CN118009788A - 用于控制工艺气体的温度的控制装置以及具有控制装置的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制工艺气体的温度的控制装置以及具有此类控制装置的热交换器。该控制装置具有带有流入室和流出室的外壳体。经冷却的工艺气体可以流到该流入室中，而温度受控的工艺气体可以经由该流出室从该控制装置流出。与热气体管线流体连接的内壳体从该流入室延伸穿过将这些室机械地分离的元件进入该流出室中。可轴向移动的活塞布置在该内壳体内，通过该活塞可以进行流动。该内壳体和该活塞具有允许与该热气体管线、该流入室和该流出室流体连接的开口。该活塞的轴向移动性使得能够改变该活塞中的开口的尺寸，经冷却的工艺气体可以经由该开口流入该活塞的内部中。由此可以改变在该活塞内部中进行混合的热工艺气体和经冷却的工艺气体的比例，由此实现对工艺气体温度的控制。

Description

用于控制工艺气体的温度的控制装置以及具有控制装置的热 交换器

技术领域

本发明涉及一种用于控制工艺气体的温度、特别是用于控制热交换器中的工艺气体的温度的控制装置。本发明此外涉及一种包括根据本发明的控制装置的热交换器。

现有技术

用于冷却热工艺气体(例如来自石化设备(如蒸汽重整器)的那些)的热交换器在现有技术中是众所周知的。这种热交换器通常设计为壳管式热交换器，其包括输送工艺气体且间接冷却的热交换器管束和旁通管，该旁通管通常居中布置并且同样输送工艺气体。在热交换器管中，通过在热交换器的壳室中传导的冷却介质将热工艺气体冷却。由于旁通管具有比热交换器管大得多的直径，因此旁通管中输送的工艺气体没有被冷却或仅被略微冷却。可替代地，旁通管也可以布设在热交换器的壳外部，结果是工艺气体流过旁通管的部分完全没有冷却。

所使用的冷却介质(通常是水)被转化为蒸汽，并且可以在其他地方被用作加热蒸汽或工艺蒸汽。这种类型的热交换器通常被称为废热锅炉。

使用穿过热交换器管和旁通管的相应量的工艺气体来控制热交换器出口处的工艺气体的温度。通常，完全依赖于控制通过旁通管的流速，并且在这种情况下，将布置在旁通管内的合适的调节装置考虑作为温度控制装置。

EP 0 617 230 B1披露了现有技术中已知的另一种解决方案。在此，热交换器包括至少两个管束，这些管束中的每一个都设置有专用的气体流量控制装置，控制不同管束之间的流量分布和流速，以便控制热交换器出口处的工艺气体的温度。

工业上经常使用的基于挡板的温度控制装置通常不能使最大可能的控制范围(也就是说从没有流量通过旁通到全部流量通过旁通)被使用。这可能是由于以下事实：利用挡板进行控制产生压降，该压降将流量从热交换器的主冷却表面转移到旁通(反之亦然)。在此，主冷却表面由热交换器的热交换器管限定，热交换器管由冷却介质间接冷却。

此外，如果相应的温度控制装置没有完全密封，那么在热交换器本身内经常出现不想要的(泄漏)流量。基于挡板的系统特别如此。

因此，在已知的工业应用的解决方案中，将旁通管完全关闭(没有流量通过旁通管)是太可能的。由于控制范围的这种限制，必须将主冷却表面设计得比实际需要的更大，以便补偿该始终存在的通过旁通管的热工艺气体的流量。

在已知的工业应用的解决方案中，将旁通管完全打开并同时中断来自主冷却表面的流量也不太可能。这种限制可能限制系统在低利用率下运行的总容量，因为只有在高于一定(相对高的)系统负载下才可以实现来自热交换器的工艺气体的所需最低出口温度。

考虑到温度控制装置及其致动驱动器的可能故障(这可能导致旁通管的不想要的完全打开)，对于最不利的关键设计案例，需要机械地限制旁通管的最大打开率。这种设计案例典型地是由以下事实来定义的：所讨论的设备在满负载下运行，并且特别地，热交换器管在内部具有最大的污染度。与在未污染的热交换器管的情况下相比，对于工艺气体的热传递相应地显著更差，并且经冷却的工艺气体的温度相应地更高。

在故障发生时例如以弹簧辅助方式关闭并因此将通过旁通管的流量降低至零的温度控制装置是不期望的，因为旁通的不受控制的关闭可能将工艺气体(未冷却的工艺气体和经冷却的工艺气体的混合物)的出口温度降低至低于下游设备部件安全运行所要求的限定最低温度。

EP 1 498 678披露了具有旁通管的热交换器，该旁通管密封地连接到导管，其中设计为关闭元件的活塞以可轴向移动的方式布置在导管中。活塞采用双壁设计，并且在活塞的双壁中设置有冷却剂流过的冷却通道。

DE 10 2012 007 721 A1披露了具有杠杆控制的工艺气体冷却器挡板的工艺气体冷却器。在这种情况下，设置有挡板轴，该挡板轴借助于杠杆和连杆以这样的方式连接到驱动器主体，即，使得可以借助于驱动器主体通过工艺气体冷却器挡板从外部控制工艺气体的气体通过速度和量。

EP 3 159 646 A1披露了具有控制装置的热交换器，该控制装置包括连接到驱动器的节流阀用于将热交换器的气体出口温度设置到特定温度范围。在这种情况下，可以通过节流阀来控制来自旁通管的未冷却的废气流的出口速度和出口量，该节流阀被布置在旁通管的出口端并且可以借助于控制装置的驱动器进行调节，该节流阀在易于高温腐蚀的温度范围中由耐高温腐蚀的材料制成。

