CZ15763U1 - Zařízení na ochranu výměníku tepla, zvláště výměníku odpadního tepla - Google Patents

Description

Zařízení na ochranu výměníku tepla, zvláště výměníku odpadního tepla

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení na ochranu výměníku tepla, zvláště výměníku odpadního tepla, sestávajícího ze vstupní části pro vstup produktu, pláště, uvnitř kterého jsou uspořádány chladicí plochy ve formě trubek upevněných v trubkovnicích, uložených v plášti výměníku, a z výstupu produktu z výměníku.

Dosavadní stav techniky

U současných výměníků tepla vstupuje jeho vstupní částí produkt, např. plynný styren, který prochází uvnitř výměníku chladicími trubkami uspořádanými např. v jednotlivých sekcích, a vystu10 puje z výměníku výstupní částí. Plynný styren odvádí teplo z předchozího procesu, jedná se o procesové odpadní teplo. Teploty produktu na vstupu výměníku dosahují u styrenových výměníků hodnot až 600 °C a při požadavku na zkapalnění styrenu v celém procesu je nutné snížit podstatně jeho teplotu během průchodu výměníkem. Tomuto požadavku vyhovují stávající výše popsané výměníky. Jednotlivé chladicí trubky jsou navařeny do trubkovnic, které jsou pevně spoje15 ny s pláštěm nebo posuvně vedeny v plášti výměníku. Chladicí trubky s trubkovnicemi tvoří případně jednotlivé oddělené chladicí sady, kterých může být uvnitř pláště větší počet.

Pro ochlazování produktu během jeho průchodu výměníkem je používáno chladicí médium, které vstupuje do výměníku a vystupuje z výměníku v oblasti jeho vnější plášťové plochy, přičemž při průchodu výměníkem obtéká chladicí trubky. Při nestacionárních provozních podmínkách v prů20 běhu chemického procesu, jako jsou výpadky produkce anebo sjíždění z provozních podmínek do odstávky, vznikají ve výměnících teplotní rozdíly přes průřez výměníkem, tedy v různých místech průřezu. V dolní části vodorovně ležícího výměníku dochází k prudkému ochlazení z provozních teplot, které mohou být až 600 °C (jsou závislé od vyráběného chemického produktu).

Možné ztráty vakua ve výměníku během provozu způsobují, že ze zadních částí procesuje nasá25 vána studená směs (někdy i vstřikovací voda), která uvedené rozdílné ochlazení chladicích ploch v průřezu způsobuje. Nestacionární provoz způsobuje vnikání chladných kapalin do prostoru výměníku a jeho nerovnoměrné zchlazení. V chladnější části průřezu vznikají pozitivní napětí, která jsou závislá od teplotní diference. Díky navařování trubek na trubkovnici dochází ke koncentraci napětí ve vrubu mezi svarem s trubkou, takže teplotní diference mezi prostorem v horní části výměníkového průřezu a spodní ochlazenou částí, které leží u Δ T = 370 K, způsobí po cca 80 cyklech netěsnosti a tak i ztrátu části výrobní kapacity.

Vlivem rozdílných teplot protékaného média trubkami a chladicího média obtékajícího chladicí trubky dochází ke koncentraci napětí zvláště v místech svarů chladicích trubek s trubkovnicí a následně pak ke vzniku trhlin v této oblasti chladicích trubek. Vznik trhlin je dále závislý na po35 čtu provozních nebo poruchových cyklů, jejich výskyt se zvyšuje s počtem těchto cyklů. Vznik trhlin způsobuje ztrátu těsnosti průtokových částí média, přičemž trhliny se dále rozšiřují přes stěnu chladicích trubek. Následkem těchto netěsností dochází ke snížení provozní kapacity chemického procesu a tedy výsledného množství produktu. Čím vyšší jsou vstupní teploty produktu na začátku výměníku, tím dříve dochází za dnešního technologického stavu k uvedeným netěs40 nostem. Při teplotě 600 °C produktu na vstupu do výměníku lze očekávat první netěsnosti při 20 nebo více plných cyklech, při teplotním rozdílu teplot produktu na vstupu a výstupu výměníku ΔΤ = 550 K.

Cílem tohoto technického řešení je snížení vzniku netěsností při průtoku produktu výměníkem a tím zvýšení provozní životnosti výměníku, zvýšení provozní kapacity chemického procesu a tedy výsledného množství produktu.

Přehled obrázků na výkrese

Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení na ochranu výměníku tepla, kde obr. 1 znázorňuje jeho podélný řez a obr. 2 příčný řez výměníkem v místě chladicích trubek.

-1 CZ 15763 Ul

Podstata technického řešení

Podstata zařízení na ochranu výměníku tepla podle tohoto technického řešení spočívá v tom, že vstupní část výměníku je opatřena vstupním chladicím zařízením. S výhodou je vstupní chladicí zařízení uspořádáno po celém obvodu vstupní části výměníku a výstup z trysek chladicího zaří5 zení směřuje proti proudu produktu.

