管式热交换组件及其热交换设备制造技术

本发明专利技术涉及一种管式热交换组件，包括：管板(101)，其具有在使用情况中面向热交换室(140)的内部的第一面和与第一面相对并在使用情况中面向热交换室(140)的外部的第二面；穿过管板(101)的厚度的至少一个通孔(103)；和至少一个热交换管(100)，其穿过通孔(103)并与热交换流体供应回路操作性地相关联，管式热交换组件还包括至少一个套管(200)，其在相对端部处敞开并固定到管板(101)和管(100)，套管(200)被容纳在孔(103)中并在管(100)横穿管板(101)厚度的区段处装配在管(100)上，其中套管(200)还突出超过管板(101)的第一面，使得其第一敞开端部终止于热交换室(140)内；本发明专利技术的另外目标是一种包括这种管式热交换组件的热交换设备。

【技术实现步骤摘要】
管式热交换组件及其热交换设备本分案申请是基于申请号为201510012289.3、申请日为2015年1月9日、专利技术名称为“管式热交换组件及其热交换设备”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及管式热交换组件和包括这种管式热交换组件的设备。该设备特别地包括化学反应器，并且更特别地包括由用来生产三聚氰胺的化学反应器。
技术介绍
根据总反应式(1)已知，三聚氰胺通过尿素热解而生成：6NH2CONH2→(CN)3(NH2)3+6NH3+3CO2(1)尿素三聚氰胺已知该反应是高度吸热的。将尿素转化为三聚氰胺的工艺被分成两组：在高压下执行尿素热解的工艺和在低压下执行尿素热解的工艺。典型地，这两种工艺在反应器中执行，反应器被供给有熔融状态的尿素流。优选地，反应器也被供给有氨流。在高压工艺中，反应室保持在高于60barrel的压力下，并配备有加热装置将反应系统保持在大约360℃-450℃的温度。在已知的反应器中，在高压和低压工艺中，加热装置包括管束，例如由熔融的盐组成的热交换流体穿过该管束，熔融的盐典型地由钠和钾的硝酸盐和亚硝酸盐的混合物组成。在典型的高压工艺中，管束包括管板，该管板被锚固到反应器的壳体以便与其界定出反应室140。如图1和图3中示出的，管束中的每一根管100或管束的分支(如果管束成形为U形或蛇形)借助于焊接部102单独地固定到管板101，该焊接部可以是对接焊接部(图1)或者位于管板的面向反应室140内部的面与每一根管的外侧表面之间的过渡区域上(图3)。每一根管100在反应室内的端部借助于专门的塞子107*闭合，该塞子可以具有简单的形状，其被成形为倒置的杯子，T形(如图1中所示)或者具有任何其它适合于该目的的形状。在这点上，注意的是，上文简述的不同类型的塞子107*在附图中被示出。在图1的放大图中，仅仅为了说明目的，特别地示出两种不同类型的塞子107*。在每一根管100内，与其共轴且松弛地插入有导管104，该导管在相对的端部处敞开；每一根导管104中的内通道以及被限定在该导管与相应的管100之间的间隙因此限定出熔融的盐的流动路径(向外和向内)。如图1和图3中示意性地描绘的，管100的第二区段100b和从其突出的相应的导管104的端部分别地连接到第二管板110和第三管板111，这界定出熔融的盐的分配通道和收集通道。该连结借助于焊接、延伸(expanding)或任何其它适当系统来实现。具体而言，在图1中示出的管100在反应室的内侧上被对接焊接(butt-welded)到管板101情况中，从反应室外侧到管板110的管板101之间的连结部(其界定出熔融的盐的分配通道和收集通道)借助于通过焊接、延伸或任何其它适当系统连结至该两块板的管区段100c实现。在反应室140中与工艺流体接触的各种元件(管板和管)由耐腐蚀性高的材料制成，该材料必须接触具有恶劣操作条件的反应系统。典型地，这些元件由钢或特殊合金制成，该特殊合金例如镍钼铬C276、C22、A59合金、Inconel625。特别地，管板101可以由对反应室条件有抵抗力的单一材料制成，或者通过用操作条件所需的材料101b*涂覆的不太昂贵的材料101a*制成。该涂覆可以通过填充材料或者通过根据现有技术的任何其它涂覆方法实现。此外，各种元件通过焊接被相互固定。如已知的，在有或没有填充金属(该填充金属与要被连结的两个元件的基底金属性质相同)的情况下，通过使待焊接条材局部熔化来执行该焊接；这种熔接使得两个元件在具有显著材料连续性的情况下被永久地连接。典型地，管100沿围绕反应物质再循环导管141的同心圆周分布，该导管总体上位于反应室140的中心处。典型地但不必然地，该反应物质在中心再循环导管中沿下降方向循环，并连合熔融尿素的质量以及优选地供应氨的质量例如借助于特定开口在最靠近管板(该管板在管束中的管100联合至管板的区域中开始接触管束中的管)的区域内以横向于管100的方向流出以向上返回到管之间的空间中。此外，即使在逆循环的情况中，管100的靠近管板101的区段仍然被沿着横向于管自身的方向再循环的流体撞击。