專利名稱：具有耐磨損管板內(nèi)襯的管束式熱交換器的制作方法
具有耐磨損管板內(nèi)襯的管束式熱交換器 本發(fā)明涉及一種用于熱裂化設(shè)備、具有耐磨損管板內(nèi)襯的管束式熱交換器(RWO)。這禾中RWC在通過(guò)熱裂化生產(chǎn)乙烯的乙烯設(shè)備中被置于裂化爐傳送管道的 流出側(cè)，稱為裂化氣體的冷卻戮轉(zhuǎn)移線熱交換器，TLE)。裂化氣體冷卻器必須滿足極高的結(jié)構(gòu)和材料特性要求。MM化合物的 熱解，如原油、LPG、乙烷或氫i^七殘留物(尾油、蠟)/膽化爐流出的熱反應(yīng)混 合物(至大約85(TC)必須在l^七氣體冷卻器中ayi冷卻以避免無(wú)用的副反應(yīng)。裂 化氣體冷卻器即RWtJ，作為廢熱鍋爐，其中，通過(guò)殼側(cè)流過(guò)的給水的氣化可以 產(chǎn)生高壓蒸汽。在這個(gè)過(guò)程中，裂化爐中產(chǎn)生了焦炭沉淀，該沉淀必須在一定間隔內(nèi)(60-80 天)通過(guò)由空氣氧化而被除去。為了除去焦炭，在斷氐爐的燃燒效率時(shí)MI^七 爐的管M入空，蒸汽混合物，用M含碳的沉淀物燒掉。這時(shí)焦，粒也散 開了 ，其與脫焦炭化氣體經(jīng)裂化氣體通道穿，化氣體冷卻器傳輸至脫焦炭化 管道。由裂化爐高速流出的裂化氣體即脫焦炭化氣體通常通過(guò)傳輸管道由裂化氣 體冷卻器底部;iSA軸向排列的氣體進(jìn)入室并且與下部的管底相碰，以便在MM后通a^七氣體冷卻器的熱交換管itia入下一過(guò)程。裂化氣體雖然停留時(shí)間短但含有焦，粒，其在裂化氣體速度高時(shí)有強(qiáng)烈 的腐蝕作用。為了ffiil冷卻裂化爐中產(chǎn)生的熱反應(yīng)混合物必須盡可能ffl3IiH 化爐和冷卻管之間的管道。由于通過(guò)有條件的短暫構(gòu)型，通常從傳輸管道 到冷卻器直徑擴(kuò)張的氣體進(jìn)入空間將氣體流同焦炭顆粒幾種在管板和冷卻器管 道的中間區(qū)域，并被強(qiáng)烈的腐蝕。由此導(dǎo)致的承壓內(nèi)壁的減落使得維修的費(fèi)用 必須提高，這種壁厚減落因此導(dǎo)致相關(guān)的停工肌使生產(chǎn)停止。解決類似問(wèn)題可以從不同方式灼燒，其^:在使用陶瓷、耐火材料作為內(nèi)襯、模制件或涂層由EP-A-0 567 674可以了解這樣的熱交換器，其可以冷卻^化設(shè)備中產(chǎn)生的合成氣體，在該設(shè)備中帶有陶瓷涂層的氣體SA側(cè)的管板由與蟲或并歹怖 置在彼此碰撞的外部邊緣上的方形扣眼構(gòu)成，其中每個(gè)扣眼具有一個(gè)圓錐狀的 開口，該開口在伸入一個(gè)熱交換器管中的管節(jié)處變窄。這種解決方法在各方形 元件之間不產(chǎn)生氣閉。這種方法在烯烴設(shè)備的裂化氣體冷卻器中在中間區(qū)域產(chǎn) 生焦炭并且破壞材料。另夕卜所使用扣眼的末端在管中形成輪廓邊緣，這在向裂 化氣體冷卻器中通入高流速氣體時(shí)弓胞強(qiáng)烈的渦流從而導(dǎo)致額,的腐蝕。在DE-C-44 04068中公開了一禾中使用由耐火體構(gòu)成的陶瓷襯里。其可以是 例如六角形的并且具有孔，通過(guò)這些孔在管底的背面可以強(qiáng)有力的焊接釘或鉤 子。耐火套以這種方式掛在管板上。這種設(shè)計(jì)并不育繼到無(wú)縫的涂裝。此外熟知的方法是在一個(gè)反應(yīng)器中裝配含一個(gè)抗腐蝕耐火涂層的冷卻管(參 看US 4 124 068)，以避免管道失靈的危險(xiǎn)和冷卻水在高溫下侵入周圍的反應(yīng)混 合物中。在DE 195 34 823 Al中提出，在氣體i4A側(cè)用化學(xué)固化的耐腐蝕防火產(chǎn)品 涂在管底，其中搗碎適量的涂層至少以可加工的形式進(jìn)行涂敷并接下來(lái)燒成防 火質(zhì)量的涂層。 '這些應(yīng)用的共同之處在于，其將陶瓷亦即非金屬材料同金屬設(shè)備材料，通 常是鋼接合。在實(shí)踐中表明，由于不同的材—料特性，如熱膨脹系數(shù)，以及不同 的可塑性(脆性的/可延展的)在加工、裝配和修復(fù)過(guò)程中陶瓷構(gòu)件與金屬構(gòu)件的 接合耗費(fèi)較高并且常常存在許多問(wèn)題。此外，在插入陶瓷扣眼時(shí)產(chǎn)生渦流問(wèn)題， 亦即因此在流動(dòng)方向觀看到的扣眼的后端上通過(guò)那里出現(xiàn)的棱邊而X^才料造成 特別的負(fù)荷。與DE 195 34 823的實(shí)施例相反，它表現(xiàn)出，防贈(zèng)量的涂層僅涂 在管底中心的核心區(qū)域是行不通的，因?yàn)椴煌牧咸匦缘膮f(xié)同作用使管底表面 不同，導(dǎo)致在過(guò)渡區(qū)域，即在防火物質(zhì)的外棱iiJl產(chǎn)生特殊的問(wèn)題，大M過(guò) 自身剝落或在邊纟iil過(guò)渦流而強(qiáng)烈腐蝕。此外，在涂防火產(chǎn)品的涂層過(guò)程中只 有管底被如此地保護(hù)。然而，其優(yōu)點(diǎn)在于至少保護(hù)了在流動(dòng)方向上觀察的各自 冷卻管的前部分。這個(gè)只有艦{頓扣眼或套筒才能實(shí)現(xiàn)。試圖解決核心區(qū)i繊邊緣區(qū)域大的流動(dòng)和載荷問(wèn)題，其已經(jīng)通過(guò)在進(jìn)入室 內(nèi)的圓錐形設(shè)^(參考US-PS 35 52 487)或aa擴(kuò)散形回f^置而內(nèi)裝裝置(參看 DE-PS 21 60 372)來(lái)嘗i辦決。此外，建議既考慮均衡m室的流量又^ 戶管板免受腐蝕，使RWC裝配有彎曲鵬的棒，其中環(huán)沿頂端朝向氣體入口的錐面表面排列(參看，EP 0 377 089A1)。因此，應(yīng)當(dāng)使核心流動(dòng)區(qū)域中由高速流動(dòng)氣體夾帶的焦，粒減速并且沿 徑向向夕卜部引導(dǎo)，以便焦^^粒不再弓(發(fā)管底部禾嵴道的腐鵬損。另一方面， 可以將這種構(gòu)造同非理想的壓力差結(jié)合并且通過(guò)相應(yīng)停留時(shí)間的增加同產(chǎn)量損 失結(jié)合。本發(fā)明采用另一條途徑，通過(guò)管底和冷卻管進(jìn)入?yún)^(qū)域的金屬內(nèi)襯實(shí)現(xiàn)一種 有效的磨損保護(hù)。iSA側(cè)管底和在冷卻管中的磨損有必要定期檢查剝落和對(duì)裂 化氣體冷卻器進(jìn)行修復(fù)，在這方面人們?cè)谶^(guò)去這樣應(yīng)對(duì)，通過(guò)堆悍使管板再次 達(dá)到必要壁厚并且分批更換冷卻管。這種方法十分昂貴，并且由于材料僅僅具有與原有^頓時(shí)相同的特性，所以使用材料的抵抗能力同樣并不令人滿意。 可以確定的是，在氣體進(jìn)入?yún)^(qū)域的材料損失并不單單是M機(jī)械磨損還有M高 鵬蝕(易燃)和形鵬t妒物的禾;iM磨損(氧化鐵)協(xié)同作用造成的。本發(fā)明的任務(wù)還在于在管底和冷卻管進(jìn)入?yún)^(qū)域涂上有強(qiáng)耐高溫腐蝕的金屬 內(nèi)襯，雜其它方面具有與設(shè)備材料相似的材料特性(韌性、熱膨脹系數(shù))。同時(shí) 部分內(nèi)襯不應(yīng)具有負(fù)作用。此外，內(nèi)襯應(yīng)當(dāng)容易涂上并且還應(yīng)當(dāng)容易去除或替 換。這個(gè)任務(wù)通過(guò)在含冷卻管(l)的熱裂化設(shè)備中使用有耐磨損管底內(nèi)襯的管束 熱交換器(RWO)解決，冷卻氣體流經(jīng)冷卻管并且其末端通過(guò)每個(gè)管底固定。