CN102334002B - 换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过与第二流体热交换来使液体汽化的换热器(2)，包括：由一组平行竖板(4)和侧杆状件(7)形成的平行六面体，竖板之间限定大量扁平的通道(17，18)，所述侧杆状件使通道与外界隔绝；将所述液体送入第一组通道(17)以及将第二流体送入剩余通道(18)的机构；在所述第一组通道(17)顶端在所述第一组通道的整个水平长度上通过在这些通道的整个长度上的精细分布来分配液体的填料元件(1，3)，至少其中一根侧杆状件的大部分长度上具有倒圆切面，一部分长度上具有平坦切面，并且，填料元件的一个边缘与其中存在平坦切面的那部分长度接触。

Description

换热器
技术领域
本发明涉及通过采用竖直板式换热器与第二流体进行热交换来使液体汽化。本发明特别应用于常压蒸馏装置。
背景技术
在双塔类型的常压蒸馏装置中，位于低压塔容器中的液态氧通过与中压塔顶端流出的气态氮交换热量从而被汽化。对于低压塔中给定的运行压力而言，由换热器的结构决定的氧和氮之间的温差影响中压塔的运行压力。因此，为了使对要处理喷入到中压塔中的空气进行压缩的费用最小，希望所述温差尽可能地小。
这些相变换热器目前所使用的技术是钎焊板翅式铝换热器的技术，这使得可以在具有较大换热表面面积的同时获得很紧凑的部件。这些换热器包括板，在板之间插入波状件或散热片，从而形成一堆汽化“通道”和冷凝“通道”。存在有各种类型的波状件，例如直的、穿孔的或局部偏移的(“锯齿状的”)波状件。
当汽化器在下行膜汽化模式下运行时，一部分装置用于在汽化通道中以及换热器波状件的通路之间分配液体。
每种汽化器特有的该分配通常按照FR-A-2547898中描述的原理执行：汽化通道通过冷凝通道的顶部供应。随后，氧流动穿过一排孔口，这确保其主要分配到汽化通道中。然后，其流经具有水平母线的一段波状件，这确保更精细的分配——称作二次分配(液体在通路之间的分流)。
被汽化的液态氧包含溶质形式的杂质。主要的杂质是一氧化二氮，(N2O)、二氧化碳(CO2)、碳氢化合物(C2，C3，等)。根据运行条件的不同，这些杂质可以沉积在汽化通道上(以固体或液体形式)。为了防止爆炸的危险，工业控制这些固体或液体沉积物的形成是很重要的。
在沉积物的形成过程中，其中一个重要的参数是每个通路的液体流速(或者表示为每米待润湿的周长)。特别地，当每个通路的液体流速不足以润湿壁时，通过干蒸形成沉积物。
在这种类型的汽化器(膜汽化器)中，液态氧的分配对其运行(性能和安全)起着关键的作用。因此，有必要确保在所有情况下每个通路内部都有良好的液体分配。为此，通路之间的液体分配必须足够均匀。不均匀的液体分配可能造成波状件的润湿不良，特别是在换热器的底部，相应地通过干蒸形成沉积物。困难在于，确保所有通路具有相等液体流速——考虑到每个通道和每个本体的通路数量(550通路/通道，55000通路/本体)。
该液体分配的质量取决于分配器的良好结构和尺寸。
所谓的二次分配(在通路之间液体的分流)使用具有水平母线和局部偏移的波状带。
每个汽化通道内这种波状件的定位具有两点不足：
·由于所用侧杆状件的(切面)轮廓，在通道的每一侧都存在两个节流孔(自由空间)31(图1A)。
·在两个波状垫之间的接头处可能存在间隙31。具体而言，为了盖住通道整个宽度，可并排布置几个波状带(图2)。
这些不足意味着，对于液体而言，在具有水平母线(“曲折路径(曲折路径)”)的该波状带中存在有优先的通道，造成对于正好处于其下方的通路液体供应过量，更为重要的是，造成后者外围通道的液体供应不足。
图1A显示了从上方看到的现有换热器的一部分。杆状件7具有由两层组成的U型段，外层具有矩形横截面，而内层具有正弦边缘。在图1B中，显示了从正面看到的换热器的相同部分。
具有水平母线的波状件1位于两块板35之间，所述板限定出被杆状件7封闭的换热器通道。
对于现有换热器，波状件与杆状件之间的间隙31也在图2中示出。
发明内容
根据本发明，杆状件优选由两层组成，根据其中移除了U型段的杆状件7的形状，内层具有切口33或者是平坦部分，这样使得波状件1、3能安装到杆状件7上。
根据本发明的一个方面，提供一种通过与第二流体热交换而使一种液体汽化的换热器，其包括：由一组平行竖板和侧杆状件形成的平行六面体，竖板之间限定大量扁平通道，所述侧杆状件使通道与外界隔绝；将所述液体送入通道的第一组通道以及将第二流体送入剩余通道的机构；在所述第一组通道顶端在所述第一组通道的整个水平长度上通过在这些通道的整个长度上的精细分布来分配液体的填料元件，其特征在于：至少其中一根侧杆状件朝向换热器内部在其大部分长度上具有倒圆切面(profil bombé)，在其一部分长度上具有平坦切面(profil plat)，并且，填料元件的一个边缘与平坦切面所在长度的那部分接触。
根据另外可选的方面：
-填料元件安装在所述侧杆状件中的至少一根中；
