專利名稱：具有液體流量調(diào)節(jié)元件的管束設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管束設(shè)備，該管束設(shè)備包括液體流量的金屬調(diào)節(jié)元件。更明確地說，本發(fā)明涉及豎直類型的管束設(shè)備，該管束設(shè)備適于用來實(shí)現(xiàn)在兩種流體之間的熱交換，這兩種流體中的一種在液體狀態(tài)下，沿膜形式的管子的內(nèi)壁降落。甚至更具體地說，本發(fā)明涉及一種降落液體膜類型的管束熱交換器，該管束熱交換器適于將氣體和蒸汽與液體分開，該液體具有高侵蝕性，該管束熱交換器裝有用于液體膜的分配的特定元件，該特定元件位于每根管的頭部中。
背景技術(shù)：
管束設(shè)備在技術(shù)中廣泛地用來高效地實(shí)現(xiàn)在兩種流體之間的熱交換，特別是當(dāng)相變或化學(xué)反應(yīng)由于熱量流動沿交換壁的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)生時。這種類型的設(shè)備建造比較容易和簡單，因?yàn)樗ǔ０▓A柱形腔室，該圓柱形腔室由多根管子縱向穿過，這些管子密封固定到兩塊橫向板(叫做管板)上，這兩塊橫向板在設(shè)備的兩個端部處定界兩個腔室，這兩個端部由兩個頭部劃界，這兩個腔室用來分別收集和分配在管子內(nèi)流動的氣體和液體。常常包括來自加熱爐或飽和蒸汽的熱氣體的交換器流體在管子外、在所謂的殼體側(cè)循環(huán)。在豎直降落液體膜類型的管束熱交換器中(本發(fā)明具體地參考該管束熱交換器)，管子豎直地定位，從而均勻和薄流體膜通過重力從上方沿壁流動，因而得到與在殼體側(cè)上的流體的足夠熱交換，盡可能多地減少接觸時間。同時，由于加熱由蒸發(fā)或化學(xué)反應(yīng)可能形成的蒸汽，通過寬液體膜表面容易地釋放，并且可沿管子的大體無液體內(nèi)部導(dǎo)管除去。 因此基本上是，為了這種類型的熱交換器的良好作用，使液體膜均勻地分配，并且這甚至不會偶然形成堵塞區(qū)域、和與蒸汽相混合的紊流、及隨之發(fā)生的沿管子的阻塞和壓力降。在這些情況下為了實(shí)現(xiàn)熱交換一般采用的某些方法和設(shè)備，例如在技術(shù)出版物 “Perry' s Chemical Engineering Handbook”，McGraw-Hill Book Co.，6th Ed. (1984)， pages 11-18中提到。這種設(shè)備的典型例子由洗提器代表，該洗提器插入在尿素的合成過程的高壓循環(huán)中。在處置具有高侵蝕性的流體的熱交換器中，每根管子和管板的兩個表面的至少一個、和頭部的內(nèi)表面的至少一部分，暴露而與這些流體直接接觸，并因此這些表面必須包括或適當(dāng)?shù)赝坑斜Ｗo(hù)金屬層，該保護(hù)金屬層耐化學(xué)腐蝕、或由像例如紊流或氣體形成之類的動態(tài)現(xiàn)象生成的磨蝕。在多種情況下，磨蝕和腐蝕動作相互作用，協(xié)同地使流體甚至更有侵蝕性。腐蝕和/或磨蝕問題在現(xiàn)有工廠中已經(jīng)面臨各種解決方案，并且其它解決方案已經(jīng)在文獻(xiàn)中提出。事實(shí)上有多種金屬和合金，在足夠長的時段內(nèi)，能夠耐受極端侵蝕條件，這些極端侵蝕條件在設(shè)備內(nèi)在涉及流體的過程中產(chǎn)生，像例如在硝酸和尿素的合成中產(chǎn)生，這些流體具有極高腐蝕性。在這些金屬中，除多種不銹鋼，像例如奧氏體不銹鋼 (AISI316L鋼尿素級)、類型25/22/2Cr/Ni/Mo的不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼外，可提到鉛、鈦、鋯、鉭、鈮及它們的各種等級的合金。
不顧它們相對于不銹鋼的較高成本，諸如鈦和鋯之類的金屬，由于它們對于腐蝕的高耐受性和滿意的機(jī)械品質(zhì)，對于在高壓熱交換設(shè)備中的管子的生產(chǎn)常常是優(yōu)選的，該高壓熱交換設(shè)備用在尿素和硝酸的合成中。鋯特別是因?yàn)槠鋵τ诨瘜W(xué)腐蝕和對于它與其相接觸的過程流體的磨蝕作用的優(yōu)良耐受性而眾所周知，而鈦具有與鋯大體相似的腐蝕耐受性，但具有對于磨蝕作用的較低耐受性。在豎直降落液體膜類型的管束熱交換器的特定情況下，像在例如在尿素合成高壓環(huán)路中包括的洗提器，對于腐蝕問題的解決方案由于設(shè)備的特定幾何形狀極為復(fù)雜，該設(shè)備的目的在于，除高機(jī)械應(yīng)力之外，盡可能受控和可再現(xiàn)地允許流體的溫度和成分的分布， 在其中氨基甲酸銨的熱解化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域中金屬表面經(jīng)受這些機(jī)械應(yīng)力，這些金屬表面因此經(jīng)歷顯著的磨蝕作用，并且必須包括具有適當(dāng)機(jī)械耐受性的金屬。在過去幾年由本領(lǐng)域的操作人員已經(jīng)提出多種解決方案。美國專利4，899，813描述了豎直管束設(shè)備的建造和使用，該豎直管束設(shè)備特別適于尿素溶液的高壓洗提操作，該尿素溶液來自合成反應(yīng)器。為了防止在管子內(nèi)的區(qū)域中的腐蝕，在該處氨基甲酸酯的熱交換和分解發(fā)生，并因此在該處有流體的最大化學(xué)和磨蝕性侵蝕，使用包括雙金屬管的管束，即管束包括外部部分和內(nèi)部部分，該外部部分由不銹鋼制成，該內(nèi)部部分具有較薄厚度(0. 7-0. 9mm)，由鋯制成，該內(nèi)部部分與前者(外部部分)機(jī)械地粘結(jié)，但不焊接到它上，因?yàn)閮煞N材料對于正常熔融焊接是彼此不兼容的。這種解決方案代表相對于已知技術(shù)的顯著改進(jìn)，但在長時間段上，它不能防止作為腐蝕性流體向管子的外部部分滲入的結(jié)果產(chǎn)生的腐蝕問題，該外部部分由鋼制成。根據(jù)其它解決方案，也有使用管子的提議，這些管子完全由高性能金屬制成，如由鋯、鈮或鉭制成，與由同一材料制成的涂層相連接，作為暴露于腐蝕的設(shè)備的剩余部分的壁。然而，這些解決方案的高成本限制它們的廣泛工業(yè)發(fā)展。專利申請EP1577632描述了一種管束熱交換器，該管束熱交換器適用于在尿素合成設(shè)備中的氨基甲酸銨的處理，在該管束熱交換器中，管束包括鈦管，這些鈦管在與腐蝕性流體相接觸的一側(cè)上涂有薄鋯層，并且通過鈦-鈦焊接密封固定在管子薄板的鈦涂層上。 鋯層不必對于管子的整個長度延伸，但它可定位在管子的經(jīng)受最強(qiáng)烈侵蝕性攻擊的區(qū)域中。用來得到這些管子的方法可包括熱焊接或鍛造，以利于在鋯層與鈦表面之間的金屬鍵的形成。公布國際專利申請W006/020381，通過具有管子的管束的生產(chǎn)，提出對于這個問題的不同解決方案，這些管子包括中間金屬管狀元件，該中間金屬管狀元件特別是包括高性能抗腐蝕金屬，該中間金屬管狀元件在固態(tài)下，對于端部的一個或兩個，與第二雙層同軸管狀元件相焊接，在該第二雙層同軸管狀元件中，一層具有與中間元件相同的金屬，并且另一層適于與管板的涂層的金屬相焊接。以上豎直降落液體膜熱交換設(shè)備要求一種裝置，該裝置用于液體沿管子的壁的最佳分配，并且用于氣體和蒸汽的同時排出，這些氣體和蒸汽優(yōu)選地從下面引入到交換器中， 作為在液體本身的一種或多種組分的蒸發(fā)或熱解之后，在管子本身中的夾帶氣體、或產(chǎn)物。 這種裝置，更普通地借助于技術(shù)術(shù)語“套圈，，而得知，一般具有管狀形式，并且在支撐管板上方，楔入到管束的每根管子的端部上。所述套圈為了氣體或蒸汽的出去可向上打開，或者， 它可在上端部處借助于頭部閉合，該頭部也可起用于可能固定格柵的支架的作用，如稍后說明的那樣，在該情況下，氣體或蒸汽通過一個或多個側(cè)孔排出，這些側(cè)孔位于套圈的側(cè)壁中，靠近其上端部。一個或多個孔切向定位在套圈的壁中，稍高于在管子的端部上的支架基座，以允許液體在內(nèi)部壁上的進(jìn)入和均勻分布。此外，每個套圈包括下端部，該下端部超越支架基座延伸，成形為對應(yīng)地插入在交換器的每根管子的上部開口中。固定格柵通常抵靠在套圈組的上部部分上，該套圈組插入在管束中，以便對抗上升蒸汽的力，保持在管子中牢固插入的套圈。