帶在線清焦功能的換熱器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶在線清焦功能的換熱器，主要解決現有技術中存在的氨氧化反應氣體冷卻器列管中粘附和聚積的結焦物難以去除，造成冷卻器列管管道阻力增加，反應器操作壓力升高，催化劑反應性能降低，裝置消耗增加，運行周期縮短的問題。本實用新型通過采用一種帶在線清焦功能的換熱器，包括固體顆粒噴射分布器、固體顆粒進口、氨氧化反應氣體冷卻器空心上封頭、布滿列管的換熱段、冷卻器列管保護板，在布滿列管的換熱段上方設置保護板，在空心上封頭中換熱段列管上方沿軸向方向安置有至少1個固體顆粒噴射分布器，固體顆粒進口與固體顆粒噴射分布器相連通的技術方案，較好地解決了該問題，可用于氨氧化反應氣體冷卻器在線清焦的工業裝置中。
【專利說明】帶在線清焦功能的換熱器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種帶在線清焦功能的換熱器。
【背景技術】
[0002]在丙烯氨氧化生產丙烯腈領域中，由于反應生成的高溫反應氣體中含有丙烯腈、氫氰酸、丙烯醛等易聚合的化合物，在反應氣體冷卻過程中容易發生聚合反應，生成的聚合物與流化床反應器帶出的催化劑粉塵粘附并聚積在反應氣體冷卻器列管中，隨著運行時間的延長，列管內壁垢層逐漸增加，列管內通道逐漸減小，導致列管不暢，增加管道阻力，當垢層達到一定厚度時，反應系統操作壓力明顯升高，惡化流化床反應系統的操作狀況，降低催化劑的反應性能，使裝置消耗增加，運行周期縮短。對于氨氧化生產丙烯腈反應系統冷卻器列管中的結焦物，通常只能在一年一度的停車檢修期間用高壓水槍沖刷予以去除。
[0003]在丙烯腈裝置中，反應氣體冷卻器是一關鍵設備，其結構是一大型立式列管式換熱器，反應氣體走管程，殼程通冷卻水。其作用是將氨氧化反應器出口的反應氣體溫度從420 — 450°C冷卻至200°C左右。國內丙烯腈裝置一般運行6個月左右就因反應氣體冷卻器列管堵塞，使反應氣體冷卻器的壓降從原來的3 - 5kPa升高到40kPa以上，造成反應系統壓力明顯升高，導致催化劑的丙烯腈單收下降2個百分點以上，裝置消耗明顯增加，影響裝置的正常運行，直至被迫停車。如果不停車用高壓水槍清除冷卻器列管中的結焦物，冷卻器列管管道阻力將急劇增加，反應系統壓力急劇升高，催化劑單收急劇下降，裝置消耗急劇增加。
[0004]反應氣體冷卻器列管的堵塞是丙烯腈裝置長周期運行的主要瓶頸，不僅影響丙烯腈裝置的整體運行周期，也增加了設備清洗費用和停、開車過程中原料及產品的損失浪費，影響丙烯腈裝置的經濟效益。因此，發明一種在線清焦裝置，及時在線去除丙烯腈裝置反應氣體冷卻器列管內的結焦物，解決反應氣體冷卻器列管的堵塞問題，具有十分重要的現實意義和經濟效益。
[0005]文獻CN1657860A介紹了一種立式列管傳熱設備管外污垢三相流態化在線清洗技術。在殼程底部安裝耐老化、容易彎曲變形的軟塑料布氣軟管，布氣軟管上開設均勻排列的噴氣孔，噴出的清潔氣體使殼程液體快速上升，帶動固體形成劇烈運動、上下自然循環流動的三相流態化清洗液，實現管外污垢在線、快速、均勻的清洗，可以保障設備長期高效運行。該方法用于立式列管傳熱設備管外污垢的在線清洗，且介質呈液態，而不是介質呈氣態的管內污垢的去除。
[0006]文獻CN101451797A介紹了一種換熱器在線清洗裝置。在換熱器傳熱管內裝有清洗機構，在流體進出口管上設置換向機構，在流體的推動下，通過換向機構的作用，清洗機構在傳熱管內往返運動，清洗元件于傳熱管內壁接觸并發生摩擦，不斷去除管內污垢或阻止污垢的產生，達到在線清除污垢的目的。該方法在換熱管內設置清洗元件，縮小了傳熱管內流體通道的有效面積，大大增加了換熱器列管的阻力，而不是降低換熱器的壓降。
【發明內容】
