一种直通式合成废热锅炉的制作方法

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其是涉及一种直通式合成废热锅炉。

背景技术：

合成废热锅炉是合成氨工业废热回收利用的关键装置，它长期承受高温、高压、氢氮气的冲蚀等苛刻的工艺条件。废热锅炉的典型破坏和失效模式包括热应力、热疲劳裂纹、高温下氢腐蚀等；主要失效部位常见于热端管板及管板与换热管连接部位，即焊缝出现裂缝。目前的合成废热锅炉结构如图1所示，此结构在国内几十家企业在使用，但使用寿命很短，经常出现泄漏，致使企业停产维修，造成很大的经济损失。寿命较短的原因为，合成废热锅炉在使用过程中蒸汽从上升管进入汽包气侧，而汽包内的水从下降管进入本设备的下侧，水被合成气加热后向上移动产生汽水混合物进入上升管，这个水循环的过程使换热管管束上下有较大的温差，特别在锅炉给水时，这个温差更大，温度波动更为严重，该设备的壳体上设置的膨胀节只能消除轴向的温差，无法消除径向(即上、下)的温差，而常见的废热锅炉上、下温差可以达到100℃左右，因此上下的换热管热胀冷缩的情况相差较大，因此每根换热管与管板的连接焊缝处于不同程度的热应力和热疲劳状态，同时又在氢脆、氢腐蚀的共同作用下，废锅在使用一段时间后热端处管板与换热管连接处的焊缝发生了微裂纹漏气事故，这是这类废锅常见的失效模式。对于使用在年产30万吨以上合成氨装置上的废热锅炉，如果出现泄漏，企业必须把系统装备停止运行，进行维修，停产维修一次，企业将要损失几千万元；因此，需要设计一种直通式合成废热锅炉，避免由于径向方向上的温差导致的换热管与管板之间焊缝连接处出现裂缝，从而提高设备的寿命，提高企业的经济效益。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种直通式合成废热锅炉。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种直通式合成废热锅炉，包括筒体、设于所述筒体两端的两个管板、分别与两个管板连接的管箱、以及设于所述筒体内部的换热管；所述换热管沿所述筒体的轴向分布，并且换热管的两端分别固定于所述管板上；所述筒体上设有循环水进口和蒸汽出口，所述换热管上设有弯曲型结构。

现有技术中采用直管型的换热管，这种换热管无法消除换热器径向(即上、下)温差，而常见的废热锅炉上、下温差可以达到100℃左右，因此上下的换热管热胀冷缩的情况相差较大，因此每根换热管与管板的连接焊缝处于不同程度的热应力和热疲劳状态，换热管端部与管板之间的焊缝容易出现裂纹；而本实用新型中采用弯曲型结构的换热管，弯曲型结构能够很好的吸收换热管由于热胀冷肃形成的不同程度的膨胀，大大减小换热管端部与管板之间的热应力，避免换热管端部与管板之间的焊缝由于热应力受损，开裂。

优选地，所述弯曲型结构为u型结构。

采用u型结构，方便加工制造，也方便换热管的安装。

优选地，所述u型结构的底部连通处朝向水平方向。

优选地，所有换热管的u型结构朝向相同。

配套地，本实用新型还设计了与带有u型结构的换热管匹配的支撑板，所述筒体内设有支撑板，所述换热管固定于所述支撑板上。

优选地，所述支撑板为弓形结构的支撑板，并且支撑板上开设与所述u型结构匹配的通孔。

优选地，所述支撑板为分体式结构的支撑板，包括形状匹配的第一支撑板和第二支撑板，并且二者之间设有间隔空间；所述第一支撑板和第二支撑板上开设匹配的半圆孔，两个匹配的半圆孔和所述间隔空间形成与u型结构匹配的通孔。

每根换热管在靠近合成气进口的一端设有一个弯曲型结构。

所述筒体上设有膨胀节。

本实用新型还包括汽包，所述循环水进口通过下降管与所述汽包的循环水出口连接，所述蒸汽出口通过上升管与所述汽包的蒸汽进口连接；所述汽包上还设有锅炉给水口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)对于直通式的废热锅炉，采用带有弯曲型结构的换热管，这种结构可吸收各换热管之间不同的温度产生不同的膨胀，从而消除换热管连接处焊缝的热应力和热疲劳破坏，彻底避免设备泄漏事故造成工厂停产的巨大经济损失；