-填料元件由至少两个波状件组成，所述波状件的形状和波动尺寸基本相同，并且具有水平母线，可选地具有局部竖直偏移，优选所述至少两个波状件相互接触，使得波动边缘结合良好，不在所述波状件之间留下间隙；
-两个波状件互相穿插；
-两个波状件具有至少一个切口，并且，两个波状件的切口具有相配的形状，并且，可选地：
a)每个波状件具有L型切口，从而，对于一个波状件而言，波状件顶部的宽度I小于波状件其他部位的宽度L，并且，对于另一个波状件而言，底部的宽度I小于波状件其他部位的宽度L，I和L之和等于通道的总宽度，或者
b)每个波状件中的切口具有之字形形状。
-至少两个波状件，优选至少三个波状件叠置，每个波状件的宽度大于通道总宽度的一半，并小于通道的总宽度，使得所述波状件互相搭叠；
-波状件被夹子、锁键和/或弹簧连接在一起；
-波状件安装在一起和/或互相配合。
可选地，在填料元件下方为具有竖直母线的波状件。
根据本发明的另一方面，提供了一种通过蒸馏分离空气的装置，其包括：在相对高压下运行的第一蒸馏塔；在相对低压下运行的第二蒸馏塔；以及换热器，该换热器使得可以使第二塔中的容器液体(liquide de cuve)与第一塔中的顶部气体处于热交换关系，其特征在于：该换热器如上所述形成，并且，所述装置包括用于向换热器供给所述容器液体的供应机构以及用于向换热器通道供应气体的机构。
对于已知部件而言，这种用于分离空气的装置相当于一种称作双塔装置的分离装置——在传统的著作例如“Tieftemperaturtechnik[低温技术]”或Kerry的“工业气体手册”中公知。
这使得波状件1的本身平坦的边缘的整个表面能与杆状件的表面接触，如图3A和3B所示。
所提出的这种解决方案目的在于消除或者大幅减小目前使用的具有水平母线(“曲折路径”)的局部偏移(“锯齿状的”)波状件的区域中的自由空间。为此，提出了在具有水平母线(“曲折路径”)的局部偏移(“锯齿状的”)波状件高度上方去掉侧杆状件异形(profil)(见图7)。而且，必须注意，带水平母线(“曲折路径”)的局部偏移(“锯齿状的”)波状垫之间的接头首尾相连，除非在通道的整个宽度上方使用单个波状件段。
在两种小型液体分配模式下对液氮进行了测试，使得可以可视地区分离开具有水平母线(“曲折路径”)的局部偏移(“锯齿状的”)波状件的液体的分配。第一模式配备了两根传统侧杆状件(具有倒圆切面)，第二模式配备了两个侧杆状件——其空区已填充有铝以获得平坦的切面。液氮的流速大约为每个通路0.7l/h，略小于所采用的传统流速。
观察结果如下所示：
·模式，杆状件具有现有技术的倒圆切面：大多数流量穿过侧杆状件的自由节流孔口(图4A)。
·模式，杆状件被本发明的平坦切面(轮廓)阻断：流量似乎均匀，并且，在具有水平母线(“曲折路径”)的局部偏移(“锯齿状的”)波状件的上方观察到了一定程度的液体(以黑色显示)(图4B)。
假如，由于异形侧杆状件，孔口造成在20mm宽度的空间上液体供应不足，这相应于1米通道有2＊20或40mm，或者通路的4％供应不足。如果在具有水平母线(“曲折路径”)的局部偏移(“锯齿状的”)波状垫之间具有空隙，那么必定已增加有其他通路。
附图说明
参照附图，对本发明进行更加详细的描述，附图中，图3A显示了从上方看到的本发明的换热器的一部分；从图3B开始，除了图12B之外，所有的附图都显示了从正面看到的本发明的换热器的一部分，图12B显示了从侧面看到的本发明的换热器的填料元件(garnissage)。
具体实施方式
在图5中，换热器由阻断通道的杆状件5、7分开的一组平行竖板组成。所述板在它们之间限定出大量扁平通道。为了在气体分离装置中分配液氧，在通道的顶部设置填料元件，填料元件由第一和第二波状件1、3组成，每个波状件都是具有水平母线(相对于液氧的流动称为“曲折路径”的布置)的未穿孔的铝板。以规则的间隔，波状件1、3的每个水平或拟水平的小面25上设置向上偏移波距的四分之一的裂缝(未示出)。沿着波状件的母线测量得到的裂缝宽度和将它们中的每一个与位于相同小面上的两个相邻裂缝分离的距离处于相同的数量级。
液氧以一流速穿过填料元件上方设置的通孔，流速由经所述通孔的流动横截面和在所述填料元件上方的液体高度限定。因此，所述通孔确保液氧全部沿着通道大致重新分配，因此，预分配的液氧在波状件1、3上方出发，这确保了在每个通道的整个长度上液态氧的精细分配。因此，液氧通过以非常一致的方式在所分配的通道的所有壁上向下流动，到达具有竖直母线9的下部波状件，也就是说，在这些壁上形成连续下行膜。
同时，气态氮通过分配波状件到达换热器，随后沿着其他通道向下流动。在这种情况下，其逐渐将热量传给相邻通道(未示出)中的液态氧，从而，氧汽化，同时，氮冷凝。
两个波状件1、3应该在形状和尺寸上具有相同的构造，并且布置成使它们的边缘接触良好，从而防止液体泄漏。
目前，还不可以制造足够长的波状件来盖住换热器的整个宽度。因此，有必要使用两个波状件1、3。
杆状件7形成有切口，从而波状件1在左侧进入杆状件中的开口，波状件3在右侧进入杆状件中的开口。为此，由波状件形成的填料元件的整个长度必须大于杆状件的两个内缘之间的距离。
