DD291824A5 - Gaskuehlereinrichtung der ringstrombauart - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaskuehlereinrichtung der Ringstrombauart fuer Kolbenverdichteranlagen hoeherer Druckstufen mit einem oder mehreren Wasserkreislaeufen, insbesondere fuer explosionsgefaehrdete bzw. toxische Gase. Erfindungsgemaesz ist dabei in einem liegenden Ringstromwaermeuebertrager die Ringbahn an ihrer tiefsten Stelle mit Gasaustrittsoeffnungen im Gehaeusemantel versehen, das Zentralrohr ohne Einbauten als Gaspufferkammer ausgebildet und der axiale Gaseintritt in das Zentralrohr erfolgt ueber einen zentralen Durchtritt im Rohrboden des Schwimmkopfes. An jeder Gasaustrittsoeffnung im Gehaeusemantel ist ein Duesenrohr angeschlossen, das in dem Abscheidebehaelter muendet. Derartige Gaskuehlereinrichtungen fuer Kolbenverdichteranlagen finden vorrangig in chemischen Anlagen und in Anlagen der Energietechnik, aber auch in Gasumfuell- bzw. -Verteilerstationen Anwendung. Figur 1{Gaskuehleinrichtung; Ringstromwaermeuebertrager; Kolbenverdichteranlagen; Ringbahn; Zentralrohr; Gaspufferkammer; Abscheidebehaelter}

Description

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaskühlereinrichtung der Ringstrombauart für Kolbenverdichteranlagen höherer Druckstufen mit einem oder mehreren Flüssigkeitskreisläufen vorzugsweise Wasser, besonders für explosionsgefährdete bzw. toxische Gase. Hierbei soll einem verdichteten Gasstrom die Kompressionswärme mittels Fluidstrom entzogen und zur Abwärmegewinnung genutzt werden, wobei mitgerissene Bestandteile aus dem Gasstrom abgeschieden und °r so gereinigt der nächsten Verdichterstufe oder dem Verfahrenseinsatz zugeführt wird.

Die Kolbenverdichteranlagen finden vorrangig in chemischen Anlagen bzw. in Anlagen der Energietechnik aber auch in Gasumfüll- bzw. Verteilerstationen Anwendung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für nahezu drucklosen Betrieb ist eine betriebliche Ausführung bekannt, bei der in einem zylindrischen Gehäuf jmantel ein Ringstromrohrbündel eingeschoben ist, bei dem in stirnseitig aufgeklemmten drucklosen Wasserkammern eine rohrseitige Fluidbeschickung durchgeführt wird. Das Ringstromrohrbündel ist am vorderen Rohrboden an einen Gehäuseflansch geschraubt und am hinteren Rohrboden seitlich am Gehäusemantel über eine Stopfbuchse abgedichtet. Der Gasstrom wird über einen Durchtritt am vorderen Rohrboden dem Zentralrohr zugeführt, von wo es in die Ringbahn tritt. Das Rohrbündel ist horizontal auf einen senkrechten Abscheidebehälter unter T-förmigen Anschluß der zylindrischen Gehäusemäntel aufgesetzt.

Diese Lösung ist für kleine Austauschflächen und nahezu drucklosen Betrieb, d. h. für die niedrigste Druckstufe der Mehrstufenverdichter, geeignet. Bei größeren Abmessungen und höheren Drücken, wie br bei großtechnischen mehrstufigen Verdichteranlagen erforderlich ist, kommt es zu Undichtigkeiten an der Stopfbuchse, was besonders bei explosionsgefährdeten und toxischen Medien zu nicht vertretbaren Gefährdungen bzw. Belastungen der Umwelt führt. Darüber hinaus führt die Druckbelastung zur Überbeanspruchung der Austauschrohre bzw. deren Einbindung in den Rohrböden durch Zugkräfte, da die relativ wenigen Rohre die volle Axialzugkraft des gesamten Apparatequerschnittes übertragen müssen. Weiterhin ist durch den T-förmigen Anschluß der zylindrischen Gehäusemäntel eine effektive Ausnutzung der Ringbahnbeströmung und damit die Erreichung höchster Wärmeaustauschoffekte ausgeschlossen.

