一种用于高温大口径的套管式混合器的制作方法

一种用于高温大口径的套管式混合器
1.技术领域
2.本发明涉及石油化工行业中常用的套管式混合器，尤其涉及一种用于高温大口径的套管式混合器。


背景技术：

3.目前在石油化工行业中，冷热两股流体相互混合，会对混合器的设计提出很高的要求。热流体入口管和冷流体主管的连接部位，在冷热流体温差较大的情况下，会受到复杂交变应力的作用，易于出现疲劳失效。在大口径混合器中，冷热流体混合也更易出现混合不稳而引起流体振动，使得整个混合器振动失稳。该连接部位出现疲劳失效和振动失稳后会发生开裂，将导致工艺装置非正常停工。
4.中国专利cn201510530002.6公开了一种用于冷热流体的套管式混合器，其由水平设置的冷流体主管和竖直设置的热流体入口管组成，其中冷流体主管依次包括沿同一轴线设置的冷流体入口法兰、冷流体入口大小头、异径三通、混合过渡段和混合出口法兰，冷流体主管内设置主内套管，主内套管一端与冷流体入口大小头连接，热流体入口管从上到下依次包括沿同一轴线设置的热流体入口法兰和热流体入口大小头，热流体入口大小头下端与异径三通的支管上端竖直相对连接，热流体入口管内设置热流体内套管，热流体内套管一端与热流体入口大小头连接，另一端插入主内套管内，主内套管外面设置垫块和导向块，1个垫块对应设置2个导向块，且均匀布置。该技术可用于高温小口径和低温大口径流体混合。但其缺点是：当整个混合器为高温大口径时，热流体内套管与大小头内壁间距增大，冷热流体混合引起的大幅振动会使热流体内套管与大小头焊接处角焊缝的强度变弱，频繁的振动会使该角焊缝开裂并脱落，热流体内套管失去保护冷热流体主管连接部位的作用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于高温大口径的套管式混合器，以解决现有用于冷热流体混合器所存在的热流体入口管和冷流体主管的连接部位疲劳失效和振动失稳等问题。
6.本发明提供一种用于高温大口径的套管式混合器，包括水平设置的冷流体主管和竖直设置的热流体入口管，其特征在于：所述冷流体主管沿冷流体流动方向依次设置冷流体入口接管、冷流体入口大小头、混合过渡段、混合流体出口大小头和混合流体出口接管，混合过渡段内设置有混合内套管，混合内套管一端与冷流体入口大小头连接，热流体入口管沿热流体流动方向依次设置热流体入口接管、热流体入口大小头和热流体扩径段，热流体扩径段内由外向内依次设置热流体外套管、热流体中套管和热流体内套管，所述热流体内套管一端与热流体入口接管连接，另一端插入混合内套管内，所述热流体外套管的内壁和热流体中套管的内壁均设置有导向垫杆，所述热流体内套管的外壁和热流体中套管的外壁均设置导向垫块。
7.本发明所述热流体内套管另一端插入混合内套管内，优选与混合内套管的内壁顶部相齐平。本发明优选热流体内套管的外径与热流体入口接管的内径相同，并在角焊缝下150～200mm处沿热流体内套管的圆周均匀设置圆钢。
8.本发明优选沿热流体内套管的圆周每隔10
°
～15
°
均匀设置圆钢。
9.本发明优选热流体中套管和热流体外套管的一端均折边与热流体扩径段连接。所述导向垫块在热流体内套管和热流体中套管的外壁上均沿圆周每隔20
°
～30
°
均匀设置。所述导向垫杆在热流体中套管和热流体外套管的内壁上沿圆周均匀设置。
10.本发明所述高温大口径的套管式混合器还设置有固定端和滑动端，固定端优选位于热流体入口管的正下方，滑动端优选位于冷热流体混合的下游远端支撑块的正下方。
11.本发明主要适用于口径大于dn1500,温度高于425℃的高温大口径流体混合。本发明与现有技术相比具有如下优点：1）本发明在使用过程中，热流体经热流体内套管进入混合内套管与冷流体混合。由于热流体注入时不与冷流体外管接触，使得冷热流体的外管连接部位得到了保护，防止该部位由于冷热流体温差较大而受到复杂交变应力的作用，从而可以避免在该连接部位出现疲劳失效。通过增加混合部位管道直径、设置支撑块和导向块，避免两股流体混合时发生振动、失稳；2）本发明的热流体内套管由一层改为三层，增加导向垫杆和导向垫块，减少流体混合不稳而引起振动；3）本发明热流体入口接管和热流体内套管角焊缝下沿圆周塞焊圆钢，增强热流体内套管的焊缝强度；4）大小支撑块代替原有的垫块，增加支撑混合内套管的强度；5）增加固定端和滑动端用于支撑整个混合器，保证整个混合器的稳定性。
12.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，但并不限制本发明的范围。
附图说明
13.图1是本发明一种用于高温大口径的套管式混合器简单剖视图。
14.图2是图1中a-a向截面图。
15.图3是图1中b-b向截面图。
16.图4是图1中i部位局部放大图。
17.图5是图1中ii部位局部放大图。
18.图6是图1中iii部位局部放大图。
19.图7是图1中iv部位局部放大图。
