Пластинчатый теплообменник для гидрогенизационных установок вторичной переработки нефти Российский патент 2019 года по МПК F28D9/00 F28F13/18 

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя средами через стенку и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

В современных установках процессов вторичной переработки нефти, таких как каталитический риформинг, гидроочистка дизельных топлив и бензина, изомеризация пентан-гексановых фракций и др. широко используются теплообменные аппараты, обеспечивающие рекуперацию тепла в осуществляемой технологии. Одними из эффективных теплообменных аппаратов являются пластинчатые теплообменники, в которых теплообмен осуществляется между технологическими средами, движущимися противотоком или прямотоком между параллельно расположенными пластинами, разделяющими их. Количество пластин в теплообменнике может быть большим, причем каждая из пластин разделяет нагреваемую и охлаждаемую среды.

Известен пластинчатый теплообменник, применяемый для гидрогенизационых установок вторичной переработки нефти (Заявка на изобретение РФ №98107316), выбранный авторами в качестве ближайшего аналога. Теплообменник состоит из корпуса высокого давления, имеющего штуцера для входа и выхода нагреваемой и охлаждаемой сред, и установленного в корпусе пакета пластин, содержащего набор параллельных металлических теплообменных пластин, образующих два противоточных контура - для охлаждаемой и нагреваемой сред.

Недостатками известного технического решения является пониженная эффективность рекуперации тепла за счет тепловых потерь от пакета пластин, а также повышенные эксплуатационные затраты из-за потерь тепла через корпус теплообменника.

Задачей изобретения является повышение эффективности теплообменника и снижение эксплуатационных затрат при применении теплообменника.

Технический результат достигается тем, что пластинчатый теплообменник для гидрогенизационных установок вторичной переработки нефти, имеет вертикальный цилиндрический стальной корпус, включающий цилиндрическую обечайку, верхнее и нижнее днища со штуцерами входа и выхода компонентов переработки, установленный в корпусе пакет пластин, содержащий набор вертикально установленных металлических теплообменных пластин, образующих два противоточных теплообменных контура и рукава, соединяющие штуцера корпуса с теплообменными контурами, при этом пакет пластин и рукава имеют внешнюю тепловую изоляцию, а цилиндрическая обечайка корпуса, верхнее днище и установленные на нем штуцера имеют внутреннюю тепловую изоляцию.

Предпочтительно, чтобы термическое сопротивление тепловой изоляции составляло 0,05-0,3 (м²*К)/Вт.

Предпочтительно, чтобы тепловая изоляция выполнена из углеродного волокнистого материала, при этом предпочтительно использование углеродного войлока.

Предпочтительно, чтобы тепловая изоляция пакета пластин и корпуса имели различное термическое сопротивление по высоте пакета пластин и цилиндрической обечайки корпуса.

Предлагаемое техническое решение поясняется следующими графическими материалами:

Фигура 1. Общий вид конструктивного варианта пластинчатого теплообменника.

Фигура 2. Горизонтальное сечение пакета пластин.

Фигура 3. Сечение цилиндрической обечайки корпуса с тепловой изоляцией.

Обозначения на фигурах;

1 - Цилиндрическая обечайка корпуса.

2 - Верхнее днище корпуса.

3 - Нижнее днище корпуса.

4 - Пакет пластин.

5 - Магистраль подачи газа в корпус теплообменника.

6 - Магистраль отвода газа из корпуса теплообменника.

7 - Штуцер входа нагреваемой смеси.

8 - Штуцер выхода нагретой смеси.

9 - Штуцер входа охлаждаемой смеси.

10 - Штуцер выхода охлаждаемой смеси.

11 - Рукава.

12 - Теплообменные пластины.

13 - Слой внешней теплоизоляции пакета пластин.

14 - Сечение цилиндрической обечайки корпуса теплообменника (показано без пакета пластин, установленных в нем).

15 - Слой внутренней теплоизоляции цилиндрической обечайки корпуса.