Für die Anwendung bei höheren Druckstufen ist aus betrieblichen Lösungen ein Kühler-Abscheider-Modul bekannt, bei dem in einem auf einem Tragmantel stehenden vertikalen Apparategehäuse ein streifenförmiges Rippenrohrbündel mit Schwimmkopf von oben eingeschoben ist, welches mittels einer axialen Trennwand zweigängig axial im Mantelraum ausgebildet ist. Jeder Teilraum ist dabei mittels herkömmlicher Querleitblechsegmente untergliedert. Unterhalb des Schwimmkopfes befindet sich der Behälter zur Abscheidung und Pufferung des pulsierenden Gasstromes, dem über eine außenliegende Rohrleitung das gekühlte Gas von einen oberhalb des Schwimmkopfes im GehSusemantel angeordneten Gasaustrittsstutzen zugeführt wird. Dort expandiert es und über eine darin angeordnete Demisterpackung erfolgt die Abscheidung, wonach das Gas über den

Gasaustrittsstutzen den Apparat verläßt. Der Gaseintritt in den Apparat erfolgt in den ersten Gang oberhalb des Schwimmkopfes, umströmt alternierend die Querleitbleche bis zum Rohrboden der Vorkammer, tritt dann in den gegenüber der axialen Trennwand liegenden Gang über, passiert die Querleitbleche bis zum Schwimmkopf, tritt über den radialen Gasaustrittstutzen in die außenliegende Rohrleitung und wird in den untenliegenden Behälter zur Abscheidung und Pufferung geleitet. Diese Ausführung hat die Nachteile, daß die bei Kolbenverdichtern nicht vermeidbaren Pulsationen voll in das Rohrbündel eingeleitet werden, so daß Schädigungen des Rohrbündels besonders bei Verwendung querberippter Austauschrohre sowie Verwendung spannungsempfindlicher Werkstoffe bei direkter Einleitung zwangsläufig induziert werden. Weiterhin laufen die bereits im Rohrbündel abgeschiedenen Flüssigkeitstropfen an den senkrechten Rohren ab, was zur Korrosionsproblemen der Rohrbefestigungen in den Rohrboden führt. Mit dieser Ausführung kann kein hocheffektiver Kreuz-Gegenstrom zwischen dem großen-Gasvolumen und dem geringen Fluidmengen erreicht werden, was den Wärmeaustauscheffekt der Ausrüstung reduziert und zwangsläufig größere Austauschflächen bedingt. Darüber hinaus liegt ein relativ hoher Druckverlust durch die vielen Umlenkungen vor, so daß der Wirkungsgrad des Verdichters verringert wird. Diese Ausführung erfordert weiterhin einen erhöhten Platzbedarf in der Anlage, da eine Aufstellung im Maschinenhaus aufgrund der großen Bauhöhe sehr problematisch ist. Weiterhin ist diese Ausführung mit großem Instandhaltungsproblemen verbunden, da die Zugänglichkeit zu den Rohrboden bei etwaigen Rohrreißern erst nach Demontage des Rohrbündels aus dem Gehäuse durch Herausziehen nach oben möglich ist, was extreme Maschinenhaushöher. erfordert, sowie eine spezielle schwere Hebetechnik im Maschinenhaus bedingt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Gaskühlereinrichtung der Ringstrombauart für Kolbenverdichtungsanlagen zu schaffen, die eine hohe Effizienz der Verdichterleistung, hohe Wärmeaustauscheffekte und große Wärmeaustauschleistungen bei Verarbeitung großer Gasvolumina gewährleistet und dabei Verwendung auch bei explosionsgefährdeten und toxischen Medien mit den oft damit verbundenen speziellen und spannungsempfindlichen Werkstoffen finden kann. Besonderes Augenmerk wird dabei auf eine flexible Anpaßbarkeit an unterschiedliche Volumenströme und auf geringen Montage- und Instandhaltungsaufwand gelegt.

