管束設(shè)備及其使用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管束設(shè)備，該設(shè)備包括殼體，該殼體具有容納在其中的帶有管道的管束，這些管道在一端與第一管底板連接，并且在與第一管底板相對的另一端與第二管底板連接，其中第一和第二管底板以可拆卸的方式固定在殼體中。
[0002]本發(fā)明還涉及管束設(shè)備的使用。
【背景技術(shù)】
[0003]管束設(shè)備通常應(yīng)用在必須從第一介質(zhì)向第二介質(zhì)進行導熱的地方。這種設(shè)備例如是換熱器或反應(yīng)器。在管束設(shè)備中，第一介質(zhì)通流管道，第二介質(zhì)通流管道周圍的空間。流體輸送可以以直流、對流、交叉直流或交叉對流的方式進行。對于交叉直流或交叉對流方式的流動引導，管束設(shè)備的各個管道由導流板引導，利用導流板使繞管道流動的第二介質(zhì)轉(zhuǎn)向。通過沿導流板進行的所述轉(zhuǎn)向形成環(huán)流管道的介質(zhì)的蜿蜒曲折的流動分布。
[0004]為避免第一介質(zhì)與第二介質(zhì)混合，管道通常在其端部以流體密封的方式容納在管底板中。管底板本身同樣流體密封地與管束設(shè)備的外殼連接。
[0005]在當前使用的管束設(shè)備中，第一管底板和第二管底板分別固定地緊固在管束設(shè)備的殼體中，其中為此通常使用法蘭連接。常用的管底板及其安裝的設(shè)計方案例如在Perry (佩里)白勺《Chemical Engineering’s Handbook (化工手冊)》第八版第11至34頁中有所描述。
[0006]所公開的管束設(shè)備的缺點是，尤其在通流管道的介質(zhì)與環(huán)流管道的介質(zhì)之間溫差較大時，管道和外殼的縱向膨脹不同，使得管道會在管束設(shè)備中變形。此外，在需要時或者在對管束或外殼進行清理時，通常不容易從管束更換管道。
[0007]為避免該變形，通常在設(shè)備的外殼側(cè)使用補償器，但補償器只能用于低壓力范圍內(nèi)的壁厚有限的設(shè)備中。補償器是這種結(jié)構(gòu)的公知的薄弱點，一旦發(fā)生故障就會導致外殼空間中的介質(zhì)溢出到環(huán)境中。這種泄漏在對制程化學品進行操作的情況下是不允許的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此本發(fā)明的一個目的是提供一種不具有現(xiàn)有技術(shù)所公開的缺點的管束設(shè)備。
[0009]該目的通過如下的管束設(shè)備實現(xiàn)，該管束設(shè)備包括殼體以及該殼體中所容納的帶有管道的管束，這些管道在一端與第一管底板連接，并且在與第一管底板相對的另一端與第二管底板連接，其中第一和第二管底板以可拆卸的方式固定在殼體中，其中第一管底板以該第一管底板的與管道相反的一側(cè)支承并固定在殼體上的止擋上，第二管底板通過密封元件(帶有密封元件地)在殼體中被引導(安裝)。
[0010]通過將第一管底板固定在止擋上，避免了管束在管束反應(yīng)器運行中會在殼體內(nèi)部移位。第二管底板通過密封元件在殼體中被引導使得例如在管道和殼體伸長不同的情況下，尤其是在管道中所輸送的介質(zhì)與環(huán)流管道的介質(zhì)溫度非常不同的情況下，管底板能夠在殼體內(nèi)部移位，并以這種方式補償由于溫差所造成的不同的伸長。利用填料盒(填料蓋，壓蓋)式密封件對第二管底板進行密封一方面使得管底板可以在殼體內(nèi)移位，另一方面又使由管底板所分離的殼體內(nèi)部的空間相互密封。由此確保流體從管底板與殼體頂蓋所界定的空間流入到管道中，還確保輸送到殼體中的環(huán)流管道的介質(zhì)不能到達管道的供給流中/不能流入管道中。
[0011]同樣，在管底板固定在止擋上的側(cè)上，為了避免流體從管底板與殼體頂蓋之間的空間流入到殼體外殼與兩個管底板所限定的、管道周圍的空間中，并且還避免流體從管道周圍的空間中流入到管底板與殼體頂蓋之間的空間中，第一管底板也優(yōu)選相對于該殼體密封，其中在此也同樣使用填料盒式密封件。