发明内容

本发明的目的是至少部分地克服现有技术的缺点。

特别地，本发明的目的是提供一种用于控制工艺气体的温度的控制装置，该控制装置允许设置关于工艺气体温度的最大可能的控制范围。

特别地，本发明的目的是提供一种用于控制工艺气体的温度的控制装置，该控制装置包括对从最大地冷却的工艺气体到未冷却的工艺气体的整个温度范围的控制。

本发明的另一个目的是提供一种用于控制工艺气体的温度的控制装置，该控制装置将关于工艺气体流的泄漏流的发生最小化。

本发明的另一个目的是提供一种用于控制工艺气体的温度的控制装置，该控制装置在发生控制装置的技术故障的情况下不导致其中可能超过工艺气体的最大允许出口温度的状态。

本发明的另一目的是提供一种热交换器，该热交换器具有用于控制工艺气体的温度的控制装置并且至少部分地实现上述目的中的至少一个。

独立权利要求有助于至少部分地实现以上目的中的至少一个。从属权利要求提供了优选的实施例，其有助于至少部分地实现这些目的中的至少一个。根据本发明的一个类别的成分的优选实施例在相关的情况下对于根据本发明的相应的另一类别的相同命名的或对应的成分同样是优选的。

术语“具有(having)”、“包括/包含(comprising)”或“含有(containing)”等不排除可能存在另外的要素、成分等。不定冠词“一个/种(a)”不排除可能存在多个/种。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于控制工艺气体的温度的控制装置，该控制装置具有

-外壳体；

-流入室，该流入室布置在该外壳体内，用于经冷却的工艺气体，其中该流入室流体连接到用于输送该经冷却的工艺气体的至少一个冷气体管线；

-流出室，该流出室布置在该外壳体内，用于温度受控的工艺气体；

-出口喷嘴，该出口喷嘴在该流出室的区域中延伸穿过该外壳体，其中该出口喷嘴被配置为将该温度受控的工艺气体从该外壳体排出；

-机械分离元件，该机械分离元件将该流入室和该流出室在空间上彼此分离；

-具有内部的内壳体，其中

该内部流体连接到用于输送热工艺气体的至少一个热气体管线，其中

该内壳体在该流入室内延伸并穿过该机械分离元件进入该流出室中，其中

该内壳体包括第一壳体入口开口，该第一壳体入口开口以这样的方式布置，即，使得该热工艺气体可以流入该内壳体的内部中，并且其中

该内壳体包括第二壳体入口开口，该第二壳体入口开口以这样的方式布置，即，使得经冷却的工艺气体可以流入该内壳体的内部中，并且其中

该内壳体包括壳体出口开口，该壳体出口开口以这样的方式布置，即，使得温度受控的工艺气体可以从该内壳体的内部流出进入该流出室中；

-活塞，通过该活塞可以进行流动，该活塞被设计为中空体并且具有活塞内部，其中该活塞可以借助于致动驱动器在该内壳体内在轴向方向上移动，其中

该活塞包括第一活塞入口开口，该第一活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得热工艺气体可以流入该活塞内部中，并且其中

该活塞包括第二活塞入口开口，该第二活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得经冷却的工艺气体可以流入该活塞内部中，并且其中

该活塞包括活塞出口开口，该活塞出口开口以这样的方式布置，即，使得温度受控的工艺气体可以从该活塞内部流出进入该内壳体的内部中，其中

-该内壳体的第二壳体入口开口和该第二活塞入口开口相对于彼此以这样的方式布置，即，使得该第二活塞入口开口的自由流动截面积可以通过该活塞在该轴向方向上的移动而改变，由此使得能够控制可以经由该内壳体的第二壳体入口开口和该第二活塞入口开口流入该活塞内部中的经冷却的工艺气体的量。

根据本发明的控制装置具有内壳体——该内壳体从控制装置的流入室延伸穿过机械分离元件进入流出室中——以及活塞，该活塞设计为中空体，布置在该内壳体内并且可以在该内壳体内在轴向方向上移动。该内壳体具有开口，热工艺气体可以经由开口经由第一壳体入口开口流入内壳体中，并且经冷却的工艺气体可以经由开口经由第二壳体入口开口流入内壳体中。此外，该内壳体具有至少一个另外的开口，在这种情况下为壳体出口开口，温度受控的工艺气体可以经由该开口从内壳体的内部流出进入流出室中。

活塞(设计为中空体并且可以通过该活塞进行流动)具有相应的开口。热工艺气体可以经由第一活塞入口开口流入活塞内部中，特别是在其已经穿过内壳体的第一壳体入口开口之后经由第一活塞入口开口流入活塞内部中。以相应的方式，经冷却的工艺气体可以经由第二活塞入口开口流入活塞内部中，特别是在其已经穿过内壳体的第二壳体入口开口之后。在活塞内部中，发生热工艺气体和经冷却的工艺气体的混合。借助于该混合，可以获得温度受控的工艺气体。温度受控的工艺气体然后可以首先穿过活塞出口开口，可以由此流入内壳体的内部中，并且然后可以特别地穿过内壳体的壳体出口开口。结果，由于内壳体延伸穿过机械分离元件进入流出室中，因此温度受控的工艺气体然后可以流出进入流出室中，并且壳体出口开口以这样的方式布置，即，使得温度受控的工艺气体可以从内壳体的内部流出进入流出室中。温度受控的工艺气体然后可以经由出口喷嘴从控制装置流出。

