BR102016024429A2

BR102016024429A2 - Heat exchanger

Info

Publication number: BR102016024429A2
Application number: BR102016024429-3A
Authority: BR
Inventors: Müggenburg Jan
Original assignee: Borsig Gmbh
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2017-10-10
Also published as: EP3159646B1; PL3159646T3; JP2017078567A; HUE043660T2; CA2943963A1; EP3159646A1; EP3159646B2; US11226159B2; KR20170046090A; ES2721310T3; US20170108282A1; DE102015013517A1; TR201903875T4; CN106595353A

Abstract

permutador de calor. um permutador de calor que compreende uma pluralidade de tubos de transferência de calor (3) e um tubo de desvio centralmente disposto (4) que são retidos individualmente entre uma placa de tubo (5) de uma câmara de entrada de gás (7) e uma placa de tubo (6) de uma câmara de saída de gás (8), em que as placas de tubo respectivas (5, 6) são conectadas a uma camisa cilíndrica, no interior da qual um espaço de camisa (9) é formado, no qual os tubos de transferência de calor (3) e o tubo de desvio (4) são encerados e um refrigerante (11) pode ser introduzido. um dispositivo de controle (16), que compreende uma válvula de borboleta (18) e um acionamento (19), é disposto na extremidade de saída (17) do tubo de desvio (4). o dispositivo de controle (16) é destinado a ajustar uma temperatura de saída de gás do permutador de calor (1) em uma certa faixa de temperatura, em que uma velocidade de descarga e uma quantidade descarregada de um fluxo de gás residual não resfriado (14) a partir do tubo de desvio (4) podem ser controladas pela válvula de borboleta (18), que é disposta na extremidade de saída (17) do tubo de desvio (4) e é ajustável por meio do dispositivo de controle (16). a válvula de borboleta (18) consiste em um material resistente à corrosão em temperatura elevada na faixa de temperatura sensível à corrosão em temperatura elevada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "PERMCJTADOR DE CALOR".

[0001] A presente invenção se refere a um permutador de calor, que compreende em uma camisa cilíndrica uma pluralidade de tubos de transferência de calor e um tubo de desvio centralmente disposto, que são retidos individualmente entre uma placa de tubo de uma câmara de entrada de gás e uma placa de tubo de uma câmara de saída de gás, em que as placas de tubo são conectadas a uma camisa cilíndrica, que forma com as placas de tubo um espaço de camisa, no qual os tubos de transferência de calor e o tubo de desvio são encerrados e através dos quais um refrigerante flui.

[0002] Permutadores de calor são usados para vários processos químicos e petroquímicos. Tubos de transferência de calor são expostos a meios gasosos e/ou líquidos diferentes nos tubos e fora dos tubos no lado de camisa em tais processos.

[0003] Como regra, o gás residual quente que se origina de um processo é alimentado em tais processos para os tubos de transferência de calor bem como para o tubo de desvio. Durante seu fluxo através dos tubos de transferência de calor, o gás residual quente libera seu calor através da camisa de tubo respectiva para um refrigerante, que é localizada no espaço de camisa.

[0004] Água é normalmente usada como refrigerante. O gás residual resfriado pela transferência de calor para o refrigerante subsequentemente flui para fora do permutador de calor. É frequentemente necessário manter a temperatura da saída de gás do permutador de calor em uma faixa de temperatura predefinida.

[0005] Um desvio comum é normalmente usado para ajustar a temperatura de saída de gás. A temperatura de saída de gás é influenciada às vezes com uma válvula de controle ou válvula de controle rotativa ou um tampão de controle. Tais dispositivos de controle são dispostos na extremidade de saída do tubo de desvio. Tais dispositivos de controle são conhecidos a partir do documento DE 28 46 455 Bl ou EP 0 356 648 Al.

[0006] Os gases residuais no tubo de desvio de um permutador de calor têm uma temperatura muito elevada. Na maioria dos casos, tais gases residuais também fluem através do tubo de desvio em uma velocidade elevada. Um dispositivo de controle disposto na extremidade de saída de um tubo de desvio, por exemplo, um tampão de controle ou uma válvula de controle, é, portanto, exposto a uma carga muito elevada devido a efeitos térmicos.

[0007] O documento EP 1 498 678 Al revela um permutador de calor com um tubo de desvio, que tem um dispositivo de fechamento como um pistão formado [sic - "das eine Verschlussvorrichtung ais ausgebildeten Kolben" em 1. 16-17, p. 2 é um tipo provável para "das einen ais eine Verschlussvorrichtung ausgebildeten Kolben" significando "que tem um pistão configurado como um dispositivo de fechamento" - Tr.Ed], que tem uma configuração de parede dupla e no qual dutos de resfriamento são formados na parede dupla do pistão para o fluxo de um refrigerante. 0 refrigerante é alimentado para os dutos de resfriamento na parede dupla do pistão através de uma linha de refrigerante fornecida em uma haste para acionar o pistão.