[0012]使用實施為填料密封箱(壓蓋填料密封件)的密封元件的優(yōu)勢是，即使在使用處于高壓下的介質(zhì)時，例如大于10bar的高壓下時，尤其是在通流管道的介質(zhì)與環(huán)流管道的介質(zhì)之間壓差較大的情況下，確保了被相應(yīng)管底板所分離的空間之間能夠足夠密封。
[0013]使用實施為填料密封箱的密封元件尤其具有的優(yōu)勢是，能夠在外殼與管道側(cè)之間將壓差較大的介質(zhì)分開，而不會造成流體混合。同時，如果尺寸足夠，填料密封箱能夠通過壓縮來容納管束在受到熱應(yīng)力時相對于外殼所產(chǎn)生的長度伸長。尤其在例如目前在中高壓范圍中所使用的具有較大壁厚的設(shè)備中，上述內(nèi)容在外殼側(cè)是必須的，因為在此在變化的加熱或冷卻過程中，管道側(cè)明顯比外殼更快被加熱。
[0014]在一種優(yōu)選的實施方式中，支承第一管底板的止擋具有被分開的環(huán)，該環(huán)容納在殼體中的槽中。在此，該環(huán)可以被劃分為兩個或更多個區(qū)段。將環(huán)分成兩個或多個區(qū)段使得各單獨區(qū)段能夠從殼體中被取出，從而使管底板并進而使管束能夠在去除止擋后在殼體中自由移動。這一點的優(yōu)勢是，能夠從兩端從殼體中取出管束。因此一方面使得能夠從殼體中拉出管束，另一方面還能夠從殼體中將管束推出來。
[0015]為了以可松脫的方式使第一管底板抵靠止擋固定，優(yōu)選的是，所述第一管底板借助于對抗元件(鎖定元件)抵靠該止擋固定。所述對抗元件例如是另一個環(huán)，該另一個環(huán)的外直徑與外殼內(nèi)直徑相符，并且在與管底板相反的側(cè)上貼靠在止擋上。對抗元件與管底板的連接例如通過夾緊螺栓(張緊螺栓)進行。為此例如可以在管底板中構(gòu)造有螺紋孔，夾緊螺栓旋入到該螺紋孔中。作為備選，還可以例如在管底板上構(gòu)造螺紋桿，該螺紋桿通過相應(yīng)的孔插入到對抗元件中，并且利用合適的螺母固定。作為對實施為環(huán)形式的對抗元件的備選方案，還可以設(shè)置多個對抗元件。因此例如可以分別在進行固定的區(qū)域內(nèi)，例如在夾緊螺栓或螺紋桿的區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個例如夾緊鉤形式的對抗元件。作為備選，還可以例如使用適當?shù)膲|圈，它在與管底板相反的側(cè)上貼靠在止擋上。在此例如可以為每個夾緊螺栓或每個螺紋桿都設(shè)置一個墊圈。還可以這樣構(gòu)造墊圈，使得多個夾緊螺栓或螺紋桿都被引導穿過一個墊圈。在此要分別需要將墊圈構(gòu)造得使管束的各單個管道的入流保持暢通。
[0016]為了避免所要輸送通過管道的介質(zhì)進入到環(huán)流管道的區(qū)域中，或者避免在相反方向上介質(zhì)從環(huán)繞管道的空間中進入到管道所通入的區(qū)域中，需要將第一管底板流體密封地安裝在殼體中。在本發(fā)明的一種實施方式中，例如可以利用第二密封元件使第一管底板壓靠止擋。作為密封元件，在此情況下例如適合使用平面密封件或具有適當尺寸的O形環(huán)。作為備選，還可以將用于使第一管底板相對于殼體密封的第二密封元件構(gòu)造為填料密封箱。在此例如可以使用止擋或?qū)乖砉潭ㄔ撎盍厦芊庀洹?br>[0017]對兩個安裝在殼體的相對兩側(cè)上的管底板的使用使得可以使用直的、即未彎曲的管道。這具有的優(yōu)勢是，即使未從管束設(shè)備中拆除，管道也可以得到檢查、檢測和凈化。使用具有相對的管底板的直的管道一其中管道的各端部安裝在管底板中的優(yōu)勢是，所述各管底板具有均勻的溫度分布/曲線，從而不會產(chǎn)生會導致泄露的扭曲。不同于此，在U形管道中，由于管道入流處與流出處之間存在的溫度差，而入流處與流出處都安裝在同一管底板中，所以管底板中存在會造成扭曲的溫度梯度。