内壳体包括第一壳体入口开口，该第一壳体入口开口以这样的方式布置，即，使得热工艺气体可以流入内壳体的内部中，特别是可以从至少一个热气体管线流入内壳体的内部中。

内壳体包括第二壳体入口开口，该第二壳体入口开口以这样的方式布置，即，使得经冷却的工艺气体可以流入内壳体的内部中，特别是可以从流入室流入内壳体的内部中。

内壳体的内部流体连接到用于输送热工艺气体的至少一个热气体管线，特别是经由第一壳体入口开口流体连接到该至少一个热气体管线。此外，内壳体的内部流体连接到流入室，特别是经由第二壳体入口开口流体连接到流入室。此外，内壳体的内部流体连接到流出室，特别是经由壳体出口开口流体连接到流出室。

活塞包括第一活塞入口开口，该第一活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得热工艺气体可以流入活塞内部中，特别是可以从内壳体的内部流入活塞内部中。

活塞包括第二活塞入口开口，该第二活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得经冷却的工艺气体可以流入活塞内部中，特别是可以从流入室流入活塞内部中。

活塞包括活塞出口开口，该活塞出口开口以这样的方式布置，即，使得温度受控的工艺气体可以从活塞内部流出，特别是可以从活塞内部流出进入内壳体的内部中。

根据一个实施例，内壳体的壳体出口开口布置为与出口室相邻。根据一个实施例，内壳体的第一壳体入口开口布置为与热气体管线相邻。根据一个实施例，内壳体的第二壳体入口开口布置为与流入室相邻。

活塞可以在内壳体内在轴向方向上移动。由此可以改变由第二活塞入口开口限定的自由流动截面积。之所以这样是由于第二壳体入口开口和第二活塞入口开口相对于彼此以这样的方式布置，即，使得第二活塞入口开口的自由流动截面积可以通过活塞在内壳体的内部内的轴向移动而扩大或减小，或者在极端情况下可以被关闭。

内壳体的壁和布置在内壳体的壁内的第二壳体入口开口使得第二活塞入口开口的自由流动截面积可以通过使活塞在轴向方向上移动而变化(即改变)。因此，取决于第二活塞入口开口的打开程度和由此限定的自由流动截面积，大量或少量经冷却的工艺气体或没有经冷却的工艺气体流入活塞内部中。由此实现对工艺气体的相应温度控制。

根据一个实施例，活塞的侧壁的外部与内壳体的侧壁的内部面接触。可以设置相应的密封件以便将在活塞与内壳体之间的泄漏流最小化。原则上，具有活塞和限定的开口的控制装置的构造提供了可以很大程度上或完全避免泄漏流的优点，而例如基于挡板系统的装置则不是这种情况。

活塞可以借助于致动驱动器在轴向方向上移动。换句话说，活塞可以沿着其物理的或假想的纵向轴线移动。

根据一个实施例，内壳体的第一壳体入口开口布置在内壳体的端壁(特别是内壳体的第一端壁)的区域中。

根据一个实施例，第二壳体入口开口布置在内壳体的侧壁的区域中。

根据一个实施例，壳体出口开口布置在内壳体的另一端壁的区域中，特别是在内壳体的第二端壁的区域中。

根据一个实施例，内壳体的第一端壁邻接热气体管线。根据一个实施例，内壳体的第二端壁邻接出口室。根据一个实施例，内壳体的侧壁邻接流入室和流出室。

根据一个实施例，第一活塞入口开口布置在活塞的端壁(特别是活塞的第一端壁)的区域中。

根据一个实施例，第二活塞入口开口布置在活塞的侧壁的区域中。

根据一个实施例，活塞出口开口布置在活塞的端壁的区域中，特别是在活塞的第二端壁的区域中。

无论活塞或内壳体的几何构造如何，“侧壁”应理解为意指平行于或基本上平行于活塞和/或内壳体的物理的或假想的纵向轴线、围绕活塞和/或内壳体延伸的壁。

无论活塞或内壳体的几何构造如何，“端壁”应理解为意指垂直于或基本上垂直于活塞和/或内壳体的物理的或假想的纵向轴线布置的壁。

特别地，内壳体和活塞各自具有两个端壁(第一端壁和第二端壁)，并且相应的侧壁在这两个端壁之间延伸。

通过使活塞在轴向方向上移动，并不是仅可以改变第二活塞入口开口的自由流动截面积，特别是其大小。而是，使活塞在轴向方向上移动还使得可以改变距离，特别是在活塞的第一端壁与内壳体的第一端壁之间的距离，并且由此改变在第一壳体入口开口与第一活塞入口开口之间的距离。

第二活塞入口开口的自由流动截面积的变化以及因此流入活塞内部中的经冷却的工艺气体的体积流量的变化产生相应的压降，这进而导致在流入室和流出室中的不同的压力水平。当流体互连的室和其中的主要的流试图补偿出现的这种不同的压力水平时，可以经由第一壳体入口开口和第一活塞入口开口流入活塞内部中的热工艺气体的体积流量相应地改变。这也产生了对热工艺气体的体积流量的控制。