以上描述類型的裝置工業(yè)上應(yīng)用在各種領(lǐng)域中的豎直降落液體交換器上。在尿素合成過程的多個洗提器中至今使用的套圈的感興趣描述，提供在S. R.證0吐在fertilizer News, 1994年6月，57-65頁中發(fā)表的文章中。以上描述類型的套圈，當(dāng)這些是降落膜類型的時，例如既用在高壓尿素合成循環(huán)的分解器/洗提器中，又用在以后設(shè)備中，該以后設(shè)備用于在同一設(shè)備的中或低壓下的氨基甲酸銨的分解。在用于尿素合成的高壓洗提器中使用的典型套圈的剖視圖，示意地表示在如下圖2中。盡管以上套圈的使用已經(jīng)知道很長時間了，但缺陷的某些還沒有滿意地克服。主要問題之一事實(shí)上仍然是，通過在管子的上端部上的套圈的抵靠和插入?yún)^(qū)域液體借助于腐蝕和磨蝕作用的滲入。由于其作為可除去裝置的功能，事實(shí)上，套圈沒有焊接到管子上，而是簡單地抵靠在它上，利用其下部部分在管子空腔中的楔形插入，作為定位和密封元件。然而，由于在使用期間設(shè)備的振動，并且在具有高腐蝕和磨蝕作用的高溫流體的應(yīng)力下，隨時間產(chǎn)生滲入，這些滲入逐漸損壞它們與相接觸的表面，最后產(chǎn)生管子的上端部的嚴(yán)重變形現(xiàn)象和液體的顯著損失，該液體在非切向方向上并且在非安排位置中進(jìn)入管子，因而防止降落膜沿壁的均勻形成，并且產(chǎn)生金屬壁的磨蝕和腐蝕的另外危險。在延長設(shè)備的持續(xù)時間的嘗試中，已經(jīng)使用格柵，這些格柵抵靠在套圈的上端部上，這些格柵可能設(shè)有用來阻塞套圈的孔或外殼，如在這里包括的圖2和在(ihosh的上述文章中表示的那樣。然而，這種解決方案也已經(jīng)證明是不滿意的，因?yàn)橛捎诟駯藕凸茏佣瞬康牟豢杀苊庾冃?、并且也作為套圈的上部末端相對于完美共面性的不相等高度的結(jié)果，不能夠足夠地減少在套圈與管子端部之間存在的空隙中的滲入，這種不相等高度允許套圈的很小移動，尤其在設(shè)備的啟動和停機(jī)階段中，并且隨之而來的是液體的滲入。在其用來連續(xù)地改進(jìn)其技術(shù)的活動中，本申請人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一種管子和重疊套圈的特定構(gòu)造，這種構(gòu)造提供對于以上要求和與其相關(guān)的問題的適當(dāng)解決方案，特別是關(guān)于具有管子的管束設(shè)備，這些管子包括與不銹鋼不同的抗腐蝕材料，如以上提到的ττ或 Ti。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一目的涉及降落液體膜型的管束設(shè)備，該管束設(shè)備適用于流體之間的熱交換，所述管束設(shè)備包括豎直圓柱形本體，該豎直圓柱形本體在端部處閉合，并且借助于兩塊開孔管板劃分成至少一個上部段、中間段及下部段，這兩塊開孔管板按彼此離開適當(dāng)距離而橫向地布置，其中，多根管子沿縱向布置以形成管束，并且利用相應(yīng)端部密封插入在所述管板的孔中，以允許圓柱形本體的所述上部段和下部段彼此流體連通，每根管子在上端部上設(shè)置有管狀裝置，該管狀裝置也叫做套圈，用于膜形式的液體沿管子的壁的進(jìn)入和分配，所述管狀裝置包括在上方的一個或多個開口，其用于蒸汽的出去；在中間高度處的一個或多個開口，其優(yōu)選地是切向的，用于液體的進(jìn)入；在下面的圓形基座，其用來保持在所述管子的上端部上；及下部圓柱形段，其超越圓形基座向下突出，插入在所述管子內(nèi)一段長度，該長度從10至200mm變化，并且該下部圓柱形段優(yōu)選地具有與管狀元件的內(nèi)徑基本一致的外徑，其特征在于所述套圈包括另外的金屬帶條，該金屬帶條相對于所述圓形基座的外側(cè)沿側(cè)向布置，并且超越該圓形基座突出至少2mm的長度，優(yōu)選地突出從3至 50mm的長度；并且在所述外部金屬帶條與向下突出的所述圓柱形段之間限定的圓形區(qū)域中具有墊片，該墊片插入在套圈的所述圓形基座與管子的所述上端部之間。本發(fā)明的第二目的涉及一種用于以上管束設(shè)備的生產(chǎn)的方法，該方法包括在圓柱形殼體內(nèi)布置兩塊開孔管板，該圓柱形殼體在兩個端部處設(shè)有兩個末端頭部，使得每塊管板位于頭部附近；將多根管子插入且密封固定在位于每塊管板內(nèi)的孔中，所述多根管子向管板的平面垂直地延伸將管板分隔開的整個距離，以便將每塊管板與相應(yīng)的頭部之間的空間彼此流體連通；在所述管子中的每一根的上端部上定位有套圈，該套圈包括在上部區(qū)域中的一個或多個開口，其用于蒸汽的出去；在中間高度處的一個或多個開口，其優(yōu)選地是切向的，用于液體的進(jìn)入；在下部區(qū)域中的圓形基座，其用于在上部邊界上抵靠所述管子；以及圓柱形段，其超越圓形基座向下突出，插入在所述管子中一段長度，該長度從10至 200mm變化，該圓柱形段的外徑基本上與管子的內(nèi)徑重合，其特征在于所述套圈包括另外的金屬帶條，該金屬帶條相對于所述圓形基座的外側(cè)沿側(cè)向布置，并且超越該圓形基座突出至少2mm的長度，優(yōu)選地突出從3至50mm的長度；并且在所述外部金屬帶條與向下突出的所述圓柱形段之間限定的圓形區(qū)域中插入有環(huán)形墊片，該墊片用作套圈的所述圓形基座與管子的所述上端部之間的支撐件。本發(fā)明的其它目的在如下本描述和如下權(quán)利要求書中將顯得顯而易見。這里參考某種金屬所使用的術(shù)語“合金”，是指金屬組分，該金屬組分以按重量至少50%的量包括所述金屬。除非下文另有規(guī)定，對于金屬的每次提及也包括其相應(yīng)合金。在本描述和權(quán)利要求書中參考與一定金屬或合金的表面相接觸的過程流體的作用所使用的術(shù)語“腐蝕”和“腐蝕性”，在其一般意義上指形成表面的材料的除去或其性質(zhì)的修改，并且既包括由表面的化學(xué)攻擊產(chǎn)生的腐蝕作用，又包括由于沖擊、摩擦及剪力由物理除去過程產(chǎn)生的磨蝕作用。按照本描述，在一定過程條件下相對于流體對于材料提到的術(shù)語“耐腐蝕”，限定具有比0. Imm/年低的腐蝕指數(shù)的材料，該腐蝕指數(shù)根據(jù)規(guī)范ASTM A262文件C(HUEY TEST) 測量。對用于通常工業(yè)用途的材料的腐蝕指數(shù)，指示在對于本領(lǐng)域的專家已知的各種手冊中，像例如指示在條目“氨基甲酸銨”下，在以上提到的“Perry' s Chemical Engineering Handbook (佩里化學(xué)工程手冊)，，的表23-22至23-24中。在本描述和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“加壓焊接”和“密封焊接”，是指從規(guī)范 ASME VIII Div. 1UW20取得的如下定義-加壓焊接是具有如下特性的焊接如基于由焊接零件的膨脹產(chǎn)生的機(jī)械特性和應(yīng)力而滿足項(xiàng)目要求；-密封焊接按避免損失的目的而實(shí)現(xiàn)，并且其尺度不是基于以前對于加壓焊接表達(dá)的負(fù)載而確定。術(shù)語“金屬鍵合”，當(dāng)在本文中使用時指的是在彼此接合的兩個金屬物體(像例如，從管子、金屬涂層、板或受力物體中選擇的任何兩個物體)之間的相互作用，表示在所述金屬物體之間的接觸表面或部分的存在，在該接觸表面或部分中，相應(yīng)組分(它們能是相同金屬或不同金屬)直接或間接地彼此接合，從而形成連接，該連接具有與所述金屬的至少一種在相同量級上的機(jī)械和釋放阻力特性。金屬鍵合物體的例子是如下那些其中，通過有或沒有可熔焊條的熔焊、銅焊、摩擦焊、爆炸焊、共擠壓、熱拉制及類似技術(shù)，接合相應(yīng)