[0008] 0 documento DE 39 13 422 Al revela um permutador de calor de feixe de tubos, que tem um tubo de fluxo parcial centralmente disposto, que provê uma válvula de controle na extremidade do lado de descarga do fluxo de gás. A válvula de controle tem uma configuração de parede dupla e é equipada em seu espaço interior com dutos, através dos quais um refrigerante pode ser passado, que é levado para cima através de um eixo de válvula configurado como um eixo oco.

[0009] O documento DE 10 2005 057 674 B4 revela uma caldeira de calor residual, que compreende um dispositivo de controle, em que a velocidade e a quantidade do fluxo de gás sendo descarregado no tubo de desvio podem ser controladas por um tampão, que é disposto na extremidade de saida de um tubo de desvio e é axialmente ajustável por meio do dispositivo de controle. 0 tampão é resfriado por um meio de resfriamento, que flui através de dutos de resfriamento dispostos no tampão.

[00010] Provou ser desvantajoso nos dispositivos de controle da técnica anterior para um tubo de desvio influenciar a temperatura de descarga de um permutador de calor que tais pistões resfriados ou válvulas de controle sejam suscetíveis aos perfis de temperatura se tornando estabelecidos, à falha do fluxo de resfriamento e situações de choque térmico, de modo que vazamentos se desenvolvam em tais tampões e válvulas de controle. Desse modo, os dispositivos de controle da técnica anterior não mais são capazes de suficientemente realizar a tarefa de influenciar a temperatura de descarga de um permutador de calor por tais dispositivos de controle para um tubo de desvio, de modo que os intervalos de manutenção tornar-se-ão indesejavelmente curtos ou a vida em serviço de um permutador de calor se tornará mais curta.

[00011] O objetivo da presente invenção é fornecer um permutador de calor, que provê um dispositivo de controle seguro para controlar uma certa temperatura de gás residual, cujo dispositivo de controle resiste satisfatoriamente a cargas relacionadas à temperatura elevada de um fluxo de gás residual sem o uso de um refrigerante para o elemento de controle e não tem tal configuração complicada.

[00012] 0 objetivo da presente invenção é realizado pelas características da reivindicação 1.

[00013] Concretizações vantajosas da presente invenção são descritas nas sub-reivindicações.

[00014] 0 objetivo básico da presente invenção é realizado por fornecer um permutador de calor, que tem as seguintes vantagens: [00015] 0 permutador de calor compreende uma pluralidade de tubos de transferência de calor e um tubo de desvio centralmente disposto, que são dispostos individualmente entre uma placa de tubo de uma câmara de entrada de gás e uma placa de tubo de uma câmara de saída de gás. As placas de tubo respectivas são conectadas a uma camisa cilíndrica, na qual um espaço de camisa é formado. Os tubos de transferência de calor e o tubo de desvio são encerrados no espaço de camisa. Um refrigerante flui através do espaço de camisa. Um tubo de entrada é conectado à camisa cilíndrica para introduzir um refrigerante no lado de camisa dos tubos de transferência de calor. Além disso, um tubo de saída é conectado à camisa cilíndrica para drenar mistura de vapor/água gerada através de transferência indireta de calor via o lado de camisa dos tubos de transferência de calor. Um tubo de entrada é disposto lateralmente ou axialmente na câmara de entrada de gás na direção de fluxo de gás na frente da placa de tubo para introduzir um fluxo de gás residual quente, para dentro dos tubos de transferência de calor e para dentro do tubo de desvio no lado de entrada de gás da placa de tubo. Um tubo de saida é disposto lateralmente ou axialmente na câmara de saida de gás na direção de fluxo de gás atrás da placa de tubo para drenagem de uma mistura de fluxo de gás residual resfriado a partir dos tubos de transferência de calor e fluxo de gás residual não resfriado a partir do tubo de desvio no lado de saida de gás da placa de tubo. Um dispositivo de controle, que é disposto nas proximidades imediatas na extremidade de saida do tubo de desvio e que compreende uma válvula de borboleta conectada a um acionamento para ajustar uma temperatura de saida de gás do permutador de calor a uma certa faixa de temperatura. Uma certa velocidade de descarga e quantidade descarregada do fluxo de gás residual a partir do tubo de desvio podem ser controladas pela válvula de borboleta, que é dispostas na extremidade de saida do tubo de desvio e é ajustável por meio do acionamento do dispositivo de controle.