[0018]通過使用直的管道，可以例如為進行檢測或凈化而將直的清洗槍推動穿過管道。此外，直管道的管束比彎管道的管束更容易制造，因為不必將管道彎曲并且能更容易將管道穿入管底板中。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備的另一優(yōu)點在于，對兩個管底板和直的管道的使用使得可以使用圓柱形的殼體，從而能夠從兩側(cè)將管束從殼體中抽出或者備選地也可以將其推出。
[0020]由于使用了兩個管底板，管束設(shè)備被分成三個相互分開的區(qū)域。在端側(cè)分別形成了一個空間，管道通入到該空間中，其中一個端側(cè)形成了管道的入流處，而另一個端側(cè)形成了管道的流出處。在中部形成了另一個區(qū)域，該區(qū)域包圍管道，第二介質(zhì)能夠流入該區(qū)域中。
[0021]將管束構(gòu)造得使第二管底板利用密封元件穿入到殼體中所具有的優(yōu)勢是，能夠例如為殼體和管道使用具有不同熱膨脹的不同的材料，并且通過利用合適密封元件所得到的管底板的可移動性一直確保將管束設(shè)備所劃分的各單個區(qū)域之間的密封。在伸長不同的情況下，例如在高溫時，第二管底板在殼體中移位，從而不會對管道或殼體造成拉伸或加壓負荷而由此產(chǎn)生可能的變形。另一優(yōu)點是，由于管底板可移動，所以即使管道長度很大也是可以的，而不會在管束設(shè)備運行中，例如在高壓或高溫情況下造成管道或殼體變形。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備通常應(yīng)用在必須在較高運行壓力下對氣態(tài)或液態(tài)材料流進行加熱或冷卻的設(shè)施中。在此，所述管束設(shè)備可以或者作為管束熱反應(yīng)器、或者優(yōu)選作為熱集成裝置中的熱交換器或回熱器而使用。根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備尤其適合于需要大的管道尺寸，例如長的管道的情況。根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備還特別利于在以下情況下使用，即在管束設(shè)備所輸送的介質(zhì)之間出現(xiàn)較大的溫差或者將帶有高溫的介質(zhì)輸送通過管束設(shè)備。關(guān)于設(shè)備的大的溫差在此應(yīng)該理解為50至350°C之間的溫差，優(yōu)選50至200°C之間的溫差。高溫在本發(fā)明中是指處于100至500°C的范圍內(nèi)、優(yōu)選100至350°C的范圍內(nèi)的溫度。
[0023]“較高的運行壓力”在本發(fā)明范圍內(nèi)應(yīng)理解為能夠結(jié)構(gòu)上有利地運行管束設(shè)備的壓力。所述壓力例如處于60至500bar (巴)的范圍內(nèi)、優(yōu)選處于100至350bar的范圍內(nèi)。外殼與管道側(cè)間的壓差可以在10bar以內(nèi)。
[0024]當然，根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備還可以在溫差小或溫度低或者壓差小或壓力低的情況下運行。根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器并不局限于在出現(xiàn)大的壓差或溫差或者高的壓力或溫度的操作方法中運行。但由于其構(gòu)造方案，該反應(yīng)器非常適合在高壓和/或高溫下運行。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的管束設(shè)備特別適合于要以絕熱運行的反應(yīng)系統(tǒng)的放熱反應(yīng)的反應(yīng)熱量將反應(yīng)器入流加熱到反應(yīng)溫度的操作方法中。在該裝置中，將含有反應(yīng)焓的反應(yīng)器入流輸送到管束設(shè)備的兩側(cè)中一側(cè)，而在另一側(cè)在加熱情況下將反應(yīng)器入流輸入系統(tǒng)中。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備特別適合用于作為熱交換器使用，例如在用于制造特丁胺(叔丁胺)的操作方