一种填充催化剂的板翅式换热器的制作方法

1.本发明属于能源设备领域，具体涉及一种填充催化剂的板翅式换热器。


背景技术：

2.在氢液化流程中，首先需要采用外部冷剂对氢气进行预冷，外部冷剂包括液氮、液化天然气等。预冷后的氢气再经过催化装置完成正仲氢转化，转化完成后，再通过超低温的冷剂进行冷凝器液化。
3.板翅式换热器因其具有换热效果好、结构紧凑、适应性强等特点，被大规模应用于空分、石化、氢气液化等低温换热领域。目前氢液化流程中，氢气在板翅式换热器中完成正仲氢转化，并在另一通道通入冷剂降温，即在板翅式换热器中完成氢气的催化反应，并同时进行换热降温。
4.板翅式换热器是钎焊产品，隔板附着有钎料，先高温下融化后填充内部翅片及封条与隔板间隙，然后降温凝固后把零件焊接在一起。因此催化剂需要在板翅式换热器制造完成后才能填充。
5.申请号为202111364804.6的中国发明专利公开了一种用于连续正仲氢催化转化的真空钎焊铝制板翅式换热器，该换热器的壳体内交替安装有隔板和板翅片，在壳体与板翅片、隔板之间形成互不连通的氢气通道和冷却介质通道；在壳体与板翅片之间、氢气进口的封头内、以及氢气出口的封头内均填充有催化转化剂。该专利设计的板翅式换热器，直接通过上部封头填充催化剂，下部开口确认催化剂是否完全填充换热器的内部空间。通常这种的设备会存在以下问题：(1)由于板翅式换热器开口小，且通道不是直通的，容易存在死角，造成催化剂难以均匀填充；(2)催化剂无法在不切割封头情况下进行更换；(3)催化剂填充满封头后，气体直接进入封头后，封头内正对工艺气体接管处通道与两侧通道流道阻力差别较大，会出现偏流；(4)催化剂不经有效筛选，填充不规则，容易导致部分通道因阻力过大而形成偏流，从而导致换热器性能降低。
6.因此，亟需开发一种能够均匀填充催化剂的板翅式换热器，并且填充催化剂后仍能保证板翅式换热器的传热性能。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有技术中板翅式换热器中催化剂填充不均匀的问题，以及催化剂填充满封头后造成的气体偏流问题，并提供一种填充催化剂的板翅式换热器。
8.本发明所采用的具体技术方案如下：
9.本发明提供一种填充催化剂的板翅式换热器，包括催化剂装填管、板翅式换热器芯体、上封头和下封头。
10.板翅式换热器芯体上方和下方设置有上封头和下封头，上封头、板翅式换热器芯体和下封头的内部连通。上封头上通过可拆卸的密封装置设置催化剂装填管，且催化剂装填管向内倾斜。上封头和下封头内分别设置氢气进口管和氢气出口管,氢气进口管和氢气
出口管内设置有均布管，且均布管上均匀开设喷气孔。喷气孔的方向朝向板翅式换热器芯体的底部。氢气进口管和氢气出口管内设置有过滤器。下封头的底部通过可拆卸的密封装置设置排放催化剂的卸料口。
11.板翅式换热器芯体由若干翅片、隔板组成。相邻的一对隔板两侧分别通封条连接，一对隔板之间设置翅片，形成介质通道，翅片相对于隔板高度内缩，使翅片与两侧封条之间存在利于催化剂装填进入介质通道的高度差。介质通道、上封头和下封头内均填充有用于正仲氢转化的催化剂。
12.板翅式换热器芯体的一侧通过铝封头设置有热流进口和冷剂进口，另一侧通过铝封头设置有冷剂出口和热流出口。热流进口、冷剂进口、冷剂出口和热流出口的方向与氢气进口管和氢气出口管的方向垂直。
13.作为优选，上述翅片为平直型翅片或多孔型翅片。
14.进一步的，上述平直型翅片或多孔型翅片之间的节距为1～6mm。
15.进一步的，上述平直型翅片或多孔型翅片相对于隔板高度内缩的距离为1～5mm。
16.作为优选，上述可拆卸的密封装置为法兰盖。
17.作为优选，上述上封头和下封头均为铝封头，上封头和下封头通过焊接方式分别与板翅式换热器芯体的顶部和底部固定连接。
18.作为优选，上述上封头上设置有两个催化剂装填管，催化剂装填管向内倾斜角度为15～60
°
。
19.作为优选，上述氢气进口管和氢气出口管均采用厚壁管。
20.作为优选，上述过滤器的过滤目数为20～100目。
21.作为优选，上述催化剂为正仲氢转化催化剂，该催化剂通过打磨和筛选获得，催化剂的形状为圆形且颗粒直径在0.5～3mm范围内。
22.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
23.(1)本发明提供的上封头上设置有两个向内倾斜的催化剂装填管，便于将催化剂均匀填充至板翅式换热器和封头内，避免催化剂填充不均匀的问题；并且板翅式换热器内部通道竖直无转角，避免催化剂填充时产生死角情况；
24.(2)本发明提供的氢气进气管和氢气出气管内设置有均布管，能够在封头内装满催化剂的情况下，将氢气均匀分布至封条截面中，避免气体偏流的问题；