[00016] A válvula de borboleta consiste vantajosamente em um material resistente à corrosão de temperatura elevada na faixa de temperatura sensível à corrosão de temperatura elevada.

[00017] A válvula de borboleta do dispositivo de controle é vantajosamente disposta ajustavelmente através de juntas duplas por meio do acionamento.

[00018] A válvula de borboleta do dispositivo de controle é preferivelmente conectada ao acionamento através de um eixo e as juntas duplas.

[00019] A válvula de borboleta é vantajosamente dispostas nos dois lados com uma extremidade de eixo integrado ou fixação de eixo em um mancai formado em um isolamento de calor aplicado na parede interna do alojamento de válvula e o eixo é disposto em um mancai na parede da câmara de saída de gás, as juntas duplas conectadas ao acionamento através da extremidade de eixo e o eixo sendo fornecido para compensar diferenças em expansão entre o mancai da extremidade de eixo respectiva da válvula de borboleta no alojamento de válvula e o mancai do eixo na parede da câmara de saída de gás.

[00020] A válvula de borboleta é disposta rotativamente no alojamento de válvula em ângulos retos em relação à direção de fluxo de gás. O alojamento de válvula é vantajosamente configurado como uma extensão do tubo de desvio com o mesmo diâmetro ou com um diâmetro expandido com uma fixação cônica como uma transição a partir da extremidade de saída do tubo de desvio para o diâmetro expandido.

[00021] Um material cerâmico é preferivelmente usado como um material resistente à temperatura elevada ou resistente a formação de pó de metal para a válvula de borboleta 18.

[00022] Com base na concretização vantajosa de um permutador de calor com um dispositivo de controle para ajustar a temperatura de saída de gás de um fluxo de gás residual resfriado nas condições de temperatura exigidas em uma certa faixa de temperatura por meio do fluxo de gás residual não resfriado a partir do tubo de desvio, influência de forma segura da temperatura é fornecida, que opera independentemente a partir de alimentação de refrigerante satisfatória e a eficiência do resfriamento para os elementos de controle usados e da vedação das linhas de refrigerante. Materiais resistentes à temperatura elevada ou resistentes a formação de pó de metal, que não exigem resfriamento especial, são usados para o elemento de controle na presente invenção. Componentes feitos de outros materiais são dispostos de modo que sejam isolados a calor a partir do fluxo de gás residual não resfriado até o ponto em que esses componentes possam confiavelmente ser usados de acordo com a adequação desses materiais.

[00023] Uma concretização exemplar da presente invenção será explicada em mais detalhe abaixo na descrição com base em um permutador de calor mostrado nos desenhos.

[00024] Nos desenhos, [00025] A figura 1 mostra uma seção longitudinal através de um permutador de calor em uma escala reduzida de acordo com a presente invenção, e [00026] A figura 2 mostra um detalhe X da figura 1 como uma seção longitudinal em uma escala ampliada através de uma extremidade de saída de um tubo de desvio de um permutador de calor de acordo com a presente invenção com um dispositivo de controle disposto na área da extremidade de saída.

[00027] Um permutador de calor 1 é esquematicamente mostrado em uma seção longitudinal na figura 1 em uma disposição vertical. Tais permutadores de calor 1 são usados para vários processos químicos e petroquímicos. O permutador de calor 1 compreende uma pluralidade de tubos de transferência de calor 3 e um tubo de desvio centralmente disposto 4, que são retidos individualmente entre uma placa de tubo 5 de uma câmara de entrada de gás 7 e uma placa de tubo 6 de uma câmara de saída de gás 8. As placas de tubo respectivas 5, 6 são conectadas a uma camisa cilíndrica 2, na qual um espaço de camisa 9 é formado. Os tubos de transferência de calor 3 e o tubo de desvio 4 são encerrados no espaço de camisa 9. Um refrigerante 11 flui através do espaço de camisa 9.

[00028] 0 tubo de desvio 4 é configurado com um diâmetro maior que os tubos de transferência de calor 3. Sobre seu comprimento, o tubo de desvio 4 tem, em sua parede de tubo interna 30, um isolamento de calor 23, que é destinado ao tubo de desvio 4 não liberando essencialmente qualquer calor enquanto o fluxo de gás de processo 14 está fluindo através.

