[发明专利]壳管式热交换器

说明书

一种壳管式热交换器具有圆柱形的几何形状，且包括在相反侧上连接到公共管板的第一压力室和第二压力室。管板连接到管束，该管束容纳在第一压力室中，且包括多个U形交换管。每个U形管设有第一部分和第二部分。第一压力室包含至少一个内引导套，该内引导套具有圆柱形或伪圆柱形的几何形状且沿着第一压力室的主纵向轴线延伸。对于相应长度的至少部分，内引导套包绕每个U形管的第一部分。内引导套在其第一端处密封地连接到管板。内引导套在其第二端(52)处开放。

技术领域

本发明涉及一种壳管式热交换器，且更特别地涉及一种设计成与热工艺气体操作的壳管式热交换器。此类热交换器设计成用于通过汽化冷却介质或通过相对于热介质带有温度交叉的非汽化冷却介质来冷却热介质。

背景技术

在工艺和功率工业中，在高温和高压下从化学反应器、炉或热交换器排出的工艺介质和工作介质通常必须借助于特别设计的热交换器来冷却。这些热交换器的特征在于特殊的热交换构造和技术设计。

在比如蒸汽甲烷重整、氨合成、煤/生物质气化、硫焚烧和氨氧化的过程中操作的从化学反应器排出的热介质是高温和高压下介质的主要示例，其必须在特殊的热交换器中冷却。热介质温度和压力可分别约在从400°C至1000°C和从0.3MPa至30MPa的范围。而且，由于一些侵蚀性化学物质(比如氢、氮、氨、一氧化碳和氧化硫)，热介质可损害常见的结构金属材料。

由于热介质的高温和大流率，从几兆瓦到几十兆瓦的宽范围的散热通常是必要的。为了执行此类强冷却，使用用于热介质与冷却介质之间的间接热交换的特殊热交换器。

取决于工业过程和冷却介质，此类热交换器得到若干常见名称。例如，用于冷却热介质的较常见的热交换器的非穷举列表包括：

-在冷却介质是汽化水的情况下，过程锅炉或废热锅炉；

-在冷却介质是过冷锅炉水的情况下，锅炉水预热器；

-在冷却介质是蒸汽的情况下，蒸汽过热器；

-在热介质从氨转换器反应器排出且由汽化水冷却的情况下，合成回路锅炉；

-在汽化冷却流体的情况下，蒸气发生器或汽化器；

-在通用冷却介质的情况下，过程冷却器。

用于冷却热介质的热交换器通常是壳管型的，带有在壳侧或管侧上流动的热介质，竖直或水平设置。交换管可为不同类型的，比如直管、U形管或盘管。热介质和冷却介质可根据不同的构造(比如并流、逆流和错流)且根据单行程或多行程来间接地接触。

在本领域现状中已知用于冷却在高温和高压下介质的许多壳管型热交换器。特别地参照工艺气体，在下文中列出这些壳管型热交换器的一些示例。

文献US 4287944描述一种竖直工艺气体锅炉，其中在壳侧上流动的热工艺气体与在管侧上流动且在自然通风下循环的汽化水间接地交换热量。交换器在壳侧上是单行程且在管侧上是双行程。交换器壳体或壳在内部由隔热材料做衬垫，以用于保护壳壁免受过热。管束由连接到公共管板的U形管组成，该公共管板将交换器壳与水压室分离。水压室分成两个室，一个从管束收集水和蒸汽混合物，且另一个将新鲜水释放到管束。U形管的下降腿设有与新鲜水室连通的内管。内管在U形弯头之前不远以开放端结束。此类内管用新鲜水供给管束。

因为在下降腿中的水的汽化发生在U形管与内管之间的环中且不在内管中，该构造声称有效地防止对自然循环的干扰。因此，在环中产生的蒸汽声称排出到水蒸汽室中，而不是拖到U形管中。在另一方面，该构造的特征在于两个潜在的缺点。首先，来自内管的新鲜水可在环中流走，而不是在U形管中行进。其次，U形管具有中间焊接部。