[0007]本實用新型所要解決的技術問題是對現有技術中存在的在氨氧化生產丙烯腈反應系統冷卻器中，未涉及帶在線清焦功能的換熱器，造成冷卻器列管中粘附和聚積的結焦物難以去除，導致列管管道阻力增加，反應器操作壓力升高，反應系統操作狀況惡化，催化劑反應性能降低，裝置消耗增加，運行周期縮短的問題，提供一種新的帶在線清焦功能的換熱器。該換熱器具有固體顆粒噴射分布均勻，及時在線清除氨氧化反應氣體冷卻器列管中的結焦物，穩定冷卻器列管管道阻力和反應系統的操作壓力，穩定催化劑的反應性能，維持裝置的消耗水平，延長裝置的運行周期的優點。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案如下:一種帶在線清焦功能的換熱器，包括固體顆粒噴射分布器、固體顆粒進口、氨氧化反應氣體冷卻器空心上封頭、布滿列管的換熱段、冷卻器列管保護板，在布滿列管的換熱段上方設置保護板，在空心上封頭中換熱段列管上方沿軸向方向安置有至少I個固體顆粒噴射分布器，固體顆粒進口與固體顆粒噴射分布器相連通，與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭是圓柱形、圓錐形、圓柱和圓錐組合體中的一種。
[0009]上述技術方案中，冷卻器上封頭中安置的噴射分布器的優選范圍為I?20個，更優選范圍為2?5個；噴射分布器優選方案是多通道型、拉烏爾型、旋流分布型或螺旋噴射型中的至少一種；固體顆粒噴射分布器與固體顆粒進口管線是螺紋連接、法蘭連接或焊接連接中的至少一種；分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比的優選范圍為0.01?3，更優選范圍為I?2 ;
[0010]與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭圓錐形的錐角的優選范圍為30?120°，更優選范圍為60?80° ;圓柱和圓錐組合體的上封頭的錐角為30?120°，其中圓錐形上封頭的錐角為更優選范圍為65?75°。
[0011]上述技術方案中，在氨氧化反應氣體冷卻器布滿列管的換熱段上方設置的保護板具有開孔，開孔中心線與各列管中心線重合，保護板開孔直徑與列管內徑比的優選范圍為0.5?1.2，更優選范圍為0.7?0.9。
[0012]上述技術方案中，在固體顆粒進口前設置固體顆粒儲罐和與氨氧化反應氣體呈惰性的氣體進口，固體顆粒儲罐中的固體顆粒是硫酸銨顆粒、碳酸銨顆粒、醋酸銨顆粒、草酸銨顆粒、磷酸銨顆粒、磷酸氫銨顆粒或磷酸二氫銨顆粒中的一種；固體顆粒的形狀是半球體、圓柱體、多面體、橢圓體或球體中的至少一種；固體顆粒平均直徑的優選范圍為0.5?IOmm,更優選范圍為2?5mm。
[0013]上述技術方案中，旋流型固體顆粒噴射分布器具有導流段和噴出口，導流段設置的導流葉片的優選范圍為I?10片，更優選范圍為2?5片；導流葉片與軸向流動方向的夾角的優選范圍為10?89°，更優選范圍為40?70° ;噴出口直徑的優選范圍為5?80mm;更優選范圍為30?60mm。
[0014]上述技術方案中，在冷卻器出口設置固體顆粒回收塔，在固體顆粒回收塔中反應氣體與溶劑接觸回收固體顆粒組分，固體顆粒回收塔是逆流洗滌器、順流洗滌器、蒸餾塔、吸收塔、吸附塔、萃取塔、浸提塔、選擇性冷凝器塔、液相反應器中的一種。
[0015]上述技術方案中，噴射分布器的設置以使冷卻器每根列管中的噴射固體量均勻為佳，固體顆粒沿冷卻器列管軸向方向噴出，固體顆粒的化學組成對反應系統、成品質量無影響，可回收處理或循環使用。氨氧化反應系統的在線清焦裝置為間隙操作，可根據反應氣體冷卻器壓降變化情況確定在線清焦的頻次。