从至少一个热气体管线出来并且可以经由第一壳体入口开口和第一活塞入口开口流入活塞内部中的热工艺气体也可以被称为未冷却的工艺气体或基本上未冷却的工艺气体。该(至少一个)热气体管线也可以被称为旁通管线。这应当理解为意指所讨论的热气体管线没有被冷却或者仅被略微冷却，也就是说其冷却被绕过。这可能是由于以下事实：热气体管线中的热工艺气体没有通过借助冷却介质的间接冷却进行冷却，或者热气体管线具有的直径如此大以致于通过利用热气体管线周围流动的冷却介质进行间接冷却，没有发生冷却或仅发生略微冷却。

内壳体的内部流体连接到至少一个热气体管线。在此布置中，内壳体的内部可以直接地或例如经由一个或多个过渡件连接到热气体管线。控制装置还可以包括多个热气体管线，相同的构造适用于该多个热气体管线。也就是说，内壳体的内部于是流体连接到该多个热气体管线，因此使得来自这些热气体管线的热工艺气体的全部量可以流入内壳体的内部中。

流入室流体连接到至少一个冷气体管线，但通常连接到多个冷气体管线。该一个或多个冷气体管线由此形成装置的用于提供经冷却的工艺气体的主冷却表面。特别地，冷却介质围绕该一个或多个冷气体管线流动，所述冷却介质将工艺气体冷却并且因此提供经冷却的工艺气体。因此，该一个或多个冷气体管线输送经冷却的工艺气体。

“温度受控的工艺气体”应理解为意指特别是以下工艺气体：其可以在活塞内部通过将热工艺气体和经冷却的工艺气体混合而生产，并且在从活塞内部流出进入内壳体的内部并随后流出进入出口室中之后，可以将该工艺气体从装置排出，即可以经由出口喷嘴流出。

由于根据本发明的装置有利地允许第二活塞入口开口完全关闭，使得第二活塞入口开口的自由流动截面积等于零，因此这种极端情况的“温度受控的工艺气体”也可以是具有与热工艺气体相同或基本上相同的温度的工艺气体。

根据本发明的装置此外有利地使得可以将第一活塞入口开口完全关闭，控制装置以这样的方式构造，即，使得将第一活塞入口开口同时打开，并且根据一个实施例是完全打开。在这种极端情况下，“温度受控的工艺气体”可以是具有与经冷却的工艺气体相同或基本上相同的温度的工艺气体。

控制装置的一个实施例的特征在于，该内壳体的第一壳体入口开口布置在该内壳体的第一端壁内，并且该第一活塞入口开口布置在该活塞的第一端壁内，其中所述开口相对于彼此以这样的方式布置，即，使得当使所述端壁面接触时，该热工艺气体不能流过该内壳体的第一壳体入口开口和该第一活塞入口开口。

这使得控制装置可以以这样的方式操作，即，使得没有热工艺气体在流出室的方向上穿过内壳体。根据一个优选的实施例，第二活塞入口开口同时完全打开。

第一壳体入口开口和第一活塞入口开口可以相对于彼此以这样的方式偏置布置，即，使得当使所述端壁面接触时，热工艺气体不能流过这些开口。换言之，这些开口以这样的方式布置，即，使得当使所述端壁面接触时这些开口不重叠，结果是不可能通过这些开口进行流动。

活塞的轴向移动使得第二活塞入口开口能够完全关闭，结果是只有热工艺气体穿过该装置。借助于上述实施例，因此可以实施另一种极端情况，即仅有热工艺气体穿过该装置。

因此，控制装置使得可以在两种工艺气体类型(经冷却的工艺气体和热工艺气体)的整个温度范围内控制工艺气体的温度。

根据一个实施例，第二壳体入口开口和第二活塞入口开口因此以这样的方式布置，特别是布置在内壳体的侧壁的区域中的第二壳体入口开口和布置在活塞的侧壁的区域中的第二活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得当使内壳体的第一端壁和活塞的第一端壁面接触时，第二活塞入口开口的自由流动截面积对应于第二活塞入口开口的最大打开面积。

控制装置的一个优选实施例的特征在于，该内壳体的第一壳体入口开口和/或该第一活塞入口开口被设计为环形间隙。

控制装置的一个优选实施例的特征在于，该活塞的第一端壁具有机械地连接到此端壁的密封元件。

由此可以将热气体管线侧的泄漏流减少到最小。

控制装置的一个实施例的特征在于，活塞经由轴机械地连接到致动驱动器。

在这种情况下，控制装置的一个优选实施例的特征在于，该活塞经由轴机械地连接到该致动驱动器，并且该轴具有与其固定地连接的机械止挡元件，其中该止挡元件

-布置在该内壳体的内部中并且在该活塞的外部，或者

-布置在该流出室内并且在该内壳体外部，

并且以这样的方式布置，即，使得可以防止由该第二活塞入口开口的自由流动截面积限定的开口的完全关闭。

机械止挡元件固定地连接到轴，也就是说，以使得止挡元件的位置在控制装置的操作期间不能改变的这样的方式连接到轴。根据一个实例，止挡元件非刚性地连接到轴，例如通过螺纹连接或夹紧连接的方式连接到轴。