[00029] Como é indicado por uma seta, o refrigerante 11 flui para dentro do espaço de camisa 9 através de pelo menos um tubo de entrada 10 disposto lateralmente na camisa cilíndrica 2 na direção de fluxo do fluxo de gás de processo 14 na frente da placa de tubo 6 na câmara de saída de gás 8. 0 refrigerante 11 sai do espaço de camisa 9 como uma mistura de vapor/água através de pelo menos um tubo de saída 12 disposto lateralmente na camisa cilíndrica 2 atrás da placa de tubo 5 da câmara de entrada de gás 7. A mistura de água/vapor formada durante o resfriamento é gerada por transferência de calor indireta através do lado de camisa dos tubos de transferência de calor 3.

[00030] Um tubo de entrada 13, 13.1 é disposto na frente da placa de tubo 5 na direção de fluxo de gás na câmara de entrada de gás 7 lateralmente ou axialmente, como indicado somente por linha pontilhada, e, como indicado por uma seta, o fluxo de gás de processo 14 flui através dos tubos de entrada 13, 13.1 para dentro da câmara de entrada de gás 7 e a partir dai para dentro das extremidades dos tubos de transferência de calor 3 retidos na placa de tubo 5 e para dentro da extremidade do tubo de desvio 4, como indicado por setas.

[00031] Indicado por linha pontilhada somente, um tubo de descarga 15, 15.1 é disposto na câmara de saida de gás 8 lateralmente ou axialmente atrás da placa de tubo 6 na direção de fluxo de gás e, como indicado por uma seta, o fluxo de gás de processo 14 sai da câmara de saida de gás 8, que é conectada às extremidades dos tubos de transferência de calor 3 sendo retidas na placa de tubo 6 e até a outra extremidade do tubo de desvio 4, da qual fluxos de gás de processo divididos escapam, como indicado por setas, através dos tubos de descarga 15, 15.1.

[00032] Um dispositivo de controle 16 é disposto na extremidade de saida 17 do tubo de desvio 4. O dispositivo de controle 16 compreende uma válvula de borboleta 18 em um alojamento de válvula 22 e um acionamento 19 disposto fora do permutador de calor 1. O acionamento 19 é conectado a um eixo 21 e juntas duplas 20 e a uma extremidade de eixo integrado 27 da válvula de borboleta 18 e forma um trem de força. A válvula de borboleta 18 é disposta ajustavelmente com as juntas duplas conectadas 20 e com a extremidade de eixo 27 por meio do acionamento 19 através do eixo 21.

[00033] As juntas duplas são destinadas essencialmente para compensar diferenças em expansão entre dois mancais 25 para a extremidade de eixo integrada respectiva 27 da válvula de borboleta 18 no alojamento de válvula 22 e um mancai 26 para o eixo 21. O mancai respectivo 2 6 é formado em um isolamento de calor 24, que é aplicado a uma parede interna 29 do alojamento de válvula 22. O mancai 26 é disposto em uma parede 28 da câmara de saída de gás 8.

[00034] A válvula de borboleta 18 é disposta rotativamente em ângulos retos à direção de fluxo de gás no alojamento de válvula 22. O isolamento de calor 24 aplicado à parede interna 29 do alojamento de válvula 22 é preferivelmente configurado como um revestimento.

[00035] O alojamento de válvula 22 é configurado como uma extensão do tubo de desvio 4 com diâmetro igual se as condições de instalação existentes no permutador de calor 1 forem suficientes. No caso de condições de instalação cheias, uma configuração do alojamento de válvula 22 como mostrado na figura 2 deve ser preferida, e a extensão do tubo de desvio 4 sobre uma fixação cônica 31 é configurada como uma transição a partir da extremidade de saída 17 do tubo de desvio para um diâmetro expandido.

[00036] A válvula de borboleta 18 conectada ao acionamento 19 é fornecida para ajustar uma temperatura de saída de gás do permutador de calor 1 a uma certa faixa de temperatura por misturar o fluxo de gás de processo resfriado 14 a partir dos tubos de transferência de calor 3 com o fluxo de gás de processo não resfriado a partir do tubo de desvio 4. Uma velocidade de descarga e uma quantidade descarregada do fluxo de gás de processo 14 podem ser controladas com uma válvula de borboleta 18, que é disposta nas proximidades imediatas da extremidade de saída 17 do tubo de desvio 4 e ajustável por meio do acionamento 19 do dispositivo de controle.

[00037] A válvula de borboleta 18 é feita de um material resistente a corrosão em temperatura elevada na faixa de temperatura sensível à corrosão em temperatura elevada, que varia de temperaturas em torno de 500°C a uma ordem de magnitude de aproximadamente 850°C. Os materiais usados como o elemento de controle para a válvula de borboleta 18 são materiais resistentes à temperatura elevada ou resistentes a formação de pó de metal que têm estabilidade de temperatura e não exigem resfriamento especial.