金屬O術(shù)語“高”和“低”或它們的類似詞和衍生詞，如“上部”和“下部”，當(dāng)相對于降落液體熱交換器或它們的零件、包括本發(fā)明的設(shè)備對象而使用時，涉及在使用中時所定位的豎直設(shè)備。術(shù)語“圓形”和“直徑”，當(dāng)在本文中使用時涉及要求保護(hù)的設(shè)備或其零件，如管子和套圈，決不打算將描述的零件限于圓柱形幾何形狀，而是同樣擴(kuò)展到不同形式的接近幾何形狀，例如橢圓形或四邊形。根據(jù)本發(fā)明的豎直熱交換設(shè)備(為了比較方便，下面也定義為豎直熱交換器)，在其基本元件方面，不會與在技術(shù)中已知的典型降膜交換器的特性不同。它通常具有圓柱形形狀，具有優(yōu)選地從0. 5至3. Om變化的直徑，在端部處由兩個頭部閉合，這兩個頭部為了較好承受壓力推力通常是半球形的，這兩個頭部通常也包圍兩個上部和下部段的體積的部分，這兩個上部和下部段分別指定用于經(jīng)受熱處理的液體的分配和收集，而設(shè)備的中間或中央段由相應(yīng)上部和下部管板界定，包括管束、和空間，該管束放置所述分配和收集腔室， 該空間也叫做殼體，在該處，流體為了供給熱量而在流體連通中循環(huán)。在半球形頭部中并且沿圓柱形本體，有用于液體的進(jìn)入和出去的適當(dāng)開口、可能傳感器的引入的開口、及用于檢查的開口(人孔)。當(dāng)在操作位置中時，設(shè)備豎直地定向，例如當(dāng)用作尿素合成過程的洗提器時。如果本發(fā)明的豎直熱交換器指定為用在中-高壓力和溫度條件下，并且在特別侵蝕性流體存在的情況下，當(dāng)處于例如在尿素生產(chǎn)過程中的非反應(yīng)氨基甲酸酯的回收中，或在硝酸的濃縮中的情況下，本領(lǐng)域的專家認(rèn)真地選擇用來耐受可發(fā)生的腐蝕和磨蝕現(xiàn)象的最適當(dāng)金屬材料，并且為設(shè)備的各種零件定尺寸，特別是管束的管子、管板、及設(shè)備的外壁 (也叫做壓力耐受體)的厚度，從而它們可承受壓力推力，保證高安全條件。壓力耐受體具體地具有通常在從20至400mm范圍內(nèi)的厚度，頭部的壁較厚，并且殼體的圓柱形壁較薄。典型地，與在0. 2至5MPa的壓力下的飽和蒸汽相接觸的中央圓柱形區(qū)域，優(yōu)選地具有從20至 IOOmm變化的厚度，而接近這些頭部和圓筒經(jīng)受過程流體的較大壓力的壁，具有成比例的較大厚度，優(yōu)選地在從80至300mm的范圍內(nèi)。外部壁可包括根據(jù)已知技術(shù)的任一種組裝的單層或多層碳鋼。根據(jù)在技術(shù)中已知的方法，本領(lǐng)域的專家也將認(rèn)真地組裝和焊接各種零件， 從而沒有由缺陷造成的損失。設(shè)備的內(nèi)部由區(qū)域標(biāo)記，該區(qū)域包括管束的管子，并且也包括平元件，這些管子通常彼此平行地成組，固定在兩塊管板上，相對于設(shè)備的主軸線成橫向地適當(dāng)定位，該平元件適于承受壓力差，通常由碳鋼制成，具有范圍從20至500mm的厚度。在最普通的情況下， 兩塊管板中的每塊靠近兩個頭部之一，并且限定中間段，該中間段具有基本圓柱形幾何形狀。每塊管板通過焊接而密封固定和加壓固定到圓形壁上，從而在相鄰段之間沒有物質(zhì)的交換。管子跨過兩塊管板，這兩塊管板為了這個原因適當(dāng)?shù)亻_孔，實(shí)現(xiàn)在上部和下部段之間的流體的通過，該上部和下部段位于管子的端部處。通常是在必需壓力下的飽和流束以用來在希望溫度下供給熱量的第二流體的流束通常在殼體側(cè)引入到中間空腔中，以通過管子的壁實(shí)現(xiàn)熱交換；并且第二流體的流束以凝結(jié)物的形式通過適當(dāng)出口導(dǎo)管被除去。依據(jù)項(xiàng)目規(guī)格有不同數(shù)量的所述管子，但通常范圍從最少2根至用于最大設(shè)備的約10，000根。具有幾毫米厚度的通常由碳鋼或不銹鋼制成(也叫做擋板)的中間隔板可布置在中間段中以支撐管子。根據(jù)本發(fā)明，裝有套圈的每根管子優(yōu)選地包括具有高耐腐蝕性的材料，在管子內(nèi)的蒸發(fā)階段期間，該腐蝕可能與由流體的機(jī)械作用產(chǎn)生的磨蝕相組合。這種機(jī)械作用在豎直管的壁上特別高，在該處，液體借助于在表面上的高剪切應(yīng)力迅速地加熱和蒸發(fā)。特別適于這些管狀元件的生產(chǎn)的材料是鋯和鈮，特別是鋯和其合金，該合金包括至少60%的ττ, 如Zircalloy^PZircadyne@，這歸因于對于腐蝕和磨蝕兩者的優(yōu)良耐受性、和滿意的商業(yè)可得到性。其它優(yōu)選材料(因?yàn)樗鼈兊母吣透g性)是鈦和其合金、和不銹鋼的合金， 特別是為了耐受與氨基甲酸銨的高溫溶液相接觸而商業(yè)開發(fā)的那些，如INOX尿素級、Cr/ Ni/Mo25/22/2、奧氏體-鐵素體不銹鋼。也適用于本發(fā)明的目的的是在上述專利US4，899，813中描述的類型的鋯/不銹鋼雙金屬管，這些雙金屬管在本發(fā)明的情況下具有如下優(yōu)點(diǎn)套圈在管子上的定位不要求除去在管子的末端部分中在30至IOOmm的長度內(nèi)的鋯層，而這種除去在技術(shù)中在至今提出的解決方案中是必要的。如果管子是在上述國際專利申請W006/020381中、或在公布專利申請US2008/093064中描述的類型的，則根據(jù)本發(fā)明的交換器的實(shí)施例已經(jīng)證明是同樣便利的，該管子的上部部分包括鋯或其合金之一的內(nèi)部層，該內(nèi)部層金屬鍵合到鈦或其合金之一的外部層上。也在這種情況下，事實(shí)上，使本發(fā)明特征化的元素的組合，避免了在設(shè)備的生產(chǎn)期間在管端部處的進(jìn)一步處理。作為其多種用途的結(jié)果，并且依據(jù)其建造材料，本設(shè)備的管子的尺寸可在寬限制范圍內(nèi)變化。為了在外表面(殼體側(cè)，與熱流體相接觸，通常與在低、中或高壓力下的蒸汽相接觸)與內(nèi)表面(與腐蝕和/或磨蝕流體相接觸)之間在存在高壓差(該壓差的范圍通常從2至30MPa)情況下的最佳性能，管子的內(nèi)徑的范圍從5至150mm，優(yōu)選地從10至 100mm,并且厚度優(yōu)選地在1至20mm的范圍內(nèi)變化，更優(yōu)選地從2至15mm變化。盡管管子通常是圓柱形的，但具有不同截面的管子，例如橢圓形的或正方形的，不從本發(fā)明的范圍中排除。按照本發(fā)明，在管束中管子的長度，相對于它用在其中的設(shè)備的尺寸，可在寬限制范圍內(nèi)變化。長度一般比直徑至少高5倍，并且優(yōu)選地從1至20米變化，更優(yōu)選地從2至 15米變化。在最普通的情況下，管子的長度限定管束的長度、和管板之間的距離。根據(jù)本發(fā)明，每根管子的端部，特別是上端部，便利地與管板的涂層密封焊接。這種焊接依據(jù)管子和管板的組分、和設(shè)備的用途可按各種方式實(shí)現(xiàn)，這些方式包括在本發(fā)明的范圍中。如果管板涂有鈦或鋯，并且管子的末端部分包括關(guān)于焊接與所述金屬或其合金相兼容的至少一層，則優(yōu)選的是，將涂層與所述兼容層密封焊接、以及也可能加力焊接。當(dāng)例如管子的涂層和外部壁都由不銹鋼構(gòu)成時，相同類型的實(shí)施例是可能的。所述焊接如果也作為加力焊接而實(shí)施，則也抵抗由壓差產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力將管子的固定區(qū)域形成到管板上。由本領(lǐng)域的專家，基于在技術(shù)中所知道的東西，可容易地發(fā)現(xiàn)用來將管子固定到管板上的其它解決方案。根據(jù)本發(fā)明，管束的管子的上邊緣超越管板的平面便利地突出最高達(dá)80mm，優(yōu)選地從10至50mm，管束插入在該管板中。在這種情況下，管子對于涂層或在任何情況下對于管板的本體的焊接繞同一根管子的外表面實(shí)現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的交換器中位于管端部上的套圈是與管子本身相粘著的管形裝置， 其主要功能一方面是，允許流體進(jìn)入到豎直管子中，從而通過降落盡可能均勻地分布在同一管子的壁上，從而形成薄層(降落膜)，并且另一方面是，允許正在束的豎直管子中上升的氣體和蒸汽相對于套圈在較高點(diǎn)中離開，因而防止堵塞和氣泡或泡沫的形成，堵塞和氣泡或泡沫的形成可降低交換器的功能性，也引起不希望的壓降。為此，套圈借助于其自己的突出到下面的圓柱形段而插入在豎直管子的空腔中， 該圓柱形段具有外徑，該外徑除幾μ m公差之外大體上與管子的內(nèi)徑重合。