如已知的，流体对表面的冲击引起表面自身的腐蚀，并且该腐蚀在冲击角度接近90°时更大。从在根据现有技术构造的管束上执行的检查来看，管束中的管100在与再循环流体冲击的区域中遭受腐蚀现象。更密切地分析上述现象发现，管束中沿最内圆周分布的管(这些管最靠近再循环物质从中心导管141离开的点)与沿最外圆周分布的那些管相比遭受更大的腐蚀。在所述检查期间也指出，焊接部显示出疲劳迹象，这可能因存在于某些湍流运动区域中的振动而造成。也应注意到，所述焊接部在厚度不同的(特别是厚度差大的)表面之间被执行，因此在执行两个有关表面之间的焊接期间，管与管板之间的质量造成在加热、熔化和冷却时间方面的显著差异，从而在材料自身中产生内应力(例如，为了将管外壁与管板焊接，用来熔化管板表面的热量使得对管壁的熔接持续至管的内表面)。因此，焊接区域受到机械应力，并会与侵蚀性混合物(例如，存在诸如NaOH的降解产物的熔融盐)接触而遭受颗粒间腐蚀(intergranularcorrosion)。为了克服在厚度不同并因此质量不同的情况下在管/管板对接焊接过程中引起的过度加热的缺陷，已知借助于对管板表面101b*的机械加工而形成与管厚度相同的杆108(见图3)。然而在这种情况中发现，除了熔接材料直接接触加热流体(例如熔融盐)之外，由于造出所述杆所必需的机械加工，所述杆因强应力仍然存在于杆自身中而倾向于遭受颗粒间腐蚀。还应当指出，在借助于焊接连合各种元件(板和热交换管)之后，实际上不可能使整个管束经受热处理(该热处理例如为退火、再溶或正火)而实现消除由于机械加工或者由于材料的局部加热、后续冷却以及收缩的影响而产生的内应力的目的。因此显然的是，在通过按照图1的板/管焊接102泄漏的情况下，通过经由焊接部直接泄漏或者在按照图2焊接的情况下通过管部分和/或杆的颗粒间腐蚀，又或者通过与焊接部102a(图3)相关的管侧部分的颗粒间腐蚀，反应室和加热回路处于不同的压力下，引起让两种不同流体接触的泄漏。特别地，如果反应室在高于加热回路压力的压力下操作，则例如三聚氰胺和氨的工艺流体进入加热回路自身，使得整个加热回路过压并引起破裂的危险。
技术实现思路
本专利技术的目标是借助于实现管式热交换组件和包括这种组件的设备(特别地用来生产三聚氰胺的反应器)来解决已知技术的上述缺点(例如，腐蚀和不同厚度之间的焊接)，该设备具有改进的结构强度特性并且允许消除管在管板附近的部分的腐蚀现象。本专利技术的另外目标是提供管式热交换组件和包括这种组件的设备(特别地用来生产三聚氰胺的反应器)，该设备可以减小形成裂缝和裂纹的危险。特别地，本专利技术的目标是减小在热交换管中形成裂缝和裂纹的危险，因此减小在管内循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管式热交换组件，用于生产三聚氰胺的化学反应器中，该管式热交换组件包括：/n管板(101)，所述管板具有第一面和第二面，所述第一面在使用情况中面向热交换室(140)的内部，所述第二面与所述第一面相对并且在使用情况中面向所述热交换室(140)的外部；/n至少一个通孔(103)，所述至少一个通孔穿过所述管板(101)的厚度；/n至少一个热交换管(100)，所述至少一个热交换管穿过所述通孔(103)并且与热交换流体的供应回路操作性地相关联，/n其特征在于，/n所述管式热交换组件还包括至少一个套管(200)，所述至少一个套管在相对的端部处敞开并且被固定至所述管板(101)以及所述热交换管(100)，所述套管(200)被容纳在所述通孔(103)中并且在所述热交换管(100)的横穿所述管板(101)的厚度的区段处被装配在所述热交换管(100)上，其中，所述套管(200)还突出超过所述管板(101)的所述第一面，使得所述管板的第一敞开端部终止于所述热交换室(140)的内部，所述套管(200)从所述第一面延伸的长度大于或等于反应物质再循环导管的径向开口的高度，所述套管(200)交替地或组合地通过焊接固定到所述管板(101)或固定到所述热交换管(100)，在所述热交换管(100)与所述管板(101)之间没有焊接，所述套管(200)完全插置在所述热交换管与所述管板之间，所述套管(200)的厚度小于管板(101)的厚度并且所述套管的厚度相似于热交换管(100)的管壁的厚度，套管(200)具有部分(200a)，该部分(200a)在反应室内延伸一定长度，该长度大于反应物质再循环导管(141)的开口的长度，以保护热交换管(100)的表面免于由反应室内再循环的流体冲击而引起腐蚀现象，每一个套管(200)通过第一焊接部(105)固定到管板(101)，该第一焊接部形成在管板的面向反应室(140)内部的面(101a)与各套管(200)的外侧向表面之间的过渡区域处，由此界定出套管的终止于反应室外部的区段与管板之间的空隙(201)，该空隙(201)在大气压区域中与管束的外部连通。/n...