止挡元件可以布置在内壳体的内部中并且在活塞的外部。根据该实施例，在一个实例中，止挡元件可以在活塞的相应冲程期间撞击内壳体的壁、特别是内壳体的第二端壁的内侧。

止挡元件可以布置在流出室内并且在内壳体外部。根据该实施例，根据一个实例的止挡元件可以在活塞的相应冲程期间撞击外壳体的壁、特别是外壳体的壁的内侧。

止挡元件以这样的方式布置，即，使得可以防止或防止限定第二活塞入口开口的自由流动截面积的开口的完全关闭。换言之，止挡元件在限定的位置以固定方式机械地连接到轴，其中止挡元件的定位不允许第二活塞入口开口被关闭，第二活塞入口开口被关闭的结果是来自流入室的经冷却的工艺气体将不(再)能够流过它。

如果控制装置发生故障，那么止挡元件防止在流入室与活塞内部之间的连接完全关闭，连接完全关闭的结果是通过控制装置的唯一流量将是来自热气体管线的热工艺气体的流量。由此防止了控制装置的出口区域中、特别是出口喷嘴的区域中的过高温度。装置的出口处的过高温度可能损坏布置在控制装置下游的装置。

控制装置的一个优选实施例的特征在于，该机械止挡元件沿着该轴在该轴向方向上的位置可以改变，特别是可以根据主要操作条件而改变。

根据该实施例，机械止挡元件特别地不通过实质上一体连接(例如像焊接连接)而连接到轴。而是，止挡元件通过可拆连接(例如通过非刚性连接)而连接到轴，因此使得止挡元件的位置能够改变，例如在相关设备的维护工作期间。

因此，例如，在止挡元件出现止挡接触的情况下(在控制装置出现故障的情况下)，其中冷气体管线受到渐进的污染或腐蚀，增加由第二活塞入口开口限定的自由流动截面积可能是有利的。由于此类渐进的污染或腐蚀，所讨论的工艺气体被冷却得较少，使得相应地增加经冷却的工艺气体的体积流量是有利的。增加通过冷气体管线的体积流量改善从气体到水(冷却剂)的热传递。这补偿了污垢层的隔热效果，污垢层主要形成在冷气体管线的外部上，即在冷却剂侧上。对于输送未冷却的工艺气体的一个或多个热气体管线，必须进行相应的考虑。

因此，控制装置的一个优选实施例的特征在于，该机械止挡元件沿着该轴在该轴向方向上的位置可以根据该经冷却的工艺气体的温度和/或未冷却的工艺气体的温度而改变。

对于上述原因，控制装置的一个优选实施例有利地特征在于，该机械止挡元件沿着该轴在该轴向方向上的位置可以根据该至少一个冷气体管线的污染度和/或该至少一个热气体管线的污染度而改变。

控制装置的一个优选实施例的特征在于，该活塞可以借助于致动驱动器在径向方向上旋转，因此使得该第二活塞入口开口的自由流动截面积能够通过该活塞在该径向方向上的旋转而改变。

根据该实施例，引入了与由第二活塞入口开口限定的自由流动截面积的可变性相关的另一个自由度。

因此，例如在止挡元件已经到达其端部位置(也就是说机械止挡件的位置)时的情况下，轴可以在径向方向上旋转。这使得即使在已经到达止挡件时，第二活塞入口开口也能够被关闭，从而使得即使在机械止挡件处也可以将温度受控的工艺气体的温度增加到最大温度(对应于热工艺气体的温度)。这可以独立于控制活塞的轴向移动的致动驱动器的操作而实现。结果，可以根据冷气体管线和一个或多个热气体管线的污染率来调节机械止挡件。

控制装置的一个优选实施例的特征在于，该活塞可以借助于第一致动驱动器在该轴向方向上移动，并且该活塞可以借助于第二致动驱动器在该径向方向上旋转。

结果，轴向移动和径向移动可以彼此独立地进行。因此，例如，即使当第一致动驱动器已发生故障并且活塞处于机械止挡件的位置时，活塞仍然可以通过第二致动驱动器进行径向旋转。

控制装置的一个优选实施例的特征在于，该活塞呈直中空圆柱体的形式。

根据该实施例，活塞呈直中空圆柱体的形式，或呈基本上直中空圆柱体的形式，或基本上呈直中空圆柱体的形式。

为了简化设计和维护，活塞优选地呈直中空圆柱体的形式。这种几何形状使得可以将通向至少一个热气体管线的一个或多个开口完全关闭，同时关于在活塞与内壳体的内侧之间的空间具有低泄漏率。

作为其替代方案，该活塞呈中空截锥体的形式，其中该截锥体的直径沿着流过该活塞内部的气体流动方向减小。

结果，可以将活塞的表面抵靠内壳体的内侧有效地密封，特别是在大冲程(在内壳体和活塞的端壁之间的距离)的情况下，其结果是与直中空圆柱体设计的情况相比，可以实现更低的泄漏率。

上述目的中的至少一个此外通过热交换器来至少部分地实现，该热交换器具有根据上述实施例中的一个的控制装置，其中该热交换器具有多个冷气体管线，这些冷气体管线彼此平行布置且构造为管束并且流体连接到该流入室，并且其中该热交换器具有居中布置的热气体管线，该热气体管线具有比该冷气体管线更大的直径。

热交换器包括根据本发明的控制装置、或控制装置形成热交换器的一部分。热交换器优选为壳管式热交换器。热交换器具有一个居中布置的热气体管线，但根据一个实施例也可以包括多个居中布置的热气体管线。该一个或多个热气体管线和冷气体管线可以同轴地布置。热气体管线也可以被称为旁通管线。这应当理解为意指热气体管线中的工艺气体的冷却被完全或基本上完全绕过。