根據(jù)本發(fā)明，所述套圈延伸足夠的長度，以便允許液體的進(jìn)入開口與用于氣體和蒸汽的離開的那些開口之間隔開。套圈從上端部的邊緣到下部段的延伸部的邊界的長度一般地范圍從200至800mm，優(yōu)選地從300至600mm，該下部段插入在管子的空腔中。套圈的所述下部段包括管狀段，該管狀段具有超越圓形基座的邊緣延伸到下面的長度，該長度的范圍優(yōu)選地從10至120mm，更優(yōu)選地從20至80mm，該圓形基座的厚度相對于套圈的上部部分減小，并且其外徑基本上與交換器的管子的內(nèi)徑相重合，從而當(dāng)將套圈插入在管子中時，兩個壁大體彼此內(nèi)外楔入，因而保證正確定位。根據(jù)優(yōu)選方面，套圈的下部段的所述管狀部分的外徑相對于套圈的上部段的外徑減小1至20mm，優(yōu)選地從2至 15mm,并且關(guān)于這個部分，在圓形接合線上按直角形成輪廓，該輪廓產(chǎn)生環(huán)形表面，該環(huán)形表面水平地布置，形成在交換器的管子的端部上的套圈的所述圓形抵靠基座，由墊片插入。 根據(jù)另外的優(yōu)選方面，所述管狀段的厚度在0. 5至5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地從1至4mm，并且在下部末端部分中，優(yōu)選地在5至50mm的長度內(nèi)，更優(yōu)選地從10至30mm，是截頭錐形的，從而逐漸地減小，并且在下部邊限上，與管子的內(nèi)壁的表面形成大體連續(xù)性。套圈的所述下部段接合裝置的剩余部分，與其上部部分的管狀輪廓重疊，它在從 10至150mm，優(yōu)選地從40至100mm，變化的同軸段內(nèi)，優(yōu)選地具有與下置管子相同的內(nèi)徑。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，與所述連接區(qū)域相對應(yīng)地，下部段的內(nèi)徑向上逐漸加寬，在5至 50mm，優(yōu)選地從10至30mm，的長度范圍內(nèi)產(chǎn)生截頭錐形輪廓，類似于以上描述的輪廓，但定向在相反方向上。按這種方式，套圈的內(nèi)部輪廓形成有梯形段，如示意地表示在以后的圖3 和4中那樣，在該梯形段中，對于優(yōu)選地長段，對于總共30至300mm，內(nèi)徑變窄1至10mm，優(yōu)選地2至8mm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的裝置因而使液體能夠進(jìn)給到套圈的中間區(qū)域，該中間區(qū)域的內(nèi)徑與豎直管子大體相同，從而提供較大圓形表面，并且有利于液體膜的均勻形成。這種液體然后向下流動，由于漸變截頭錐形區(qū)域的存在而沒有顯著紊流，除由套圈的內(nèi)徑的變窄造成的不可避免變厚之后，該直徑與插入在管子中的下部延伸部的厚度相對應(yīng)， 然后返回成在管束的管子的內(nèi)壁上盡可能按層流流動運(yùn)行，在該處，通過與在殼體側(cè)中的飽和蒸汽的熱交換而開始加熱。
如已經(jīng)指示的那樣，在下部突出段和套圈的剩余本體的接合線上，在兩個管狀段的外徑之間的差形成環(huán)，該環(huán)水平地布置，形成在管子的端部上的圓形基座。根據(jù)本發(fā)明， 圓形金屬帶條也定位在套圈的外表面上靠近所述圓形基座，所述帶條超越基座的邊界，向下突出至少2mm，優(yōu)選地從3至50mm，更優(yōu)選地從3至30mm的段，從而形成外殼，該外殼分別由所述下部段的突出部分的外表面、所述圓形基座、及所述圓形帶條的延伸部的內(nèi)表面界定，在該外殼內(nèi)，定位有圓形墊片，該圓形墊片由耐熱和化學(xué)惰性材料制成，該圓形墊片抵靠在下置管子的上端部上，相對于液體的可能滲入保證套圈的密封，從而在使用時相對于設(shè)備的機(jī)械應(yīng)力給予該圓形墊片較大穩(wěn)定性和彈性。在任何情況下，所述外部圓形帶條的向下突出必須低于超越管束的管子的突出段的長度，從而保證將套圈的重量加載在圓形墊片上。所述墊片優(yōu)選地由高性能可壓縮材料構(gòu)成，它對于與它相接觸的液體的化學(xué)攻擊必須具有高耐受力，該液體常常具有腐蝕性質(zhì)，如氨基甲酸銨或硝酸，并且墊片在使用的溫度范圍內(nèi)，例如從100至250°C，必須能夠保持其機(jī)械性能，如適當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度和屈服強(qiáng)度， 但同時具有足夠的彈性，以使它本身適應(yīng)表面，它定位在這些表面之間。適用于該目的的材料可由本領(lǐng)域的專家從氟化聚合物、硅聚合物或類似彈性的硫化或非硫化材料、某些金屬中選擇，這些聚合物或硫化或非硫化材料具有高化學(xué)和熱耐受性，這些金屬具有高可延壓性和化學(xué)耐受性，如鉛、金、鉬、銀。適用于本發(fā)明目的的典型氟化聚合物例如是聚四氟乙烯(PTFE)，在商標(biāo)名Teflon 、Algoflon 、Pplymist 下可買到；全氟聚亞烷基
乙醚，如全氟聚氧化乙烯(Teflon 、Hyflon );乙烯-四氟乙烯共聚物；聚偏氟乙烯
(Hylar )；氟化彈性體(Tecnoflon )。可能按希望形式燒結(jié)的PTFE是特別優(yōu)選的。外部帶條的突出段的布置允許墊片保持在其外殼中，并且避免其隨時間的變形， 防止它失去其功能性。所述墊片優(yōu)選地具有環(huán)形形式，具有與它定位在其中的外殼的內(nèi)徑和外徑大體重合的內(nèi)徑和外徑，更優(yōu)選地等于與它抵靠在其上的管子的對應(yīng)內(nèi)徑和外徑， 并且在豎直方向上，具有范圍從0. 5至8mm，更優(yōu)選地從1至5mm的厚度。截面優(yōu)選地是四邊形的，從而墊片設(shè)有兩個平側(cè)，這兩個平側(cè)分別與套圈的圓形基座和與在管子端部上的抵靠表面相一致。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備因而允許降膜熱交換器的壽命周期的顯著延長，該降膜熱交換器經(jīng)受高性能。不像本發(fā)明，(^hosh的上述文章提到，僅與外部類型的套圈有關(guān)的Tef Ion環(huán)的使用，其中，環(huán)對于管子的外側(cè)橫向布置。在這些條件下，同一 (^hosh確認(rèn)，管子的末端區(qū)域的耐腐蝕性是不滿意的。與本設(shè)備的套圈的內(nèi)表面相切地，在金屬壁中、在適當(dāng)高度處有至少一個開口，用于在豎直管子中的降落液體的進(jìn)入。這個開口的功能是，盡可能均勻地按膜的形式將液體分布在管子的內(nèi)表面上。為此，優(yōu)選地有3至4個圓形開口，這些圓形開口在同一高度處對稱地布置，并且與管子的內(nèi)表面相切地定向。這些開口的直徑優(yōu)選地基于對于設(shè)備當(dāng)起作用時建立的液體和流動的流體動態(tài)參數(shù)，在1至5mm的范圍內(nèi)選擇。用于流體進(jìn)入的開口被定位的高度，確定了在管子薄片上方、在交換器的上部段中的液位，并且?guī)椭_定包含(保持)的液體的體積。由于連接套圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，所以液位一般保持得稍高于所述開口的高度，優(yōu)選地高100至400mm，以提供必要的流體靜壓推力。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，相對于抵靠在管子上的套圈的圓形基座，所述開口在范圍從50至160mm，優(yōu)選地從60至IOOmm的高度處。按這種方式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，液體膜當(dāng)它跨過在管子上的套圈的聯(lián)接區(qū)域時，更均勻地分布，在該管子中，如以前提到的那樣，套圈的內(nèi)徑較小。在靠近上端部的、套圈的較高部分中，有至少一個開口，用于從下置管子升起的氣體或蒸汽的離開。這個開口可通過將套圈的導(dǎo)管保留成在上方敞開而簡單地形成，或者優(yōu)選地，它在頂部正下方，例如在套圈的上端部的閉合處下面例如2至30mm側(cè)向地得到，這種閉合通過套圈的焊接或通過在其上焊接或抵靠的擋塊而得到。更優(yōu)選地，有用于氣體或蒸汽出去的兩個至四個開口，這些開口繞套圈的側(cè)表面對稱地布置。