CN101006316A - 缠绕式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种缠绕式换热器，具有多个缠绕在芯管上的管，具有一个限定环绕这些管的外部空间的边界的壳并且具有一个用于在该外部空间中分配液体的液体分配器。根据本发明，该液体分配器构造成管式分配器，该管式分配器具有一个主通道(21)和多个与该主通道(21)形成通流连接的分配臂(22)。

Description

缠绕式换热器
本发明涉及一种缠绕式换热器，具有多个缠绕在芯管上的管，具有一个限定环绕这些管的外部空间的边界的壳并且具有一个用于在该外部空间中分配液体的液体分配器。
在LNG基地型生产设备中，天然气被大量地连续液化。天然气的液化大多通过与缠绕式换热器中的冷量载体换热来进行。
在缠绕式换热器中，多层的管缠绕在一个芯管上。通过这些单个的管引导一种介质，在换热时该介质与在这些管与一个环绕的壳之间的空间中流动的介质交汇。这些管在上部的换热器端部上汇集成多个组并且以束的形式从该外部空间被引导出来。
作为冷却剂使用的液体在这些管的外部空间中的分配通过液体分配器进行。在现有技术中为此经常使用带孔底板分配器。在这种类型的分配器中，待分配的液体通过一个输送装置施加到一个环状通道上，该环状通道在外部空间的边缘上在其整个圆周上延伸。在该环状通道下方从芯管起饼段状地设置有多个带孔底板，这些带孔底板在它们的边缘上各以壁终止。各个带孔底板元件之间的中间空间用于穿过管束并且用作气体通路。环状通道设置有一些例如溢流口形式的开口，液体通过这些开口流动到可在液体侧相连接的各个带孔底板上并且继续通过带孔底板中的孔滴到设置在下面的管上。
滴到管上的液体量通过流体静力学的压力并且由此通过带孔底板上的液位来确定。为了保证所有孔被均匀地流过而需要确定的最低液位。这以各个带孔底板上相对的液体量为条件，由此，这些带孔底板和相应的承载臂必须构造得非常稳定并且需要相应昂贵和费事地制造。此外，在载荷变化中，流动通过这些管的流体的量和组分变动以及冷却剂需求变化，在所述载荷变化中，相对大的液体量变化，由此造成系统的高惯性。
因此，本发明的任务在于，提供开头所述类型的换热器，在该换热器中避开所述缺点并且实现在换热器管上均匀分配液体。
该任务通过一种缠绕式换热器来解决，该缠绕式换热器具有多个缠绕在芯管上的管，具有一个限定环绕这些管的外部空间的边界的壳并且具有一个用于在该外部空间中分配液体的液体分配器，在该缠绕式换热器中，根据本发明，该液体分配器构造成管式分配器，该管式分配器具有一个主通道和多个与该主通道形成通流连接的分配臂。
根据本发明，该液体分配器构造成管式分配器，该管式分配器具有一个用作供应管的主通道和一些从该主通道分支出的分配臂。这些分配臂遮盖所述缠绕在该芯管上的管的上方的一部分横截面并且在所有侧封闭。只是在这些分配臂的下侧上具有一些开口，液体可穿过这些开口排出并且滴到这些管上。
与公知的系统不同，根据本发明的液体分配通过一个封闭的分配器进行。这具有很大优点：对于均匀分配液体所需的流体静力学的压力仅通过停留在主通道中的液体产生。因此，该分配器的液体含量比公开的带孔底板分配器的情况下明显地小。该液体分配器的总重量显著降低，由此可使用成本低廉的固定装置。由于其重量小，该分配器也可比传统分配器更精确地调整。此外，在载荷变化时仅须适配主通道中的液位，由此可在短时间内调节新的稳定状态。
通过根据本发明的结构进一步保证：该分配器也可在运动的平台和船舶上使用，因为预压力可被提高，而无需显著提高液体含量。
被证实特别有利的是：使主通道在该芯管的内部或在该芯管的一部分的内部延伸或者将该芯管的一部分作为主通道使用。通过这种方式最佳地利用了该换热器的壳内部的位置条件。
视该芯管的尺寸和结构形式而定，有利的是：该主通道的内直径选择得比该芯管的内直径小。优选将一个作为该液体分配器的主通道使用的内管置入到该芯管中。因为这些分配臂中的流体静力学的压力仅取决于该主通道中的液位高度，所以可通过减小主通道横截面来进一步降低该分配器的液体含量，而不影响该流体静力学的压力，进而不影响分配品质。
这些分配臂优选从该主通道起径向向外延伸并且垂直于该芯管设置，由此，这些分配臂在该换热器的准备好工作的位置中水平地定向。