Пластинчатый теплообменник для гидрогенизационных установок вторичной переработки нефти по предлагаемому техническому решению имеет вертикальный цилиндрический стальной корпус. Корпус включает в себя цилиндрическую обечайку (1), верхнее (2) и нижнее (3) днища. Днища соединены с корпусом разъемным или неразъемным (сварным) соединением. Конструкция корпуса выполнена с условием обеспечения внутри корпуса высокого давления, например, 30 атм. На днищах корпуса установлены по два штуцера для входа (7, 9) и выхода (8, 10) нагреваемой и охлаждаемой смесей. Внутри корпуса, вертикально установлен пакет пластин (4). Пакет содержит набор вертикально установленных металлических теплообменных пластин, образующих два противоточных теплообменных контура. В корпус введены магистрали подачи газа в корпус теплообменника (5) и отвода газа из корпуса теплообменника (6). Внутри корпуса также установлены рукава (11), соединяющие штуцера корпуса с теплообменными контурами пакета пластин.

Пластины, входящие в пакет теплообменных пластин имеют ширину и длину, равные, соответственно, ширине и длине пакета. Толщина каждой из пластин, например, 0,7-1,3 мм. Пластины выполнены из жаростойкой коррозионностойкой стали. Пластины расположены с зазором между ними. Такой зазор может быть обеспечен, например, установкой проставок между пластинами, созданием на пластинах выступов, предотвращающих соединение пластин друг с другом, чередованием плоских и гофрированных пластин и др. Зазор между пластинами составляет, например, 3-20 мм. Совокупность зазоров между пластинами, взятых через один зазор (т.е. все «четные» зазоры) формируют один из теплообменных контуров, тогда как совокупность других зазоров («нечетных») формируют второй теплообменный контур. Пакет пластин имеет внешнюю тепловую изоляцию (13), т.е. закрепленный на всей его внешней поверхности слой теплоизоляционного материала.

Рукава (11) имеют внешнюю тепловую изоляцию, а цилиндрическая обечайка корпуса (1), верхнее днище корпуса (2) и установленные на нем штуцера (8-9) имеют внутреннюю тепловую изоляцию.

Предпочтительно, чтобы термическое сопротивление тепловой изоляции составляло 0,05-0,3 (м²*К)/Вт. Тепловая изоляция, может быть выполнена из различных материалов, сохраняющих работоспособность при температурах эксплуатации теплообменника. Предпочтительно, если теплоизоляция выполнена из углеродных волокнистых материалов, имеющих высокое термическое сопротивление, термостойкость и обеспечивающих технологичность изготовления изоляции. Среди углеволокнистых материалов наиболее предпочтительными являются углеродные войлоки.

Предпочтительно, чтобы тепловая изоляция пакета пластин и цилиндрической обечайки корпуса имели различное термическое сопротивление по высоте пакета пластин и цилиндрической обечайки корпуса. Это связано с необходимостью большей теплоизоляцией областей пакета пластин и корпуса, имеющих более высокую температуру. При этом достигается экономное расходование теплоизоляционного материала, что важно при применении углеродных волокнистых материалов, имеющих относительно высокую стоимость.

В наиболее часто используемых процессах вторичной переработки нефти, теплообменник работает следующим образом. Через магистраль подачи газа (5) в корпус теплообменника подается газ под давлением, например, 25 атм. Создаваемое этим газом давление внутри корпуса необходимо для компенсации давления в пакете пластин и предотвращает разрушение пакета пластин внутренним давлением. Подаваемый в корпус теплообменника газ, при необходимости, удаляется из корпуса через магистраль (6). В качестве газа может быть использована водородсодержащая газовая смесь, применяемая в технологии вторичной переработки нефти. Нагреваемая газовая смесь, состоящая из перерабатываемых компонентов (например, бензиновой фракции углеводородов) и газа-носителя, например водородсодержащей газовой смеси, имеющая давление, например, 22 атм. и температуру 90°С, подается через штуцер (7) и рукав (11) в пакет теплообменных пластин (4), заполняя все зазоры между пластинами (12), образующими теплообменный контур нагреваемой смеси. Двигаясь по контуру вверх смесь нагревается, например, до температуры 450°С, за счет тепла, получаемого газовым потоком смеси теплопередачей через пластины теплообменника от охлаждаемого потока, движущегося в противоположном направлении. На выходе из пакета пластин, смесь подается в рукав (11), а из него в выходной штуцер перерабатываемых компонентов (8) и далее подается, например, в реакторы вторичной переработки нефти. Охлаждаемая газовая смесь, например, с температурой 490°С и давлением 20 атм., образовавшаяся в реакторе вторичной переработки нефти, через входной штуцер (9) и рукав (11) подается в пакет теплообменных пластин (4) в контур охлаждаемой смеси и, двигаясь между пластинами, отдает часть своего тепла теплопередачей нагреваемой смеси, движущейся в противоположном направлении. На выходе из пакета пластин охлажденная смесь, например, с температурой 120°С, через рукав (11) и штуцер (10) выводится из теплообменника.