這種開口的截面可具有與套圈的尺寸兼容的任何形式和延伸，但它必須是這樣的，從而允許氣體的離開而不產(chǎn)生顯著的壓降。所述開口方便地是正方形或圓形，并且具有范圍從2至20mm的最大尺寸。如以前指示的那樣，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的每個套圈優(yōu)選地在上端部處用焊接蓋、 或可焊接或不可焊接的擋塊閉合，以避免液體的滴下而從上方直接分配到套圈的空腔和下置管子中。擋塊優(yōu)選地成形為，能夠適應(yīng)在位于上方的可能格柵中的對應(yīng)開口，以便固定相同套圈。所述格柵、與本發(fā)明的其它元件一起形成進(jìn)一步便利的器具，該器具用來固定在操作位置中的套圈，并且防止任何可能擺動或運(yùn)動，包括由氣體的流動產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，從而進(jìn)一步改善對于液體到套圈與管子的聯(lián)接區(qū)域中的可能滲入的阻力。格柵包括由材料制成的金屬結(jié)構(gòu)，該材料具有良好機(jī)械性能，并且適當(dāng)?shù)啬透g， 例如鈦和其合金或不銹鋼，該格柵包括一系列空腔或孔，該一系列空腔或孔所處的位置和具有的形式使得能夠容納套圈的每一個上端部，這些套圈定位在熱交換器的管子上。在套圈在端部處堵塞或閉合并且裝有用于氣體離開的側(cè)孔的情況下，所述格柵也裝有用于氣體向上部段的最高部分通過的另外開口或孔，該上部段包括頭部，在該處這些氣體向出口管線發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明的格柵的優(yōu)選厚度的范圍從2至30mm，更優(yōu)選地從5至20mm。所述格柵抵靠套圈楔入，并且由適當(dāng)金屬固定元件堵塞，例如由金屬段堵塞，這些金屬段在一側(cè)上焊接或螺栓連接在格柵上，并且在另一側(cè)上焊接或螺栓連接在管薄片上。為了允許較大建造和維護(hù)簡單性，將所述格柵劃分成段，這些段具有用于穿過人孔通過的合適尺寸，這些段然后在固定在設(shè)備內(nèi)時彼此組裝。根據(jù)本發(fā)明的套圈的具體形式允許它們插入在每根管子的上部進(jìn)口端部上，而不必進(jìn)行任何特定冶金處理，并且不用除去管子本身的任何內(nèi)部層來為了能夠容納套圈的下部段。密封套圈的定位事實(shí)上現(xiàn)在在管子的末端邊界上由墊片直接保證，該墊片在外殼中存在，該外殼在圓形基座處由套圈得到，如以前描述的那樣。本發(fā)明的管束設(shè)備可用通常的方法生產(chǎn)，這些方法適于類似的機(jī)械構(gòu)造。本領(lǐng)域的專家基于以上定義的結(jié)構(gòu)，考慮到設(shè)備的最終用途和項(xiàng)目規(guī)格，而設(shè)計(jì)構(gòu)造。按照這個，根據(jù)本發(fā)明的用于管束設(shè)備的生產(chǎn)的方法特別適于實(shí)現(xiàn)在高磨蝕或腐蝕條件下在液體之間的熱交換，包括空心體的生產(chǎn)，該空心體裝有外部殼體、或受力體，該外部殼體、或受力體適于承受操作壓力；和在所述空心體內(nèi)形成至少一個上部空心段和下部空心段，該至少一個上部空心段和下部空心段由中間段分離，該中間段相對于這些上部空心段和下部空心段是氣密的，通過兩塊管板的插入而密封鉸接到受力體上，在這兩塊管板上在適當(dāng)?shù)目字胁迦胍幌盗泄茏?，形成管束，該管束允許在所述下部和上部段之間的流體連通。管板和管束的管子由這樣的材料制成，這些材料除承受在操作條件下的推力之夕卜，還適于耐受過程流體的可能磨蝕和腐蝕作用。界定所述段的壁、和與高侵蝕性液體相接觸的管子，優(yōu)選地用對磨蝕具有高耐受性的金屬制成，或涂有這樣的金屬，在用于來自合成反應(yīng)的氨基甲酸酯和尿素的溶液的洗提器的生產(chǎn)的優(yōu)選情況下，特別是不銹鋼尿素級的鈦、鋯或其合金。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述生產(chǎn)方法包括具有雙金屬管子的管束的建造，這些雙金屬管子包括鋯的內(nèi)部層，該內(nèi)部層與鈦的外部層共擠壓形成，這些雙金屬管子根據(jù)以上提到的W006/020381生產(chǎn)。管板在暴露于腐蝕的側(cè)上涂有鈦。在第二實(shí)施例中，管束的管子完全由鋯制成，并且管板涂有鋯。管板(下部和上部)的抗腐蝕涂層和上部和下部段的剩余壁的生產(chǎn)，可根據(jù)在技術(shù)中已知的適當(dāng)冶金技術(shù)的任一種實(shí)現(xiàn)，例如層狀元件的在主要碳鋼層的表面上的敷設(shè)， 這些層狀元件由預(yù)選抗腐蝕金屬或合金制成，適當(dāng)?shù)厍懈詈统尚?，從而使它本身適應(yīng)待覆蓋的表面的形狀。元件彼此相鄰地布置，并且隨后彼此密封焊接。根據(jù)對于本領(lǐng)域的專家已知的通常實(shí)踐，定位坡口、支架、連接元件及其它插入物或產(chǎn)品，特別是沿待焊接的邊界。諸如鋯、鈦及它們的合金之類的金屬的焊接方法，盡管比用于鋼的焊接的那些方法較不常見， 但是是已知的，并且可容易地應(yīng)用。具有適當(dāng)尺寸的一系列孔形成在管板上，在這些孔中，插入為形成管束指定的管子，這要小心，以允許每根管子相對于管板的表面，向上突出最高達(dá)80mm，優(yōu)選地從10至 50mm的長度。每根管子的壁，依據(jù)管子和管板的結(jié)構(gòu)，用不同技術(shù)密封和加壓焊接到管板上。在管子全部由鋯制成的情況下，這些優(yōu)選地密封和加壓焊接到管板的涂層上，該涂層由類似材料制成，該涂層將具有通常從1至IOmm的適當(dāng)厚度。在雙金屬管的情況下，可能的是，按不同方式將不同層焊接在涂層上和下置層之一上，如例如在上述專利US4，899，813 中、在公布?xì)W洲專利申請EPl. 503. 837中及在意大利專利申請ITMI08A001302中描述的那樣。在焊接階段中，全部隙間表面如習(xí)慣那樣優(yōu)選地由氬氣氛保護(hù)。根據(jù)已知技術(shù)，用來揭示可能損失的適當(dāng)排泄孔位于管板中和壓力耐受體中。在完成每根管子在相應(yīng)管板上的密封和加壓焊接之后，將具有以前描述的特性的套圈組裝在每根管子的上端部上，相對于管板的表面突出10至50mm的長度，并且借助于其下部突出段插入在管子中。根據(jù)優(yōu)選和非限制性生產(chǎn)方法的所述套圈，借助于如下處理步驟得到A)第一管狀段的準(zhǔn)備，該第一管狀段由根據(jù)以上規(guī)定的適當(dāng)耐腐蝕金屬構(gòu)成，具有150至700mm，更優(yōu)選地從200至550mm的優(yōu)選長度，具有與交換器的管子的內(nèi)徑基本相等的內(nèi)徑、和粗2至30mm的外徑，該外徑優(yōu)選地與管子本身的外徑重合；B)將第二管狀段插入到所述第一管狀段的下部空腔中一段長度，這段長度的范圍從10至150mm，優(yōu)選地從40至100mm，該第二管狀段由耐腐蝕金屬構(gòu)成，優(yōu)選地由與第一管狀段相同的金屬、或與關(guān)于這段的焊接相兼容的金屬構(gòu)成，具有與第一管狀段的內(nèi)徑基本相等的外徑、小1至IOmm的內(nèi)徑、及20至250mm，優(yōu)選地從40至200mm的長度，從而它超越第一管狀段的下部邊界突出一段長度，該長度的范圍從10至200mm，優(yōu)選地從10至120mm， 更優(yōu)選地從20至80mm，所述第二管狀段在兩個端部處已經(jīng)處理，從在這些的每一個的內(nèi)容空腔中在一段長度內(nèi)，得到表面的漸變截頭錐形輪廓，這段長度從5至50mm變化，優(yōu)選地從 10至30mm變化；C)將所述第一管狀段的下部邊界與所述第二管狀元件的側(cè)壁密封焊接，并且處理焊接區(qū)域，以得到用來抵靠在管子端部上的水平基座，該下部邊界根據(jù)已知技術(shù)預(yù)先開坡口，以利于焊接沉積；D)將管狀金屬帶條定位在所述第一管狀段的上部側(cè)上，該管狀金屬帶條由耐腐蝕金屬構(gòu)成，優(yōu)選地由與第一管狀段相同的金屬、或與關(guān)于這段的焊接相兼容的金屬構(gòu)成，具有范圍從0. 