專利名稱：橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型屬于化工生產(chǎn)過程中使用的換熱式轉(zhuǎn)化器，具體涉及一種橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器。
二背景技術(shù)：
甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化是一吸熱反應。傳統(tǒng)的方法是在轉(zhuǎn)化爐中燃燒天然氣來給轉(zhuǎn)化反應提供熱量。近年來則是采用二段爐的高溫氣體來提供反應所需熱量，以達到降低天然氣消耗的目的，從而也使一段甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化爐變成了一臺換熱式的特殊熱交換器，稱為換熱式轉(zhuǎn)化器。
由于換熱式轉(zhuǎn)化器是在高溫、高壓條件下工作，且反應管內(nèi)是催化反應，管外是高溫氣體，管內(nèi)、外尤其對設備殼體溫差很大，導致設備的熱膨脹差特別大，設備的加工難度也很大。目前，國內(nèi)外公開使用的換熱式轉(zhuǎn)化器主要有①帶豬尾管的浮頭式轉(zhuǎn)化器(ZL93238295.9)；②英國I.C.I公司設計的三重套管式轉(zhuǎn)化器；③烏克蘭的多組上升管的轉(zhuǎn)化器。這些換熱式轉(zhuǎn)化器存在的主要問題有1、不能大型化。如英國I.C.I公司設計的三重套管式轉(zhuǎn)化器，由于其采用外密封法蘭和平管板，因而在設備直徑增大后，管板也隨之增厚，既費材，機加工和焊接也困難，不易保證質(zhì)量，且使用時溫差應力大，對于現(xiàn)在上百萬噸的甲醇、合成氨大型裝置而言，根本無法使用，所以一直未用于大型裝置中。
2、豬尾巴管容易損壞。由于轉(zhuǎn)化器換熱時膨脹量很大，又在近1000℃下工作，操作條件十分苛刻，因而豬尾巴管容易破裂，影響反應氣的輸出。
3、結(jié)構(gòu)復雜，中央管和管板焊接容易斷裂。如烏克蘭換熱轉(zhuǎn)化器是由多組7～9根反應管和一根中央管組成，當在生產(chǎn)規(guī)模較大時需要數(shù)十組，不僅導致結(jié)構(gòu)復雜，而且中央管和管板焊接容易斷裂，尤其是我國使用的一根中央管浮頭式換熱器的焊縫更容易裂，在生產(chǎn)中就曾經(jīng)因為出現(xiàn)裂縫而停產(chǎn)。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是為了解決已有技術(shù)存在的問題，提供一種橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器。本實用新型的另一目的是在上述目的達到的基礎上，提高其傳熱系數(shù)。
本實用新型提供的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，包括轉(zhuǎn)化器外殼、水夾套、轉(zhuǎn)化器上蓋、管板和反應套管，轉(zhuǎn)化器外殼為一下端封閉的筒體，其內(nèi)表面覆有耐火襯里，水夾套位于轉(zhuǎn)化器外殼的外表面，下部一側(cè)壁面通孔內(nèi)裝有高溫氣進口管，上部另一側(cè)壁面通孔內(nèi)裝有高溫氣出口管，轉(zhuǎn)化器上蓋為一球形封頭的殼體，其內(nèi)表面也覆有耐火襯里，頂中部的通孔內(nèi)裝有反應氣出口管，側(cè)面通孔內(nèi)裝有天然氣進口管，管板安裝在轉(zhuǎn)化器外殼與轉(zhuǎn)化器上蓋之間，反應套管上端與管板相連后懸置于轉(zhuǎn)化器筒體內(nèi)，其特征在于還包括一塊隔板，該隔板上開有與管板管孔對應的同心孔；轉(zhuǎn)化器上蓋由頂蓋和蓋箍組成，并通過頂蓋下端和蓋箍上端自帶的法蘭盤連為一體，天然氣進口管位于蓋箍側(cè)面通孔內(nèi)，隔板內(nèi)密封安裝在頂蓋和蓋箍之間；管板的截面形狀為橢圓形，管孔分布于管板中部，管板也采用內(nèi)密封；反應套管由反應管和中心管組成，反應管為一下端封閉的圓管，其上端固連于管板的管孔內(nèi)，中心管為一兩端開放的圓柱形細管，一端穿過隔板上的通孔固連于其上并使其同心懸置于反應管內(nèi)。
