冷却器是单管程的管壳式换热器，不能通过中间酸温和出口酸温间的相互异常变化及时检测泄漏的发生。如果不能及时发现，此类酸冷器会严重损坏甚至整台设备报废。

发明内容：

本发明的目的在于解决水侧压力高的硫酸冷却器不能及时检测、可靠判断泄漏的问题，达到安全生产、保护设备、方便维修的目的。

硫酸冷却器总是要用到泄漏发生、修补后还将继续使用，周而复始直至严重的泄漏使其报废。泄漏开始时，是水漏进酸中，酸浓会降低，但是酸浓度在线测量比较复杂、影响因素较多、测量误差较大，用酸浓的降低来及时判断酸冷器泄漏，误判概率大。水漏进酸中，酸温就会升高，酸温的在线测量简单、便宜、影响因素少、可以精确测量，用酸温的异常变化来及时判断酸冷器的泄漏比较可靠。

本发明所采用的技术方案是：

采用两个完全对称且完全相同的管壳式换热段，相当于将U型管束在长度上一分为二、或者将单管程的管壳式换热器切成两段，酸走管程、水走壳程，用一个酸连接管箱将两个换热段的酸侧连接起来、用一个连接水管或一个蒸汽汽包将两个换热段的水侧连接起来。结构上包括酸进口管箱、换热段A、酸连接管箱、换热段B、酸出口管箱、连接水管或者汽包。这两个完全对称且完全相同的管壳式换热段，不仅可以互换而且可以掉头，因为在通常情况下，腐蚀最严重的往往是在酸温最高的换热段A的进口附近，将换热段掉头——酸进口变为酸出口、酸出口变为酸进口——就可延长酸冷器的使用寿命。在准备备品备件时，两个换热段只需要制作一个相同的第3个换热段作为备件即可，既节省了该酸冷器的维护费用，且单个换热段的质量轻了，安装更换也更加方便。

将双对称管壳式硫酸冷却器两个换热段壳程与一个蒸汽汽包的上升管和下降管连接，水在壳侧进行蒸发汽化，该双对称管壳式硫酸冷却器就成了一个水蒸汽发生器；将双对称管壳式硫酸冷却器两个换热段壳程用一根管道连接起来，水在壳侧被加热升温，该双对称管壳式硫酸冷却器就成了一个水加热器。

在线测量酸进出口温度和连接管箱中的酸温这3个酸温度值，同时在线测量饱和水蒸汽温度值或者水进出口温度和连接水管中的水温这3个水温度值。通过这些温度值可以计算出该双对称管壳式硫酸冷却器各换热段的换热量及换热特性数。

按照热量衡算，对于换热段A的传热量为：

Q_A＝K_AAΔT_mA                 (1)

而该段酸冷却移热的换热量为：

Q_A＝mC_pAΔT_A               (2)

两个换热量相等，即(1)式等于(2)式，因此有：

mC_pA/(K_AA)＝ΔT_mA/ΔT_A            (3)

令换热段A的特性数F_A＝mC_pA/(K_AA)，得：

F_A＝ΔT_mA/Δ_TA               (4)

同理，对于换热段B，有：

F_B＝ΔT_mB/ΔT_B                  (5)

令：