BRPI0614699A2

BRPI0614699A2 - trocador de calor enrolado consistindo em diferentes materiais

Info

Publication number: BRPI0614699A2
Application number: BRPI0614699-6A
Authority: BR
Inventors: Juergen Spreemann; Manfred Schinberger; Christoph Seeholzer; Eberhard Kaupp; Stefan Bauer
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2011-04-12
Also published as: WO2007014617A1; AU2006275170A1; CN101233379B; NO20081064L; RU2008107267A; CN101233379A; US8297074B2; US20130014922A1; US20100005833A1; RU2413151C2; AU2006275170B2

Abstract

TROCADOR DE CALOR ENROLADO CONSISTINDO EM DIFERENTES MATERIAIS. A presente invenção refere-se a um trocador de calor enrolado (1) com uma pluralidade de tubos que estão enrolados em torno de um tubo central, com um invólucro que delimita um espaço externo em torno dos tubos, caracterizado pelo fato de que um primeiro e um segundo componentes do trocador de calor enrolado consistem em materiais diferentes.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TROCADORDE CALOR ENROLADO CONSISTINDO EM DIFERENTES MATERIAIS".

A presente invenção refere-se a um trocador de calor enroladocom uma pluralidade de tubos que estão enrolados em torno de um tubocentral, com um invólucro que delimita um espaço externo em torno dos tubos.

Em instalações de LNG Baseload, o gás natural é continuamen-te liqüefeito em grandes quantidades. Em trocadores de calor enrolados, aliquefação do gás natural, na maioria das vezes, é feita através de troca decalor com um portador de frio. Porém, também são conhecidas muitas outrasaplicações de trocadores de calor enrolados.

Em um trocador de calor enrolado, várias camadas de tubos es-tão enroladas em forma de espiral em um tubo central. O interior de pelomenos uma parte dos tubos é atravessado por um primeiro meio que execu-ta uma troca de calor com um segundo meio que corre no espaço externoentre os tubos e um invólucro circundante. Os tubos são juntados nas ex-tremidades superiores do trocador de calor para formarem vários grupos, esaem do espaço externo em feixes.

Trocadores de calor enrolados deste tipo e seu uso, por exem-plo, para a liquefação de gás natural, são descritos em cada uma das se-guintes publicações:

- Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, 2- edição 1985, páginas471 a 475;

- W. Scholz, "Gewickelte Rohrwármetauscher", Linde-Berichteaus Technik und Wissenschaft, N- 33 (1973), páginas 34 a 39;

- W. Bach "Offshore-Erdgasverflüssigung mit Stickstoffkâlte

- Prozessauslegung und Vergleich von Gewickelten Rohr- und Platten-wàrmetauschern" Linde-Berichte aus Technik und Wissenschaft, N9 64 (1990),páginas 31 a 37.

- W. Forg et al., "Ein neuer LNG Baseload Prozess und die Hers-tellung der Hauptwármetauscher" Linde-Berichte aus Technik und Wissens-chaft, N° 78 (1999), páginas 3 a 11 (versão inglês: W. Forg et al., "A NewLNG Baseload process and manufacturing of the Main Heat Exchanger",Linde Reports on Science and Technology, n- 61 (1999), páginas 3 a 11).

- DE 1501519 A

- DE 1912341 A

- DE 19517114 A

- DE 19707475 A

- DE 19848280 A

É praxe produzir trocadores de calor enrolados ou de alumínioou de aço (aço nobre ou mais especificamente aço de baixa temperatura).

A presente invenção tem a tarefa de produzir estes trocadoresde calor enrolados de modo mais barato e/ou de melhorar suas propriedadestécnicas de processo.

Esta tarefa é solucionada pelo fato de que um primeiro e um se-gundo componente do trocador de calor enrolado consistem em materiaisdiferentes.

Até a presente data isto foi descartado por motivos de técnica deprodução. Antes pelo contrário, a intenção era usar um material único paratodos os componentes do trocador de calor enrolado, para poder uni-los demaneira mais fácil, em particular, por meio de junções de solda.