為了達到提高上述轉(zhuǎn)化器的傳熱系數(shù)，本實用新型采用以下技術(shù)措施1、在轉(zhuǎn)化器外殼下部耐火襯里內(nèi)側(cè)還安放有一其上開有通孔的氣體分布器，該氣體分布器呈圓筒形；2、在反應套管外自上而下還水平分布有折流板，該折流板由環(huán)形板和圓形板構(gòu)成，環(huán)形板和圓形板相互交錯搭配由拉桿一層一層串接并固定于管板下方，環(huán)形板的外徑與轉(zhuǎn)化器耐火襯里內(nèi)徑匹配，環(huán)形板的內(nèi)徑與圓形板的外徑相匹配；3、反應套管分布在折流板的環(huán)形板和圓形板交錯部位。
本實用新型與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1、由于本實用新型的管板為橢圓形且采用內(nèi)密封，因而其厚度可大大降低，不僅省材，機加工和焊接容易，能保證焊縫質(zhì)量，而且可以適用大型裝置。
2、由于本實用新型的反應套管只有二重，且省去了豬尾管、浮頭和中心管，因而結(jié)構(gòu)簡單，膨脹自如，生產(chǎn)運行更加安全。
3、由于本實用新型在轉(zhuǎn)化器外殼下部耐火襯里內(nèi)側(cè)還設置有氣體分布器，因而既可使高溫氣體在殼側(cè)分布均勻，也能使各反應套管受熱均勻，從而實現(xiàn)使每根反應套管膨脹均勻的目的。
4、由于本實用新型在反應套管外自上而下還水平分布有相互交錯搭配的折流板，且將反應套管分布在折流板的環(huán)形板和圓形板交錯部位，因而使反應套管受到的是完全橫向流動的高溫氣體的傳熱，不僅可提高傳熱系數(shù)，而且使每根反應管受熱均勻。
5、由于本實用新型的隔板和反應套管的中心管均可拆卸，因而裝換催化劑、進行設備檢查、維修均很方便。
四

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的管板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型中心管與隔板連接處的可拆式密封頭結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖給出實施例以對本實用新型進行具體的描述。有必要在此指出的是以下實施例只用于對本實用新型作進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制，該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)上述本實用新型的內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本實用新型的保護范圍。
如圖1所示，本實用新型包括轉(zhuǎn)化器外殼1、水夾套3、轉(zhuǎn)化器上蓋、隔板10、管板11、反應套管、氣體分布器19和折流板。
轉(zhuǎn)化器外殼1為一下端封閉的筒體，其內(nèi)表面覆有耐火襯里2，水夾套3位于轉(zhuǎn)化器外殼1的外表面，以對筒體進行冷卻，避免高溫過熱，下部一側(cè)壁面通孔內(nèi)裝有高溫氣進口管4，上部另一側(cè)壁面通孔內(nèi)裝有高溫氣出口管5。轉(zhuǎn)化器上蓋為一球形封頭的殼體，由頂蓋6和蓋箍7組成，并通過頂蓋6下端和蓋箍7上端自帶的法蘭盤連為一體，其內(nèi)表面也覆有耐火襯里2，頂蓋6中部的通孔內(nèi)裝有反應氣出口管8，蓋箍7側(cè)面通孔內(nèi)裝有天然氣進口管9。隔板10內(nèi)密封安裝在頂蓋6和蓋箍7之間，以使進入反應套管的原料天然氣和水蒸氣與反應后的反應氣隔開。隔板10為一圓形平板，其上開有與管板11管孔對應的同心孔。管板11安裝在轉(zhuǎn)化器外殼1與轉(zhuǎn)化器上蓋之間，其截面形狀為橢圓形，管孔分布于管板11中部，見圖2、3，管板11也采用內(nèi)密封安裝。