具有水平母线(“曲折路径”)的波状件1、3相互靠接，但是，由于需要在每个侧杆状件7上具有间隙以允许在波状件的公差和杆状件的公差之间调节，因此，在钎焊过程中，存在波状件移动的风险。
从图6可以看出，波状件可以通过附着于上部杆状件5上的部件11的锁键相互连接。
图7显示了被夹子13夹在一起的波状件。
在图8中，两个波状件在厚度方向上沿着之字形切割，从而两个切口配合良好，在所述波状件之间没有间隙。
为了实现更好的密封，可以使用宽波状件并使它们搭叠。在图5中，具有三个叠置的波状件1、3和17，其中，波状件3和17接触换热器的一个边缘，波状件1接触另一个边缘。每个波状件由两个波动组成，并且具有相同的宽度，其宽度值在通道总宽度的1/2和1之间。在这种情况下，波状件搭叠形成具有六个波动厚度的中央部。
波状件1、3可以由设在杆状件5和各波状件之间的楔形物21锁紧在一起，如图6所示。
在图11中，可以看出两个波状件1、3安装在一起并且相互配合。
图12A和12B显示了图7的细节，从该图可以看出，夹子13安装在局部偏移波状件的切口内。
图13显示了通过弹簧23连接的波状件1、3，弹簧安装在每个局部偏移波状件的若干切口中。

Claims (14)

1.一种用于通过与第二流体热交换来使一种液体汽化的换热器(2)，该换热器包括：由一组平行竖板(4)和侧杆状件(7)形成的平行六面体，竖板之间限定大量扁平的通道(17，18)，所述侧杆状件使所述通道与外界隔绝；将所述液体送入通道的第一组通道(17)以及将第二流体送入剩余通道(18)的机构；在所述第一组通道(17)顶端在所述第一组通道的整个水平长度上通过在这些通道的整个长度上的精细分布来分配液体的填料元件(1，3)，其特征在于：至少其中一根侧杆状件朝向换热器内部在其大部分长度上具有倒圆轮廓，在其一部分长度上具有平坦轮廓，并且，所述填料元件的一个边缘与其中存在平坦轮廓的那部分长度接触。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于：所述填料元件(1，3)安装在至少一根侧杆状件(7)中。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于：所述填料元件(1，3)包括至少两个波状件，该波状件的形状和波动尺寸基本相同，并且具有水平母线。
4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：两个波状件(1，3)互相穿插。
5.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：两个波状件(1，3)具有至少一个切口，并且，两个波状件的切口具有相配的形状。
6.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：至少两个波状件(1，3)叠置，每个波状件的宽度大于通道总宽度的一半，但小于通道的总宽度，使得所述波状件互相搭叠。
7.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述波状件(1，3)通过夹子、锁键和/或弹簧(13，23)连接在一起。
8.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述波状件(1，3)安装在一起和/或互相配合。
9.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于：包括位于填料元件下方的具有竖直母线的波状件。
10.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述波状件具有局部竖直偏移。
11.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于：所述至少两个波状件相互接触，使得波动边缘结合良好，不在波状件之间留下间隙。
12.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于：a)每个波状件具有L型切口，使得，对于一个波状件而言，波状件顶部的宽度I小于波状件其他部位的宽度L，并且，对于另一个波状件而言，底部的宽度I小于波状件其他部位的宽度L，I和L之和等于通道的总宽度，或者
b)每个波状件的切口具有之字形形状。
13.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于：至少三个波状件叠置。
14.一种通过蒸馏分离空气的装置，其包括：在相对高压下运行的第一蒸馏塔；在相对低压下运行的第二蒸馏塔；以及换热器，该换热器使第二蒸馏塔中的容器液体能与第一蒸馏塔中的顶部气体发生热交换关系，其特征在于：所述换热器如上述权利要求1-13中的任何一项形成，并且，所述装置包括用于向所述换热器供给所述容器液体的供应机构和用于向所述换热器的所述通道供应气体的机构。
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