5至10mm，優(yōu)選地從1至5mm的厚度，具有5至100mm，優(yōu)選地從10至80mm的長度，從而同一帶條的一段向下突出至少2mm，優(yōu)選地從2至50mm，更優(yōu)選地從3至30mm，并且將所述帶條的上部邊界焊接到第一管狀段的外側(cè)上，以便在套圈的圓形基座與支撐管的上部邊界之間形成支座，該支座適于容納墊片環(huán)；E)在所述第一管狀段的壁中，在相對于內(nèi)表面的切向方向上，例如通過鉆削形成至少一個水平孔，優(yōu)選地從三個至四個孔，這些孔相對于管軸線對稱地布置，所述切向孔， 在離管狀段(與套圈的圓形基座相對應(yīng))的下部邊限50至160mm，優(yōu)選地從60至100mm， 的距離處，具有范圍從1至5mm的直徑。在所述步驟D)中，外部帶條對于第一管狀段的焊接，優(yōu)選地在離散點(diǎn)處而不是沿帶條的整個圓形邊界實(shí)現(xiàn)，這些離散點(diǎn)在套圈的平均使用時間內(nèi)(在尿素合成加工中從2 至10年)足以將外部帶條保持在希望位置中。此外，它能可選擇地由不同接合方法替代， 例如通過借助于摩擦焊接技術(shù)的金屬鍵的形成。如果具有閉合上端部的套圈是希望的，則所述生產(chǎn)方法也包括所述上端部的閉合擋塊的密封插入或焊接、和在閉合處稍下面一個或多個側(cè)孔的形成，當(dāng)操作時，這些側(cè)孔用于氣體或蒸汽的離開。當(dāng)將套圈組裝在管端部上時，將具有以上規(guī)定的特性的墊片插入在外殼中，該外殼由套圈的以上生產(chǎn)方法得到。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具體地用在氣體和蒸汽與在液體狀態(tài)下的介質(zhì)或混合物的分離中，該介質(zhì)或混合物通過與第二較熱流體的熱交換而經(jīng)受加熱，該第二較熱流體能是氣體、液體、或優(yōu)選地飽和蒸汽，更優(yōu)選地蒸汽。所述第二流體穿過適當(dāng)進(jìn)入和離開管線，在形成交換器的殼體側(cè)的體積中通過，這些進(jìn)入和離開管線通常位于設(shè)備側(cè)上。流體意味著要被蒸發(fā)，另一方面在交換器的上部腔室中借助于適當(dāng)分配器分配，在該處它被收集，在規(guī)范條件下形成具有這樣一種高度的層，該高度比用于液體的進(jìn)入的位于套圈中的孔的高度稍高，足以供給用來得到希望流動的必要靜壓推力。根據(jù)本發(fā)明的熱交換器允許氣體和蒸汽與在管子內(nèi)的降落液體膜的分離、和在化學(xué)反應(yīng)后的氣態(tài)化合物的分離，如例如在優(yōu)選情況下發(fā)生的那樣，在該優(yōu)選情況下，本設(shè)備用作氨基甲酸銨的分解器和洗提器，該氨基甲酸銨在尿素的合成過程中沒有轉(zhuǎn)換成尿素。根據(jù)本發(fā)明的熱交換器事實(shí)上便利地在非反應(yīng)氨基甲酸酯與尿素合成混合物的分離中，具體地用作洗提器。后一種設(shè)備在通常范圍從1至40MPa的壓力、和范圍從70至 300°C的溫度下，在混合物存在的情況下操作，這些混合物包含水、氨、二氧化碳及氨基甲酸銨，該氨基甲酸銨是所述化合物根據(jù)如下反應(yīng)的凝結(jié)產(chǎn)物[2NH3+C02+nH20 — NH4OCONH2 · ηΗ20]
操作條件優(yōu)選地是12_25MPa的壓力、和120至240°C的溫度。在用于尿素生產(chǎn)的通常工廠中(本發(fā)明具體地參考這些工廠)，在高壓或中壓段中包括的以上設(shè)備通常包含從2，000至100，000升的體積。為此，將反應(yīng)混合物發(fā)送到豎直降膜熱交換器，在該處，液體膜被非常高效地加熱，并且在洗提氣體的可能作用下，釋放(X)2和氣態(tài)NH3和蒸汽，因而形成氣態(tài)混合物，該洗提氣體通常是從外部引入的、或來自在離開反應(yīng)器的混合物中過多存在的新鮮CO2或NH3, 該氣態(tài)混合物在每根管子內(nèi)相對于液體逆流地上升，并且收集在交換器的同一上部腔室中 (在該處分配液體混合物)，然后通過出去管線除去，并且在再循環(huán)到反應(yīng)器之前再凝結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備也可便利地用在尿素合成過程的其它部分中，例如用在中壓或低壓氨基甲酸酯分解器中，在該處，將這種化合物的最后微量與熔化的或在溶液中的尿素分離，并且向反應(yīng)器送回，或者再次發(fā)送到尿素真空濃縮段中。


附圖的圖紙按比例表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的某些說明性和非限制性例子，并且為了與在技術(shù)中已知的東西相比較的目的。圖1示意地表示根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備的縱向截面的立體圖，該管束設(shè)備特別適于用作高壓洗提器，該高壓洗提器用于在用于尿素合成的工廠中的氨基甲酸酯的分解。為了更簡單，只表示管束的一根管子，該管子由相對套圈安裝。圖2示意地表示在典型洗提器中、在上述US 4，899，813中描述的類型的雙金屬管的末端部分的縱向截面的視圖，該雙金屬管包括薄內(nèi)部鋯層，該內(nèi)部鋯層機(jī)械地連結(jié)到不銹鋼圓柱形本體上，在該不銹鋼圓柱形本體上組裝傳統(tǒng)類型的套圈，該典型洗提器在技術(shù)中用于在尿素合成過程的高壓循環(huán)中氨基甲酸酯的分離。圖3示意地表示根據(jù)本發(fā)明的管子的末端區(qū)域的縱向截面的視圖，如在圖1的設(shè)備中表示的那樣，該管子包括通過墊片的插入而組裝的套圈。圖4示意地表示以前圖3的放大細(xì)節(jié)的兩個視圖，該放大細(xì)節(jié)根據(jù)縱向截面表示在圖:3B中，并且根據(jù)在圖:3B中由線S1I2標(biāo)識的橫向截面表示在圖3A中，其中，可識別在豎直管的末端部分中套圈本身的聯(lián)接區(qū)域的細(xì)節(jié)。圖5示意地表示在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中為固定套圈使用的格柵的一部分的俯視圖。為了細(xì)節(jié)的更簡單和圖示清晰性，在圖中出現(xiàn)的不同元素的比例不與實(shí)際比例相對應(yīng)。
具體實(shí)施例方式參照以上附圖，隨后是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的非限制性實(shí)施例的描述，具體地參考洗提器，該洗提器用在利用洗提氣體進(jìn)行尿素合成的工廠中，該洗提氣體包括在進(jìn)料(所謂的自動洗提過程)中存在的強(qiáng)烈過量氨(N/C比值的范圍通常從3. 0至3. 6)。圖1是豎直定位的洗提器的剖視圖，在該洗提器中，可區(qū)分三個空心段上部段1， 其具有半球形形式；中間段3，它是圓柱形的；及下部段2，其具有半球形形式。圓柱形段的直徑的范圍從1. 5至2. 5m,并且其長度的范圍從5至10m。在設(shè)備的上、下端部處，分別有兩個人孔7和8，而段1和2借助于兩塊管板15和16與段3密封分離，這兩塊管板15和 16中的每塊攜帶2，000至4，000個孔，用于管子4的通過。兩個段1和2的壁的其余部分由受力體14定界。套圈5可在上部段1中識別，組裝在管子4的上端部上，并且由格柵17保持到位。 上部孔203和中間切向孔204位于套圈中用于液體的進(jìn)入，這可在以后的圖3和4中更好地識別。來自尿素合成反應(yīng)器的溶液，在約180-200°C的溫度和約14-17MPa的壓力下，借助于管線9進(jìn)給到洗提器，該溶液包括尿素、水、過量的氨及非轉(zhuǎn)化氨基甲酸酯。它借助于超環(huán)體13進(jìn)行分配。液體滴過格柵17，并且收集在段1的由管板的表面構(gòu)成的底部上，直到它到達(dá)液位21，該液位21稍高于切向孔204，液體穿過這些切向孔204滴在套圈5內(nèi)，并且然后進(jìn)入管子4，形成在圖1中未表示的薄層，而在分解和洗提階段中釋放的氨和二氧化碳的蒸汽按逆流通過管子4的中央部分。然后所述蒸汽穿過套圈的上部孔203排出，并且被送到出口管線10。段1的整個內(nèi)表面涂有抗腐蝕金屬，例如25/22/2Cr/Ni/Mo (尿素級)、鈦或鋯，該抗腐蝕金屬具有3至8mm的厚度，在圖1中未表示。