反應套管由反應管12和中心管13組成。反應管12為一下端封閉的圓柱形管，其上端固連于管板11的管孔內(nèi)，使其懸垂于氣體分布器19上方的轉(zhuǎn)化器筒體1內(nèi)，受熱后可自由向下膨脹，不會受阻。中心管13為一兩端開放的圓柱形細管，一端穿過隔板10上的通孔固連于其上并使其同心懸垂于反應管12內(nèi)。中心管13是通過可拆式密封頭14固連于隔板10上，該密封頭14是由“O”型密封環(huán)15和螺母16構(gòu)成，中心管13的端部開有與螺母16匹配的外螺紋，外螺紋的根部有一外凸且呈錐形的限位臺階17，“O”型密封環(huán)15套在中心管13端部并位于限位臺階17上，當中心管13端頭穿過隔板10，即可用螺母16擰緊固定，見圖4。反應管12和中心管13之間的環(huán)縫內(nèi)裝填催化劑18。氣體分布器19安裝在轉(zhuǎn)化器外殼1下部耐火襯里2內(nèi)側(cè)，呈圓筒形，其上開有通孔。折流板自上而下水平分布在反應套管外，是由環(huán)形板20和圓形板21構(gòu)成。環(huán)形板20和圓形板21相互交錯搭配由拉桿一層一層串接并固定于管板11下方，環(huán)形板20的外徑與轉(zhuǎn)化器耐火襯里2內(nèi)徑匹配，環(huán)形板20的內(nèi)徑與圓形板21的外徑相匹配，這樣環(huán)形板20和圓形板21相互重疊的面積較大，可使高溫氣體在折流板中主要產(chǎn)生橫向流動。為了使反應套管只處于高溫氣體的純橫向流動中受熱，本實用新型將反應套管設計分布在折流板的環(huán)形板20和圓形板21交錯部位，見圖1，以達到提高傳熱系數(shù)和受熱均勻的目的。
生產(chǎn)時，原料天然氣和水蒸氣從蓋箍7側(cè)面的天然氣進口管9進入，再分別向下進入各反應套管的環(huán)縫內(nèi)，在催化劑18的作用下進行轉(zhuǎn)化反應，反應后的反應氣從反應管12底部經(jīng)中心管13向上由頂蓋6中部的反應氣出口管8輸出。而由二段爐來的高溫氣體則從轉(zhuǎn)化器下部一側(cè)的高溫氣進口管4進入，由氣體分布器19將其分布后經(jīng)折流板折流，并同時與反應管12交換熱量降溫后從上部另一側(cè)壁面的高溫氣出口管5流出。由于中心管13是通過可拆式密封頭14固連于隔板10上，因而在裝卸催化劑18時，打開轉(zhuǎn)化器頂蓋6，擰開隔板密封，拆走隔板10，就可以很方便地裝填催化劑18。裝完后先裝上隔板10和密封，然后蓋上頂蓋6即可。除此之外，整個轉(zhuǎn)化器的內(nèi)件，包括反應管12、中心管13、折流板、氣體分布器19和橢圓形管板11，都可以從轉(zhuǎn)化器中拆下吊出，安裝、檢查維修都很方便。
權(quán)利要求1.一種橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，包括轉(zhuǎn)化器外殼(1)、水夾套(3)、轉(zhuǎn)化器上蓋、管板(11)和反應套管，轉(zhuǎn)化器外殼(1)為一下端封閉的筒體，其內(nèi)表面覆有耐火襯里(2)，水夾套(3)位于轉(zhuǎn)化器外殼(1)的外表面，下部一側(cè)壁面通孔內(nèi)裝有高溫氣進口管(4)，上部另一側(cè)壁面通孔內(nèi)裝有高溫氣出口管(5)，轉(zhuǎn)化器上蓋為一球形封頭的殼體，其內(nèi)表面也覆有耐火襯里(2)，頂中部的通孔內(nèi)裝有反應氣出口管(8)，側(cè)面通孔內(nèi)裝有天然氣進口管(9)，管板(11)安裝在轉(zhuǎn)化器外殼(1)與轉(zhuǎn)化器上蓋之間，反應套管上端與管板(11)相連后懸置于轉(zhuǎn)化器筒體(1)內(nèi)，其特征在于還包括一塊隔板(10)，該隔板(10)上開有與管板(11)管孔對應的同心孔；轉(zhuǎn)化器上蓋由頂蓋(6)和蓋箍(7)組成，并通過頂蓋(6)下端和蓋箍(7)上端自帶的法蘭盤連為一體，天然氣進口管(9)位于蓋箍(7)側(cè)面通孔