【技术特征摘要】
20140110 IT MI2014A0000281.一种管式热交换组件，用于生产三聚氰胺的化学反应器中，该管式热交换组件包括：
管板(101)，所述管板具有第一面和第二面，所述第一面在使用情况中面向热交换室(140)的内部，所述第二面与所述第一面相对并且在使用情况中面向所述热交换室(140)的外部；
至少一个通孔(103)，所述至少一个通孔穿过所述管板(101)的厚度；
至少一个热交换管(100)，所述至少一个热交换管穿过所述通孔(103)并且与热交换流体的供应回路操作性地相关联，
其特征在于，
所述管式热交换组件还包括至少一个套管(200)，所述至少一个套管在相对的端部处敞开并且被固定至所述管板(101)以及所述热交换管(100)，所述套管(200)被容纳在所述通孔(103)中并且在所述热交换管(100)的横穿所述管板(101)的厚度的区段处被装配在所述热交换管(100)上，其中，所述套管(200)还突出超过所述管板(101)的所述第一面，使得所述管板的第一敞开端部终止于所述热交换室(140)的内部，所述套管(200)从所述第一面延伸的长度大于或等于反应物质再循环导管的径向开口的高度，所述套管(200)交替地或组合地通过焊接固定到所述管板(101)或固定到所述热交换管(100)，在所述热交换管(100)与所述管板(101)之间没有焊接，所述套管(200)完全插置在所述热交换管与所述管板之间，所述套管(200)的厚度小于管板(101)的厚度并且所述套管的厚度相似于热交换管(100)的管壁的厚度，套管(200)具有部分(200a)，该部分(200a)在反应室内延伸一定长度，该长度大于反应物质再循环导管(141)的开口的长度，以保护热交换管(100)的表面免于由反应室内再循环的流体冲击而引起腐蚀现象，每一个套管(200)通过第一焊接部(105)固定到管板(101)，该第一焊接部形成在管板的面向反应室(140)内部的面(101a)与各套管(200)的外侧向表面之间的过渡区域处，由此界定出套管的终止于反应室外部的区段与管板之间的空隙(201)，该空隙(201)在大气压区域中与管束的外部连通。


2.根据权利要求1所述的管式热交换组件，其中，所述套管(200)突出超过所述管板(101)的所述第二面，使得所述套管的第二敞开端部终止于所述热交换室(140)的外部。


3.根据权利要求1或2所述的管式热交换组件，其中，所述套管(200)通过第一焊接部(105)被焊接到所述管板(101)，所述第一焊接部从所述管板(101)的第一面那一侧形成在所述套管(200)的本体部分与所述通孔(103)的边缘之间，从而所述第一焊接部(105)被容纳在所述热交换室(140)中。


4.根据权利要求1或2所述的管式热交换组件，其中，所述套管(200)通过第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·圣图齐，
申请(专利权)人：欧洲技术设于伊特根的三聚氰氨卢森堡分支机构，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH