CN101233379B - 具有不同材料的缠绕式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种缠绕式换热器(1)，其具有多个绕一芯管缠绕的管及具有一个壳，该壳构成一围绕这些管的外腔的边界，其特征在于：所述缠绕式换热器的第一和第二部件由不同的材料制成。

Description

具有不同材料的缠绕式换热器
技术领域
本发明涉及一种缠绕式换热器，它具有多个绕一芯管缠绕的管及具有一个壳，该壳构成了围绕着这些管的外腔的边界。
背景技术
在LNG基荷型设备中，天然气被大量地连续液化。天然气的液化通常通过与缠绕式换热器中的载冷介质的热交换来进行。但是也公开了缠绕式换热器的很多其他应用。
在缠绕式换热器中，多个管的层螺旋形地缠绕在一个芯管上。通过所述管的至少一部分的内部来引导第一介质，该第一介质与一个在这些管与周围的壳之间的外腔中流动的第二介质进行热交换。这些管在该换热器的上端部上组合成多个组并且成束地从外腔中导出。
这种缠绕式换热器及其应用、例如用于天然气的液化，在以下的公开文件中都有所描述：
-Hausen/Linde，低温技术，1985年第二版，第471-475页
-W.Scholz，“缠绕式换热器”，林德技术和经济报告，编号33(1973)，第34-39页
-W.Bach，“具有氮冷的离岸天然气液化——绕管式换热器和板式换热器的工艺设计和比较”，林德技术和经济报告，编号64(1990)，第31-37页
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Figure 2006800278773_1
rg etal.，“新式LNG基荷型工艺和主换热器的制造，林德科学和技术报告，编号61(1999)，第3-11页)
-DE 1501519A
-DE 1912341A
-DE 19517114A
-DE 19707475A
-DE 19848280A
公知的是，缠绕式换热器或者由铝或者由钢(优质钢或特种低温钢)制成。
发明内容
本发明的目的是，较经济地制造这种类型的缠绕式换热器和/或改善其工艺特性。
本发明的目的通过以下方式来实现，即，所述缠绕式换热器的第一和第二部件由不同的材料制成。
目前，由于制造技术上的原因，有意地忽视了这一点。人们致力于相反的方面，即，为缠绕式换热器的所有部件使用相同的材料，以便使这些部件可以较容易地彼此连接、尤其是通过焊接连接。
在本发明的范围内，现在偏离了这一原则而在同一换热器中使用不同的材料。由此可以进一步优化所述换热器的结构，例如在体积、重量、强度和/或成本方面。
在此，所述第一和第二部件可分别由下列部件中的一个构成：
芯管，所述这些管缠绕在该芯管上
管
管的段
管底(集管器)
将换热器对外封闭成高压容器的壳
用于在管外腔内的液体和/或气体的分配器
位于两个管层之间的桥接件(间距保持件)
用于悬挂桥接件的支承臂
设置在所述壳与管之间的衬
例如所述壳可以由钢制成，而所述这个或这些管束可以由铝制成。
在这里，例如第一部件由铝制成而第二部件由钢制成。这里，铝不仅应理解为纯铝而且还应理解为各种技术上可应用的铝合金，例如，含铝量为50％或更多的铝合金，优选含铝量为80％或更多的铝合金。这里，钢应理解为所有类型的钢材，例如，奥氏体钢、铁素体钢、双联法炼制的钢、优质钢和镍钢。
在一个具体的实施例中，第一部件可包括第一管层中的管组并且由铝制成；第二部件例如可以包括同一管层或另一管层的另一个管组并且由钢制成。
如果第一和第二部件与同一连接件相连接，则该连接件优选由第一部件的材料作为基本材料制成并且具有由第二部件的材料构成的包覆金属(Plattierung)。因此，该连接件既可以与第一部件也可以与第二部件焊接。在一个具体的实施例中，铝管与由优质钢制成的、具有铝包覆金属的管底相焊接。
此外，本发明还涉及一种这种类型的换热器的应用，用于在含碳氢化合物的流与至少一个热流体或冷流体之间进行间接的热交换。
其中，所述含碳氢化合物的流例如由天然气形成。
所述含碳氢化合物的流在进行间接的热交换情况下被液化、冷却、加热和/或蒸发。优选该换热器被用来液化天然气或蒸发天然气。
通常，在液化天然气时使用由铝制成的缠绕式换热器。可选地，也可以采用这种由钢制成的缠绕式换热器来液化天然气。
附图说明
下面根据在附图中示意性示出的一个实施例对本发明以及本发明其他的细节进行详细说明，在该实施例中，一个按照本发明的缠绕式换热器1用于通过与三个制冷介质流——即低压制冷介质4、第一高压制冷介质5和第二高压制冷介质6——的间接热交换将天然气流2液化成液化天然气3(LNG即液化天然气)。
具体实施方式
这里，缠绕式换热器具有唯一的一个带有三个管组的管束。这些管组的管在不同的层内螺旋形地交替缠绕在一个共同的芯管上。(管的缠绕相应于普遍公知的缠绕式换热器的原理；因此在示意图中未示出几何布置)。在该实施例中，这些管组根据处理流来划分。天然气2流过第一管组7的管；所述两种高压制冷介质5、6分别流过第二及第三管组8、9的管。这里，高压制冷介质被从下往上、也即与天然气同向流动地引导。低压制冷介质4从上往下，也即与天然气反向流动地流过这些管的外腔并且在此蒸发。蒸发了的低压制冷介质10在换热器的下端又被从所述外腔中抽出。
在一个具体的数据实例中，工艺压力为：
天然气2........................120bar
低压制冷介质4..................15bar
第一高压制冷介质5............60bar
第二高压制冷介质6............60bar
这些管由轻金属材料、例如铝或铝合金制成，并且根据管组的不同而具有不同的壁厚。在这里，在所有的管层中，这些管的直径是相同的。
在重量被优化的第一变型方案中，壁厚为：
管组7.....................1.4mm
管组8和9.............0.9mm
在另一变型方案中，在热力学设计和液压设计方面以及在尽可能均匀地构造管束方面对壁厚进行了优化，其中，应遵循由处理过程决定的参数(例如，在各过程流中预先给定的最大压降)。在该第二变型方案中，壁厚为：
管组7.....................1.4mm
管组8和9.............1.2mm
在该第二变型方案中，在各管组内实现了相同的管长度，由此，该换热器不仅在热传递方面而且在经济性方面都得到了优化。
在该实施例中，所有的管和芯管由铝制成，而管底由优质钢制成，其在与管的连接部位处包覆铝。