热交换器的一个优选实施例的特征在于，这些冷气体管线各自具有入口端和出口端，并且该热气体管线具有入口端和出口端，其中这些冷气体管线的出口端并入该流入室中并且该热气体管线的出口端并入该内壳体中，并且其中这些冷气体管线的入口端和该热气体管线的入口端并入工艺气体流入室中，其中该工艺气体流入室具有工艺气体入口喷嘴。

经由工艺气体流入室，热工艺气体可以流入热气体管线和冷气体管线两者中。然后热工艺气体中的一些在冷气体管线中被冷却，并且一些热工艺气体流过热气体管线并在其这样做时没有被冷却或基本上没有被冷却。

通过使用根据控制装置的上述实施例中的一个、或根据热交换器的上述实施例中的一个的控制装置来冷却来自蒸汽重整器或自热重整器的合成气，来此外至少部分地实现上述目的中的至少一个。

示例性实施例

下文通过示例性实施例更具体地阐明本发明。在下面的详细描述中，参考了附图，附图以图示的方式示出本发明的特定实施例。在这个方面，参考所描述的附图的取向使用比如“顶部”、“底部”、“前”、“后”等方向特异性术语。由于实施例的部件可以以多个取向定位，因此方向特异性术语是用于说明，并且不以任何方式进行限制。本领域技术人员将认识到，可以使用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变，而不背离本发明的保护范围。因此，以下详细描述不应在限制性意义上进行理解，并且这些实施例的保护范围由所附权利要求限定。除非另有说明，否则附图不是按比例的。

在附图中

图1示出根据本发明的控制装置的横截面图，其中第一活塞入口开口关闭并且第二活塞入口开口完全打开，

图2示出根据本发明的控制装置的横截面图，其中第一活塞入口开口打开并且第二活塞入口开口完全关闭，并且

图3示出根据本发明的具有机械止挡元件的控制装置的横截面图，其中第一活塞入口开口打开并且第二活塞入口开口部分地打开。

在图1至图3中，相同的元件各自具有相同的附图标记。

图1示出根据本发明的控制装置的横截面图的简化图示，其中第一活塞入口开口关闭并且第二活塞入口开口完全打开。

控制装置1具有外壳体10，其包括流入室11和流出室14。流入室11和流出室14通过机械分离元件17在空间上彼此分离。布置在外壳体10内的是内壳体18，该内壳体在流入室11内延伸穿过机械分离元件17并且在流出室14内延伸。内壳体经由多个开口22、23和24(开口24未示出)流体连接到热气体管线20、流入室11和流出室14。内壳体18具有内部19。开口22、23和24位于内壳体的壁内，并且因此在内壳体18的内部19与热气体管线20、流入室11和流出室14之间建立流体连接。此外，控制装置1具有多个冷气体管线13，这些冷气体管线流体连接到流入室。当经冷却的工艺气体12流过冷气体管线13时，热工艺气体21流过热气体管线20。由于热气体管线20的大直径相较于冷气体管线13的小直径，因此热工艺气体21在热气体管线20中仅被略微冷却。冷气体管线13的出口端(未示出)和热气体管线20的出口端(未示出)固定在穿孔板37的孔(未示出)内，该穿孔板延伸至外壳体的截面积上。冷却介质围绕冷气体管线13和热气体管线20流动，其结果是实现对流入冷气体管线13中的工艺气体的冷却。

控制装置1也可以被视为具有居中布置的旁通管(在这种情况下是热气体管线20)的壳管式热交换器的一部分。如本领域技术人员已知的，这种热交换器具有用于冷却介质的相应的入口喷嘴和出口喷嘴。喷嘴未在图中示出。冷却介质、特别是冷却水，其由于热工艺气体的冷却而作为蒸汽从热交换器排出并且可以随后用作加热蒸汽或工艺蒸汽。

热气体管线20延伸穿过穿孔板37进入流入室11中，并且由此机械地固定连接到内壳体18。热气体管线20延伸穿过流入室14的部分也可以不被视为热气体管线20的一部分，而被视为在热气体管线20与内壳体18之间的连接件或过渡件。内壳体18具有第一端壁31，在该第一端壁中布置有被设计为环形间隙的第一壳体入口开口22。通过第一壳体入口开口22，热工艺气体21可以在该开口22打开时流入内壳体18的内部19中并因此允许通流。内壳体18还具有壳体出口开口24(开口未示出)，其布置在内壳体的第二端壁32内。经由壳体出口开口24，温度受控的工艺气体15可以从内壳体18的内部19流出进入流出室14中。然后可以经由从流出室14引出的出口喷嘴16将温度受控的工艺气体15从控制装置1排出。内壳体18此外具有第二壳体入口开口23，其布置在内壳体的侧壁38内。如图中所示，可以有多个此类开口23。

在内壳体18的内部19中布置有活塞25，该活塞被设计为圆柱形中空体并且经由轴35连接到致动驱动器27a和另一个致动驱动器27b。活塞25具有活塞内部26。轴机械地固定连接到活塞，也就是说，活塞25和轴35形成可以借助于致动驱动器27a和27b移动的机械单元。

活塞25可以借助于致动驱动器27a在轴向方向上、也就是说沿着其纵向轴线(其部分由轴35形成)移动。这种类型的移动由致动驱动器27a上的双向箭头指示。

设计为中空体的活塞25具有多个开口28、29和30，可以通过这些开口流过活塞。第一活塞入口开口28布置在活塞25的第一端壁33内。在穿过第一壳体入口开口22之后，当活塞25处于相应位置时，热工艺气体21可以流过第一活塞入口开口28进入活塞内部26中。第二活塞入口开口29布置在活塞的侧壁39内。如图中所示，可以有多个此类开口29。在穿过第二壳体入口开口23之后，当活塞25处于相应位置时，经冷却的工艺气体12可以流过第二活塞入口开口29进入活塞内部25中。