环绕该换热器的壳通常构造成圆柱状的。在这种情况下有利的是：这些分配臂构造成饼段状的。
出于流动技术原因被证实有利的是：这些分配臂的高度在径向方向上从内向外减小。对于“高度”在此理解为这些分配臂在芯管轴线方向上的延展。通过相应减小分配臂高度，在分配臂构造成饼段状的情况下可以补偿关系到待通过的液体量的分配臂横截面在其它情况下出现的增大或出于流动技术原因甚至被过补偿。
在该主通道中有利地设置有一个用于降低流入的液体的动能的装置。通过该主通道供应的液体被减速，由此使得进入这些分配臂中时的流体涡流降低到最小程度。通过液体一起携带的气体可逆着液体流上升并且通过该芯管或一个单独的通风装置逸出。因此在这些分配臂中基本上仅存在液体而没有气体。
所述用于降低流入的液体的动能的装置在此优选设置在该主通道与这些分配臂之间的连接部位的下端部上。孔板、静态混合器或规整填料被证实是特别合适的“能量缓冲器”。
另外，被证实有利的是：设置有一些过滤装置，以便将可能导致滴落开口阻塞的可能的污染物从待分配的液体中过滤掉。优选这种过滤器设置在入口中或主通道中。
下面借助于附图中示意性地示出的实施例详细描述本发明以及本发明的其它细节。附图表示：
图1根据现有技术的一个带孔底板分配器，
图2一个环状预分配器的俯视图，该环状预分配器如与图1中所示带孔底板分配器相联系地使用，
图3根据图2的环状预分配器的侧视图，
图4根据本发明的管式分配器的侧视图，
图5根据图4的分配器的下侧，
图6用于中间分配器的聚集罐，
图7一个环状预分配器，该环状预分配器可与根据本发明的管式分配器相组合地使用。
图1中示出了用于缠绕式换热器的传统液体分配器的俯视图，该换热器例如作为液化器使用在LNG基地型生产设备中。该液体分配器具有三个饼段状的带孔底板1，这些带孔底板均匀地绕换热器的芯管2设置并且延伸直到换热器的圆柱状的壳3。在芯管2上缠绕有多个管，这些管在各个带孔底板1之间的敞开的区域4中被引导通过该分配器。
带孔底板1设置有多个滴落开口5，处于带孔底板1上的液体可通过这些滴落开口滴落到位于下面的管束上。
液体的供应通过一个环状预分配器进行，该环状预分配器如在图2和图3中示意性示出的那样。该环状预分配器具有一个侧面的液体入口6，该液体入口通到缓冲箱7中。该缓冲箱7的朝着芯管的侧8以及其上侧9是封闭的。而缓冲箱7在侧面10和下面是敞开的。
通过入口6供应的液体进入到缓冲箱7中，冲击壁8并且向下流出。一起携带的气体通过敞开的侧10离开缓冲箱7。由此在缓冲箱7中除了液体转向到环状预分配器中之外还进行气体-液体分离。
该环状预分配器本身由一个沿着壳3延伸的环状通道11组成，该环状通道通过壳3、底板12和圆柱状的内壁13限定边界。缓冲箱7的壁8伸入到环状通道11的内部，由此，从缓冲箱7流出的液体聚集在环状通道11中。
环状通道11的内壁13中存在一些开口14，液体可通过这些开口进入到导流管15中，这些导流管设置在带孔底板1的上方。因此，所供应的液体通过环状预分配器均匀地分配在换热器的圆周上，由此，尽可能所有的带孔底板1被供给以相同的液体量。液体在被缠绕的管束上真正的分配于是借助于带孔底板1进行。
如已经提到的那样，这种公开的结构形式由于带孔底板1上的高的液体负荷而必须构造得非常稳定并且需要昂贵的固定装置。
图4和图5中示出了一个根据本发明的液体分配器的原理结构。根据本发明，该液体分配器构造成管式分配器。该管式分配器包括一个主通道21和一些与该主通道相连接的分配臂22。
在图5中可清楚地看到这些分配臂22的饼段状的基面。分配臂22的尺寸、即限定分配臂22边界的侧面的长度a、b以及分配臂22的长度1取决于为引导管束和气体通过这些分配臂22之间所需的位置以及待被淋洒的管束的密度和布置。
如图4中所示，分配臂22的高度在径向方向上线性地减小。分配臂22的这种实施形式引起液体的均匀分配并且有助于液体含量和由此工作重量的降低。
这些分配臂22在它们的下侧具有多个开口23，液体可通过这些开口滴落到位于下面的管上。这些开口23的密度在径向方向上不是恒定的，而是与位于下面的待被淋洒的管束面相适配。