冷 卻管配有冷卻齊U流經(jīng)的外殼，其中氣體i4A側(cè)的管底(2)在其由^A RWC內(nèi)的 氣體所涌向的一側(cè)上至少部分地由材料層覆蓋，其位于上單獨(dú)兩相鄰排列并且 在外棱角上相互碰撞而插入的管端套的端面上(圖l)，其特征在于，插套由一種 耐熱金屬材料構(gòu)成。插萄圖2)原則上構(gòu)造簡(jiǎn)單，即在最簡(jiǎn)單的情況下由管(4)和平板(5)構(gòu)成。管 在一端裝有平板，其中板平面與管的縱軸成90度角。換句話說(shuō)，管垂直于平板。 平板(圖3)是有孔的，以便漲入的氣體可以穿過(guò)平板、EA，中。在一個(gè)簡(jiǎn)單的 實(shí)施形式中，平板具有一個(gè)鉆孔。鉆孔優(yōu)選與管道的內(nèi)徑相似或相同。插套的 生產(chǎn)通過(guò)切削、澆注成為悍接構(gòu)造 過(guò)冷 實(shí)現(xiàn)。1 平板與管橫截面中點(diǎn)中心±也對(duì)齊。管縱軸穿過(guò)板平面中心。有意義的方式是戶;n胃的鉆孔位于板平面中心。平板自身具有可塑造構(gòu)型，使平板的外棱角同鄰近套的平板外棱角互相碰撞，以im冊(cè)的管底至少部分被全平面^^i也覆蓋(圖i)。平板的合適幾何構(gòu)型取決于單個(gè)冷卻管相互排列的幾何比例。通過(guò)相互排 列構(gòu)成一個(gè)封閉的較大平面的^ig幾何開m單個(gè)平面為三角形平面，特別是等 腰三角形，四角形平面，特別是矩形，當(dāng)然也可以是菱形或六邊形，特別是等角或等邊的。如果管束的管道如此排歹蹴可以在俯視圖上構(gòu);^各網(wǎng)，其中管總 是禾斜己為交叉點(diǎn)并且這些格子是正方形的。因此iffi套平板是正方形的。有利的方式是套管具有與冷卻管內(nèi)徑相同或略微小于冷卻管內(nèi)徑的外徑。 只有在這種情況下，含管道的插套能夠恰好插入冷卻管。實(shí)踐證明，插套管道的理想長(zhǎng)度在50到200mm范圍內(nèi)，特別合適的管道長(zhǎng)度為70至150mm。特 別理想的長(zhǎng)度為100至120mm，因?yàn)槠渑c運(yùn)轉(zhuǎn)劍牛下最受負(fù)荷的冷卻管管段相 對(duì)應(yīng)。插套的t^和平板的材料厚度適合于RWO其余尺寸和運(yùn)轉(zhuǎn)條件。通常， 理想的管壁厚大約為lmm。平板的,厚度為2mm至10mm。如以前提及的，在氣體iSA區(qū)域尤其是在管板收強(qiáng)負(fù)荷的中間區(qū)域通過(guò)高 M^蝕(易燃)和形成的腐t妒物的機(jī)械磨損(氧化鐵)的協(xié)同作用引起材料損失。 由于迄今為止在該專業(yè)領(lǐng)域剛起步，所以尚處于新的認(rèn)識(shí)，材料損失是由于單 獨(dú)或至少大多數(shù)機(jī)*戒磨損造成的。這個(gè)問(wèn)題阻礙了專家對(duì)有利于陶瓷或耐火級(jí) 別的涂刷的金屬涂層的使用，尤其是因?yàn)檫^(guò)去常用焊接方法是耗力昂貴的并且 不能獲得希望值長(zhǎng)的fOT，。本發(fā)明依據(jù)對(duì)金屬材料如下的認(rèn)識(shí)它在給定過(guò)程條件下足夠耐高^(guò)j^蝕， 表面沒(méi)有持續(xù)形成永久腐蝕產(chǎn)物并足夠抵抗純機(jī)械磨損負(fù)荷。因?yàn)檫€ ^^ 耐高^(guò)i^蝕的金屬合金，特別是含大量鉻的鋼材和鎳基合金。由于其在上皿 程割牛下的穩(wěn)定性，im用奧氏體鋼來(lái)生產(chǎn)插套。為了達(dá)到良好的氣體流動(dòng)性，套的入口處制造為圓錐形或倒圓(6)。為了使在通入冷卻管套的后端不產(chǎn)生在冷卻管中弓胞渦流和材料損失的棱 邊，與平板相對(duì)的管末端接觸插對(duì)7)。按照本發(fā)明使用的插套的另一優(yōu)勢(shì)在于生產(chǎn)插套的金屬材料的可塑性。這 就允許用簡(jiǎn)單可行的方法如通過(guò)碾壓無(wú)縫固定連接套和冷卻管。