一种扁圆管急冷换热器的制作方法

1.本实用新型涉及石化装备技术领域，具体涉及一种扁圆管急冷换热器。


背景技术：

2.乙烯是重要的石化原料，乙烯装置是石化行业的“龙头”装置。急冷换热器是乙烯装置中一种工艺性非常强的关键设备，主要承担两个任务：其一，将裂解炉出来的高温(800℃左右)裂解气迅速冷却至二次反应温度以下，避免二次反应，减少烯烃损失和结焦；其二，把裂解气中的高位热能以超高压蒸汽(12mpa左右)的形式回收下来，降低能耗，提高乙烯装置的经济性。急冷换热器采用间壁换热方式，即高温裂解气走管内，冷却介质走管外，使高温裂解气迅速冷却，同时产生高压蒸汽。
3.随着国内乙烯产业大型化的快速发展，单台裂解炉的运行能力大大提高，20万吨/年及以上级的轻质原料裂解炉、30万吨/年及以上级气体原料裂解炉工业应用成功，对急冷换热器的处理量要求大大增加，对急冷换热器的停留时间、换热面积、出口温度、周期要求更加严格。
4.从结构上分类，目前主要有线性急冷换热器、倒u型线性急冷换热器、传统型(薄管板)急冷换热器和扁圆管型急冷换热器等，从工艺上分类，目前主要有一级急冷技术和二级急冷技术，对于气体原料有时也采用三级急冷技术。
5.线性急冷换热器是乙烯裂解装置中的关键设备，如公开号为cn101975527a、cn209558979u、cn113188353a的中国专利文献所公开的线性急冷换热器，其特点是高温、高压、进出口温差大、操作负荷大、工艺和工况设计复杂。线性急冷换热器采用套管结构，管程侧介质为裂解炉流出的乙烯裂解气，壳程侧介质为高温高压水(或水蒸气)，二者同向流动。
6.与上述线性急冷换热器不同的是，扁圆管型急冷换热器，也称施密特(schmidt)型急冷换热器，是德国施密特公司自1959年设计开发的专利产品，并且跟随世界石化行业水平的发展不断进行改进，其使用以及公开与线性急冷换热器具有较大区别，如公开号为cn213984696u的中国专利文献所公开的扁圆管套管式急冷换热器。申请人所制造的扁圆管急冷换热器如附图1、2和3所示的扁圆管急冷换热器，主要由进口管箱1、出口管箱2和多个换热单元3等几部分组成，每个换热单元3包括内管4、外管5、上下布置的两条扁圆管6(上扁圆管61和下扁圆管62)，内管4穿在外管5中，且外管5的内壁与内管4的外壁之间形成环形通道7，环形通道7的两端分别连通上扁圆管61和下扁圆管62，而内管4两端则穿过上扁圆管61和下扁圆管62分别连通进口管箱1和出口管箱2。可见上下扁圆管与外管5连接的内腔构成扁圆管型急冷换热器换热单元的壳程，内管4从外管内穿过并伸出上下扁圆管的外表面构成其换热单元的管程。
7.扁圆管急冷换热器在使用过程中，从乙烯裂解炉流出的高温裂解气(温度高达800～900℃)经过下部的进口管箱进行分配后，进入各个换热单元的内管，流到上管箱集流。高压冷却水从设备下部的给水入口进入下扁圆管集流，沿着各内管与外管之间的环形通道向上流动，快速回收内管侧壁的高温裂解气的热量，变成汽水混合物后再次在设备上部的上
扁圆管集流引出，进入高压汽包。
8.扁圆管可以理解为由圆管纵向压扁的管体，以下扁圆管62为例，顶部和底部为平板621，而旁侧为挠性弧形板622，扁圆管型急冷换热器通过利用扁圆管所具有类椭圆结构的可挠性特点，可以吸收内、外管在不同金属壁温的热膨胀差带来的温差应力，并且可以通过对内管进行预变形来平衡由管程和壳程之间的温差引起的热膨胀变形差和较高的壳程压力引起扁圆管的鼓圆变形，同时可以改善高压高温条件下对筒体和管板壁厚大的要求带来的高材料成本。
9.存在的技术问题，针对以上所述的扁圆管急冷换热器，内管与上扁圆管之间的连接：内管朝上穿过扁圆管且之间的连接形成角焊缝(主要如图2所示)，难以焊透，同时入口端温度较高，焊缝难以接触到冷却介质，寿命较短，另外，扁圆管的表面除了管孔，还有大量的水平表面，以及伸出的管头导致不平整的结构会令入口端的流体流态受到影响，容易引起冲刷、冲蚀和磨损，影响使用寿命。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在上述全部或部分技术问题，本实用新型提供一种扁圆管急冷换热器。
