[实用新型]直形异径冷管束

说明书

一种涉及直形异径冷管束，用于合成氨和甲醇生产的合成塔中，属化工设备。

现用合成塔内件中的冷管束，其结构为上下环管，两环管间用冷管与之相连，上环管设置有导气管，下环管与两根热气上升管相连，在两环管之间还设置有温度计套管，以便测量冷管束外的热气体温度。以往环管与冷管的连接是将冷管的两端弯成一定的弧度然后与圆环管相接。这种结构形式存在以下问题，由于两个环管较大，气体在环管外滞留产生很大阻力；冷管两端加工成弯管，在弯管曲处形成较大的弯曲应力，在运行中受高温变化而产生热应力，冷管容易断裂；现用冷管为圆管或扁管，在催化床层中常造成沟流现象，影响热交换和合成反应效果。

据上，本实用新型的目的在于提供一种弯曲应力小，气流阻力得到改善，换热效果好，冷管不易断裂，使用寿命长的直形异径冷管束。

本实用新型的上下环管，其横截面设计成椭圆形，而与上下环管相连的冷管则设计成圆－扁－圆－扁－圆直形异径管，冷管分内、中、外三层与两端的环管焊接成整体并沟通，在内、中层和中、外层冷管之间，穿插有贯通环管的通气短管。冷气由上环管上端的导气管进入，经过冷管束热交换后被加热后的冷气，集聚于下环管并经由热气上升管进入冷管束上端的反应床中，完成一个反应过程，以此来实现上述目的。

以下结合附图和典型结构实施例，详述本实用新型的工作过程和结构特征。

附  图  说  明

图1为常规冷管束纵剖图

图2为常规冷管轴向视图

图3为直形异径冷管束纵剖视图

图4为直形异径管轴向视图

参见图1及图2，现有的冷管束其上、下环管〔04〕及〔01〕，它的横截面为圆形，外层冷管〔02〕、中层冷管〔03〕、内层冷管〔04〕与上下环管相接，内外层冷管〔04〕和〔04〕两端事先加工成弯管然后焊接，冷管在加工时就受到弯曲应力。在运行时受高温影响，又产生热应力，冷管受力状况较为恶劣，因此常发生冷管断裂，其使用寿命缩短。此外冷管层之间无通气短管，容易在冷管层间产生气流迟滞区，而且气体在沿管壁附层流动会产生沟流现象，导致反应率降低，换热效果差。对于上下环管由于其横截面为圆形，无长短轴之分，而上环管的底部和上环管的顶部，均需钻孔并与冷管焊接，圆弧面曲率半径相对较小，钻孔和焊接比较困难，气体在管外流动阻力较大。

参阅图3及图4，本实用新型由温度计上下套管〔1A〕及〔1B〕、热气上升管〔2〕，下定位筋板〔3〕、上定位筋板〔11〕、下环管〔4〕、外层冷管〔5〕、中层冷管〔6〕、内层冷管〔7〕，上通气短管〔8A〕及〔8B〕、上环管〔9〕、导气管〔10〕、中心管〔12〕，下通气短管〔13A〕及〔13B〕组成。上下环管〔9〕及〔4〕为圆环，其横截面为椭圆形，上下定位筋板〔11〕及〔3〕为圆形平板，板中心加工有通孔，外、中、内层冷管〔5〕、〔6〕、〔7〕为直形异径管，其轴向形状为圆－扁－圆－扁－圆形，圆段、扁段的外形尺寸不相同。

上下环管〔9〕及〔4〕位于冷管束的两端，其内环处分别和上下定位筋板〔11〕和〔3〕焊为一体，中心管〔12〕从两筋板的中心通孔穿过，以保证中心管〔12〕的垂直和同轴度。上环管〔9〕的上部与导气管〔10〕焊接并沟通，冷气由导气管〔10〕进入上环管〔9〕。上环管〔9〕的下部和下环管〔4〕的上部，通过外、中、内层冷管〔5〕、〔6〕、〔7〕与之焊成一体并沟通。在外层与中层和中层与内层冷管之间，穿插有贯通上下环管〔9〕和〔4〕的通气短管〔8A〕、〔8B〕及〔13A〕、〔13B〕，使两环管间和冷管层之间气流通畅、流阻减少，避免和降低冷管间气流迟滞现象，同时由于冷管为直形异径管，气流沿管壁流动速度变化，产生湍流，气体的沟流现象得以克服，换热效果提高。在下环管〔4〕的右侧上部与热气上升管〔2〕相焊接并连通，从导气管〔10〕进入上环管〔9〕的冷气，经冷管束与冷管外催化床中的合成热气体进行热交换，流至并集聚于下环管〔4〕，被加热后的冷气通过热气上升管〔2〕进入冷管束上部的催化床中进行催化反应。为测定催化床中的合成气的温度，在上下环管〔9〕和〔4〕的右侧设置有贯通环管的温度计上下套管〔1B〕及〔1A〕，温度计从套管中插入，用来测定催化床中的合成气的温度。

本实用新型经试验，冷管束的使用寿命可延长两倍以上，而且换热效果好。