[发明专利]气‑液混合分配装置、管壳式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及气-液混合分配装置、管壳式换热器，更加详细而言，涉及被垂直设置的管壳式(Shell and Tube type)换热器以及朝所述管壳式换热器的管侧混合投入气体以及液体两种相的流体的气-液混合分配装置。

背景技术

换热器是指通过传热壁从高温的流体向低温的流体传热的装置。换热器可根据其使用目的以及功能而被分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，可根据传热壁形态而被分为双重管式、管壳式、平板式以及其他特殊型换热器，其中管壳式换热器最被广泛使用。

管壳式换热器是在炼油以及石油化学工厂被广泛使用，例如，为了在芳香族转化反应(Aromatic Reforming)、烷基转移反应(Trans-Alkilation Reaction)、异构化反应(Isomerization Reaction)以及石脑油、喷气燃料、柴油加氢脱硫反应(Naphtha,Jet-Oil,Diesel Oil Hydro Desulfurization Reaction)等反应回路(Reaction Loop)中，使高温的反应器流出物和低温的气-液混合流体相互进行热交换，从而从高温的反应器流出物回收废热而使用。

在所述管壳式换热器朝管侧投入气体以及液体两种相的混合流体时，以相同的比例均等分配并投入气体以及液体是在确保换热器的热传递性能、水力学性能、机械稳定性中极其重要的。

但是，由于因气体以及液体的比重差导致的水力学特性之差，投入到各个管的气体以及液体的混合比例有差异，有时还会产生液体不规则地流动的急冲(Surge)现象。

如果发生所述现象，则在各个管的内侧流动的流体以及在外侧流动的流体之间的温度差(Temperature Difference)以及热传递系数(Film Coefficient)产生偏差，各个管的金属温度(Tube Metal Temperature)也产生偏差。

所述偏差不仅能够降低换热器的热传递性能，增加压力损失，因管的金属温度差导致的热膨胀之差还会对管束(Tube Bundle)以及伸缩接头(Expansion Joint)带来过度的压力，降低机械稳定性以及装置的寿命。

而且，如果产生液体间歇性且不规则地流动的急冲现象，则换热器流出物以及管的金属温度会在一定振幅内不规则且急剧发生变动，所述急剧的变动不仅能够破坏工序稳定性，还能降低装置的寿命。

一方面，目前使用的投入有气-液混合流体的管壳式换热器也存在所述问题点。如图1所示，现有管壳式换热器使用了如下方法，即不设置为了向管以相同的比例均等地投入气体以及液体的任何装置(图1a)或者在管板(Tube Sheet)下面设置多孔板而稍微改善投入到管的气体/液体分配比例的方法(图1b)。但是，用多孔板不能从根本上阻止因高密度液体具有的冲力(Momentum)导致的液体集中现象，也不能阻止在因密度差以及重力导致的液体滑动(Slip)现象中伴有的急冲现象。尤其，随着生产工序的大型化以及热回收率的提高，换热器被大型化，由此气体以及液体的不均匀分配以及急冲现象带来了各种问题。

为了改善所述问题，还使用了在管板下面设置多孔板，然后将液体投入到多孔板上面的方法(图1c)，但是该方法也不能阻止液体集中到中间的现象。

因此，该领域中，当为朝管侧投入气体以及液体两种相的混合流体的大型换热器时，用高价且不方便维修的焊接板式(Welded Plate Type)换热器代替了管壳式换热器。

发明内容

解决的技术问题

本发明是为解决所述问题点而提出的，其目的在于，提供均匀混合气体以及液体，然后将混合的流体均匀地分配并投入到管壳式换热器的多个管的气-液混合分配装置、利用该装置的管壳式换热器。

技术方案

为达成所述目的，根据本发明的一实施例的气-液混合分配装置，包括：混合头部，包括腔体(Chamber)、多个气体喷嘴以及多个液体喷嘴；以及液体供应部，与所述混合头部连接而向所述混合头部供应液体，形成在所述混合头部的多个气体喷嘴以及多个液体喷嘴可以被均匀地混合分布以使从所述混合头部喷出的液体以及气体被均匀混合。

然后，所述多个气体喷嘴喷射从设置有所述气-液混合分配装置的管壳式换热器的气体供应部供应的气体，混合有所述气体以及液体的气液混合流体可通过所述管壳式换热器的管板被供应到管。

而且，所述多个气体喷嘴可由贯穿所述腔体而成的管型喷嘴构成，所述多个液体喷嘴可由形成在所述腔体上板的孔口(Orifice)型喷嘴构成。