碾壓的替換方式也可以使用、mw接的方法。插套的材料特性允許實(shí)現(xiàn)薄壁套，這樣可以使與端面相對(duì)的管端上形成的 棱邊減到最小。此外，通過(guò)一個(gè)薄的與冷去嵴固定連接的套使熱交換的阻礙很 小并且不影響RWO在該位置的冷卻效率。與已知的現(xiàn)有技斜目比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)-工件即插套與陶瓷相比十分牢固，因此不需要特殊的防碰撞或跌落f尉戶。 -冷卻管和套不必如陶瓷那樣有如此高的尺寸精確性要求。其理由在于，只要通過(guò)碾壓或液ra"接就可以在冷卻管和套管道之間產(chǎn)生固定連接。因此，這禾中方法也可以特別用于修理或改進(jìn)已有的具有通過(guò)磨損使內(nèi)徑增大的冷卻管 的舊冷卻器。在這種己經(jīng)損壞的冷卻器中由于材料損失需要更大擴(kuò)張但用所使 用的材料己不能辦到。之后插^碾壓或液壓對(duì)接時(shí)如同類似的沒(méi)有預(yù)先損壞 的冷卻管，或多或少地進(jìn)一 步擴(kuò)張。-低生產(chǎn)成本，.因?yàn)槌Ｒ姷牟牧虾头椒?，自?dòng)化的批量生產(chǎn)。-在一個(gè)待修復(fù)的冷卻器中只需要很少的預(yù)加工，例如噴砂，然而不需要進(jìn)一步的表面處理和管道封閉，例如S31搗碎適量的涂層(stampfoasse)。-裝配成本很低，因?yàn)樗褂玫墓ぞ呤菢?biāo)mx具。-安裝時(shí)間相對(duì)較短，因?yàn)椴恍枰b配錨固、擰緊或諸如此類的，同時(shí)不 需要焊接和烘烤，例如通過(guò)搗碎適量的涂嵐stampfinasse)-十分重要的還有插套的插卸簡(jiǎn)單快速而無(wú)損害冷卻器的危險(xiǎn)。為此, 在平板和管道之間用一個(gè)^g的工幾例如，內(nèi)管割刀、銑刀、鉆 L器)安裝到一 個(gè)分離層。在平板分離出后推動(dòng)冷卻管與套管道之間的銷釘，這些可以手工操 作實(shí)現(xiàn)。-插套的平板可以在其邊緣傾斜，即在形成構(gòu)^^f有面的外棱角的邊緣處， 但并不與鄰近插套的邊緣相碰的地方傾斜，以便在插套的平板和管底之間不形 成尖銳的棱邊。按照本發(fā)明的RWO的應(yīng)用并不僅限于熱裂化設(shè)備。跟確切地說(shuō)，其還可 以運(yùn)用于其它過(guò)程，在這些過(guò)程中，根據(jù)過(guò)程的條件對(duì)于材料有相似的需要， 例如回轉(zhuǎn)層爐膛的流出側(cè)以及燃燒渦輪。按照本發(fā)明的RWC可以根據(jù)所有的需要構(gòu)型構(gòu)造，例如，固定盤熱交換 器、浮頭式熱交換器、U形管熱交換器。在裂化設(shè)備中通常使用固定盤熱交換 器。

圖1表示穿過(guò)管底(2)和這里2個(gè)通過(guò)一^t道焯銜3)與底部平板連接的示 范性冷卻管(l)的橫截面圖。在冷卻管中均插入由套管道(4)和套平板(5)構(gòu)成的 套。鄰近管道(1)的套平板有一個(gè)共有的石對(duì)童邊織8)。在邊緣上其配合地相互碰 撞。這樣可以將管底(2)完全覆蓋。進(jìn)入的裂化氣體不會(huì)碰到管底而是碰到插套 平板的端面。圖2為插套的縱音曬。圖3為套的俯視圖。套由套管道(4)和套平板(5)構(gòu)成。 明顯可見圓形的iSA區(qū)敏6)以及接觸管底(7)。附圖*射己列表(1) 冷卻管(2) 管底(3) 管道焊入(4) 套管道(5) 套平板(6) 圓形^A區(qū)域(7) 接觸的管端(8) 碰，繊彖
權(quán)利要求
1、在具有冷卻管(1)的熱裂化設(shè)備中使用有耐磨損管底內(nèi)襯的管束熱交換器(RW)，冷卻氣體流經(jīng)冷卻管并且每個(gè)管底在其末端接有冷卻管，冷卻管配有冷卻劑流經(jīng)的外殼，其中氣體進(jìn)入面的管底(2)在其上至少部RW中流入氣體的進(jìn)入面由材料層覆蓋，其在正面上單獨(dú)或兩相鄰排列并且在外棱角上管末端插入的套中處于互相碰撞狀態(tài)，其特征在于，插套由一種耐熱金屬材料構(gòu)成。
