CZ2005212A3 - Zarízení na ochranu výmeníku tepla, zvláste výmeníku odpadního tepla - Google Patents

Abstract

Zarízení na ochranu výmeníku (1) tepla, zvláste výmeníku (1) odpadního tepla, sestává ze vstupní cásti (2) pro vstup produktu, pláste, uvnitr kteréhojsou usporádány chladicí plochy ve forme trubek (4) upevnených v trubkovnicích (5), ulozených v plásti výmeníku (1), a z výstupu produktu z výmeníku (1). Vstupní cást (2) výmeníku (1) je opatrena vstupním chladícím zarízením (8). Vstupní chladící zarízení (8) je usporádáno po celém obvodu vstupní cásti (2) výmeníku (1) a výstup z trysek chladícíhozarízení (8) smeruje proti proudu produktu.

Description

Zařízení na ochranu výměníku tepla, zvláště výměníku odpadního tepla

Oblast techniky

Vynález 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 chladícími trubkami uspořádanými např. v jednotlivých sekcích, a vystupuje 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 procesuje nutné snížit podstatně jeho teplotu během průchodu výměníkem. Tomuto požadavku vyhovují stávající výše popsané výměníky. Jednotlivé chladící trubky jsou navařeny do trubkovnic, které jsou pevně spojeny s pláštěm nebo posuvně vedeny v plášti výměníku. Chladící trubky s trubkovnicemi tvoří případně jednotlivé oddělené chladící sady, kterých může být uvnitř pláště větší počet.

Pro ochlazování produktu během jeho průchodu výměníkem je používáno chladící medium, které vstupuje do výměníku a vystupuje z výměníku v oblasti jeho vnější plášťové plochy, přičemž při průchodu výměníkem obtéká chladící trubky. Při nestacionárních provozních podmínkách v průběhu 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 nasávána studená směs (někdy i vstřikovací voda), která uvedené rozdílné ochlazení chladících 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 částí výměníkového průřezu a spodní ochlazenou částí, které leží u Δ T = 370K způsobí po ca 80 cyklech netěsnosti a tak i ztrátu části výrobní kapacity.

Vlivem rozdílných teplot protékaného média trubkami a chladícího média obtékajícího chladící trubky, dochází ke koncentraci napětí zvláště v místech svarů chladících trubek s trubkovnicí a následně pak ke vzniku trhlin v této oblasti chladících trubek. Vznik trhlin je dále závislý na počtu provozních nebo poruchových cyklů, jejich výskyt se zvyšuje s počtem těchto cyklů. Vznik trhlin způsobuje ztrátu těsnosti průtokových částí media, přičemž trhliny se dále rozšiřují přes stěnu

999 « 9 9

9 »99

9 ·

9

999 #* 99 • 9 9 • · ···

9 9 · · • · · ·

99 ·· 9

9 9

9 9 9 • · 9999

9>9

9 chladících 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 netěsnostem. 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 Δ T = 550K.

Cílem tohoto vynálezu 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 výkresech

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

Podstata vynálezu

Podstata zařízení na ochranu výměníku tepla podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že vstupní část výměníku je opatřena vstupním chladícím zařízením. S výhodou je vstupní chladící zařízení uspořádáno po celém obvodu vstupní části výměníku a výstup z trysek chladícího zařízení 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 vynálezu

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

• · · « *

• ···

Výstupní část 3 je případně opatřena výstupním chladícím zařízením (9).

Produkt o teplotě např. 600°C vstupuje do vstupní části 2, na jejímž konci vstupuje do chladících trubek 4 první chladící sady, po výstupu z první chladící sady vstupuje přes volný vnitřní prostor výměníku I do chladících trubek 4 druhé chladící sady. Po výstupu z druhé chladící sady prochází do výstupní části 3 a dále z výměníku L Mezi chladícími trubkami 4 prochází chladící medium, např. etylbenzen, od vstupu 6 do výstupu 7 chladícího media.

Pro snížení teplotní diference produktu mezi vstupní částí 2 a výstupní částí 3, kdy vyšší teplotní diference ovlivňuje zvýšení výskytu trhlin ve spojeních chladících trubek 4 s trubkovnicemi 5 a v samotných chladících trubkách 4, je na vstupu do výměníku uspořádáno vstupní chladící 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 L Procesová, nebo jiná páraje 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 lOx 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 chladícího zařízení 8 a ochlazování produktu na vstupu do výměníku L

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

Na obr.2 je patrné usazení výměníku na nosiči 10. V případě poruchy během provozu zařízení je možné usazování vody o hladině 11 na spodní části výměníku, což vede ke zvýšení nerovnoměrnosti rozložení teplot přes průřez výměníku a tím vzniku trhlin. Toto nebezpečí je pak zmenšeno u řešení podle tohoto technického řešení.

Claims (2)

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 výměníku, vyznačené tím, že vstupní část (2) výměníku (1) je opatřena vstupním chladícím zařízením (8).

2.

Zařízení na ochranu výměníku tepla podle nároku 1, vyznačené tím, že vstupní chladící zařízení je uspořádáno po celém obvodu vstupní části (2) výměníku (1) a výstup z trysek chladícího zařízení směřuje proti proudu produktu.