[发明专利]管束式热交换器

说明书

本发明是有关管式热交换器的，其特点是管子的每一端均固定在管道板上，以便在流过管子内的热气体与在管子外面上流过的液体或蒸气相冷却介质之间进行热交换。

这些形式的管式热交换器用在气体-余热锅炉的流程中，其作用是将从裂解炉或化学工厂反应器排出的反应气体较快地冷却，同时产生高压蒸汽作为放热介质。为了控制高的气体温度和气体与放热冷却介质之间的巨大压力差，安装在气体入口侧的管道板比安装在气体出口侧的管道板薄得多（DE-C-1294981，AT-B-361953）。在这种情况下，薄的管道板用金属支承片加固，这些支承片的位置距离管道板有一短距离，支承片通过铰链与管道板连接。

在另一种已知的管式热交换器形式（DE-C-3533219）中，薄的管道板用焊接的托架抓手支承在托架板上。冷却介质流过托架板与管道板之间的间隙，该介质是通过一环形腔送入的，并通过管道与托架板之间的环形间隙流入热交换器。这可使冷却介质在薄管道板上横向通过。水的这种流动使管道板能很好地冷却，并可产生很高的流速，这可防止固体粒子从冷却介质中沉淀在管道板上。这种双层底已经证明在操作中是有价值的，但其制造相对较昂贵。

此外，还知道，放在这种一般形式的管式热交换器（AT-B-361953）气体出口侧的厚管道板可以配备冷却通道。这样，在保持管道板足够刚性的条件下，可以容许气体输出温度很高，从550℃至650℃。在这种已知的管道板中，冷却通道安装在一排排管子之间，并且彼此之间和与气体接触的管道板一侧都有较大的距离。为了调节热交换器气体出口侧的气体温度，和这种冷却通道配置相适应的管道板的冷却方法是很合适的。

本发明所要解决的问题是如何为普通形式的管式热交换器开发一种冷却管道板，使之在气体侧壁厚较小和冷却介质流速较高的情况下，冷却介质能达到均匀分布，并且气体温度可高于1000℃。

对于普通形式的管式热交换器，这个问题可根据本发明，利用带有冷却通道的管道板放置在热交换器的气体入口侧，其中冷却通道在气体冲击一侧上具有厚度均匀的底座特点得到解决。本发明的有益的实施例在附属的专利权利要求中加以说明。

根据本发明，管道板可具有厚壁结构，这样可满足承受冷却介质高压的要求。因为管道通过沿着任一排管道排成一直线的冷却通道，因此冷却通道可以彼此非常接近，从而使冷却介质在非常大的表面积上流过。固定壁厚的通道底座避免了将材料放置在通道内部。这两个特点使管道板的冷却作用大大增强，这样可满意地得到超过1000℃的高气体温度。

冷却通道中冷却介质的流速可以调整至这样一个数值，使得在冷却介质中可能存在的任何固体粒子都不可能沉淀，这样管道板就不会有过热的危险。因此，在气体入口侧的管道板可以有较薄的基座部分，这基座用在管道板较厚部分上的辐板支承在冷却通道之间。这种支承比使用单独的铰链更有利，并且由于应力分布更均匀，因而性能更优越。薄的基座部分冷却时只允许有低的热应力，并且使之有可能在将管子焊接至管道板内时，没有间隙，质量更高，更适用。

现在较详细地讨论本发明的几个具体实施例，并用附图加以说明，其中：

图1为热交换器的纵向截面图;

图2为在气体入口侧的管道板的平面图;

图3为沿图2Ⅲ-Ⅲ线的截面图;

图4为沿图2Ⅳ-Ⅳ线的截面图;

图5为图3中Z部的详图;

图6为图5的顶视图。

图7为根据另一种形式的实施例，在气体入口侧的管道板平面图;

图8为沿图7Ⅶ-Ⅶ线的截面图;

图9为根据另一形式的实施例，如图3一样，Z部的详图。

所述的热交换器在特定情况下可用作借助于汽化和高压下部分地蒸发的水冷却裂解的气体。热交换器由一束用单独的管子1组成的管子，要冷却的气体流过这些管子，管子四周由外套2包围。为了清楚起见，只表示了一些管子1。管子1用两个管道板3，4固定在确定位置上，气体入口5和气体出口6分别与这些管道板相联，所述管道板焊接在外套2内。

放置在气体入口侧的管道板3带有互相平行的冷却通道7。冷却通道7是这样配置在管道板3上的，当从管道板3的轴向方向看时，冷却通道7距离管道板气体侧的距离比距离外套2的内壁的距离小。这样，较薄的底座部分8就在气体侧形成，而较厚的底座部分9则靠近外套2。

图1至图6所示的冷却通道在两端敞开，通入围绕管道板3圆周的环形腔10。腔10的入口侧具有一个或多个供给喷嘴11，高压下的冷却介质通过喷嘴进入腔中。