2、 如權(quán)禾腰求l的RWO，其特征在于，通常插套由一個(gè)管道(4)構(gòu)成，該 管道在^^配有一個(gè)平板(5)，平板與管的縱軸成90度角并且有孔，以便進(jìn)入的 氣體可以穿過(guò)平板(5)箭uA管道(4)中。
3、 如權(quán)利要求2的RWt)，其特征在于，平板(5)中心對(duì)齊于管橫截面。
4、 如，權(quán)利要求的RWO，其特征在于，平板(5)具有可塑構(gòu)型，使平板 的外棱角同鄰近套的平^卜棱角互相碰銜8),以lfeSA側(cè)的管底至少部分被無(wú) 縫覆蓋。
5、 如，權(quán)利要求2至4中{^~項(xiàng)的RWO，其特征在于，平板(5)是矩形 的，tti^正方形。
6、 如上述權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)的RWC，其特征在于，套管道(4)具有 與冷卻管內(nèi)徑相同或略小于冷卻管(l)內(nèi)徑的外徑。
7、 如上述權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)的RWC，其特征在于，插套管道(4)的 長(zhǎng)度為50至200mm范圍內(nèi)，優(yōu)選70至150mm，特別,100至120mm。
8、 如上述權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)的RWC,其特征在于，插套管道(4)的 管壁厚為lmm。
9、 如上述權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)的RWO，其特征在于，插套平板(5)的 厚度為2mm至110mm。
10、 如，權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)的RWtJ，其特征在于，插套由奧氏體 鋼構(gòu)成。
11、 如上述權(quán)利要求2至10中至少一項(xiàng)的RWC，其特征在于，與平板(5) 相對(duì)的管端接觸插套。
12、 如，權(quán)禾腰求2至11中任一項(xiàng)的RWC，其特征在于，插^il過(guò)碾 壓或液壓擴(kuò)張而與各自的冷卻管(l)牢固連接。13、如權(quán)利要求1的使RWO裝配有材料層的方法，其特征在于，由管(4)和平板(5)構(gòu)成的套插入熱交換器管道中并且套的插入管道(4)Mil碾壓或液m接而與各自的熱交換器管道(l)牢固連接。
全文摘要
具有耐磨損管板內(nèi)襯的管束式熱交換器(RW)。由熱裂化設(shè)備的裂化爐高速逸出的裂化氣體雖然停留時(shí)間短但含有焦炭顆粒，其嚴(yán)重腐蝕RW的氣體進(jìn)入側(cè)的管底。理想的狀態(tài)是，在管底和冷卻器管進(jìn)口區(qū)域上安裝一個(gè)抵御高溫腐蝕的金屬內(nèi)層。建議在具有冷卻管(1)的熱裂化設(shè)備中使用具有耐磨損管底內(nèi)襯的管束熱交換器(RW)，待冷卻氣體流經(jīng)冷卻管并且冷卻管的端部通過(guò)每個(gè)管底而固定。冷卻管配有冷卻劑流經(jīng)的外殼，其中，氣體進(jìn)入面的管底(2)在其進(jìn)入RW的氣體所涌向的面上至少部分地由材料層覆蓋，其位于單獨(dú)或兩相鄰排列并且在外棱角上相互碰撞而插入管板的套的端面上(圖1)，其由一種耐熱金屬材料構(gòu)成。
文檔編號(hào)F28F9/16GK101228410SQ200680024319
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者C·紀(jì)爾列森, H·施爾克, M·黑斯特卡普, O·施瓦茨, W·歐爾曼 申請(qǐng)人:魯爾沃伊爾有限公司