Darlegung des Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Gaskühlereinrichtung der Ringstrombauart für Kolbenverdichtungsanlagen höherer Druckstufen sowie für explosionsgefährdete bzw. toxische Gas zu schaffen, die extrem niedrige Druckverluste, eine optimale Anströmung der Austauschrohre unter voller Ausnutzung der Ringbahn bei absolutem Gegenstrom auch bei Nutzung eines oder mehrerer Flüssigkeitskreisläufen, vorzugsweise Wasser, und große Wärmeaustauschflächen gewährleistet. Dabei soll die Einrichtung eine druckresislente und dichte Ausbildung, flexible bauliche Variabilität und kompakte Ausbildung, besonders geringer Platzbedarf in der Höhe, sowie eine einfache und leichte Zugänglichkeit der Rohrspiegel bei Inspektionen bzw. Instandsetzungsarbeiten aufweisen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

- die Ringuahn an ihrer tiefsten Stelle einen Gassammler aufweist, der mit einer oder mehreren Gasaustrittsöffnungen im Gehäusemantel versehen ist,

- das einseitig verschlossene Zentralrohr ohne Einbauten als Gaspufferkammer ausgebildet ist,

- der axiale Gaseintritt in das Zentralrohr über einen zentralen Gasdurchtritt im Rohrboden des Schwimmkopfes vorgesehen ist und

- an jeder Gasaustrittsöffnung im Gehäusemantel ein Düsenrohr angeschlossen ist, das in den an sich bekannten Abscheidebehälter mündet.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß das Zentralrohr als Gaspufferkammer in einem Nennweitenverhältnis von Zentralrohr zu Gehäusemantel wie 1:1,8 bis 2,5 ausgebildet ist.

Eine weitere günstige Ausführung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß zwei oder mehrere Flüssigkeitskreisläufe des Ringstromrohrbündels in der Reihenfolge ihrer Temperaturniveauhöhe mittels Vorkammer und Schwimmkopf gegenströmig zur ein- bzw. parallelflutigen Gasströmungsrichtung in der Ringbahn vorgesehen sind.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen hauptsächlich in folgendem:

- Niedrige Druckverluste und damit in einer großen Effizienz der Verdichterleistung,

- hohe Wärmeaustauscheffekte und große Wärmeaustauschleistungen infolge optimaler Strömungsgestaltung, auch unter Nutzung eines oder mehrerer Flüssigkeitskreisläufe, vorzugsweise Wasser,

- Anwendung für alle Druckstufen, besonders für explosionsgefährdete und toxische Medien mit den damit oft verbundenen spannungsspitzenempfindlichen Werkstoffen durch druckresistente, pulsationsglättende und dichte Ausbildung,

- geringer Platzbedarf in der Anlage, einfache und leichte Zugänglichkeit und damit Instandhaltbarkeit.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeilen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Gaskühlereinrichtung der Ringstrombauart im Schnitt Fig.2: Schnitt A-A nach Fig. 1 mit parallelflutiger Ringbahn Fig. 3: Schnitt B-B nach Fig. 1 mit zwei Wasserkreisläufen.

Die in den Fig. 1-3 ausgeführte Gaskühlereinrichtung der Ringstrombauart besteht aus einem Ringstromwärmeübertrager 1, der horizontal oberhalb eines Abscheidebehälters 2 angeordnet ist. Das Ringstromrohrbündel 3 in der Ausführung mit Schwimmkopf 4 ist mit quer- bzw. spiralberippten Austauschrohren 5 bestückt, die in der Ringbahn 6 um das einseitig verschlossene Zentralrohr 7 angeordnet sind. Im Zentralrohr 7 sind oben Gaseintrittsöffnungen 8 in die Ringbahn 6 angeordnet. Das Zentralrohr 7 ist ohne Einbauten als Gaspufferkammer 9 mit einem Nennweitenverhältnis von Zentralrohr 7 zu Gehäusemantel 10 von ca. 1:2 ausgebildet. An der Seite des Schwimmkopfes 4 ist über einen zentralen Durchtritt 11 des Rohrbodens 12 die gasströmungsseitige Zentralrohrbeschickung angeordnet. Am Ende der Gasse der parallelflutig durchströmten Ringbahn 6 ist an der tiefsten Stelle des Gehäusemantels 10, umschlossen vom Ringstromrohrbündel 3 einerseits und dem Gehäusemantel 10 andererseits ein axialer Gassammler 13 in der Ringbahn ßausgebildot, an dem sich zwei axial angeordnete radiale Gasaustrittsöffnungen 14 befinden, an die direkt Düsenrohre 15 des Abscheidebehälters 2 angeschlossen sind.