[0016]由于本實用新型的帶在線清焦功能的換熱器，采用與氨氧化反應氣體呈惰性的氣體作動力，將一定直徑的固體顆粒經過固體顆粒進口輸送到固體顆粒噴射分布器，噴射分布器安裝在空心上封頭中換熱段列管上方軸向方向一定的高度上，在噴射分布器的噴射下固體顆粒以一定的噴出速度分布到氨氧化反應氣體冷卻器的每根列管中，固體顆粒噴射分布均勻，及時在線去除冷卻器列管中的結焦物，穩定了冷卻器列管管道阻力和反應系統的操作壓力，穩定了催化劑的反應性能，維持了裝置的消耗水平，延長了裝置的運行周期，在換熱段列管上方設置保護板，避免了冷卻器管板和列管的磨損和腐蝕，在冷卻器出口設置固體顆粒回收塔，固體顆粒回收后降低了操作成本，避免了固體顆粒進入后系統污染物料，使后系統處理容易。
[0017]本實用新型不僅適用于氨氧化反應系統冷卻器的在線清焦，同樣適用于易結焦體系的管道和反應、換熱設備的在線清焦。
[0018]采用本實用新型的帶在線清焦功能的換熱器，與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭是圓柱形，在冷卻器上封頭中安置5個旋流型噴射分布器，分布器與固體顆粒進口管線的連接為螺紋連接，分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比為2，換熱段列管上方保護板開孔直徑與列管內徑比為1.2，以惰性氣體氮氣為動力，將平均直徑為5mm的球體狀硫酸鹽固體顆粒輸送到旋流分布型分布器中，經分布器噴射后固體顆粒以90m/s的噴出速度分布到氨氧化反應氣體冷卻器的每根列管中，固體顆粒噴射分布均勻，清除了列管中的結焦物，丙烯腈裝置連續運行18個月時，冷卻器的壓降為4.2kPa，穩定了冷卻器列管管道阻力和反應系統的操作壓力，催化劑的丙烯腈單收保持不變，維持了裝置的消耗水平，延長了裝置的運行周期，避免了冷卻器管板和列管的磨損和腐蝕，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的上封頭為圓柱形的帶在線清焦功能的換熱器示意圖；
[0020]圖2為本實用新型的上封頭為圓錐形的帶在線清焦功能的換熱器示意圖；
[0021]圖1中I為固體顆粒進口，2為冷卻器圓柱形上封頭，3為噴射分布器，4為保護板，5為冷卻器列管，6為氨氧化反應系統冷卻器，7為冷卻器出口。
[0022]圖2中I為固體顆粒進口，2為冷卻器圓錐形上封頭，3為噴射分布器，4為保護板，5為冷卻器列管，6為氨氧化反應系統冷卻器，7為冷卻器出口。
[0023]本實用新型的在線清焦裝置工藝過程如下:固體顆粒在惰性氣體動力作用下從固體顆粒進口 I進入氨氧化反應系統冷卻器6上封頭2中安置的噴射分布器3中，噴射后固體顆粒分散并分布 到冷卻器列管5中以去除列管中的結焦物，經冷卻器出口 7回收固體顆粒組分。
[0024]下面通過實施例對本實用新型作進一步的闡述。
【具體實施方式】
[0025]【比較例I】[0026]氨氧化生產丙烯腈裝置開車初期無在線清焦的反應氣體冷卻器的壓降為4kPa，裝置連續運行6個月時，反應氣體冷卻器的壓降升高到40kPa，催化劑的丙烯腈單收下降2%。
[0027]【比較例2】
[0028]氨氧化生產丙烯腈裝置開車初期無在線清焦的反應氣體冷卻器的壓降為4kPa，裝置連續運行10個月時，反應氣體冷卻器的壓降升高到65kPa，催化劑的丙烯腈單收下降
3.8%。
[0029]【實施例1】
