立式氨合成塔电加热器和气体加热方法与流程

1.本发明涉及氨合成技术领域，更具体地，本发明涉及一种立式氨合成塔电加热器和气体加热方法。


背景技术：

2.在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙等产品。氨在其他工业中的应用也非常广泛。在石油炼制、橡胶工业，冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。
3.氢气和氮气在高温高压下并在触媒的作用下合成为氨。氨合成塔是合成氨厂的心脏，而电加热器是氨合成塔最重要的辅机设备。氨合成塔在开车时，需要电加热器为合成塔触媒升温还原提供热源，在氨合成塔停车后的升温或事故后的处理，也会应用到电加热器。在合成塔外设置电加热器具有结构简单、安全可靠、制造、安装、维修方便，诸多优点，因此得到了广泛的应用。
4.常规的氨合成塔电加热器采用双进双出结构，其流量大，适于大型氨合成塔，而对于中小型氨合成塔则不适应。因此，如何提供一种适于中小型氨厂使用的电加热器是本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种立式氨合成塔电加热器，其具有单进单出的立式加热结构，适用于中小型氨厂。
6.为达上述目的，本发明提供了一种立式氨合成塔电加热器，包括壳体和内件，壳体由下至上依次包括出口法兰、下部三通、进口法兰、筒体下端部、筒体、筒体上端部和平盖，其中下部三通与出口法兰、进口法兰和筒体下端部密封连接，筒体上端部与平盖密封连接，筒体与筒体下端部和筒体上端部通过焊接固定连接，平盖开设有用于插入电炉丝的开口；内件由下至上依次包括下压环、下盘根、下固定卡子、下连接管、下支撑件、上支撑件、上连接管、上固定卡子、上盘根和上压环，其中下压环与下固定卡子通过螺栓固定连接，下盘根靠近下压环设置在下固定卡子的外周，上压环与上固定卡子通过螺栓固定连接，上盘根靠近上压环设置在上固定卡子的外周，下固定卡子与下连接管通过焊接固定连接，下连接管和下支撑件与上支撑件通过焊接固定连接，下支撑件位于下连接管的上端外周，上支撑件与上连接管通过焊接固定连接，上连接管与上固定卡子通过焊接固定连接，下支撑件和上连接管的侧壁均开设有通孔。
7.可选地，下部三通与出口法兰和进口法兰之间以及筒体上端部与平盖之间均通过螺柱、螺母和ω形密封环实现密封连接；下部三通与筒体下端部之间通过螺柱、螺母和八角垫实现密封连接。
8.可选地，筒体的外周焊接有刚性环耳座和吊耳，平盖和下部三通的侧部均设置有
吊环螺钉。
9.可选地，下支撑件的侧壁开设有4个圆周均布的通孔，上连接管的侧壁开设有12排共288个圆周均布的通孔。
10.可选地，下支撑件的底部外周和筒体下端部的顶部内侧设置有相匹配的斜面。
11.可选地，上连接管的下部外周设置有保温套管，保温套管的一端焊接至上支撑件，保温套管的另一端通过保温固定块焊接至上连接管，保温套管与上连接管之间填充有保温材料。
12.可选地，上固定卡子的顶部焊接有吊耳，上连接管与上固定卡子之间还焊接有支撑筋板。
13.可选地，上连接管内还设置有搅拌装置。
14.可选地，上连接管和下连接管的内壁还涂覆有保温涂层。
15.本发明还提供了一种利用上述立式氨合成塔电加热器进行气体加热的方法，所述方法包括：将待加热的气体通过进口法兰与下部三通形成的冷气入口送入到壳体与内件的间隙中，所述气体在所述壳体与所述内件的间隙中上升并通过下支撑件的通孔由所述下部三通与下连接管的间隙进入到筒体与上连接管的间隙中，然后通过所述上连接管的通孔进入到所述上连接管的内部，在此所述气体被穿过平盖上的电炉丝口伸入的电炉丝加热后向下流动，加热后的所述气体通过所述下连接管从所述下部三通与出口法兰形成的热气出口流出。
16.与现有技术相比，本发明所提供的立式氨合成塔电加热器具有以下有益效果：
17.(1)与现有技术中具有双进双出结构的大流量电加热器相比，本发明所提供的立式氨合成塔电加热器具有立式的单进单出结构。反应前混合气体可通过下部三通侧部的冷气入口进入到壳体与内件的间隙中，沿间隙上升并通过上连接管的通孔进入到内件的内部，被穿过平盖伸入的电炉丝加热后向下流动从而通过下部三通底部的热气出口流出。立式单进单出的结构占地面积小、加热速度快，适用于中小型氨厂；
18.(2)在密封结构方面，本发明所提供的立式氨合成塔电加热器在冷气入口、热气出口和平盖部分采用带有ω密封环的螺纹固定方式，装配简单、密封性好且不易受压力、温度的变化所影响，在筒体下端部与下部三通之间则采用带有八角垫的螺纹固定方式，便于多次拆装从而对内件和壳体进行检查；