11.为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
12.提供一种扁圆管急冷换热器，包括进口管箱、出口管箱和并列布置的多个换热单元，每个换热单元包括内管、外管和两条扁圆管，内管穿在外管中，且外管的内壁与内管的外壁之间形成环形通道，环形通道的两端分别连通两条扁圆管；
13.扁圆管为圆管整体压扁结构，其包括并列布置的两个平板部以及衔接两个平板部且能够沿内管轴向挠性变形的弧形部；外管的两端分别密封焊接两条扁圆管相靠近的平板部的管孔，且外管的端口内壁与管孔孔壁持平；
14.内管的两端分别密封焊接两条扁圆管相远离的平板部的管孔，进而分别连通进口管箱和出口管箱；内管的入口端呈敞口状且不穿出扁圆管，内管的敞口状端口与扁圆管的管孔之间焊接形成圆滑过渡的流态化焊缝结构。
15.作为进一步可选方案，同一条扁圆管的对应内管的多个管孔之间相切布置。
16.作为进一步可选方案，内管包括直管段和锥形段，锥形段一体化设置于直管段的两端，从而形成所述敞口状。
17.作为进一步可选方案，直管段与锥形段的过渡之处内壁设置有圆滑倒角。
18.作为进一步可选方案，锥形段与直管段之间的交界位置处于扁圆管的中心线，或偏移扁圆管的中心线。
19.作为进一步可选方案，多个换热单元的同一端的多条扁圆管相互并列贴紧焊接，从而形成管板结构。
20.本实用新型的有益效果：
21.本实用新型的一种扁圆管急冷换热器，与现有技术相比：
22.1.没有突变折角，形成流态化结构，避免流体对原来内管与扁圆管之间拐角冲刷冲蚀；
23.2.扩大了作为换热介质入口的内管端部管径，绝大部分的流体均能流畅地进入内
管，提高流体通过率，减少了冲刷、冲蚀和磨损。
24.3.扁圆管的对应内管多个管孔之间平面结构面积少，内管和外管形成的夹套管能够更密集分布，尤其是在扁圆管的多个管孔相切情况下。
25.4.解决了现有角焊缝无法焊透的问题，同时焊缝背面可以接触到冷却介质，有效延长换热器使用寿命。
附图说明
26.图1为背景技术所述的扁圆管急冷换热器的部分结构示意图，实际使用时入口端位于下方，下进上出。
27.图2为背景技术所述的扁圆管、内管和外管的配合关系图。
28.图3为背景技术所述的多个换热单元的结构示意图。
29.图4为实施例中的一种扁圆管急冷换热器的优化后的换热单元的入口端局部的剖视图，实际的入口端位于换热器的下部，因此图示为翻转180
°
后的示意图，剖面为扁圆管的轴向。
30.图5为图4的局部放大视图。
31.图6为实施例中的一种扁圆管急冷换热器的优化后的换热单元的另一视角的剖视图，剖面为扁圆管的径向。
32.附图标记：
33.进口管箱1、出口管箱2；
34.换热单元3、内管4、外管5、扁圆管6、上扁圆管61、下扁圆管62、环形通道7、流态化焊缝结构8。
具体实施方式
35.以下结合具体实施例及附图对本实用新型进行详细说明。
36.本实施例的一种扁圆管急冷换热器，也包含了如图1至图3所示的基础结构，具体包括进口管箱1、出口管箱2和并列布置的多个换热单元3，每个换热单元3包括内管4、外管5和两条扁圆管6，内管4穿在外管5中，且外管5的内壁与内管4的外壁之间形成环形通道7，环形通道7的两端分别连通两条扁圆管6(上扁圆管61和下扁圆管62)，每条扁圆管6为圆管整体压扁结构，其包括上下并列的两块平板部以及连接在两块平板部之间且能够沿内管轴向挠性变形的弧形部，弧形部和平板部共同围成扁管体。内管4两端则穿过两条扁圆管6分别连通进口管箱1和出口管箱2，外管5的两端分别密封焊接两条扁圆管6相向(相靠近)的侧壁，内管4的两端分别密封焊接两条扁圆管6相背(想远离)的侧壁。
37.本实施例的改进主要在于：如图4至图6所示，内管4入口端部呈敞口状且不穿出扁圆管6，内管4的敞口状端口与扁圆管6的管孔之间焊接形成圆滑过渡的流态化焊缝结构8，即在内管4的端口与扁圆管6的外表面之间的焊缝打磨为圆滑曲面，因此内管4的端口处没有突变折角，形成流态化结构，避免流体对原来内管4与扁圆管6之间拐角冲刷冲蚀。
38.原来的内管4穿出扁圆管6形成角焊缝结构，需要在内管4穿出扁圆管6旁边留有焊接操作空间，如此内管4分布距离较大。而本实施例的焊缝在扁圆管6的管孔内，无需留过大的操作空间，这样不同管孔之间能够做到基本没有平面结构，尤其是不同管孔相切的情况，
