專利名稱：高效換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于回收例如反應(yīng)生成的氣體的熱量的高效換熱器，該換熱器包含許多從管板伸出的、管底敞口的第二組管進(jìn)行承插式連接，并在這些第一組管的外壁與第二組管的內(nèi)壁之間形成空隙。
眾所周知，熱交換在化工廠中是十分重要的。
同樣眾所周知，為化工廠提供從使用可靠性和投資成本的觀點(diǎn)來看具有最佳效能的換熱器是十分重要的，特別是用于涉及侵蝕性很強(qiáng)的流體并需在高溫高壓下進(jìn)行的化學(xué)加工(例如合成氨工廠)的換熱器更為重要，在那些化學(xué)加工中，換熱器用材的選擇與換熱器本身的設(shè)計(jì)是同樣重要的，必須完全可靠，以避免破壞。這種破壞會使工廠由于不能生成或危及操作安全而陷于停頓，并帶來無法預(yù)計(jì)的損失。
已有大量文獻(xiàn)描述獲得廣泛使用并且一般是在非苛刻的條件下工作的換熱器的目前設(shè)計(jì)水平。特別是具有固定頭帶有單一管板的發(fā)夾管或承插式管的換熱器。是大家所知道的。浮頭式換熱器也是大家所知道的。
但是所有上述換熱器在涉及高壓高溫流體的苛刻工作條件下都有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。
固定頭式換熱器(

圖1)的缺點(diǎn)是它使管與殼體之間的單個(gè)零件(single parts)不易膨脹，這是一種包含機(jī)械破壞的可能性的剛性。與固定頭式換熱器相比，發(fā)夾式或U形換熱器的優(yōu)點(diǎn)是能讓管自由膨脹，但它們也并未完全解決該問題，因?yàn)樵赨形管流體進(jìn)口和出口上面的管板中的兩個(gè)區(qū)域處于不同的溫度，這引起管板變形，從而產(chǎn)生材料應(yīng)力。
另一方面，具有承插式管的換熱器能讓管自由膨脹，管板不會變形，但它只適用于承插式管內(nèi)的流體是處于沸點(diǎn)的那些情況，而不適用于待冷卻或加熱的流體(不論是液體或氣體形式)不改變其物理狀態(tài)的情況。那是因?yàn)樵诤笠环N情況下在承插式換熱器的每一單元的內(nèi)管與外管之間的不可避免的熱交換(稱為寄生熱交換(parasitical exchange))阻止在外管與殼體內(nèi)的流體之間進(jìn)行有效的熱交換，因而換熱器不能正確地工作。
因此本發(fā)明的目的是提供一種具有下列結(jié)構(gòu)特性和工作特性的換熱器使用時(shí)絕對可靠，特別是在高溫度高壓的苛刻工作條件下使用時(shí)仍絕對可靠，同時(shí)保持最佳的熱交換，減少維修該換熱器所需的投資和運(yùn)行費(fèi)用，并克服了已知技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的這一目的和其他目的將通過下面的描述而得到更好的說明，這些目的是通過一種如前面的引言和權(quán)利要求1所述的用于回收例如反應(yīng)生成的氣態(tài)的熱量的高效換熱器而達(dá)到的，該換熱器的特點(diǎn)是它包含許多從上管板伸出的、管底敞口的第一組管，這些第一組管與許多從下管板伸出的、管底封口的第二組管進(jìn)行承插式連接，并在這些第一組管的外壁與第二組管的內(nèi)壁之間形成空隙，在該空隙中形成熱交換阻力。這些阻力至少部分地存在于沿第一管的長度方向上。
在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，所述的阻力由靜止液體的死區(qū)構(gòu)成，更具體地說由靜止的非循環(huán)流體構(gòu)成。
在本發(fā)明的一特別有利的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述的阻力是通過在第二組管和第一組管之間插入第三組管而形成的，插入時(shí)使第一組管的下端與相應(yīng)的第三組管的下端靠近。
有利的做法是還設(shè)法或更具體地說通過在所述的第一組管與第三組管之間的空隙內(nèi)引入絕緣流體和(或)固體或使該空隙成為真空區(qū)，以提高耐熱性和避免對流運(yùn)動。
此外，還發(fā)現(xiàn)更為有利的是用強(qiáng)制循環(huán)的方法使回收熱量的流體在承插式管內(nèi)流動，而使傳遞熱量的加熱流體(例如反應(yīng)生成的氣體)在換熱器的管際空間中流動。
特別令人驚奇的是如何用簡單而聰明的方法克服上述缺點(diǎn)，該方法是使承插式管的內(nèi)管和外管之間的寄生熱交換降低到幾乎不起作用的地步，同時(shí)又不對該過程產(chǎn)生任何影響。
通過對下面的實(shí)施方案例子所作的詳細(xì)描述并參照所示的非限制性附圖，可以更好地說明本發(fā)明的各個(gè)方面及其優(yōu)點(diǎn)，圖中-圖1、2、3和4是已知技術(shù)的固定頭式換熱器、已知技術(shù)的發(fā)夾管換熱器、已知技術(shù)的承插式管換熱器和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中的承插式管換熱器的具有部分軸向視圖的截面;