設(shè)備的中間段包括圓柱形腔室3，該圓柱形腔室3由壁20朝向外側(cè)定界，并且管束跨過該圓柱形腔室3，該壁20由碳鋼制成，具有通常范圍從20至30mm的厚度，在該圓柱形腔室3中，在2-3MPa的壓力和200-240°C的溫度下穿過進(jìn)口 19進(jìn)給飽和蒸汽，該飽和蒸汽在管子4外面循環(huán)，并且在其外壁上冷凝，將熱傳遞到在內(nèi)側(cè)流動的尿素和氨基甲酸酯的含水溶液。然后，用過的蒸汽的冷凝液體從管線18離開。按這種方式，氨基甲酸酯分解，并且過量的氨蒸發(fā)，這也起洗提劑的作用。下部段2與段1相似地由受力體14定界，并且由下部管板16定界。也在這種情況下，暴露成與過程流體相接觸的頭部和管板的整個表面，包括在圖1中未表示的涂層，該涂層包括具有高耐腐蝕性的合適金屬或合金，該金屬或合金從此前提到的那些金屬或合金中選擇。主要除去氨基甲酸酯的尿素溶液收集在段2的底部上，并且被推到虹吸管11中， 從該虹吸管11，它轉(zhuǎn)向另外的凈化和干燥段。如有必要，另外的氨可通過進(jìn)口 12引入，或者根據(jù)可選擇技術(shù)引入二氧化碳，以利于洗提。當(dāng)需要時，鈍化空氣也從同一進(jìn)口引入。在圖2的圖中，可識別安裝有套圈102的管子111。管子111由圓柱形壁109定界， 該圓柱形壁109包括例如AISI316L型(尿素級)的不銹鋼、INOX鋼25/^22/20/^/^0,插入在管板106中，該管板106由碳鋼制成，該圓柱形壁109端部借助于焊縫108焊接到抗腐蝕涂層107上。在管子111內(nèi)，管狀套管110由鋯制成，形成對于腐蝕和磨蝕具有高耐受力的層，機(jī)械地附接到管子的壁109上。如可在圖2中注意到的那樣，在一段長度內(nèi)已經(jīng)除去保護(hù)層的末端部分，這段長度在工業(yè)用途中從30至IOOmm變化，以允許套圈的下部段的插入， 該套圈加工成大體保持與管子相同的內(nèi)徑，并且具有與在管子的上端部上的支撐線相對應(yīng)的“L”形輪廓，因而形成圓形抵靠表面。由壁101定界的、由不銹鋼或鈦制成的套圈102，具有3至4個切向孔104，這些切向孔104沿側(cè)向位于壁上，相對于在管子上的套圈的圓形抵靠表面在范圍通常從20至50mm的高度處。套圈的上部部分閉合，并且由格柵105通過簡單地抵靠在其上而保持到位。兩個或三個開口位于套圈中，稍低于頂部，具有約20-25mm的直徑，用于氣體的排出。管子的(包括涂層110)和對應(yīng)地套圈的內(nèi)徑，在高壓設(shè)備中(> IOMPa)通常在10至40mm的范圍內(nèi)，并且在中或低壓設(shè)備(彡9MPa)中在從20至50mm的范圍內(nèi)。參照圖3，其示出了代表根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的元件。在圖1中表示的交換器的管子 4，由圓柱形壁209定界，該圓柱形壁209在這里用單個金屬層表示，但它也可如已經(jīng)指示的那樣，包括兩個或更多個不同金屬或合金層。所述管子4借助于密封焊縫208插入在管板 206中，該管板206通常由碳鋼制成，由抗腐蝕金屬層207涂敷，該密封焊縫208靠近管子的上端部，從而后者在涂層上方突出范圍從30至50mm的長度。管子4裝有套圈5，該套圈5借助于下部段215插入在管子4的進(jìn)口端部中，該下部段215在圖4中是清楚可見的，該下部段215加工成大體保持與管子相同的內(nèi)徑，并且與套圈的抵靠基座216形成直角。由壁201定界的、由不銹鋼或鈦制成的套圈5具有3至4 個切向孔204，這些切向孔204沿側(cè)向位于壁上，相對于所述抵靠基座216在范圍從50至 IOOmm的高度處?？拷鼒A形抵靠基座216，另外的金屬帶條214在圖3中是可見的，在圖4中甚至更清楚，該金屬帶條214相對于套圈的主要管狀元件201在外部突出，該金屬帶條214超越同一基座216的水平圓形表面向下延伸5至20mm的長度。在三側(cè)上由所述水平基座、在圖4 的放大截面中清楚可見的帶條214的突出部分、及由下部段215的豎直壁分別界定的外殼中，可識別由PTFE制成的墊片213，該墊片213允許套圈間接地抵靠在每根管子211的上端部的邊界上，同時防止在交換器的上部區(qū)域中收集的液相的泄漏。套圈的上部部分借助于擋塊212閉合，并且通過格柵205保持到位，該格柵205的細(xì)節(jié)表示在如下圖5中的水平平面圖中。兩個或更多個開口 203具有約10-20mm的直徑， 位于套圈中，稍低于頂部，用于氣體或蒸汽的排出。管子的和對應(yīng)地套圈的上部部分的內(nèi)徑在高壓設(shè)備中(> IOMPa)通常在10至30mm的范圍內(nèi)，并且在中壓或低壓設(shè)備((9MPa) 中在從20至60mm的范圍內(nèi)。然而，不像在以前圖2中表示的那樣，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，不必在管子211的端部上實(shí)現(xiàn)任何預(yù)處理來使它適應(yīng)套圈的下部段215的插入，原因是通過墊片的存在而保證套圈-管子組件的滿意密封，該墊片通過外部帶條214的存在而保持在牢固位置中。圖5示意地表示格柵17的一部分的俯視圖，該格柵17的截面用與在圖1和3中相同的附圖標(biāo)記表示。在圖5中，可識別大量圓形孔301，這些圓形孔301是幾何規(guī)則的，與具有不規(guī)則形式的其它開口 302交替。每個孔301指定容納套圈的上部末端部分，優(yōu)選地容納在圖3中可見的擋塊212，該擋塊212具有截頭錐形形狀、球形段、或適于用來利于在孔本身中的穩(wěn)定插入的任何其它形式。因此，每個孔301的直徑與套圈的直徑大體相同，或者稍小。另一方面，開口 302具有如下雙重功能允許蒸汽流向洗提器交換器的頭部的頂部； 并且允許分散液體從圖1的分配器13滴下，該分散液體收集在管板的表面上，直到它到達(dá)液位21。所述格柵可包括任何耐腐蝕金屬，像例如鋁、鈦、鋯、不銹鋼。它一般地通過根據(jù)要得到的孔和開口的輪廓，切割具有適當(dāng)厚度的薄板而得到。特別適于該目的的已知切割技術(shù)是借助于高壓水射流(從10至IOOMPa)，該高壓水射流由計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)控制。根據(jù)以前參照圖1、3、4及5描述的設(shè)備，已經(jīng)證明在管子上組裝的套圈的完美密封。在尿素合成過程中的高壓洗提器的工業(yè)規(guī)范條件下(在關(guān)于氨的自動洗提條件下)在大約操作一年之后，套圈的組裝區(qū)域的檢查揭示由Teflon 制成的墊片的良好保持狀態(tài)，而沒有明顯變形；并且沒有由液體的滲入造成的磨蝕路徑。 與以上描述的那些不同的本發(fā)明的實(shí)施例，可由本領(lǐng)域的專家實(shí)現(xiàn)，以適應(yīng)各種應(yīng)用要求，這些實(shí)施例形成明顯的變形，這些變形在任何情況下都包括在如下權(quán)利要求書的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種降落液體膜型的管束設(shè)備，其用于流體之間的熱交換，所述管束設(shè)備包括豎直圓柱形本體，該豎直圓柱形本體在端部處閉合，并且借助于兩塊開孔管板劃分成至少一個上部段、中間段及下部段，這兩塊開孔管板按彼此離開適當(dāng)距離而橫向地布置，其中，多根管子沿縱向布置以形成管束，并且利用相應(yīng)端部密封插入在所述管板的孔中，以允許圓柱形本體的所述上部段和下部段彼此流體連通，每根管子在上端部上設(shè)置有管狀裝置，該管狀裝置也叫做套圈，用于膜形式的液體沿管子的壁的進(jìn)入和分配，所述管狀裝置包括在上方的一個或多個開口，其用于蒸汽的離開；在中間高度處的一個或多個開口，其優(yōu)選地是切向的，用于液體的進(jìn)入；在下面的圓形基座，其用來保持在所述管子的上端部上；及下部圓柱形段，其超越圓形基座向下突出，插入在所述管子內(nèi)一段長度，該長度從10至200mm變化，其特征在于所述套圈包括另外的金屬帶條，該金屬帶條相對于所述圓形基座的外側(cè)沿側(cè)向布置，并且超越該圓形基座向下突出至少2mm的長度，優(yōu)選地突出從3至50mm的長度； 并且在所述外部金屬帶條與向下突出的所述圓柱形段之間限定的圓形區(qū)域中具有墊片，該墊片插入在套圈的所述圓形基座與管子的所述上端部之間。