[0030]采用本實用新型的帶在線清焦功能的換熱器，與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭是圓柱形，在冷卻器上封頭中安置5個旋流型噴射分布器，分布器與固體顆粒進口管線的連接為螺紋連接，分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比為2，換熱段列管上方保護板開孔直徑與列管內徑比為1.2，開車初期反應氣體冷卻器的壓降為4kPa，以惰性氣體氮氣為動力，將平均直徑為5mm的球體狀硫酸鹽固體顆粒輸送到旋流分布型分布器中，經分布器噴射后固體顆粒以90m/s的噴出速度分布到氨氧化反應氣體冷卻器的每根列管中，固體顆粒噴射分布均勻，清除了列管中的結焦物，丙烯腈裝置連續運行18個月時，冷卻器的壓降為4.2kPa，穩定了冷卻器列管管道阻力和反應系統的操作壓力，催化劑的丙烯腈單收保持不變，維持了裝置的消耗水平，延長了裝置的運行周期，避免了冷卻器管板和列管的磨損和腐蝕，取得了較好的技術效果。
[0031]【實施例2~7】
[0032]按實施例1的各條件與步驟操作，只是改變惰性氣體的種類、固體顆粒的平均直徑、固體顆粒的種類、固體顆粒的形狀、固體顆粒的噴出速度、分布器的類型、安置個數、安裝高度、與固體顆粒進口管線連接方式、保護板開孔直徑與列管內徑比、與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭形狀和錐角等操作條件，具體工藝操作條件及裝置運行后反應氣體冷卻器的壓降、催化劑的丙烯腈單收變化情況、裝置運行周期、冷卻器管板和列管磨損和腐蝕情況等結果見表1、表2。
[0033]【實施例8】
[0034]采用本實用新型的帶在線清焦功能的換熱器，與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭是圓柱形，在冷卻器上封頭中安置5個旋流型噴射分布器，分布器葉片為5片，葉片角度為70°，噴出口直徑為60mm，分布器與固體顆粒進口管線的連接為螺紋連接，分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比為2，換熱段列管上方保護板開孔直徑與列管內徑比為1.2，開車初期反應氣體冷卻器的壓降為4kPa，以惰性氣體氮氣為動力，將平均直徑為5_的球體狀硫酸鹽固體顆粒輸送到旋流分布型分布器中，經分布器噴射后固體顆粒以90m/s的噴出速度分布到氨氧化反應氣體冷卻器的每根列管中，固體顆粒噴射分布均勻，清除了列管中的結焦物，丙烯腈裝置連續運行18個月時，冷卻器的壓降為4.2kPa，穩定了冷卻器列管管道阻力和反應系統的操作壓力，催化劑的丙烯腈單收保持不變，維持了裝置的消耗水平，延長了裝置的運行周期，避免了冷卻器管板和列管的磨損和腐蝕，取得了較好的技術效果。
[0035]【實施例9】
[0036]采用本實用新型的帶在線清焦功能的換熱器，與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭是圓錐形，圓錐角為30°，在冷卻器上封頭中安置2個旋流型噴射分布器，分布器葉片為2片，葉片角度為40°，噴出口直徑為30mm，分布器與固體顆粒進口管線的連接為法蘭連接，分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比為1，換熱段列管上方保護板開孔直徑與列管內徑比為0.9，開車初期反應氣體冷卻器的壓降為4kPa，以惰性氣體氮氣為動力，將平均直徑為5_的球體狀硫酸鹽固體顆粒輸送到旋流分布型分布器中，經分布器噴射后固體顆粒以150m/s的噴出速度分布到氨氧化反應氣體冷卻器的每根列管中，固體顆粒噴射分布均勻，清除了列管中的結焦物，丙烯腈裝置連續運行17個月時，冷卻器的壓降為4.2kPa，穩定了冷卻器列管管道阻力和反應系統的操作壓力，催化劑的丙烯腈單收保持不變，維持了裝置的消耗水平，延長了裝置的運行周期，避免了冷卻器管板和列管的磨損和腐蝕，取得了較好的技術效果。
[0037]表1
[0038]
【權利要求】
