[发明专利]一种降低双螺旋上升管换热器底部法兰热应力的设备结构

说明书

本发明公开了一种降低双螺旋上升管换热器底部法兰热应力的设备结构，包括外壳、底部法兰和双螺旋盘管，底部法兰设置于外壳底部，双螺旋盘管设置于外壳夹层底部，布置于底部法兰上方，双螺旋盘管包括两根螺旋盘管，分别为盘管A和盘管B，盘管A和盘管B沿盘管螺旋横截面180°切线方向对称布置引出外壳。本发明通过改善上升管换热器底部法兰与内筒结合部位的传热状态，降低温度梯度分布，减少热应力的方法和结构设计，降低总应力，消除上升管换热器开裂损坏、保障设备运行安全、延长设备使用寿命。

技术领域

本发明涉及炼焦技术领域，具体涉及一种降低双螺旋上升管换热器底部法兰热应力的设备结构。

背景技术

炼焦过程中，炼焦煤装入焦炉炭化室，在炭化室内隔绝空气干馏，生成大量荒煤气，荒煤气离开炭化室时温度650～950℃，经过上升管、三通、桥管到达集气管之后被输送到煤气净化工序。高温荒煤气在桥管处经过循环氨水喷洒降温到80～85℃左右，大量显热被浪费。若将荒煤气余热回收利用生产中低压蒸汽供焦化厂自用，是降低炼焦工序能耗、降低碳排放强度的有效手段之一。

在一个焦炉炭化室周转周期内，流经上升管阶段的气体温度是周期变化的，如图1所示，装煤和推焦阶段温度高、并且剧烈变化，最高温度达1100～1200℃。

目前现有的炼焦荒煤气显热回收方法，主要是采用换热介质通过盘管或水夹套式上升管换热器间接地回收荒煤气显热生产蒸汽，当上升管换热器采用螺旋盘管结构形式时，在一个焦炉炭化室周转周期内，由于推焦阶段和装煤阶段上升管换热器入口荒煤气温度在较短的时间内剧烈变化，上升管换热器底部法兰处温度梯度最大，所受的热应力最大，再加上上升管换热器上部设备的重力、本体设备自重以及换热介质的重力，上升管换热器底部法兰受到的静力也是最大的部位，这样对于上升管换热器底部法兰部位就是整个设备所受总应力最大的部位。在实际生产应用中，一旦这个部位的总应力超过其所用材料、结构所能承受的应力极限时，就会造成底部法兰与上升管换热器内筒交界处开裂破坏，高温荒煤气从开裂处向外泄漏，泄漏的高温荒煤气不但造成环境污染，遇到空气还会马上燃烧或腐蚀盘管，继续形成局部高温，这种恶性循环最终造成上升管换热器损坏，国内一些焦化厂的6.25米捣固焦炉、7米顶装焦炉在使用螺旋上升管换热器进行荒煤气余热回收时，运行3个月～1年时，出现了40％～100％的上升管换热器从底部法兰与内筒结合部位的开裂损坏现象。

降低整个周转周期内底部法兰与内筒结合部位处的总应力是消除上升管换热器开裂损坏、保障设备安全运行最直接、有效的方法；静应力在周转周期内不变，提高此部位的传热能力，降低底部法兰与内筒结合部位的温度或温度梯度是降低周转周期内热应力的最直接、有效的措施。

螺旋盘管式上升管换热器目前有单螺旋盘管、双螺旋盘管和多螺旋等多种方式；双或多螺旋盘管相较于单螺旋盘管有循环系统阻力小、节能、便于单管故障时灵活机动处理等优点，近年来采用双螺旋上升管换热器结构方式较多。

但对于双螺旋上升管换热器而言，盘管一般采用双管并绕的结构方式，进出设备本体需要组装操作、焊接间隙；在上升管换热器底部，盘管在内筒外圆周方向上距离底部法兰的距离最大处为盘管绕一个整圆周后向上螺旋进入第2圈的地方，此处最小距离为2倍的盘管外直径，这个距离比较大，不利于此部位的热传导，热应力也比较大，而且在圆周方向上热应力也不均匀。

本发明通过降低此处热应力的方法和合理结构设计，可以降低双螺旋上升管换热器底部法兰与内筒间的总应力，消除上升管换热器开裂损坏、保障设备运行安全、延长设备使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种降低双螺旋上升管换热器底部法兰热应力的设备结构，通过改善上升管换热器底部法兰与内筒结合部位的传热状态，降低温度梯度分布，减少热应力的方法和结构设计，降低总应力，消除上升管换热器开裂损坏、保障设备运行安全、延长设备使用寿命。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：