出于流动技术原因，这些开口23不是在分配臂22的整个壁厚上连贯地构造有相同的横截面。这些开口23或者由分配臂22的外侧或者由内侧设置有较大的孔，但所述孔不是在分配臂22的整个壁厚上延伸。通过这种方式降低了开口23的区域中的有效壁厚，由此达到液体的均匀排出。
主通道21通过一个设置在芯管24中的内管构成。待分配的液体或液体-气体混合物的输送通过一个垂直的输入管路25进行。在该输入管路25的下部的出口端部上设置有一个缓冲板26，到达的液体或液体-气体混合物冲击该缓冲板。液体然后沿着向下拱曲的缓冲板26侧向地流出到聚集罐27中，该聚集罐将该液体继续引导到内管21中。
在液体从缓冲板26和聚集罐27流出时，随液体通过输入管路25流动到换热器中的气体逸出。该气体通过换热器的输入管路25与壳3之间的环状的外部空间吸出，由此，主要是液体进入到内管21中。
在主通道21的下端部具有一个规整填料28，该规整填料作为用于落下的液体的能量缓冲器使用。此外，前置或后置于该能量缓冲器28可设置一些过滤装置。
图6中示出了一个液体聚集装置，该液体聚集装置例如可用于聚集液体，所述液体从位于上面的管束滴落和/或被从外部或侧面馈送并且要被继续引导到位于下面的根据本发明的液体分配器中。
在外壳3上固定着一个倾斜向下延伸的环状的导流板31，该导流板将由没有示出的管淋洒下的液体从边缘引导到中间。取代所示出的倾斜地设置的导流板31，也可使用水平的环状的板。在这种情况下有利的是：该水平的板在其背对外壳3的边缘上设置有一个垂直的挡圈，该挡圈具有用于液体的排出开口。在导流板31下方设置有一些气体通路32。导流板31这种程度地伸出，使得从上面滴落的液体不可进入到气体通路32中，而存在的气体取用通过箭头指示的路径穿过这些气体通路32。
从导流板31流出的液体冲击一个聚集罐33，该聚集罐由一个侧面的壁34限定边界，该壁另一方面限定气体通路32的边界。此外，聚集罐33具有一个另外的气体通路35。液体从聚集罐33继续流动到一个管式分配器的主通道21中，该管式分配器如图4和图5中所示。
如果液体通过一个输送管路41从侧面馈送给换热器，则如图7中所示的环状预分配器是合适的。图7中示出的环状预分配器与按照图2的环状预分配器类似地构造。液体通过管路41从侧面输送，到达一个缓冲箱42中，冲击壁43并且向下流出。如联系图2描述的那样，在此进行液体与气体的第一次分离。
液体然后聚集在环状通道44中。在环状通道44的底部上具有一些排流开口45，一些管段46与这些排流开口相连接，这些管段使环状通道44与一个按照图4和图5的根据本发明的管式分配器的主通道21相连接。
图2和图3中示出的预分配器也可作为用于根据本发明的管式分配器的预分配器使用。在此仅仅必须将导流管15与主通道21相连接。

Claims (9)

1.缠绕式换热器，具有多个缠绕在芯管上的管，具有一个限定环绕这些管的外部空间的边界的壳并且具有一个用于在该外部空间中分配液体的液体分配器，其特征在于：该液体分配器构造成管式分配器，该管式分配器具有一个主通道(21)和多个与该主通道(21)形成通流连接的分配臂(22)。
2.根据权利要求1的换热器，其特征在于：该主通道(21)在该芯管(24)的一部分的内部延伸。
3.根据权利要求2的换热器，其特征在于：该主通道(21)的内直径构造得比该芯管(24)的内直径小。
4.根据权利要求1至3之一的换热器，其特征在于：这些分配臂(22)构造成饼段状的。
5.根据权利要求1至4之一的换热器，其特征在于：这些分配臂(22)从该主通道(21)起径向向外延伸。
6.根据权利要求5的换热器，其特征在于：这些分配臂(22)的高度在径向方向上减小。
7.根据权利要求1至6之一的换热器，其特征在于：在该主通道(21)中设置有一个用于降低流入的液体的动能的装置(28)。
8.根据权利要求7的换热器，其特征在于：设置有一个孔板、一个静态混合器或一个规整填料(28)，用于降低流入的液体的动能。
9.根据权利要求1至8之一的换热器，其特征在于：这些分配臂(22)具有一些液体排出开口(23)，其中，这些液体排出开口(23)的密度在径向方向上变化。
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