Die zwei Wasserkreisläufe WKI und WKII des Ringstromrohrbündels 3 sind in der Reihenfolge ihrer Temperaturniveauhöhe (WKI heißer als WKII) mittels der Vorkammer 16 und des Schwimmkopfes 4 gegenströmig zur parallelflutigen Gasströmungsrichtung in der Ringbahn 6 ausgebildet

Die erfindungsgemäße Ausführung der Gaskühlereinrichtung arbeitet folgendermaßen:

Über den Gaseintrittsstutzen 17 der Mantelkammer 18 tritt der direkt vom Verdichter kommende pulsierende Gasstrom in den Ringstromwärmeübertrager 1 ein und strömt dabei über den zentralen Durchtritt 11 in die Gaspufferkammer 9, die in einem Nennweitenverhältnis von Zentralrohr 7 zum Gehäusemantel 10 von 1:2 ausgebildet ist und eine Glättung des pulsierenden Gasstromes vornimmt. Der geglättete Gasstrom strömt über die Gaseintrittsöffnungen 8 in die Ringbahn 6 und passiert diese parallelflutig bis zum Ende der Gasse der Ringbahn 6, wo er an der tiefsten Stelle axial im Gassammler 13 zu den beiden Gasaustrittsöffnungen 14 strömt und von diesen auf direktem Wege über die Düsenrohre 15 dem Abscheidebehälter 2 zugeführt wird und dort auf den Prallteller 19 auftrifft, wobei die Abscheidung von (^verunreinigungen flüssiger und fester Form, z. B. (!»!bestandteile, erfolgt. Bereits im Rohrbündel abgeschiedene Kondensatprodukte werden über Gassammler 13, Gasaustrittsöffnungen 14 und Düsenrohre 15 in den Abscheidebehälter 2 abgeführt. Vom Abscheidebehälter 2 wird der Gasstrom der weiteren Verarbeitung, d. h. der nächst höheren Druckstufe bzw. dem verfahrenstechnischen Verwendungszweck zugeführt.

Inspektionen und Instandsetzungsarbeiten an den Rohrspiegeln des Ringstromrohrbündels 3 sind durch Demontage der Vorkammer 16 und der Mantelkammer 18 in Verbindung mit dem Deckel des Schwimmkopfes 4 einfach und problemlos durchführbar.

Claims (3)

1. Gaskühlereinrichtung der Ringstrombauart für Kolbenverdichteranlagen höherer Druckstufen mit einem oder mehreren Flüssigkeitskreisläufen, vorzugsweise für explosionsgefährdete bzw. toxische Gase, bestehend aus einem einstufigen, ein- bzw. parallelflutigen mit quer- oder spiralberippten Austauschrohren bestückten Ringstromrohrbündel mit Schwimmkopf, einem axialen Gaseintritt in das Zentralrohr, das in seiner gesamten Länge mit radialen Gaseintrittsöffnungen in die Ringbahn versehen ist, wobei das Ringstromrohrbündel horizontal oberhalb eines Abscheidebehälters mit Prallteller angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Ringbahn (6) an ihrer tiefsten Stelle einen Gassammler (13) aufweist, der mit einer oder mehreren Gasaustrittsöffnungen (14) im Gehäusemantel (10) versehen ist,

- das einseitig verschlossene Zentralrohr (7) ohne Einbauten als Gaspufferkammer (9) ausgebildet ist,

- der axiale Gaseintritt in das Zentralrohr (7) über einen zentralen Gasdurchtritt (11) im Rohrboden (12) des Schwimmkopfes (4) vorgesehen ist und

- an jeder Gasaustrittsöffnung (14) im Gehäusemantel (10) ein Düsenrohr (15) angeschlossen ist, das in den an sich bekannten Abscheidebehälter (2) mündet.

2. Gaskühlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (7) als Gaspufferkammer (9) in einem Nennweitenverhältnis von Zentralrohr (7) zu Gehäusemantel (10) wie 1:1,8 bis 2,5 ausgebildet ist.

3. Gaskühlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Flüssigkeitskreisläute (WK) des Ringstromrohrbündels (3) in der-Reihenfolge ihrer Temperaturniveauhöhe mittels Vorkammer (16) und Schwimmkopf \4) g9genströmig zur ein- bzw. parallelflutigen Gasströmungsrichtung in der Ringbahn (6) vorgesehen sind.