內(nèi)，隔板(10)內(nèi)密封安裝在頂蓋(6)和蓋箍(7)之間；管板(11)的截面形狀為橢圓形，管孔分布于管板(11)中部，管板(11)也采用內(nèi)密封；反應套管由反應管(12)和中心管(13)組成，反應管(12)為一下端封閉的圓管，其上端固連于管板(11)的管孔內(nèi)，中心管(13)為一兩端開放的圓柱形細管，一端穿過隔板(10)上的通孔固連于其上并使其同心懸置于反應管(12)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，其特征在于在轉(zhuǎn)化器外殼(1)下部耐火襯里(2)內(nèi)側(cè)還安放有一其上開有通孔的氣體分布器(19)，該氣體分布器呈圓筒形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，其特征在于中心管(13)是通過可拆式密封頭(14)固連于隔板(10)上，該密封頭(14)是由“O”型密封環(huán)(15)和螺母(16)構(gòu)成，中心管(13)的端部開有與螺母(16)匹配的外螺紋，外螺紋的根部有一外凸且呈錐形的限位臺階(17)，“O”型密封環(huán)(15)套在中心管(13)端部并位于限位臺階(17)上，當中心管(13)端頭穿過隔板(10)，即可用螺母(16)擰緊固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，其特征在于在反應套管外自上而下還水平分布有折流板，該折流板由環(huán)形板(20)和圓形板(21)構(gòu)成，環(huán)形板(20)和圓形板(21)相互交錯搭配由拉桿一層一層串接并固定于管板(11)下方，環(huán)形板(20)的外徑與轉(zhuǎn)化器耐火襯里(2)內(nèi)徑匹配，環(huán)形板(20)的內(nèi)徑與圓形板(21)的外徑相匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，其特征在于在反應套管外自上而下還水平分布有折流板，該折流板由環(huán)形板(20)和圓形板構(gòu)成，環(huán)形板(20)和圓形板(21)相互交錯搭配由拉桿一層一層串接并固定于管板(11)下方，環(huán)形板(20)的外徑與轉(zhuǎn)化器耐火襯里(2)內(nèi)徑匹配，環(huán)形板(20)的內(nèi)徑與圓形板(21)的外徑相匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，其特征在于反應套管分布在折流板的環(huán)形板(20)和圓形板(21)交錯部位。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，其特征在于反應套管分布在折流板的環(huán)形板(20)和圓形板(21)交錯部位。
專利摘要本實用新型公開的橢圓形管板套管換熱式轉(zhuǎn)化器，包括轉(zhuǎn)化器外殼、水夾套、轉(zhuǎn)化器上蓋、管板和反應套管，其特征在于還包括隔板、氣體分布器和折流板。管板的截面形狀為橢圓形；隔板內(nèi)密封安裝在轉(zhuǎn)化器上蓋內(nèi)；反應套管由反應管和中心管組成，中心管同心插在反應管內(nèi)，并分別懸垂固連于管板和隔板上，其環(huán)縫內(nèi)裝填催化劑；氣體分布器位于轉(zhuǎn)化器外殼的高溫氣進口管內(nèi)側(cè)折流板相互交錯搭配、自上而下地水平分布在反應套管外。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可適用大型裝置，傳熱系數(shù)高，傳熱均勻，膨脹自如，裝拆方便，使生產(chǎn)運行更加安全。
文檔編號F28D7/10GK2677848SQ200420032639
公開日2005年2月9日 申請日期2004年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者曾紀龍, 青麗霞, 劉斌 申請人:中國成達工程公司