[发明专利]用于氢氟酸烷化过程的换热器

说明书

本发明是关于改进管壳式换热器的，尤其（但不受此限制）是关于改进管板和前端封头设计的用于汽化液体或冷凝蒸汽的换热器。

在工业中，传热方法是几乎所有化工过程的重要部分。最常用的换热设备之一是管壳式换热器。各种类型的换热器在许多著名的出版物中已做了概述，例如在Perry′s    Chmical    Engincers    Handbook第11章3-21页（Green，Lth    ed.1984）中。通常，这类换热器包括有一束联通着入口管箱和出口管箱的管子。管束包裹在一个壳体中，从而使得一种流体能与管束中的管子外表面接触并将热量传到管内流动的另一种流体。

管壳式换热器可用作各种用途如冷凝、冷却、汽化、蒸发和两种不同流体的热能交换。此外，管壳式换热器实际上可以处理任何类型的化学化合物如水、水蒸汽、碳氢化合物、酸和碱。特别是在氢氟酸烷化过程的石油炼制中，广泛使用着管壳式换热器，其中包括HF的汽化和冷凝。

由于氢氯酸的强腐蚀特性，当管壳式换热器用于处理HF时，HF烷化过程的操作人员常遇到的主要问题是管壳式换热器管束的腐蚀、磨蚀、积垢和污塞等问题。实际上，对于HF蒸发器，操作人员有时遇到的问题是在靠近换热器最末管程管出口区域附近的管板的严重腐蚀和磨蚀，他们也遇到在换热器第一管程进口区域严重结垢和污塞问题。由于这种损坏，一些操作人员发现这些换热器的使用寿命只是其设计期望寿命的一小部分。事实上，一些操作人员发现，即使对于用高耐腐蚀性的蒙乃尔（monel）材料做的管子的普通换热器管束，其有效的使用寿命最长也只有6个月。而这些管束通常期望其有效寿命为三年或更长。

鉴于腐蚀和磨蚀的特性和类型以及在氢氟酸蒸发换热器产生这些腐蚀和磨蚀的特定位置，操作人员和技术人员们认为，氢氟酸换热器的过度损坏的原因与换热器的型式或所用管板型式及所处理的氢氟酸的高腐蚀特性有关。在试图解决这些问题时，操作人员尝试了各种不同方法，如使用双管板，改变管束在管板内的胀接方法，使用各种将换热器管束端封焊到管板上的技术。所有这些努力在解决与使用HF蒸发器有关的腐蚀问题时，仅对解决那些操作人员已观察到的腐蚀或磨蚀类型的问题有所回报，但这些努力没能彻底根治这些问题。因为在工业范围内，在氢氟酸蒸发器管束内形成腐蚀或磨蚀损坏的原因，永远不会仅同所处理流体原料腐蚀特性有关;然而，我们却发现其原因与流体在管内的流动特征有关。

因此，本发明正是要改进与使用氢氟酸蒸发器有关的特定问题，这也是HF烷化过程的操作人员与之长期斗争问题。

本发明的目的是提供一个用于蒸发氢氟酸的最佳设计的管壳式换热器。

本发明的另一个目的是提供一个有助于提高用于氢氟酸蒸发的管壳式换热器的有效寿命的设备。

本发明的第三个目的是降低HF烷化过程的操作成本。

本发明还有一个目的是提高用于实现HF烷化过程设备的可靠性。

本发明是一个用于蒸发氢氟酸具有可拆卸管束的改进的管壳式换热器。改进包括使流体流过一多程的氢氟酸蒸发器管束，以便提供一个流体流动路径上更为平坦的速度分布。

本发明的其它方面，目的和优点可以通过研究本说明书，权利要求书和附图得到进一步明确。

其中：

图1是管壳式换热器正剖示图，所剖部分是为了更明确示意本发明的一些特征。

图2是按照本发明制造的换热器的管束、管板和前端管箱的等轴分解示意图;

图3是将图1的管壳式换热器沿3-3线剖开的前端固定管箱内部结构的横截面示意图;

图4是图1沿4-4线剖开的横截面示意图;和图5是典型的HF烷化过程氢氟酸再生回路示意图。

本发明的设计是要降低用于许多典型石油炼制HF烷化过程中作为氢氟酸蒸发器和冷凝器所产生的腐蚀或磨蚀问题。人们发现，在许多情况下，与已掌握的理论相矛盾。在氢氟酸换热器中这样腐蚀和磨蚀的原因主要是由于过高的管内流动线速度引起的，而污塞情况，主要是由于管内流体线速度过低之缘故。换热器管内速度分布不良的问题是由于流体在管内发生相变的缘故。由于相变的结果，气体或液体通过换热器管子时体积流率发生变化，进而引起流体线速度的变化。在蒸发流体的情况下，当其经过换热器时，线速度将增加，这就增加了与过高的管内线速度有关的腐蚀和磨蚀或两者兼有的潜在的可能性。