За счет того, что пакет пластин имеет внешнюю теплоизоляцию (13), тепло, приходящее в теплообменник с охлаждаемой (т.е. наиболее нагретой) смесью, более полно передается нагреваемой смеси. В этом случае существенно уменьшаются потери тепла от охлаждаемой смеси во внутреннюю полость корпуса, а далее, через стенку корпуса наружу.

Тем самым повышается степень рекуперации тепла в теплообменнике. Кроме того, за счет теплоизоляции пакета пластин и тепловой изоляции цилиндрической обечайки корпуса, верхнего днища корпуса и установленных на нем штуцеров существенно уменьшается тепловой поток на стенки корпуса теплообменника и снижается температура обечайки корпуса и верхнего днища. Снижение температуры корпуса при длительной эксплуатации не только повышает его механическую надежность, но и позволяет использовать для изготовления корпуса менее жаропрочные, а следовательно, и более дешевые марки конструкционных сталей.

Таким образом, реализация предлагаемого технического решения повышает эффективность теплообменника за счет уменьшения потерь тепла от теплообменивающихся смесей, что обеспечивает снижение эксплуатационных затрат при применении теплообменника. Снижение эксплуатационной температуры корпуса повышает его надежность, а также позволяет использовать для изготовления корпуса более дешевые марки конструкционных сталей, что снижает эксплуатационные затраты.

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя средами через стенку и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. В пластинчатом теплообменнике для гидрогенизационных установок вторичной переработки нефти, имеющем вертикальный цилиндрический стальной корпус, включающий цилиндрическую обечайку, верхнее и нижнее днища со штуцерами входа и выхода компонентов переработки, установленный в корпусе пакет пластин, содержащий набор вертикально установленных металлических теплообменных пластин, образующих два противоточных теплообменных контура и рукава, соединяющие штуцера корпуса с теплообменными контурами, пакет пластин и рукава имеют внешнюю тепловую изоляцию, а цилиндрическая обечайка корпуса, верхнее днище и установленные на нем штуцера имеют внутреннюю тепловую изоляцию. Технический результат - уменьшение потерь тепла, снижение эксплуатационной температуры корпуса. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пластинчатый теплообменник для гидрогенизационных установок вторичной переработки нефти, имеющий вертикальный цилиндрический стальной корпус, включающий цилиндрическую обечайку, верхнее и нижнее днище со штуцерами входа и выхода компонентов переработки, установленный в корпусе пакет пластин, содержащий набор вертикально установленных металлических теплообменных пластин, образующих два противоточных теплообменных контура, и рукава, соединяющие штуцера корпуса с теплообменными контурами, отличающийся тем, что пакет пластин и рукава имеют внешнюю тепловую изоляцию, а цилиндрическая обечайка корпуса, верхнее днище и установленные на верхнем днище штуцера имеют внутреннюю тепловую изоляцию.

2. Пластинчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что термическое сопротивление тепловой изоляции составляет 0,05-0,3 (м²*К)/Вт.

3. Пластинчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что тепловая изоляция выполнена из углеродного волокнистого материала.

4. Пластинчатый теплообменник по п. 3, отличающийся тем, что тепловая изоляция выполнена из углеродного войлока.

5. Пластинчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что тепловые изоляции пакета пластин и цилиндрической обечайки корпуса имеют различное термическое сопротивление по высоте пакета пластин и цилиндрической обечайки корпуса.