Claims (8)

1.一种缠绕式换热器，其具有多个绕一芯管缠绕的管及具有一个壳，该壳构成一围绕这些管的外腔的边界，其特征在于：所述缠绕式换热器的一第一和一第二部件由不同的材料制成并且与同一个连接件相连接，其中，该连接件由该第一部件的材料作为基本材料制成并且具有由第二部件的材料构成的包覆金属。
2.按权利要求1所述的换热器，其特征在于：该第一和第二部件从包括下列部件的组中选择：
芯管
管
管的段
管底
壳
分配器
两个管层之间的桥接件
用于悬挂桥接件的支承臂
设置在所述壳与管之间的衬。
3.按权利要求1或2所述的换热器，其特征在于：该第一部件由铝制成，而第二部件由钢制成。
4.按权利要求1或2所述的换热器，其特征在于：该换热器包括由不同材料制成的壳和管束。
5.按权利要求4所述的换热器，其特征在于：该换热器包括由不锈钢制成的壳和由铝制成的管束。
6.按权利要求1-5任一项所述的换热器的应用，用于在一含碳氢化合物的流与至少一个热流体或冷流体之间进行间接热交换。
7.按权利要求6所述的应用，其特征在于：所述含碳氢化合物的流由天然气形成。
8.按权利要求6或7所述的应用，其特征在于：所述含碳氢化合物的流在进行间接的热交换时被液化、被冷却、被加热和/或被蒸发。
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