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管子的內(nèi)徑處于從5至150mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于從10至IOOmm的范圍內(nèi)，并且所述管子的厚度在1至20mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從2至15mm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求1或2之一所述的設(shè)備，其中，所述管子包括與液體膜相接觸的至少一個內(nèi)部層，該內(nèi)部層包括鋯或其合金。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，管束的所述管子的上部邊界超越所述管束所插入的管板的平面突出最高達(dá)80mm，優(yōu)選地從10至50mm。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述套圈的下部段的外徑除幾ym 的公差之外基本上與管束的管子的內(nèi)徑重合。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，套圈的下部段包括管狀區(qū)段，該管狀區(qū)段的超越圓形基座的邊界延伸到下面的長度為10至120mm，優(yōu)選地從20至80mm，并且該管狀區(qū)段的厚度在0. 5至5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從1至4mm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，套圈的下部段的管狀部分在下部末端部分中在5至50mm的長度內(nèi)具有截頭錐形漸變。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，套圈的從上端部的邊緣到插入在管子端部中的下部段的延伸部的邊界的長度處于從200至800mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于從300 至600mm的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，套圈的所述下部段在內(nèi)部相對于套圈的上部部分的管狀輪廓在從10至150mm變化，優(yōu)選地從40至IOOmm變化的同軸部分內(nèi)重疊。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，在所述重疊區(qū)域中，下部段的內(nèi)徑向上逐漸增大，產(chǎn)生長度為5至50mm的截頭錐形輪廓。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，套圈的所述圓形外部帶條超越環(huán)的邊界向下突出2至50mm的長度，更優(yōu)選地突出從3至30mm的長度。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述墊片由高性能可壓縮材料構(gòu)成，該高性能可壓縮材料優(yōu)選地選自氟化聚合物、硅聚合物、或類似的硫化或非硫化的具有高化學(xué)和熱耐受性的彈性材料、延展性貴金屬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述墊片由聚四氟乙烯(PTFE)構(gòu)成，該聚四氟乙烯可能是燒結(jié)的。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述墊片具有四邊形截面，并且所述墊片在豎直方向上的厚度處于從0. 5至8mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地處于從1至5mm的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述墊片具有環(huán)形形狀，該環(huán)形形狀的內(nèi)徑和外徑與外殼的內(nèi)徑和外徑基本上相重合，所述墊片定位在該外殼中。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，用于液體進(jìn)入的所述切向開口所處的高度相對于抵靠在管子上的套圈的圓形基座處于從50至160mm的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述套圈借助于焊接擋塊或蓋在上端部處閉合，并且具有至少一個側(cè)開口，該側(cè)開口靠近上端部，用于氣體的離開。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，由金屬材料制成的格柵楔形插入在所述套圈上方，該格柵包括一系列空腔或孔，該一系列空腔或孔所處的位置和具有的形式使得能夠容納套圈中的每一個的上端部。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，所述格柵還包括開口或孔，該開口或孔用于氣體通向所述上部段的較高部分。
20.一種用于生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求1至19所述的管束設(shè)備的方法，該方法包括在圓柱形殼體內(nèi)布置兩塊開孔管板，該圓柱形殼體在兩個端部處設(shè)有兩個末端頭部，使得每塊管板位于頭部附近；將多根管子插入且密封固定在位于每塊管板內(nèi)的孔中，所述多根管子向管板的平面垂直地延伸將管板分隔開的整個距離，以便將每塊管板與相應(yīng)的頭部之間的空間彼此流體連通；在所述管子中的每一根的上端部上定位有套圈，該套圈包括在上部區(qū)域中的一個或多個開口，其用于蒸汽的離開；在中間高度處的一個或多個開口，其優(yōu)選地是切向的，用于液體的進(jìn)入；在下部區(qū)域中的圓形基座，其用于保持在所述管子的上部邊界上；以及圓柱形段，其超越圓形基座向下突出，插入在所述管子中一段長度，該長度從10至 200mm變化，該圓柱形段的外徑基本上與管子的內(nèi)徑重合，其特征在于所述套圈包括另外的金屬帶條，該金屬帶條相對于所述圓形基座的外側(cè)沿側(cè)向布置，并且超越該圓形基座向下突出至少2mm的長度，優(yōu)選地突出從3至50mm的長度；并且在所述外部金屬帶條與向下突出的所述圓柱形段之間限定的圓形區(qū)域中插入有墊片，該墊片用作套圈的所述圓形基座與管子的所述上端部之間的支撐件。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的設(shè)備的用途，該設(shè)備作為在用于尿素合成的過程中的熱交換器。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求21所述的用途，其包括在所述設(shè)備中實(shí)現(xiàn)氨基甲酸銨的分解步馬聚ο
全文摘要
本發(fā)明涉及降落液體膜型的管束設(shè)備，包括豎直圓柱形本體，該豎直圓柱形本體在端部處閉合，并且借助于兩塊開孔管板至少劃分成上部段、中間段及下部段，這兩塊開孔管板橫向布置，以支撐形成管束的管子，其中，所述管子的每一根在上端部上安裝有套圈，用于膜形式的液體的進(jìn)入和分配，該套圈包括在上部部分中的一個或多個開口，用于蒸汽的離開；在中間高度處的一個或多個開口，優(yōu)選地是切向的，用于液體的進(jìn)入；及在下面的圓形基座，用來抵靠在所述管子上，從該圓形基座，插入在管子中從10至200mm變化的長度的內(nèi)部圓柱形段與外部金屬帶條一起向下突出至少2mm的長度，從而在所述外部金屬帶條與所述突出圓柱形段之間限定的圓形區(qū)域中具有墊片，該墊片插入在套圈的所述圓形基座與管子的所述上邊緣之間。
文檔編號F28D3/04GK102460053SQ201080027576
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者A·賈納扎, L·卡爾雷西 申請人:塞彭公司