1.一種帶在線清焦功能的換熱器，包括固體顆粒噴射分布器、固體顆粒進口、氨氧化反應氣體冷卻器空心上封頭、布滿列管的換熱段、冷卻器列管保護板，在布滿列管的換熱段上方設置保護板，在空心上封頭中換熱段列管上方沿軸向方向安置有至少I個固體顆粒噴射分布器，固體顆粒進口與固體顆粒噴射分布器相連通；與換熱段連接端相連的冷卻器上封頭是圓柱形、圓錐形、圓柱和圓錐組合體中的一種。
2.根據權利要求1所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于在冷卻器上封頭中安置I?20個固體顆粒噴射分布器，噴射分布器是多通道型、拉烏爾型、旋流分布型或螺旋噴射型中的至少一種；固體顆粒噴射分布器與固體顆粒進口管線是螺紋連接、法蘭連接或焊接連接中的至少一種；分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比為0.01?3 ;其中圓錐形上封頭的錐角為30?120° ;圓柱和圓錐組合體的上封頭的錐角為30 ?120。。
3.根據權利要求2所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于在冷卻器上封頭中安置2?5個噴射分布器；分布器噴出口到換熱段列管的垂直距離與換熱段直徑之比為I?2 ;冷卻器上封頭圓錐形的錐角為60?80°。
4.根據權利要求1所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于在換熱段列管上方設置的冷卻器列管保護板具有開孔，開孔中心線與各列管中心線重合，保護板的開孔直徑與各列管內徑的比為0.5?1.2。
5.根據權利要求4所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于保護板的開孔直徑與各列管內徑的比為0.7?0.9。
6.根據權利要求1所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于在固體顆粒進口前設置固體顆粒儲罐和與氨氧化反應氣體呈惰性的氣體進口，固體顆粒儲罐中的固體顆粒是硫酸銨顆粒、碳酸銨顆粒、醋酸銨顆粒、草酸銨顆粒、磷酸銨顆粒、磷酸氫銨顆粒或磷酸二氫銨顆粒中的一種；固體顆粒的形狀是半球體、圓柱體、多面體、橢圓體或球體中的至少一種；固體顆粒的平均直徑為0.5?10mm。
7.根據權利要求6所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于固體顆粒儲罐中的固體顆粒的平均直徑為2?5mm。
8.根據權利要求2所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于所述的旋流型固體顆粒噴射分布器具有導流段和噴出口，導流段設置I?10片導流葉片，導流葉片與軸向流動方向呈10?89°的夾角，噴出口直徑為5?80mm。
9.根據權利要求8所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于旋流型固體顆粒噴射分布器的導流段設置2?5片導流葉片，導流葉片與軸向流動方向呈40?70°的夾角，噴出口直徑為30?60mm。
10.根據權利要求1所述的帶在線清焦功能的換熱器，其特征在于在冷卻器出口設置固體顆粒回收塔，在固體顆粒回收塔中反應氣體與溶劑接觸回收固體顆粒組分；固體顆粒回收塔是逆流洗滌器、順流洗滌器、蒸餾塔、吸收塔、吸附塔、萃取塔、浸提塔、選擇性冷凝器塔、液相反應器中的一種。
【文檔編號】F28G1/12GK203772119SQ201320405771
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年7月9日 優先權日:2013年7月9日
【發明者】顧軍民, 裴義霞 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院