[實(shí)用新型]一種外置式流化床換熱器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720370634.5
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN206739947U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林圣堯;張永民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: F28D13/00
• 分類號: F28D13/00;F28D15/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 姚亮,沈金輝

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外置式流化床換熱器。

背景技術(shù)

流化床反應(yīng)器在很多工業(yè)過程中應(yīng)用廣泛，鑒于很多反應(yīng)過程均存在熱效應(yīng)，多數(shù)屬于放熱反應(yīng)，常利用換熱元件取走反應(yīng)釋放的過程熱量，以保持反應(yīng)器的熱平衡。例如，在煉油廠催化裂化裝置的再生器中就常采用取熱器，當(dāng)加工重質(zhì)原料時(shí)，由于裝置生焦量提高，再生燒焦過程放出的熱量超過反應(yīng)系統(tǒng)所需要的熱量，為維持裝置的熱平衡，就需要采取措施將過剩的熱量取走。工業(yè)中常采用的取熱器大體上分為內(nèi)置式取熱器(簡稱內(nèi)取熱器)和外置式取熱器(簡稱外取熱器)兩種，內(nèi)取熱器是將取熱管設(shè)置在再生器中，外取熱器是在再生器外部設(shè)置一個(gè)流化床，流化床內(nèi)設(shè)置有取熱管，通過連接再生器和流化床之間的循環(huán)管實(shí)現(xiàn)熱催化劑與換熱管之間的接觸。由于內(nèi)取熱器換熱面積固定，傳熱系數(shù)和傳熱溫差都受反應(yīng)器工業(yè)條件限制，取熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍很小，而外取熱器可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)管中的催化劑流量實(shí)現(xiàn)取熱負(fù)荷的大范圍調(diào)節(jié)，因而在工業(yè)裝置上得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，最常見的催化裂化外取熱器一般采用帶有垂直換熱管束的密相流化床，流化床操作氣速一般較低，屬于鼓泡床和低氣速湍動床。為了提高設(shè)備的可靠性，每根換熱管一般采用單獨(dú)的進(jìn)出管線與外取熱器汽包連接，其目的是當(dāng)某一根換熱管出現(xiàn)泄漏時(shí)，可以單獨(dú)關(guān)閉，不會造成外取熱器的整體失效，因?yàn)槭Ｓ嗟膿Q熱管仍可以繼續(xù)使用。另外，為了強(qiáng)化換熱管的傳熱效果，常在換熱管上焊接翅片等元件，以增加傳熱面積和傳熱負(fù)荷。

現(xiàn)有工業(yè)裝置中使用的外取熱器雖然已有很多年的工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但常常存在如下問題：

(1)工業(yè)上采用的外取熱器流化床一般水力學(xué)直徑較小(流化床橫截面流通面積與潤濕邊長總和之比)、壁效應(yīng)很強(qiáng)，再加上床層高度較大，因此外取熱器內(nèi)很難保持較高的流化質(zhì)量，造成傳熱面上的傳熱系數(shù)較低和整個(gè)取熱器的換熱效率的降低。另外，流化質(zhì)量較低還容易導(dǎo)致接觸到每根換熱管的催化劑溫度差異較大，致使各換熱管的傳熱負(fù)荷的不均勻，工業(yè)操作過程中個(gè)別傳熱負(fù)荷過高的換熱管很容易干燒而損壞。

(2)由于每根換熱管均需要配備與汽包連接的單獨(dú)管路，為避免連接管路過于復(fù)雜，往往限制換熱管的根數(shù)不能太多，因此常采用直徑較粗的換熱管(通常管徑在150-400mm之間)，導(dǎo)致外取熱器內(nèi)單位體積所能容納的總換熱面積較小。

(3)即使采用較粗的換熱管束，由于每根換熱管都有一組獨(dú)立的連接管路與汽包連接，而通常工業(yè)外取熱器中的換熱管根數(shù)一般都在十多根至幾十根之間，因此外取熱器與汽包之間的連接管路非常復(fù)雜性，其結(jié)果是導(dǎo)致很難保證每根換熱管內(nèi)水流量的均勻性，工業(yè)操作過程中常出現(xiàn)水流量較低的換熱管干燒損壞的現(xiàn)象。

(4)即使每根換熱管都可以單獨(dú)關(guān)閉，但如果某一根換熱管出現(xiàn)爆管，實(shí)際工業(yè)操作過程中也需要一段時(shí)間才能找到這根損壞的換熱管并及時(shí)將其關(guān)閉，這段時(shí)間內(nèi)水蒸汽會大量進(jìn)入再生器，常造成裝置操作劇烈波動，同時(shí)高溫水蒸汽和熱催化劑接觸也會加劇催化劑的水熱失活。如果處理不及時(shí)，蒸汽泄漏過程中還容易造成其他換熱管及設(shè)備組件的沖蝕磨損損壞。此外，損壞換熱管關(guān)閉后，外取熱器總換熱負(fù)荷也有較大的降低。

(5)由于一般采用的是較粗的換熱管束，工業(yè)上為了強(qiáng)化換熱管的傳熱效果，需要在換熱管上焊接翅片等元件，以增加傳熱面積，但這會進(jìn)一步降低流化床的水力學(xué)直徑，增加流化床的壁效應(yīng)，更容易導(dǎo)致外取熱器內(nèi)流化質(zhì)量和傳熱效果的下降。另外，焊接復(fù)雜的翅片結(jié)構(gòu)還大幅度增加了換熱管的制造難度和成本，焊接缺陷或殘余應(yīng)力集中等問題常造成換熱管使用壽命及長周期可靠性的下降，這將顯著影響裝置的開工周期和盈利能力。

正是這些問題的存在，外取熱器往往是影響很多工業(yè)催化裂化裝置長周期運(yùn)行的一個(gè)瓶頸因素，嚴(yán)重制約了裝置開工周期的延長，對日常裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行也埋下了很大的隱患。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種外置式流化床換熱器。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種外置式流化床換熱器，該外置式流化床換熱器包括上段的蒸發(fā)器、下段的氣固流化床以及垂直安裝的熱管管束；所述熱管管束由若干熱管組成，熱管的兩端分別位于蒸發(fā)器和流化床之中。