(2)根据这种弯曲结构的换热管，本实用新型设计了与之匹配的支撑板，这种支撑板在设备制造时便于穿管、组装，而且对于换热管的支撑更加可靠；

(3)换热管上设有一个弯曲型结构，增加了换热接触面积，提高了换热效率。

附图说明

图1为对比例的结构示意图；

图2为图1的a-a向视图；

图3为实施例的结构示意图；

图4为图3的a-a向视图；

图5为换热管的结构示意图；

图6为支撑板的结构示意图；

图中，1为管箱、2为管板、3为换热管、31为u型结构、4为筒体、5为支撑板、51为第一支撑板、52为第二支撑板、6为膨胀节、7为汽包、8为上升管、9为下降管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

对比例

对比例为现有的废热锅炉，如图1和图2所示，该废热锅炉包括筒体4、设于筒体4两端的两个管板2、分别与两个管板2连接的管箱1、设于筒体4内部的换热管3、与筒体壳程通过管道连接的汽包7；换热管3沿筒体4的轴向分布，并且换热管3的两端分别固定于管板2上；筒体4上设有循环水进口和蒸汽出口，循环水进口通过下降管9与汽包7的循环水出口连接，蒸汽出口通过上升管8与汽包7的蒸汽进口连接；汽包上还设有锅炉给水口；筒体4内部设有用于固定换热管的支撑板5，筒体4上还设有膨胀节。

合成废热锅炉在使用过程中蒸汽从上升管8进入汽包7气侧，而汽包7内的水从下降管9进入废热锅炉的下侧，水被合成气加热后向上移动产生汽水混合物进入上升管8，这个水循环的过程使换热管管束上下有较大的温差，特别在锅炉给水时，这个温差更大，温度波动更为严重，该设备在使用6月至1年内必产生泄漏，原因是壳体上设置的膨胀节只能消除轴向的温差，无法消除径向即上、下的温差，而上、下的温差达到100℃左右，因此每根换热管与管板的连接焊缝处于不同程度的热应力和热疲劳状态，同时又在氢脆、氢腐蚀的共同作用下，废锅在使用一段时间后热端处管板与换热管连接处的焊缝发生了微裂纹漏气事故，这是这类废锅常见的失效模式，对于使用在年产30万吨以上合成氨装置上的废热锅炉，如果出现泄漏，企业必须把系统装备停止运行，进行维修，停产维修一次，企业将要损失几千万元。因此，该对比例存在使用寿命很短，经常出现泄漏，致使企业停产维修，造成很大的经济损失的缺点。

实施例

一种直通式合成废热锅炉，如图3和图4所示，包括筒体4、设于筒体4两端的两个管板2、分别与两个管板2连接的管箱1、设于筒体4内部的换热管3、以及设于筒体4内部的支撑板5；换热管3沿筒体4的轴向分布，并且换热管3的两端分别固定于管板2上；换热管3的中部通过支撑板5固定；筒体4上设有循环水进口和蒸汽出口，循环水进口通过下降管9与汽包7的循环水出口连接，蒸汽出口通过上升管8与汽包7的蒸汽进口连接；每条换热管3上靠近合成气进口的一端设有一个弯曲型结构，该弯曲性结构为u型结构31，如图5所示，并且述u型结构31的底部连通处朝向筒体4的筒壁方向，所有换热管3的u型结构31朝向相同，这样方便其与支撑板5之间的固定连接。与弯曲型结构的换热管相匹配的，支撑板5为弓形结构的支撑板，并且支撑板5上开设与u型结构31匹配的通孔，具体地，该支撑板5为分体式结构的支撑板，如图6所示，包括形状匹配的第一支撑板51和第二支撑板52，并且二者之间设有间隔空间；第一支撑板51和第二支撑板52上开设匹配的半圆孔，两个匹配的半圆孔和间隔空间形成与u型结构31匹配的通孔。

通过设计这种弯曲型换热管，该结构可吸收各换热管之间不同的温度产生不同的膨胀，从而消除换热管连接处焊缝的热应力和热疲劳破坏，彻底避免设备泄漏事故造成工厂停产的巨大经济损失；根据这种弯曲结构的换热管，本实施例设计了与之匹配的支撑板，这种支撑板在设备制造时便于穿管、组装，而且对于换热管的支撑更加可靠。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

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