20.图1～图7中所示附图标记是：1-冷流体入口接管，2-冷流体入口大小头，3-混合内套管，4-混合过渡段，5-混合流体出口大小头，6-混合流体出口接管，7-内套管小支撑块，8-内套管大支撑块，9-内套管导向块，10-热流体入口接管，11-热流体入口大小头，12-热流体扩径段，13-热流体外套管，14-热流体中套管，15-热流体内套管，16-导向垫杆，17-导向垫块，18-固定端，19-滑动端。
具体实施方式
21.如图1～7所示，本发明一种用于高温大口径的套管式混合器，由水平设置的冷流体主管和竖直设置的热流体入口管组成，冷流体主管沿冷流体流动方向依次设置冷流体入
口接管1、冷流体入口大小头2、混合过渡段4、混合流体出口大小头5和混合流体出口接管6，混合过渡段4内设置有混合内套管3，混合内套管3一端与冷流体入口大小头2连接，另一端不焊接。热流体入口管沿热流体流动方向依次设置热流体入口接管10、热流体入口大小头11和热流体扩径段12，热流体扩径段12内由外向内依次设置热流体外套管13、热流体中套管14和热流体内套管15，所述热流体外套管13的内壁和热流体中套管14的内壁均设置有导向垫杆16，导向垫杆16优选焊接在热流体外套管13的内壁和热流体中套管14的内壁，所述热流体内套管15的外壁和热流体中套管14的外壁均设置导向垫块17，导向垫块17优选焊接在热流体内套管15的外壁和热流体中套管14的外壁。
22.本发明所述热流体内套管15一端与热流体入口接管10连接（优选焊接），另一端插入混合内套管3内，优选与混合内套管3的内壁顶部相齐平。
23.本发明所述热流体内套管15的外径与热流体入口接管10的内径相同，并在角焊缝下150～200mm处沿热流体内套管15的圆周均匀设置圆钢（优选塞焊设置），通常是沿热流体内套管15的圆周每隔10
°
～15
°
塞焊圆钢，图5中为沿热流体内套管15的圆周每隔10
°
进行塞焊。
24.本发明所述热流体中套管14和热流体外套管13的一端均折边与热流体扩径段12连接（优选焊接）。
25.本发明所述导向垫块17在热流体内套管15和热流体中套管14的外壁上均沿圆周均匀设置，通常为上下1～3排设置，优选2排，每一排中相邻两个导向垫块17的间隔为20
°
～30
°
设置，导向垫块17设置时优选焊接（见图3）。
26.本发明所述导向垫杆16在热流体中套管14和热流体外套管13的内壁上沿圆周上下设置1～3排，每排推荐设置4～8个，导向垫杆16设置时优选焊接，导向垫杆16与热流体套管上下的垂直距离h1通常为20～30mm。热流体内套管15外壁上的导向垫块17在热流体中套管14内壁上的导向垫杆16的下方，热流体中套管14外壁上的导向垫块17在热流体外套管13内壁上的导向垫杆16的下方。
27.本发明所述导向垫块17与热流体套管上下的距离h2通常为1～3mm导向间距（见图6）。
28.本发明所述导向垫杆16与热流体套管外壁的距离h3通常为1～3mm导向间距（见图6）。
29.本发明所述所述混合过渡段4前后分别与冷流体入口大小头2和混合流体出口大小头5焊接，热流体扩径段12与混合过渡段4垂直焊接。混合内套管3嵌在混合过渡段4内，混合内套管3和混合过渡段4不焊接。
30.所述混合内套管3的外径与外接冷流体管径相同。
31.所述混合内套管3的长度是混合过渡段4直径的5～10倍，以保证冷热流体充分混合。
32.所述混合内套管3的外面和混合过渡段4里面设置2～4个支撑块，支撑块由内套管小支撑块7和内套管大支撑块8组成，内套管小支撑块7设置在混合内套管3的外壁面上，内套管大支撑块8设置在混合过渡段4内壁面上，优选焊接设置，内套管小支撑块7和内套管大支撑块8之间无焊接（见图4）。
33.所述其中1个支撑块设置于热流体入口管的正下方，以平衡热流体的冲力，其余设
置于混合过渡段4，其中有一个支撑块置于热流体入口管的正下方，其余支撑块设置于冷热流体混合的下游，起到支撑混合内套管3的作用。为了防止冷热流体混合时混合内套管3的振动，设置于混合过渡段4的支撑块斜上方对应设置内套管导向块9，1个支撑块对应设置2个内套管导向块9，这两个内套管导向块9均匀布置，且与支撑块的夹角为90～150
°
，图2中为120
°
的情况，内套管导向块9设置在混合内套管4外壁面上，内套管导向块9外缘与混合过渡段4内壁的距离h4通常为1～3mm导向间距（见图2）。
34.本发明套管式混合器的各部件，可以使用相同的合金钢或不锈钢材料制造。当不锈钢和合金钢焊接时，可以用镍基合金堆焊过度（见图7）。
35.本发明所述用于高温大口径的套管式混合器还设置有固定端18和滑动端19，固定端18位于热流体入口管的正下方，滑动端19位于冷热流体混合的下游远端支撑块的正下方。
36.本发明套管式混合器的各部件与冷流体，热流体或冷热流体混合流体相接触的表面，均可以堆焊或喷涂耐磨损，耐高温的合金材料。
37.本发明套管式混合器在使用过程中，热流体经热流体内套管15进入混合内套管3，冷流体经冷流体入口大小头2进入混合内套管3与热流体混合，混合后形成的混合流体由混合流体出口接管6流出。在混合过程中，冷流体、热流体和冷热混合流体可以充满套管与主管的间隙，所以套管两侧不存在压差，受力状况较好。