一种预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器

技术领域

本发明涉及用于乙烯裂解设备技术领域，具体涉及一种预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器。

背景技术

裂解装置中的重要设备除了裂解炉以外，就要算是线性急冷换热器了。线性急冷换热器由入口连接件、双套管换热单元、水联箱、裂解气联箱等组成。具体结构如下:每个双套管换热单元包括同心的内管和外管，每个双套管换热单元通过一个入口连接件与一根裂解炉出口炉管连接，多个双套管换热单元平行布置成单排或多排，与水联箱和裂解气联箱连接在一起。其中内管流动的是高温裂解气，入口连接件之处的温度高达800～900℃，进入急冷换热器在极短时间内(一般在0.1秒以下，气体裂解为0.03～0.07秒；馏分油裂解为0.02～0.06秒)要下降到出口温度约400℃(因原料而异)，由此可知，急冷换热器与一般换热器不同的地方是热强度高，操作条件极为苛刻，管内外必须同时承受较高的温度差和压力差。

现有的急冷换热器如图1所示，包括裂解气箱体1，上水联箱2、下水联箱3和并列布置的多个换热管模块，每个换热管模块包括内管4、外管5、入口管6、上接管7、下接管 8、上连接件9和下连接件10，内管4同心穿设在外管5内。上连接件9、下连接件10其中一个开口与外管5焊接固定，另一个开口与内管4焊接固定，以使得内管4外壁与外管 5内壁之间的通道连通上连接件9和下连接件10。上连接件9通过上接管7与上水联箱2 连通，下连接件10通过下接管8与下水联箱3连通。使用时，入口管6连接外围的裂解炉的出口连接，高温裂解气从内管4流至裂解气箱体1，冷却介质从下水联箱3的入口进入下连接件10，然后流至内管4外壁与外管5内壁之间的通道进行换热，到达上水联箱2。高温介质由裂解气箱体1出口流向后续工序。

裂解气在内管中被冷却降温时，不可避免地会有一部分高沸点烃类被冷凝下来。这样冷凝物有一部分被裂解气带走，而另一部分则附在内管的管壁上。随着生产的进行，附着在管壁上的烃类冷凝物在裂解气的作用下发生脱氢反应，同时伴随发生缩合反应。特别是芳烃脱氢后进一步稠环化，最终会导致焦炭生成。一般的说，由于裂解原料性质的差异，特别是族组成的不同，急冷换热器的结焦状况也不一样。以石脑油或轻柴油为原料裂解时，最常见的是在急冷换热器的内管出口端结焦，而且以冷凝脱氢缩合反应结焦为主，并伴随有二次反应结焦。结焦影响换热效果，甚至造成堵塞。另外，现有的急冷换热器中的高温裂解气流速不可控，或只能通过控制裂解炉出口的裂解气流速，间接控制急冷换热器中的裂解气流速；裂解炉出口的裂解气流速不变的情况下，急冷换热器中的高温裂解气流速不可调，无法满足日益高要求、灵活变通的生产需求。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器，能够调节内管的裂解气速度，能够减少内管的结焦。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器，包括裂解气箱体、上水联箱、下水联箱和并列布置的多个换热管模块，每个换热管模块包括内管、外管、入口管、上接管和下接管，内管同心穿设在外管内，内管的上端连通裂解气箱体，内管的下端连通入口管；下水联箱、下接管、内管外壁与外管内壁之间的环形通道、上接管和上水联箱依次连通形成冷却水流道；

裂解气箱体的顶部立有多条延伸管，延伸管与裂解气箱体贯通，延伸管对齐换热管模块的内管，部分或全部的延伸管穿设有调节柱，调节柱经由裂解气箱体插入内管中，且调节柱插入内管的深度可调节，调节柱与延伸管之间密封固定，调节柱的位于内管中的节段的外侧设有螺旋导流结构。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，调节柱的外侧设有多个定位柱，多个定位柱沿调节柱的长度方向布置。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，多个定位柱沿调节柱的长度方向螺旋布置。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，定位柱的纵截面呈下窄上宽的水滴状。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，调节柱的外侧覆盖有陶瓷层或漆层。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，螺旋导流结构为开在调节柱外侧的螺纹槽，螺纹槽为单螺旋、双螺旋或多螺旋布置。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，螺旋导流结构为固定于调节柱外侧的螺旋翅片，螺旋翅片为单螺旋、双螺旋或多螺旋布置。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，调节柱与延伸管之间螺纹连接，从而实现调节柱与延伸管之间密封固定，以及调节调节柱插入内管的深度。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，调节柱的位于内管中的节段的外径由上至下逐渐减小，或分级减小。

作为本发明的急冷换热器的进一步改进，调节柱的位于内管中的节段的外径可调节。

本发明的有益效果：

本发明的预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器，与现有技术相比，具有以下优点：

1)在内管中插有调节柱，调节柱占据内管的空间，裂解气流动的路径变小，以使得裂解气的流速加快，而且调节柱越深入内管，占据内管的空间越大，内管中的裂解气流动越快，如此实现裂解气的流速可调，降低了出口端的结焦；