19.(3)在保温方面，本发明所提供的立式氨合成塔电加热器在混合气体加热后立即流经的上连接管下部外周设置有保温套管，保温套管与上连接管之间填充有保温材料，从而使得混合气体在加热后不易向周围的介质释放热量，而是携带热量以较高的温度从热气出口流出。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明的技术方案，将根据以下附图进一步说明和描述本发明的实施方式，这些附图仅用于更方便和具体地描述本发明的实施方式而不是对本发明的限制。
21.图1是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的整体结构示意图；
22.图2是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的内件结构示意图；
23.图3是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的平盖结构示意图；
24.图4是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的下压环、下盘根和下固定卡子的连接结构示意图；
25.图5是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的上压环、上盘根和上固定卡子的连接结构示意图；
26.图6是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的进口法兰、ω形密封环和下部三通的连接结构示意图；
27.图7是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的下部三通、八角垫和筒体下端部的连接结构示意图；
28.图8是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的筒体上端部、ω形密封环和平盖的连接结构示意图；
29.图9是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的下支撑件的横截面示意图；
30.图10是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的上连接管的横截面示意图；以及
31.图11是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的上连接管、保温套管和保温固定块的连接结构示意图。
32.图中：1是出口法兰，2是下部三通，3是进口法兰，4是筒体下端部，5是筒体，6是筒体上端部，7是平盖，8是下压环，9是下盘根，10是下固定卡子，11是下连接管，12是下支撑件，13是上支撑件，14是上连接管，15是上固定卡子，16是上盘根，17是上压环，18是ω形密封环，19是八角垫，20是刚性环耳座，21是吊耳，22是吊环螺钉，23是保温套管，24是保温固定块，25是保温材料，26是支撑筋板；n1是冷气入口，n2是热气出口，e1～3是电炉丝口。
具体实施方式
33.本发明提供了一种立式氨合成塔电加热器，其具有立式的单进单出结构且占地面积小、加热速度快，适用于中小型氨厂。
34.在本发明的一个优选实施方式中，提供了一种立式氨合成塔电加热器，包括壳体和内件，例如参考图1
‑
图5。图1是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的整体结构示意图，如图1所示，壳体由下至上依次包括出口法兰1、下部三通2、进口法兰3、筒体下端部4、筒体5、筒体上端部6和平盖7，其中下部三通2与出口法兰1、进口法兰3和筒体下端部4密封连接，筒体上端部6与平盖7密封连接，筒体5与筒体下端部4和筒体上端部6通过焊接固定连接，平盖7开设有用于插入电炉丝的开口。平盖7的结构可参考图3，图3是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的平盖结构示意图，如图3所示，平盖7的顶部中心部分开设有3个电炉丝口e1～3，用于插入电炉丝进行加热；平盖7的顶部周围部分开设有若干用于插入螺栓的孔，以便插入螺栓并加装螺母以实现平盖与筒体上端部之间的密封连接。图2是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式