第二活塞入口开口的自由流动截面积可以由活塞25通过致动驱动器27a在轴向方向上的移动来改变。也就是说，第二壳体入口开口23和第二活塞入口开口29相对于彼此以这样的方式布置，即，使得第二活塞入口开口的尺寸以及因此该开口的自由流动截面积的大小可以改变。

在根据图1的实例中，活塞25处于其中第二活塞入口开口29打开到最大程度的位置，也就是说，整个开口或该开口的整个截面积可供经冷却的工艺气体12流过。根据图1的实例，第二壳体入口开口23和第二活塞入口开口29一致地一个位于另一个之上。由第二壳体入口开口23和第二活塞入口开口29限定的流过区域不必具有相同的尺寸，而是也可以具有不同的尺寸。唯一的决定性因素是两个开口相对于彼此以这样的方式布置，即，使得第二活塞入口开口29的自由流动截面积可以改变。

在根据图1的实例中，活塞25此外处于其中通向热气体管线20的通路是关闭的位置。这是由于以下事实：第一壳体入口开口22和第一活塞入口开口28相对于彼此以这样的方式布置，即，使得当内壳体18的第一端壁31与活塞35的第一端壁33面接触时，热工艺气体21不能流过它们。这通过以下事实来实现：相应的开口22和28彼此偏移地布置并且当存在相应的面接触时不重叠。

图2示出根据本发明的控制装置的横截面图，其中第一活塞入口开口打开并且第二活塞入口开口完全关闭。

在根据图2的实例中，控制装置1示出为活塞25处于以下位置：在该位置中通向第二活塞入口开口29的通路完全关闭。同时，通向热气体管线20的通路由此完全打开，其结果是使得热工艺气体21的最大流量成为可能。因此，经冷却的工艺气体12的流量为零或被限制为可忽略的泄漏流。如果活塞25借助于致动驱动器27a连续地向左移动，那么第二活塞入口开口29的自由流动截面积连续地扩大，并且因此经冷却的工艺气体12的流量同样连续地增加。同时，流入室11与流出室14之间的压降同样改变，其结果是热工艺气体21可以流入活塞25中的量也改变，也就是说，热工艺气体21的流量连续地减少。

在活塞内部，发生热工艺气体21和经冷却的工艺气体12的混合，由此获得温度受控的工艺气体15。该温度受控的工艺气体经由活塞出口开口30和壳体出口开口24流入流出室中。如以上所述的，当根据活塞25的位置将通向热气体管线20或通向流入室11的通路关闭时，也提及了“温度受控的工艺气体”15。

控制装置1此外具有第二致动驱动器27b，活塞可以借助该第二致动驱动器在径向方向上移动，也就是说可以绕其纵向轴线旋转。因此，该第二致动驱动器27b代表了关于第二活塞入口开口29的自由流动截面积的可变性的另一种自由度。如果第二活塞入口开口是例如圆形开口，那么即使当开口23和29一个位于另一个之上时，该开口29也可以通过径向移动而关闭或至少进一步减小尺寸。活塞25借助于第二致动驱动器27b通过轴35的径向移动由半圆形箭头指示。

图3示出根据本发明的具有机械止挡元件的控制装置的横截面图，其中第一活塞入口开口打开并且第二活塞入口开口部分地打开。

图3示出了具有一体式机械止挡元件36的控制装置2的实例。止挡元件36布置在内壳体18内，即在内壳体18的内部19中，并且固定地连接到轴35。这种固定连接可以例如通过非刚性连接(如螺纹连接)来实现。至关重要的是该连接是可拆连接。因此，止挡元件36优选地不通过实质上一体连接(如焊接连接)而连接到轴35。可拆连接使得能够根据某些主要操作参数(如热气体管线20和冷气体管线13的污染度)来改变止挡元件36的位置。止挡元件36确保轴35连同活塞25不能移动到将第二活塞入口开口29关闭的程度，即使在控制装置2、特别是致动驱动器27a发生技术故障的情况下也是如此。这仅防止热工艺气体21经由出口喷嘴16离开控制装置2。取决于相应的设备，这可能是期望的，因为过热的工艺气体可能损坏布置在下游的设备部件。如果在这种情况下仍然期望将第二活塞入口开口29完全关闭，那么这可以通过第二致动驱动器27b实现。

附图标记清单

1，2 控制装置

10 外壳体

11 流入室

12 经冷却的工艺气体

13 冷气体管线

14 流出室

15 温度受控的工艺气体

16 出口喷嘴

17 机械分离元件

18 内壳体

19 内壳体的内部

20 热气体管线

21 未冷却的工艺气体

22 第一壳体入口开口

23 第二壳体入口开口

24 壳体出口开口

25 活塞

26 活塞内部

27a 第一致动驱动器

27b 第二致动驱动器

28 第一活塞入口开口

29 第二活塞入口开口

30 活塞出口开口

31 第一端壁，内壳体

32 第二端壁，内壳体

33 第一端壁，活塞

34 第二端壁，活塞

35 轴

36 止挡元件

37 穿孔板

38 侧壁，内壳体

39 侧壁，活塞

Claims (15)