25.(3)本发明提供的催化剂装填管和卸料口分别通过可拆卸的法兰盖与上封头和下封头密封连接，催化剂装填管和卸料口相对于换热器设备的工艺管线是独立的，在设备停车检修时，无需割开工艺管线，只需通过拆装法兰盖完成催化剂的更换；
26.(4)本发明采用的催化剂经过打磨和筛选，颗粒较大且接近圆形，使得催化剂的流动性好，不易形成死角；并且规则的催化剂填充后容易形成规则的空隙，防止通道局部堵塞，形成偏流并造成较大阻力降。
附图说明
27.图1为本实施例提供的填充催化剂的板翅式换热器的主视图；
28.图2为本实施例提供的填充催化剂的板翅式换热器的侧视图；
29.图3为本实施例提供的平直型翅片示意图；
30.图中：催化剂装填管1、氢气进口管2、板翅式换热器芯体3、氢气出口管4、卸料口5、上封头6和下封头7。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
33.为了解决现有技术中板翅式换热器中催化剂装填不均问题，以及催化剂填充满封头后造成的气体偏流问题，本实施例作为具体实施方式的一种优选方式，提供了一种填充催化剂的板翅式换热器。该设备包括催化剂装填管1、板翅式换热器芯体3、上封头6和下封头7，各组件的具体连接方式如图1和图2所示。
34.封头是保证压力容器密闭性的重要部件，通常与筒体通过焊接方式连接，不可拆卸，起到密封作用。与其他普通的封头相比，铝封头具有耐腐蚀性强、导热性能好、材质轻盈等优点。因此，本实施例中，在板翅式换热器芯体3的顶部和底部分别通过焊接方式固定连接铝制的上封头6和下封头7，使得上封头6、板翅式换热器芯体3和下封头7的内部连通。
35.氢的正仲转化是速率缓慢、放热的两种量子态的异构体转化过程，为了避免容器中正仲氢转化热引起液氢产品的汽化，减少再液化的能耗，本实施例中采用正仲氢转化催化剂加速氢的正仲转化的反应速率。
36.为了将催化剂均匀填充至板翅式换热器和封头内，避免催化剂填充不均匀的问题，本实施例中，在上封头6上设置两个向内倾斜的催化剂装填管1。催化剂装填管1向内倾斜角度在15～60
°
范围内均可，具体倾斜角度可根据需要装填的催化剂颗粒大小、板翅式换热器尺寸等因素决定。
37.催化剂装填管1与上封头6之间通过可拆卸的密封法兰盖连接，以取代现有技术中之间采用封头密封的方式连接。
38.上封头6内横向设置氢气进口管2，下封头内横向设置氢气出口管4，氢气进口管2和氢气出口管4均采用厚壁管。氢气进口管2和氢气出口管4内均设有均布管。均布管在封头的长度方向上均匀开喷气孔，保证封头中充满催化剂后，气体仍能均匀分布到换热器各个通道中。并且均布管上的喷气小孔方向均向下，避免催化剂颗粒随氢气流动进入管道内。
39.厚壁管与外界的接管连接处削薄，厚壁管内设置过滤器。过滤器的过滤目数在20～100目范围内均可。
40.下封头7的底部设置有用于排放催化剂的卸料口5，卸料口5和下封头7之间通过可拆卸的密封法兰盖连接。本实施例中，卸料口5设置于下封头7的正下方，可以保证在更换催化剂时，催化剂能完全从设备中卸出。
41.板翅式换热器芯体3包括若干翅片、隔板、导流片和封条。相邻的一对隔板两侧分
别通封条连接，一对隔板之间设置翅片和导流片，使得隔板、翅片、导流片和封条构成密封的介质通道。翅片相对于隔板高度内缩，使翅片与两侧封条之间存在利于催化剂装填进入介质通道的高度差。
42.介质通道、上封头6和下封头7内均填充有催化剂。为了均匀填充催化剂，导流片和换热翅片均可选用直通的平直型翅片或多孔型翅片以减少催化剂堆积的死角。平直型翅片或多孔型翅片之间的节距为1～6mm均可接受。
43.如图3所示，本实施例中选择平直型翅片，翅片高度相对于隔板高度内缩的距离为1～5mm。
44.板翅式换热器芯体3的一侧通过铝封头设置有热流进口和冷剂进口，另一侧通过铝封头设置有冷剂出口和热流出口。热流进口、冷剂进口、冷剂出口和热流出口的方向与氢气进口管2和氢气出口管4的方向垂直，可以增加冷热介质的接触面积。
45.本实施例中选择打磨和筛选之后的催化剂，催化剂的形状为圆形且颗粒直径在0.5～3mm范围内。催化剂颗粒经过筛选，颗粒较大且接近圆形。颗粒流动性好，不易形成死角。并且规则的催化剂填充后容易形成规则的空隙，防止通道局部堵塞，形成偏流并造成较大阻力降。
46.根据本实施例提供的一种填充催化剂的板翅式换热器，具体换热方法如下：
47.打开上封头6上的法兰盖，通过两个向内倾斜的催化剂装填管1向上封头6、板翅式换热器芯体3和下封头7内装填催化剂。
48.冷剂通过冷剂进口进入板翅式换热器芯体3内部的冷剂通道，为氢气和其余热流提供冷量；其余热流通过热流进口进入板翅式换热器芯体3内部的热流通道；待换热的氢气通过带有过滤器的氢气进口管2进入上封头6；氢气通过氢气进口管2内的均布管，均匀分布到板翅式换热器芯体3内的各个翅片之间完成氢气换热以及催化；氢气完成换热及催化后，通过下封头7内的氢气出口管4排出板翅式换热器芯体3；冷剂和热流分别通过冷剂出口和热流出口排出板翅式换热器芯体3。
49.最后，可通过拆卸下封头7下方的法兰盖，打开卸料口5，将催化剂完全排出，完成催化剂的更换。
50.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，包括催化剂装填管(1)、板翅式换热器芯体(3)、上封头(6)和下封头(7)；所述板翅式换热器芯体(3)上方和下方设置有上封头(6)和下封头(7)，上封头(6)、板翅式换热器芯体(3)和下封头(7)的内部连通；所述上封头(6)上通过可拆卸的密封装置设置催化剂装填管(1)，且催化剂装填管(1)向内倾斜；所述上封头(6)和下封头(7)内分别设置氢气进口管(2)和氢气出口管(4)；所述氢气进口管(2)和氢气出口管(4)内设置有均布管，且均布管上均匀开设喷气孔；所述喷气孔的方向朝向板翅式换热器芯体(3)底部；所述氢气进口管(2)和氢气出口管(4)内设置有过滤器；所述下封头(7)的底部通过可拆卸的密封装置设置排放催化剂的卸料口(5)；所述板翅式换热器芯体(3)由若干翅片、隔板组成；相邻的一对隔板两侧分别通封条连接，一对隔板之间设置翅片，形成介质通道；所述翅片相对于隔板高度内缩，使翅片与两侧封条之间存在利于催化剂装填进入介质通道的高度差；所述介质通道、上封头(6)和下封头(7)内均填充有用于正仲氢转化的催化剂；所述板翅式换热器芯体(3)的一侧通过铝封头设置有热流进口和冷剂进口，另一侧通过铝封头设置有冷剂出口和热流出口；所述热流进口、冷剂进口、冷剂出口和热流出口的方向与氢气进口管(2)和氢气出口管(4)的方向垂直。2.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述翅片为平直型翅片或多孔型翅片。3.根据权利要求2所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述平直型翅片或多孔型翅片之间的节距为1～6mm。4.根据权利要求2所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述平直型翅片或多孔型翅片相对于隔板高度内缩的距离为1～5mm。5.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述可拆卸的密封装置为法兰盖。6.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述上封头(6)和下封头(7)均为铝封头；所述上封头(6)和下封头(7)通过焊接方式分别与板翅式换热器芯体(3)的顶部和底部固定连接。7.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述上封头(6)上设置有两个催化剂装填管(1)；所述催化剂装填管(1)向内倾斜角度为15～60
°
。8.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述氢气进口管(2)和氢气出口管(4)均采用厚壁管。9.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述过滤器的过滤目数为20～100目。10.根据权利要求1所述的填充催化剂的板翅式换热器，其特征在于，所述催化剂为正仲氢转化催化剂；所述催化剂通过打磨和筛选获得，催化剂的形状为圆形且颗粒直径在0.5～3mm范围内。

技术总结
本发明公开了一种填充催化剂的板翅式换热器，属于能源设备领域。该换热器包括催化剂装填管、板翅式换热器芯体、上封头和下封头。上封头上通过可拆卸的密封装置设置催化剂装填管，且催化剂装填管向内倾斜。上封头和下封头内分别设置氢气进口管和氢气出口管，氢气进口管和氢气出口管内设有均布管，且均布管上均匀开设开口方向向下的喷气孔。板翅式换热器芯体由若干翅片、隔板组成。相邻的一对隔板两侧分别通封条连接，一对隔板之间设置翅片，形成介质通道。翅片相对于隔板高度内缩，使翅片与两侧封条之间存在利于催化剂装填进入介质通道的高度差。本发明提供的板翅式换热器解决催化剂填充不均匀以及催化剂填充满后造成的气体偏流问题。偏流问题。偏流问题。


技术研发人员：雷昊 张国兴 乔玉珍 刘苗苗 章有虎 倪艮丹 杨少康
受保护的技术使用者：杭州中泰深冷技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/1