氨合成塔电加热器的内件结构示意图，如图2所示，内件由下至上依次包括下压环8、下盘根9、下固定卡子10、下连接管11、下支撑件12、上支撑件13、上连接管14、上固定卡子15、上盘根16和上压环17，其中下压环8与下固定卡子9通过螺栓固定连接，下盘根9靠近下压环8设置在下固定卡子10的外周，上压环17与上固定卡子15通过螺栓固定连接，上盘根16靠近上压环17设置在上固定卡子15的外周，下固定卡子10与下连接管11通过焊接固定连接，下连接管11和下支撑件12与上支撑件13通过焊接固定连接，下支撑件12位于下连接管11的上端外周，上支撑件13与上连接管14通过焊接固定连接，上连接管14与上固定卡子15通过焊接固定连接，下支撑件12和上连接管14的侧壁均开设有通孔。下压环8、下盘根9和下固定卡子10之间的连接结构可参考图4，图4是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的下压环、下盘根和下固定卡子的连接结构示意图，其中下压环8与下固定卡子10通过螺栓紧固在一起，并且下固定卡子10靠近下压环8的外周设置有盘根9，当螺栓逐渐拧紧时，盘根9变形并填充下固定卡子10与下部三通2之间的空隙，从而实现壳体与内件之间的密封。上压环17、上盘根16和上固定卡子15之间的连接结构可参考图5，其固定和密封结构与下压环8、下盘根9和下固定卡子10相似。
35.现将参考图1描述本发明所提供的立式氨合成塔电加热器的工作原理：将制氨反应所需混合气体通过进口法兰3与下部三通2形成的冷气入口n1送入到壳体与内件的间隙中，混合气体沿间隙上升并通过下支撑件12的通孔由下部三通2与下连接管11的间隙进入到筒体5与上连接管14的间隙中，然后通过上连接管14的通孔进入到上连接管14的内部，在此混合气体被穿过平盖7上的电炉丝口e1～3伸入的电炉丝加热后向下流动，从而通过下连接管11从下部三通2与出口法兰1形成的热气出口n2流出。本发明所提供的氨合成塔电加热器具有单进单出的立式结构，待反应混合气体可从单个入口流入，并在经加热后从与入口位置接近的单个出口流出，结构简单且占用空间小，适于用作中小型氨厂的氨合成塔电加热器。
36.在本发明的一个优选实施方式中，下部三通2与出口法兰1和进口法兰3之间以及筒体上端部6与平盖7之间可通过螺柱、螺母和ω形密封环18实现密封连接；下部三通2与筒体下端部4之间可通过螺柱、螺母和八角垫19实现密封连接。也就是说，本发明所提供的立式氨合成塔电加热器在冷气入口n1的连接部分、热气出口n2的连接部分和平盖7与筒体上端部6的连接部分采用带有ω密封环18的螺纹固定方式，这些连接部位均为管道间连接且装配后很少拆卸，因此采用安装简单但拆卸较复杂，密封性好且不易受压力、温度的变化所影响的ω形密封环18进行密封。在筒体下端部4与下部三通2之间则采用带有八角垫19的螺纹固定方式，八角垫19的结构简单且易于拆装，方便维修人员随时对内件和壳体进行检修。进口法兰3、ω形密封环18和下部三通2之间的连接结构可参考图6；下部三通2、八角垫19和筒体下端部4之间的连接结构可参考图7；筒体上端部6、ω形密封环18和平盖7之间的连接结构可参考图8；进口法兰1与下部三通2之间的连接结构与出口法兰3与下部三通2之间的连接结构相似，也可参考图6。
37.在本发明的一个优选实施方式中，筒体5的外周焊接有刚性环耳座20和吊耳21。如图1所示，可在筒体5外周的适当位置焊接刚性环耳座20和吊耳21，刚性环耳座20可用于承载整个设备的重量以及由于设备偏心或管道热胀引起的切向力和局部应力等，吊耳可用于在安装内件之前起吊壳体以及在安装内件之后起吊整个设备。在本发明的一个优选实施方
式中，平盖7和下部三通2的侧部均设置有吊环螺钉22。如图1所示，平盖7和下部三通2的侧部均开设有用于旋入吊环螺钉22的螺纹孔，在装配整个设备或单独运输设备组件期间，在螺纹孔中旋入吊环螺钉22即可起吊相应的组件。螺纹孔在平盖7侧部可设置在任选位置，并且在下部三通2侧部优选地设置在与冷气入口n1相对的一侧。
38.在本发明的一个优选实施方式中，下支撑件12的侧壁开设有4个圆周均布的通孔，上连接管14的侧壁开设有12排共288个圆周均布的通孔，例如参考图9和图10。图9是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的下支撑件的横截面示意图，如图9所示，下支撑件12的侧壁开设有4个圆周均布的通孔，这些通孔用于使来自冷气入口n1的混合气体从下部三通2与下连接管11之间的间隙进入到筒体5与上连接管14之间的间隙中。图10是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的上连接管的横截面示意图，如图10所示，上连接管14的侧壁开设有12排共288个圆周均布的通孔，每排共24个通孔，这样密排分布的通孔不仅允许混合气体从上连接管14与筒体5之间的间隙进入到上连接管14的内部，还有助于混合气体更加均匀地混合和受热。本领域技术人员应当理解，当采用的管径、管长不同时，也可在上连接管14的适当位置开设任意适当数量的通孔。
