[发明专利]壳管式热交换器

说明书

壳管式热交换器设备(1)，包括：外壳(2)；彼此同轴的第一管束(3)和第二管束(4)；第一内壳(5)和第二内壳(6)；所述第一内壳围绕所述第一管束并且布置在所述两个管束之间；所述第二内壳围绕所述第二管束并且布置在所述第二管束与所述外壳(2)之间的空间中；所述第一管束(3)用作预热器；所述第二管束(4)用作热水器；同轴的内壳(5、6)限定了穿过壳侧的热流体的逆流路径。

技术领域

本发明涉及壳管式热交换器的领域，特别是应用在化工行业中。

背景技术

壳管式设备广泛用于化工厂领域。例如，这些设备用作预热器或热水器，以通过从热过程流体中，例如从放热转换部分的流出物中，回收热量来产生蒸汽。另外的应用包括氨反应器的启动加热器。

从结构的角度来看，所述设备基本上包括外壳和包扩直管或U形管的管束。壳侧与管侧这样定义：壳侧，包括由围绕着管的壳所限定的空间；管侧，包括由所述管的内部。第一流体和第二流体分别在第一侧和第二侧中循环。

在具有相当长的管束的设备中，还已知的是提供垂直于管的轴线的一系列挡板，这些挡板防止振动，并且可选地以合适的方式在壳侧中分隔空间。

专利文献中描述了对壳管设备的一些改进，包括以下内容：

US 5,058,664和US 5,642,778描述了已知的杆式挡板结构，其中配置有一系列杆，这些杆平行且适于从管的支撑挡板中定向；

EP 2 887 001公开了一种设备，其中管束被非承重式内壳包围，该非承重式内壳与挡板在结构上协作并且可以实现为薄壳装配件(segmental shell)；

EP 2 975 353公开了一种具有模块化内壳的设备；

EP 3 115 734公开了一种具有挡板的管束，挡板可以相对于管具有游隙地自由安装，并且可以通过移位(移位锁定)或旋转(扭转锁定)的方式固定位置。

壳管设备，特别是在高压和/或高温或腐蚀环境下工作时，产生高昂成本。昂贵的部件包括例如：外壳、管束和管板。所述部件需要利用大量高质量的材料(例如合金钢)，因此价格昂贵，如果它们需要禁得起更挑剔的操作条件和环境，就需要增加材料厚度或者使用更高质量的材料，价格将会更加高昂。

此外，在涉及蒸汽生产中的热回收的应用中，现有技术教导了使用两个独立的设备分别作为水预热器和热水器。通常为气体(例如通过放热合成反应产生)的热流体依次经过热水器和预热器。

这种双设备配置被广泛用于例如氨厂中，以冷却合成物中的流出物。其具有以下优点：优化了热交换，并且针对各自的工作条件特别地设计了两个设备。但是，其具有的缺点是，这两个设备以及热水器和预热器之间(无论是对于热气还是水)的连接管道的成本都很高。所述连接管道昂贵，耗散热量并且造成水头损失，特别是用于热气的部分。

更详细地介绍氨厂，这些设备的工作条件将所涉及的材料置于相当大的压力下。来自氨合成反应器的输出气体通常具有约450℃的温度和约140bar的压力。此外，其具有较高的氢分压(80-85bar)和氮分压(约30bar)，并且众所周知的是，在这种操作条件下氢和氮腐蚀钢的表面。这要求使用高质量的钢和大厚度的壁，从而显著增加了成本。管道也是相对昂贵的物品，因为其必须从反应器到热水器和从热水器到预热器输送热气，且这些热气具有高压且具有化学侵蚀性。不同设备之间的连接管道也存在着安全问题，因为它们是潜在的气体泄漏源。

发明内容

本发明提议改进关于壳管设备的现有技术。更特别地，本发明的目的之一是降低包括预热器和热水器的热回收部分的成本和复杂性，同时保持两个单独设备可能的设计灵活性。

这些目的是通过一种壳管式热交换器设备实现，该壳管式热交换器设备包括：外壳，彼此同轴的第一管束和第二管束，其中：

所述第一管束的管是直的；