Výhodou zařízení na ochranu výměníku tepla podle tohoto technického řešení je snížení vzniku netěsností při průchodu produktu výměníkem a z toho vyplývající zvýšení provozní kapacity chemického procesu a výsledného množství produktu.

Příklad provedení technického řešení

Na obr. 1 je znázorněn výměník I odpadního tepla tvořený vstupní částí 2, kterou vstupuje produkt, např. styren, do výměníku I, válcovou chladicí částí a výstupní částí 3 pro výstup produktu z výměníku 1_. Ke vnitřní válcové části výměníku I jsou pevně nebo posuvně připevněny trubkovnice 5, kterými prochází chladicí trubky 4. Chladicí trubky 4 s trubkovnicemi 5 tvoří jednu chladicí sadu, na přiloženém obrázku jsou uspořádány ve výměníku I dvě tyto sady, mezi nimiž je volný válcový prostor výměníku 1. V oblasti chladicích sad je ve válcovém plášti výměníku I uspořádán vstup 6 chladicího média a výstup 7 chladicího média. Vstupní část 2 výměníku i je opatřena vstupním chladicím zařízením 8 představovaným např. vstřikovacím zařízením procesové syté páry. Výstup z trysek chladicího zařízení směřuje s výhodou proti proudu produktu. Výstupní část 3 je případně opatřena výstupním chladicím zařízením 9.

Produkt o teplotě např. 600 °C vstupuje do vstupní části 2, na jejímž konci vstupuje do chladicích trubek 4 první chladicí sady, po výstupu z první chladicí sady vstupuje přes volný vnitřní prostor výměníku i do chladicích trubek 4 druhé chladicí sady. Po výstupu z druhé chladicí sady prochází do výstupní části 3 a dále z výměníku 1. Mezi chladicími trubkami 4 prochází chladicí médium, např. etylbenzen, od vstupu 6 do výstupu 7 chladicího média.

Pro snížení teplotní diference produktu mezí vstupní částí 2 a výstupní částí 3, kdy vyšší teplotní diference ovlivňuje zvýšení výskytu trhlin ve spojeních chladicích trubek 4 s trubkovnicemi 5 a v samotných chladicích trubkách 4, je na vstupu do výměníku uspořádáno vstupní chladicí zařízení 8 pro docílení nižší teploty produktu na vstupu do výměníku L Ke zmenšení uvedené teplotní diference se nabízí vstřikování procesové syté páry s teplotou do 300 °C, např. 260 °C, před vstupem produktu do výměníku 1. Procesová, nebo jiná pára je vstřikována po celém obvodu vstupního hrdla výměníku. Tímto bude celý průřez při poruše chlazen a vzniklá teplotní napětí držena na minimu.

Ochlazením produktu na vstupu do výměníku se dosáhne jeho podstatného ochlazení a tím snížení teplotních rozdílů produktu mezi vstupem a výstupem výměníku. Tímto snížením teplotních rozdílů se podstatně sníží nebezpečí vzniku trhlin.

Při snížení této teplotní diference na polovinu je možno zvýšit počet dosažitelných cyklů na 1000. Toto znamená 10x více než je dosahováno v současnosti, přičemž je tak možno docílit zamezení tvorby trhlin a tedy netěsností po dobu životnosti zařízení.

Důležité je rovněž, aby zvláště poruchy v provozu dávaly signál ke spuštění vstupního chladicího zařízení 8 a ochlazování produktu na vstupu do výměníku 1.

Pro účely dalšího zpracování produktu za výměníkem je rovněž možné další ochlazení vystupujícího produktu prostřednictvím výstupního chladicího zařízení 9.

Na obr 2 je patrné usazení výměníku na nosiči 10. V případě poruchy během provozu zařízení je možné usazování vody o hladině Tl na spodní části výměníku, což vede ke zvýšení nerovnoměr45 nosti rozložení teplot přes průřez výměníku a tím vzniku trhlin. Toto nebezpečí je pak zmenšeno u řešení podle tohoto technického řešení.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení na ochranu výměníku tepla, zvláště výměníku odpadního tepla, sestávajícího ze vstupní části pro vstup produktu, pláště, uvnitř kterého jsou uspořádány chladicí plochy ve formě trubek upevněných v trubkovnicích, uložených v plášti výměníku, a z výstupu produktu z výmě5 niku, vyznačené tím, že vstupní část (2) výměníku (1) je opatřena vstupním chladicím zařízením (8).
2. 2. Zařízení na ochranu výměníku tepla podle nároku 1, vyznačené tím, že vstupní chladicí zařízení je uspořádáno po celém obvodu vstupní části (2) výměníku (1) a výstup z trysek chladicího zařízení směřuje proti proudu produktu.