39.在本发明的一个优选实施方式中，下支撑件12的底部外周和筒体下端部4的顶部内侧设置有相匹配的斜面。如图1和图2所示，在将内件的各组件以及壳体的各组件分别组装完成后，需将内件安置在壳体的内部，下支撑件12的底部外周和筒体下端部4的顶部内侧的斜面使得内件能够稳固地安置在壳体内。应当注意的是，此处无需设置密封结构，因为该斜面恰好位于下连接管11与下部三通2之间，钻入斜面间隙的些许混合气体不会外泄或提前进入下连接管11内部，而是随着通过下支撑件12通孔的气体沿内件与壳体的间隙向上流动。
40.在本发明的一个优选实施方式中，上连接管14的下部外周设置有保温套管23。例如参考图2和图11，图2是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的内件结构示意图，图11是根据本发明的一个示例实施方式所提供的立式氨合成塔电加热器的上连接管、保温套管和保温固定块的连接结构示意图。如图2和图11所示，保温套管23的一端焊接至上支撑件13，保温套管23的另一端通过保温固定块24焊接至上连接管14，保温套管23与上连接管14之间填充有保温材料25。保温套管23与上连接管14之间的保温材料25所形成的保温层使得混合气体经过加热后不易向上连接管14的管壁释放热量，从而进一步增加加热效率。保温材料25可利用本领域已知的任何材料，诸如绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的玻璃纤维等。应当注意的是，保温套管23不应覆盖或遮挡上连接管14上部所开设的通孔，以免阻挡混合气体的流动。
41.在本发明的一个优选实施方式中，上固定卡子15的顶部焊接有吊耳，上连接管14与上固定卡子15之间还焊接有支撑筋板26。如图2所示，吊耳用于起吊整个内件，以便将内件装配到壳体中；支撑筋板26用于进一步加固上固定卡子15与上连接管14之间的连接，以防起吊时上固定卡子15与上连接管14脱落。
42.在本发明的一个优选实施方式中，上连接管14内还设置有搅拌装置，搅拌装置用于使混合气体混合得更加均匀。例如，搅拌装置可设置在上连接管14开设通孔部分的下方内侧，使混合气体能够加热后进一步混合，同时搅拌装置也可向上反弹部分气体使其再次
受热，提高加热效率。备选地或附加地，电炉丝也可具备搅拌功能或者搅拌装置可通过电炉丝口e1～3与电炉丝一同伸入上连接管中，以便在加热的同时进行搅拌。
43.在本发明的一个优选实施方式中，上连接管14和下连接管11的内壁还涂覆有保温涂层。保温涂层使得加热后的混合气体不易向上连接管14和下连接管11的外部散发热量，从而提高热量的利用率。
44.在本发明的一个优选实施方式中，还提供了一种利用上述立式氨合成塔电加热器进行气体加热的方法，例如参考图1和图2，该方法包括：将待加热的气体通过进口法兰3与下部三通2形成的冷气入口n1送入到壳体与内件的间隙中，气体在壳体与内件的间隙中上升并通过下支撑件12的通孔由下部三通2与下连接管11的间隙进入到筒体5与上连接管14的间隙中，然后通过上连接管14的通孔进入到上连接管14的内部，在此气体被穿过平盖7上的电炉丝口e1～3伸入的电炉丝加热后向下流动，加热后的气体通过下连接管11从下部三通2与出口法兰1形成的热气出口n2流出。
45.应当理解，可以将本发明中所提供的各个实施方式中的装置和/或结构进行组合、修改和/或变更以形成新的技术方案。在没有创造性劳动的情况下，这些技术方案也应当包含在本发明所要求保护的范围之内。
46.在本文所提供的实施方式中提供了大量具体示例，应当理解这些示例仅是为了对本发明的实施方式进行详细的阐述而并非对本发明的限制。本发明中的实施方式可以在没有这些具体示例的情况下实践。在一些实施方式中并未详细示出本领域技术人员所公知的结构和/或技术，以便不模糊对本发明的理解。
47.尽管本文中已经示出并描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员容易理解的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下现将会想到多种变化、改变和替代。应当理解，本文中描述的本发明实施方案的各种替代方案任选地用于实施本发明。旨在通过权利要求限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的装置、结构及其等同物。