2)裂解气流速越快，与冷却水流道的间接导热时间越短，流到裂解气箱体时的温度越高，即通过调节裂解气的流速，可调节裂解气换热后的温度，满足灵活变通的生产要求；

3)裂解气的流速加快，能够冲刷内管内壁的杂质，如此减少内管的结焦，尤其是内管的靠近裂解气箱体的节段；

4)螺旋导流结构使得裂解气由原来的直线流动转变为螺旋流动，通过旋转流道使得靠近出口端的裂解气的流动由直线变为螺旋线，减少了流体与内管内壁之间的层流层，提高了换热系数，更大冲击内管的杂质，减少了出口端的结焦，甚至避免结焦。

另外：

5)调节柱外侧的定位柱，能够减小裂解气冲击引起的震动，防止调节柱在内管振动引起结焦；

6)水滴状的定位柱，裂解气下进上出，防止高温裂解气在其表面形成沉积引起结焦；

7)调节柱的外侧覆盖有陶瓷层或漆层，将调节柱基体的金属材料与高温裂解气隔离开来，避免金属材料与高温裂解气发生反应引起结焦，能够避免调节柱的金属基体被裂解气中的炭冲刷腐蚀，提高调节柱的使用寿命；

8)调节柱的外径由上至下逐渐减小，或分级减小，或分级可调，使得越靠近出口端的内管流通面积越小，使得高温裂解气流速越来越快，进一步降低了出口端的结焦。

附图说明

图1为现有技术的急冷换热器的结构示意图。

图2为实施例中的预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器的结构示意图。

图3为另一实施例中的调节柱的形状示意图。

图4为又一实施例中的调节柱的形状示意图。

图2的附图标记：

裂解气箱体10、内管20、外管30、入口管40、上接管50、下接管60；

延伸管70、调节柱80、定位柱90。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

本实施例的预防高温裂解气出口结焦的急冷换热器，如图1至图4所示，包括裂解气箱体10、上水联箱、下水联箱和并列布置的多个换热管模块，每个换热管模块包括内管20、外管30、入口管40、上接管50和下接管60，内管20同心穿设在外管30内，内管20的上端连通裂解气箱体10，内管20的下端连通入口管40。下水联箱、下接管60、内管20 外壁与外管30内壁之间的环形通道、上接管50和上水联箱依次连通形成冷却水流道。作为改进的是：裂解气箱体10的顶部立有多条延伸管70，多条延伸管70与裂解气箱体10 贯通，多条延伸管70对齐多个换热管模块的内管20，部分或全部的延伸管70穿设有调节柱80，调节柱80经由裂解气箱体10插入内管20中，且调节柱80插入内管20的深度可调节，调节柱80与延伸管70之间密封固定，调节柱80的位于内管20中的节段的外侧设有螺旋导流结构。

与现有技术相比，具有以下优点：

1)在内管20中插有调节柱80，调节柱80占据内管20的空间，裂解气流动的路径变小，以使得裂解气的流速加快，而且调节柱80越深入内管20，占据内管20的空间越大，内管20中的裂解气流动越快，如此实现裂解气的流速可调，降低了出口端的结焦；

2)裂解气流速越快，与冷却水流道的间接导热时间越短，流到裂解气箱体10时的温度越高，即通过调节裂解气的流速，可调节裂解气换热后的温度，满足灵活变通的生产要求；

3)裂解气的流速加快，能够冲刷内管20内壁的杂质，如此减少内管20的结焦，尤其是内管20的靠近裂解气箱体10的节段；

4)螺旋导流结构使得裂解气由原来的直线流动转变为螺旋流动，通过旋转流道使得靠近出口端的裂解气的流动由直线变为螺旋线，减少了流体与内管内壁之间的层流层，提高了换热系数，更大冲击内管的杂质，减少了出口端的结焦，甚至避免结焦。

本实施例中，调节柱80与延伸管70之间螺纹连接，一方面实现调节柱80与延伸管70之间密封固定，另一方面通过上下旋转实现调节调节柱80插入内管20的深度。

本实施例中，调节柱80的外侧设有多个定位柱90，多个定位柱90沿调节柱80的长度方向螺旋布置，使得调节柱80径向偏移的空间小，能够减小裂解气冲击引起的大幅震动，防止调节柱在内管振动引起结焦。定位柱90的纵截面呈下窄上宽的水滴状，裂解气下进上出，防止高温裂解气在其表面形成沉积引起结焦。

本实施例中，调节柱80的外侧覆盖有陶瓷层或漆层，将调节柱基体的金属材料与高温裂解气隔离开来，避免金属材料与高温裂解气发生反应引起结焦，能够避免调节柱80的金属基体被裂解气中的炭冲刷腐蚀，提高调节柱80的使用寿命。

本实施例中，螺旋导流结构为开在调节柱80外侧的螺纹槽或固定于调节柱80外侧的螺旋翅片，螺纹槽和螺旋翅片的螺旋为单螺旋、双螺旋或多螺旋布置。

实际中可以进一步改进为：结合图3所示，调节柱80的位于内管20中的节段的外径由上至下逐渐减小，如此调节柱80伸入内管20同样的长度情况下，内管20的越往上靠近裂解气箱体10的节段，裂解气流速越快，如此有针对性地减少结焦，效果更明显。或改为如图4所示的调节柱80分级减小，即由上至下分多个直径逐级减小的节段。

实际中还可以进一步改进为：调节柱80的位于内管20中的节段的外径可调节，以改变调节柱外径的形式来改变占据内管20空间的方式，来调节裂解气的流速。具体调节柱的外径调节结构，可以为在调节柱80的外侧焊接增厚套。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。