No contexto da presente invenção, este princípio agora é deixa-do de lado, e diferentes materiais estão sendo usados no mesmo trocadorde calor. Assim sendo, a construção do trocador de calor pode ser otimizadamais ainda, por exemplo, no que se refere ao volume, ao peso, à resistênciae/ou aos custos.

O primeiro e o segundo componente, no caso, pode ser respec-tivamente um dos seguintes componentes:

- Tubo central, sobre o qual são enrolados os tubos;

- Tubos;

- Segmentos de tubos;

- Fundos de tubos (coletores de tubos);

- Invólucro que delimita o trocador de calor como recipiente depressão para fora;

- Distribuidor para líquido e/ou gás no espaço externo dos tubos;- Nervuras entre as duas camadas de tubos (distanciadores);

- Braços de suporte para a suspensão de nervuras;

- Camisa disposta entre o invólucro e os tubos.

Por exemplo, o invólucro pode ser feito de aço e o ou os feixesde tubos podem ser feitos de alumínio.

Nisso, por exemplo, um primeiro componente pode ser de alumínioe o segundo componente de aço. "Alumínio" significa tanto alumínio purocomo também qualquer liga de alumínio tecnicamente viável, por exemplo,com um teor de alumínio de 50 % ou mais, de preferência, com um teor dealumínio de 80 % ou mais. "Aço" são todos os tipos de aço, por exemplo,aços austénicos, ferríticos, dúplex, aços inox e aços de níquel.

Em um exemplo concreto, o primeiro componente pode ser umgrupo de tubos em uma primeira camada de tubos, e ser feito de alumínio;um segundo componente pode compreender, por exemplo, um outro grupode tubos da mesma ou de uma outra camada de tubos, e consistir em aço.

Se o primeiro e o segundo componentes forem unidos pelamesma peça de união, a peça de união preferencialmente consiste no mate-rial do primeiro componente que é o material básico e apresenta um chape-amento feito do material do segundo componente. Assim sendo, a peça deunião pode ser soldada tanto com o primeiro componente como tambémcom o segundo componente. Em um exemplo concreto, os tubos de alumí-nio são soldados com um fundo de tubo de aço nobre que apresenta umchapeamento de alumínio.

A presente invenção refere-se ainda à aplicação de tal trocadorde calor para a realização de uma troca de calor indireta entre um fluxo con-tendo hidrocarboneto e pelo menos um fluido de calor ou de frio.

O fluxo contendo hidrocarboneto é, por exemplo, o gás natural.

O fluxo contendo hidrocarboneto é liqüefeito, esfriado, aquecidoe/ou evaporado na troca de calor indireta. O trocador de calor é usado depreferência para a liquefação de gás natural ou para a evaporação de gásnatural.

Usualmente são usados trocadores de calor enrolados de alumí-nio para a liquefação de gás natural. Como alternativa também podem serusados para a liquefação do gás natural aqueles de aço.

A presente invenção e demais detalhes da presente invençãoserão explicados detalhadamente a seguir com a ajuda de um exemplo deexecução mostrado no desenho de modo esquematizado, onde é mostradoum trocador de calor enrolado 1 de acordo com a presente invenção para aliquefação de um fluxo de gás natural 2 para se tornar gás natural liqüefeito3 (LNG - Iiquid natural gás) através da troca de calor indireta com três fluxosde agentes de refrigeração, um agente de refrigeração de baixa pressão 4,um primeiro agente de refrigeração de alta pressão 5 e um segundo agentede refrigeração de alta pressão 6.

