[發(fā)明專利]雙對稱管殼式硫酸冷卻器

有效

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• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103836602A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁華
• 申請（專利權(quán)）人: 丁華
• 主分類號: F22B1/16
• 分類號: F22B1/16;F22B37/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及化工裝置中換熱設(shè)備的技術(shù)范疇，尤其是涉及高溫濃硫酸冷卻過程中熱量回收的換熱器。

背景技術(shù)：

硫酸是由三氧化硫和水結(jié)合而成的，由于該反應(yīng)是非常劇烈的放熱反應(yīng)，在硫酸制造過程中是采用溫度在80℃左右的濃硫酸來吸收氣體中三氧化硫，吸收過程產(chǎn)生的熱量由于循環(huán)酸溫度較低沒有利用價值，通常只能用循環(huán)冷卻水來冷卻而將該熱量排向大氣。

要將該熱量回收利用產(chǎn)生蒸汽或者加熱鍋爐給水、達(dá)到廢熱回收利用的目的，就需要提高循環(huán)酸的溫度。目前的硫酸裝置低溫位熱回收技術(shù)已經(jīng)將該循環(huán)酸溫度提高到了200℃以上，可以產(chǎn)生壓力高達(dá)1.0MPa的飽和蒸汽，或者將全部或部分熱量用于加熱鍋爐給水。

可是硫酸是強(qiáng)腐蝕性液體，溫度越高腐蝕性越大、酸濃越低腐蝕性越大。由于此類硫酸冷卻器的水側(cè)壓力大于酸側(cè)壓力，一旦泄漏則是水漏進(jìn)酸中。硫酸與水的稀釋反應(yīng)又是強(qiáng)放熱反應(yīng)、稀釋熱很大，一旦泄漏則使酸溫升高的同時酸濃下降，腐蝕性就急劇增大，造成泄漏快速擴(kuò)大。

目前利用硫酸余熱的蒸汽發(fā)生器采用的是U型管束、串酸冷卻器是單管程的管殼式換熱器，不能通過中間酸溫和出口酸溫間的相互異常變化及時檢測泄漏的發(fā)生。如果不能及時發(fā)現(xiàn)，此類酸冷器會嚴(yán)重?fù)p壞甚至整臺設(shè)備報廢。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于解決水側(cè)壓力高的硫酸冷卻器不能及時檢測、可靠判斷泄漏的問題，達(dá)到安全生產(chǎn)、保護(hù)設(shè)備、方便維修的目的。

硫酸冷卻器總是要用到泄漏發(fā)生、修補(bǔ)后還將繼續(xù)使用，周而復(fù)始直至嚴(yán)重的泄漏使其報廢。泄漏開始時，是水漏進(jìn)酸中，酸濃會降低，但是酸濃度在線測量比較復(fù)雜、影響因素較多、測量誤差較大，用酸濃的降低來及時判斷酸冷器泄漏，誤判概率大。水漏進(jìn)酸中，酸溫就會升高，酸溫的在線測量簡單、便宜、影響因素少、可以精確測量，用酸溫的異常變化來及時判斷酸冷器的泄漏比較可靠。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

采用兩個完全對稱且完全相同的管殼式換熱段，相當(dāng)于將U型管束在長度上一分為二、或者將單管程的管殼式換熱器切成兩段，酸走管程、水走殼程，用一個酸連接管箱將兩個換熱段的酸側(cè)連接起來、用一個連接水管或一個蒸汽汽包將兩個換熱段的水側(cè)連接起來。結(jié)構(gòu)上包括酸進(jìn)口管箱、換熱段A、酸連接管箱、換熱段B、酸出口管箱、連接水管或者汽包。這兩個完全對稱且完全相同的管殼式換熱段，不僅可以互換而且可以掉頭，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，腐蝕最嚴(yán)重的往往是在酸溫最高的換熱段A的進(jìn)口附近，將換熱段掉頭——酸進(jìn)口變?yōu)樗岢隹凇⑺岢隹谧優(yōu)樗徇M(jìn)口——就可延長酸冷器的使用壽命。在準(zhǔn)備備品備件時，兩個換熱段只需要制作一個相同的第3個換熱段作為備件即可，既節(jié)省了該酸冷器的維護(hù)費(fèi)用，且單個換熱段的質(zhì)量輕了，安裝更換也更加方便。

將雙對稱管殼式硫酸冷卻器兩個換熱段殼程與一個蒸汽汽包的上升管和下降管連接，水在殼側(cè)進(jìn)行蒸發(fā)汽化，該雙對稱管殼式硫酸冷卻器就成了一個水蒸汽發(fā)生器；將雙對稱管殼式硫酸冷卻器兩個換熱段殼程用一根管道連接起來，水在殼側(cè)被加熱升溫，該雙對稱管殼式硫酸冷卻器就成了一個水加熱器。

在線測量酸進(jìn)出口溫度和連接管箱中的酸溫這3個酸溫度值，同時在線測量飽和水蒸汽溫度值或者水進(jìn)出口溫度和連接水管中的水溫這3個水溫度值。通過這些溫度值可以計算出該雙對稱管殼式硫酸冷卻器各換熱段的換熱量及換熱特性數(shù)。

按照熱量衡算，對于換熱段A的傳熱量為：

Q_A＝K_AAΔT_mA?????????????????(1)

而該段酸冷卻移熱的換熱量為：

Q_A＝mC_pAΔT_A???????????????(2)

兩個換熱量相等，即(1)式等于(2)式，因此有：

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

令換熱段A的特性數(shù)F_A＝mC_pA/(K_AA)，得：

F_A＝ΔT_mA/Δ_TA???????????????(4)

同理，對于換熱段B，有：

F_B＝ΔT_mB/ΔT_B??????????????????(5)

令：