[00038] Um material cerâmico, que tem propriedades resistentes à temperatura elevada ou resistentes a formação de pó de metal com estabilidade de temperatura é usado como um material para a válvula de borboleta 18.

[00039] Componentes feitos de outros materiais são dispostos isolados de calor a partir do fluxo de gás de processo não resfriado 14 até o ponto em que esses componentes possam ser usados de forma segura de acordo com a adequação desses materiais.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Permutador de calor, que tem uma pluralidade de tubos de transferência de calor (3) e um tubo de desvio centralmente disposto (4), que são retidos cada entre uma placa de tubo (5) de uma câmara de entrada de gás (7) e uma placa de tubo (6) de uma câmara de saida de gás (8), caracterizado pelo fato de que as placas de tubo respectivas (5, 6) são conectadas a uma camisa cilíndrica (2), no interior da qual um espaço de camisa (9) é formado, no qual os tubos de transferência de calor (3) e o tubo de desvio (4) são encerrados e um refrigerante (11) pode ser introduzido, tendo as seguintes características: pelo menos um tubo de entrada (10) que é conectado à camisa cilíndrica (2) para introduzir um refrigerante (11) no espaço de camisa (9) para o lado de camisa dos tubos de transferência de calor (3) ; pelo menos um tubo de saída (12), que é conectado à camisa cilíndrica (2) para drenagem de mistura de vapor/água produzida por transferência indireta de calor através do lado de camisa dos tubos de transferência de calor (3) a partir do espaço de camisa (9); um tubo de entrada (13, 13.1) que é disposto lateralmente ou axialmente na câmara de entrada de gás (7) na frente da placa de tubo (5) na direção de fluxo de gás para introduzir um fluxo de gás residual quente (14) para dentro dos tubos de transferência de calor (3) e para dentro do tubo de desvio (4) no lado de entrada de gás da placa de tubo (5); um tubo de descarga (15, 15.1), que é disposto lateralmente ou axialmente na câmara de saida de gás (8) atrás da placa de tubo (6) na direção de fluxo de gás para drenar uma mistura dos fluxos de gás residual resfriados (14) a partir dos tubos de transferência de calor (3) e a partir do fluxo de gás residual não resfriado a partir do tubo de desvio (4) no lado de saida de gás da placa de tubo (6); e um dispositivo de controle (16) que compreende uma válvula de borboleta (18) conectada a um acionamento (19) para ajustar uma temperatura de saida de gás do permutador de calor (1) em uma certa faixa de temperatura, em que uma velocidade de descarga e uma quantidade descarregada de fluxo de gás residual não resfriado (14) a partir do tubo de desvio (4) pode ser controlada pela válvula borboleta (18) , que é disposta na extremidade de saida (17) do tubo de desvio (4) e é ajustável por meio do acionamento (19) do dispositivo de controle (16), em que a válvula borboleta (18) é fabricada de um material resistente à corrosão em temperatura elevada na faixa de temperatura sensível à corrosão em temperatura elevada.

2. Permutador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula de borboleta (18) do dispositivo de controle (16) é disposta ajustavelmente por meio do acionamento (19) através de juntas duplas (20) .

3. Permutador de calor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a válvula de borboleta (18) do dispositivo de controle (16) é conectada ao acionamento (19) através de um eixo (21) e as juntas duplas (20) .

4. Permutador de calor, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a válvula de borboleta (18) é disposta nos dois lados com uma extremidade de eixo integrada (27) em um mancai (25) formado em um isolamento de calor (24) aplicado na parede interna (29) do alojamento de válvula (22) e o eixo (21) é disposto em um mancai (26) na parede (28) da câmara de saida de gás (8), em que as juntas duplas (20) conectadas ao acionamento (19) através da extremidade de eixo (27) e eixo (21) para compensar diferenças em expansão entre o mancai respectivo (25) da extremidade de eixo respectiva (27) da válvula de borboleta (18) no alojamento de válvula (22) e o mancai (26) do eixo (21) dispostos na parede (28) da câmara de saida de gás (8).

5. Permutador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a válvula de borboleta (18) é disposta rotativamente no alojamento de válvula (22) em ângulos retos em relação à direção de fluxo de gás.

6. Permutador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o alojamento de válvula (22) é configurado como uma extensão do tubo de desvio (4) com o mesmo diâmetro ou com diâmetro expandido com fixação cônica (31) como uma transição a partir da extremidade de saída (17) do tubo de desvio para o diâmetro expandido.

7. Permutador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o material resistente a formação de pó de metal ou resistente à temperatura elevada para a válvula de borboleta (18) consiste em um material cerâmico.