夹套管分布更密集，结合扩大了作为换热介质入口的内管4端部管径，绝大部分的流体均能流畅进入内管4，提高流体通过率，减少了冲刷、冲蚀和磨损。再者解决了现有角焊缝无法焊透的问题，同时焊缝背面可以接触到冷却介质，有效延长寿命。
39.实际中为内管4端口达到最大的进口面积，同一条扁圆管6的对应内管4的多个管孔之间相切布置。当然实际中为了扁圆管6强度等因素考虑，多个管孔也可以不相切，但相比原来需要在管孔旁侧留有焊接操作空间方案，本实施例的扁圆管6管孔能够在数量上可以设置更多，在面积上可以设置更大，因而夹套管分布能够更密集，进出口面积更大。
40.实际中，内管4的两端与扁圆管6之间均形成所述流态化焊缝结构8。或内管4仅一端与扁圆管6之间形成所述流态化焊缝结构8，由于下部的入口端工况更恶劣，内管4下端入口优先设置为流态化焊缝结构8。
41.本实施例的内管4包括直管段41和锥形段42，锥形段42一体化或组装设置于直管段41的两端，从而形成所述敞口状。锥形段42与直管段41之间的交界位置处于扁圆管6的中心线，或偏移扁圆管6的中心线。直管段41与锥形段42的过渡之处内壁设置有圆滑倒角。
42.优选的，多个换热单元3的同一端的多条扁圆管6相互并列贴紧焊接，从而形成管板结构，上部的管板结构与出口管箱2固定，下部的管板结构与进口管箱1固定。
43.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
45.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
46.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种扁圆管急冷换热器，其特征是：包括进口管箱、出口管箱和并列布置的多个换热单元，每个换热单元包括内管、外管和两条扁圆管，内管穿在外管中，且外管的内壁与内管的外壁之间形成环形通道，环形通道的两端分别连通两条扁圆管；扁圆管为圆管整体压扁结构，其包括并列布置的两个平板部以及衔接两个平板部且能够沿内管轴向挠性变形的弧形部；外管的两端分别密封焊接两条扁圆管相靠近的平板部的管孔，且外管的端口内壁与管孔孔壁持平；内管的两端分别密封焊接两条扁圆管相远离的平板部的管孔，进而分别连通进口管箱和出口管箱；内管的入口端呈敞口状且不穿出扁圆管，内管的敞口状端口与扁圆管的管孔之间焊接形成圆滑过渡的流态化焊缝结构。2.根据权利要求1所述的一种扁圆管急冷换热器，其特征是：同一条扁圆管的对应内管的多个管孔之间相切布置。3.根据权利要求1所述的一种扁圆管急冷换热器，其特征是：内管包括直管段和锥形段，锥形段一体化设置于直管段的两端，从而形成所述敞口状。4.根据权利要求3所述的一种扁圆管急冷换热器，其特征是：直管段与锥形段的过渡之处内壁设置有圆滑倒角。5.根据权利要求3所述的一种扁圆管急冷换热器，其特征是：锥形段与直管段之间的交界位置处于扁圆管的中心线，或偏移扁圆管的中心线。6.根据权利要求1所述的一种扁圆管急冷换热器，其特征是：多个换热单元的同一端的多条扁圆管相互并列贴紧焊接，从而形成管板结构。

技术总结
本实用新型涉及石化装备技术领域，具体涉及一种扁圆管急冷换热器，包括进口管箱、出口管箱和并列布置的多个换热单元，每个换热单元包括内管、外管和两条扁圆管，内管穿在外管中，且外管的内壁与内管的外壁之间环形通道的两端分别连通两条扁圆管，内管两端则穿过两条扁圆管分别连通进口管箱和出口管箱，内管端部呈敞口状且不穿出扁圆管，内管的端口与扁圆管的管孔之间焊接形成圆滑过渡的流态化焊缝结构，内管没有突变折角，形成流态化结构，避免流体对拐角冲刷冲蚀；扩大了内管端部管径，流体能流畅进入内管，提高流体通过率，减少了冲刷、冲蚀和磨损。解决了现有角焊缝无法焊透的问题，同时焊缝背面可以接触到冷却介质，有效延长寿命。命。命。


技术研发人员：李金科 黄嗣罗 李宁 刘恒 张剑
受保护的技术使用者：天华院（南京）智能制造有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/26