1.一种用于控制工艺气体的温度的控制装置(1，2)，该控制装置具有

-外壳体(10)；

-流入室(11)，该流入室布置在该外壳体内，用于经冷却的工艺气体(12)，其中该流入室流体连接到用于输送该经冷却的工艺气体的至少一个冷气体管线(13)；

-流出室(14)，该流出室布置在该外壳体内，用于温度受控的工艺气体(15)；

-出口喷嘴(16)，该出口喷嘴在该流出室的区域中延伸穿过该外壳体，其中该出口喷嘴被配置为将该温度受控的工艺气体从该外壳体排出；

-机械分离元件(17)，该机械分离元件将该流入室和该流出室在空间上彼此分离；

-具有内部(19)的内壳体(18)，其中

该内部流体连接到用于输送热工艺气体(21)的至少一个热气体管线(20)，其中

该内壳体在该流入室内延伸并穿过该机械分离元件进入该流出室中，其中

该内壳体包括第一壳体入口开口(22)，该第一壳体入口开口以这样的方式布置，即，使得该热工艺气体可以流入该内壳体的内部中，并且其中

该内壳体包括第二壳体入口开口(23)，该第二壳体入口开口以这样的方式布置，即，使得经冷却的工艺气体可以流入该内壳体的内部中，并且其中

该内壳体包括壳体出口开口(24)，该壳体出口开口以这样的方式布置，即，使得温度受控的工艺气体可以从该内壳体的内部流出进入该流出室中；

-活塞(25)，通过该活塞可以进行流动，该活塞被设计为中空体并且具有活塞内部(26)，其中该活塞可以借助于致动驱动器(27a)在该内壳体内在轴向方向上移动，其中

该活塞包括第一活塞入口开口(28)，该第一活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得热工艺气体可以流入该活塞内部中，并且其中

该活塞包括第二活塞入口开口(29)，该第二活塞入口开口以这样的方式布置，即，使得经冷却的工艺气体可以流入该活塞内部中，并且其中

该活塞包括活塞出口开口(30)，该活塞出口开口以这样的方式布置，即，使得温度受控的工艺气体可以从该活塞内部流出进入该内壳体的内部中，其中

-该内壳体的第二壳体入口开口和该第二活塞入口开口相对于彼此以这样的方式布置，即，使得该第二活塞入口开口的自由流动截面积可以通过该活塞在该轴向方向上的移动而改变，由此使得能够控制可以经由该内壳体的第二壳体入口开口和该第二活塞入口开口流入该活塞内部中的经冷却的工艺气体的量。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该内壳体的第一壳体入口开口布置在该内壳体的第一端壁(31)内，并且该第一活塞入口开口布置在该活塞的第一端壁(33)内，其中所述开口相对于彼此以这样的方式布置，即，使得当使所述端壁面接触时，该热工艺气体不能流过该内壳体的第一壳体入口开口和该第一活塞入口开口。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，该内壳体的第一壳体入口开口和/或该第一活塞入口开口被设计为环形间隙。

4.根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，该活塞的第一端壁具有机械地连接到此端壁的密封元件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，该活塞经由轴(35)机械地连接到该致动驱动器，并且该轴具有与其固定地连接的机械止挡元件(36)，其中该止挡元件

-布置在该内壳体的内部中并且在该活塞的外部，或者

-布置在该流出室内并且在该内壳体外部，

并且以这样的方式布置，即，使得可以防止由该第二活塞入口开口的自由流动截面积限定的开口的完全关闭。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，该机械止挡元件沿着该轴在该轴向方向上的位置可以改变，特别是可以根据主要操作条件而改变。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，该机械止挡元件沿着该轴在该轴向方向上的位置可以根据该经冷却的工艺气体的温度和/或未冷却的工艺气体的温度而改变。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的控制装置，其特征在于，该机械止挡元件沿着该轴在该轴向方向上的位置可以根据该至少一个冷气体管线的污染度和/或该至少一个热气体管线的污染度而改变。

9.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，该活塞可以借助于致动驱动器(27b)在径向方向上旋转，因此使得该第二活塞入口开口的自由流动截面积能够通过该活塞在该径向方向上的旋转而改变。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，该活塞可以借助于第一致动驱动器(27a)在该轴向方向上移动，并且该活塞可以借助于第二致动驱动器(27b)在该径向方向上旋转。

11.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，该活塞呈直中空圆柱体的形式。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的控制装置，其特征在于，该活塞呈中空截锥体的形式，其中该截锥体的直径沿着流过该活塞内部的气体流动方向减小。

13.一种热交换器，其具有根据权利要求1至12中任一项所述的控制装置(1，2)，其中该热交换器具有多个冷气体管线(13)，这些冷气体管线彼此平行布置且构造为管束并且流体连接到该流入室，并且其中该热交换器具有居中布置的热气体管线(20)，该热气体管线具有比该冷气体管线更大的直径。

14.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于，这些冷气体管线各自具有入口端和出口端，并且该热气体管线具有入口端和出口端，其中这些冷气体管线的出口端并入该流入室中并且该热气体管线的出口端并入该内壳体中，并且其中这些冷气体管线的入口端和该热气体管线的入口端并入工艺气体流入室中，其中该工艺气体流入室具有工艺气体入口喷嘴。

15.根据权利要求1至12中任一项所述的控制装置或根据权利要求13或14中任一项所述的热交换器对来自蒸汽重整器或自热重整器的合成气进行冷却的用途。