-圖5所示為圖4的一種實(shí)施方案中的第一組管、第二組管和第三組管之一的下端詳圖(放大)的部分軸向截面。
在已知技術(shù)的圖1、2、3和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的圖4中，所示的用于回收例如反應(yīng)生成的氣體的熱量的換熱器包含殼體2，殼體2至少在其一端用蓋子3蓋住。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案中(圖4和5)，殼體2的內(nèi)部有許多從上管板5伸出的、管底敞口的第一組管4。第一組管4與許多從下管板7伸出的、管底封口的第二組管6進(jìn)行承插式連接。
然后按照本發(fā)明的獨(dú)特見解，在上述第二組管6和第一組管4之間插入許多從上管板5伸出的第三組管8，第三組管8的下端與上述第一組管4的相應(yīng)下端在點(diǎn)9處靠近。這樣在所述的第一組管4的外壁與所述的第三組管8的內(nèi)壁之間形成第一組許多空隙10，在所述的第三組管8的外壁和所述的第二組管6的內(nèi)壁之間形成第二組許多空隙11。上管板5和下管板7將殼體2內(nèi)部的空間分成3個(gè)空間或室12、13和14。
上室12包含許多第一組管4的上部開口15和第三組管8的上部開口16，而中室13則包含許多第二組管6的上部開口17。
按照圖4和5中所示的優(yōu)選實(shí)施方案，進(jìn)行熱交換的流體F1從開口18進(jìn)入上室12，并通過第一組管4的許多上開口15和第三組管8的許多上開口16。這樣在第二組管8的內(nèi)部就形成靜止流體F1的死區(qū)，在第二組管6和第一組管4之間提供絕緣。
另一方面，流體F1沿著第一組管4的內(nèi)部流下，沒有進(jìn)行顯著的熱交換，到達(dá)第一組管4的底部后又沿著第二組管6內(nèi)部的空隙向上流動，同時(shí)與處于換熱器的管際空間內(nèi)的第二種流體F2交換熱量。
然后流體F1從上開口11出來，進(jìn)入中室13，然后從出口19最后地離開換熱器。
從進(jìn)口20進(jìn)入殼體2內(nèi)部的第二種流體F2(最好是熱的反應(yīng)生成的氣體)從出口21離開換熱器1。
在空隙10內(nèi)宜設(shè)法或更具體地說引入流體和(或)固體絕緣體，或使該空隙成為真空區(qū)，以進(jìn)一步提高耐熱性和避免對流運(yùn)動。
本發(fā)明的換熱器可用于任何種類的反應(yīng)器，更具體地說，可用于本專利申請人的專利(例如美國專利第4372920、4405562、4755362號等)中所描述的反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.用于回收例如反應(yīng)生成的氣體的熱量的高效換熱器，該換熱器包含許多從上管板伸出的、管底敞口的第一組管，這些第一組管與許多從下管板伸出的、管底封口的第二組管進(jìn)行承插式連接，并在這些第一組管的外壁與第二組管的內(nèi)壁之間形成空隙，該換熱器的特點(diǎn)是在第一組管和第二組管之間形成熱交換阻力。
2.權(quán)利要求1所述的高效換熱器，其特點(diǎn)是該熱交換阻力至少部分地存在于沿第一組管的長度方向。
3.權(quán)利要求1所述的高效換熱器，其特點(diǎn)是該熱交換阻力由靜止流體的死區(qū)構(gòu)成，更具體地說由靜止的非循環(huán)流體構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1所述的高效換熱器，其特點(diǎn)是所述的熱交換阻力是通過在所述的第二組管和第一組管之間插入許多第三組管而提供的，插入時(shí)使第一組管的下端與相應(yīng)的第三組管的下端靠近。
5.權(quán)利要求4所述的高效換熱器，其特點(diǎn)是還設(shè)法或更具體地說通過在所述的第一組管與第三組管之間的空隙內(nèi)
6.以上權(quán)利要求所述的高效換熱器，其特點(diǎn)是用強(qiáng)制循環(huán)的方法使回收熱量的流體在承插式管內(nèi)流動，而使傳遞熱量的加熱流體(例如反應(yīng)生成的氣體)在換熱器的管際空間中流動。
全文摘要
用于回收例如反應(yīng)生成的氣體的熱量的高效換熱器，該換熱器具有承插式管，承插式管包括中心管(稱為第一組管)和外管(稱為第二組管)，熱交換阻力至少存在于所述的第一組管的部分長度方向上，它是通過在上述第二組管和第一組管之間插入第三組管而形成的。
文檔編號F28D7/10GK1059963SQ9010157
公開日1992年4月1日 申請日期1990年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月22日
發(fā)明者昂伯托·扎迪, 喬吉·帕加尼 申請人:阿莫尼·卡薩爾公司, 昂伯托·扎迪