No presente caso, o trocador de calor apresenta um único feixede tubos com três grupos de tubos. Os tubos dos grupos de tubos estão en-rolados em diversas camadas alternadas, em forma de espiral, sobre umtubo central comum. (O enrolamento de tubos corresponde ao princípio ge-ralmente conhecido de um trocador de calor enrolado; portanto, a disposiçãogeométrica não é mostrada no desenho esquematizado). No presente e-xemplo, os grupos de tubos são divididos em fluxos de processo. Atravésdos tubos de um primeiro grupo de tubos 7 passa o gás natural 2; atravésdos tubos de um segundo ou um terceiro grupo de tubos 8, 9 passa respec-tivamente um dos dois agentes de refrigeração de alta pressão 5, 6. Os a-gentes de refrigeração de alta pressão são conduzidos de baixo para cima,isto é, na corrente igual à do gás natural. O agente de refrigeração de baixapressão 4 vai de cima para baixo, isto é, na contracorrente ao gás natural,através do espaço externo dos tubos, evaporando. O agente de refrigeraçãode baixa pressão evaporado 10 é novamente retirado do espaço externo naextremidade inferior do trocador de calor.

Em um exemplo de números concreto as pressões do processo são:

Gás natural 2...............................................................12000 KPa (120 bar)

Agente de refrigeração de baixa pressão 4................. 1500 KPa (15 bar)

Primeiro agente de refrigeração de alta pressão 5........6000 KPa(60 bar)

Segundo agente de refrigeração de alta pressão 6.......6000 KPa (60 bar)Os tubos são produzidos de metal leve, por exemplo, alumínioou uma liga de alumínio e, dependendo do grupo de tubos, apresentam di-versas espessuras de parede. Nisso, os diâmetros externos dos tubos estãoiguais em todas as camadas de tubos.

Em uma primeira variação que é otimizada quanto ao peso, asespessuras das paredes são:

Grupo de tubos 7...............................1,4 mm

Grupos de tubos 8 e 9.......................0,9 mm.

Em uma outra variação, as espessuras das paredes são otimi-zadas no que se refere ao design térmico e hidráulico e quanto a um feixe detubos com uma construção mais homogênea possível, onde precisam sermantidos parâmetros de processo (por exemplo, quedas de pressão máxi-mas predefinidas nas diversas correntes do processo). Nesta segunda varia-ção as espessuras de parede são:

Grupo de tubos 7..............................1,4 mm

Grupos de tubos 8 e 9......................1,2 mm

Na segunda variação foram obtidos comprimentos de tubos i-dênticos nos grupos de tubos individuais, e assim o trocador de calor foi oti-mizado tanto no que se refere à transmissão de calor como também no quese refere à viabilidade econômica.

No presente exemplo de execução, todos os tubos e o tubo cen-tral consistem em alumínio e os fundos dos tubos, de aço inox que nos pon-tos de junção com os tubos é chapeado com alumínio.

Claims

1. Trocador de calor enrolado com uma pluralidade de tubos queestão enrolados em torno de um tubo central, com um invólucro que delimitaum espaço externo em torno dos tubos, caracterizado pelo fato de que umprimeiro e um segundo componente do trocador de calor enrolado consistemem materiais diferentes.

2. Trocador de calor de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zado pelo fato de que o primeiro e o segundo componentes são seleciona-dos do grupo compreendendo os seguintes componentes:- Tubo central;- Tubos;- Segmentos de tubos;- Fundos de tubos;- Invólucro;- Distribuidor;- Nervuras entre as duas camadas de tubos;- Braços de suporte para a suspensão de nervuras;- Camisa disposta entre o invólucro e os tubos.

3. Trocador de calor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca-racterizado pelo fato de que o primeiro componente consiste em alumínio e osegundo componente, de aço.

4. Trocador de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo componentes sãounidos com a mesma peça de união, sendo que a peça de união consiste no material do primeiro componente como material básico e apresenta um cha-peamento do material do segundo componente.

5. Uso do trocador de calor como definido em uma das reivindi-cações 1 a 4 para a realização de uma troca de calor indireta entre uma cor-rente contendo hidrocarbonetos e pelo menos um fluido de calor ou de frio.

6. Uso de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fatode que a corrente contendo hidrocarbonetos é o gás natural.

7. Uso de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelofato de que a corrente contendo hidrocarbonetos é liqüefeita, esfriada, aque-cida e/ou evaporada na troca de calor indireta.