DE1298108B - Verbindungsvorrichtung zum Durchleiten von Medien und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Description

Temperatur, verursacht Koksbildung, erhöht den Druckabfall und verkürzt die Betriebsdauer.

Es ist bekannt, an die Wärmetauscherrohre Verlängerungen anzuschweißen und diese in Nähe des 5 engen Endes des kegelförmigen Einlaßkanals dicht zueinander zu bringen, mit dem Ziel, das Gas ohne Gelegenheit zur Ausbildung turbulenter Strömung im Kegelbereich in die Austauscherrohre zu führen und die adiabatische Nachreaktion durch Verkleinerung

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum Durchleiten von Medien zur Rohrseite
eines Wärmetauschers in Form eines sich erweiternden Kanals, dessen weiteres Ende zum Anschluß an
die Stirnseite des Wärmetauschers ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.

Bei einer Reihe von chemischen und Erdölverarbeitungsverfahren, z. B. der Erzeugung von Olefinen durch thermische Krackung oder der Wasser-

dampfreformierung von Naphtha u. dgl., ist es io des Kanalvolumens zu verringern. Bei einer derartinotwendig, die Reaktionsprodukte sehr rasch von gen Ausbildung kann Gas in die Räume zwischen der Kracktemperatur auf eine Temperatur unterhalb den angeschweißten Rohren eintreten und dort Koks des Gebiets, wo Sekundärreaktionen ablaufen kön- abscheiden, was zu einer Verbiegung oder Lagenen, abzukühlen. Derartige Sekundärreaktionen ver- veränderung und schließlich zu einer Beschädigung ringern die Ausbeute und verursachen Koksbildun- 15 oder einem Bruch der Rohre führen kann. Ein weitegen, die zu einer Verringerung der Dauer, die rer Nachteil besteht darin, daß ein Anschweißen an ein Erhitzer in Betrieb gehalten werden kann, die Austauscherrohre zu Beschränkungen der freien führen. Bewegung der Rohrplatte und zu Wärmespannungen Bei den in der Praxis üblichen Verfahren und Vor- führen kann. Dies gilt besonders bei der Krackung richtungen wird das aus dem Erhitzer abfließende 20 von Äthan-Propan-Beschickungen, bei denen wasser-Material in einer Leitung zu einem stark isolierten gekühlte feste Rohrbündelaustauscher bevorzugt werkegelförmigen Einlaßkanal geführt, der in direkter den und die Rohrplatte anpassungsfähig bleiben muß. Durchflußverbindung mit der Rohrseite eines in- Es ist auch bekannt (britische Patentschrift direkten Wärmetauschers steht. Das kegelförmige 27 198), bei einer Verbindungsvorrichtung der einZwischenstück ist wegen des beträchtlich größeren 25 gangs angegebenen Art für die Verwendung bei Kon-Durchmessers des Wärmetauschers notwendig. Die densatoren, Wassererhitzern u. dgl, an der Rohr-Isolierung, bei der es sich um eine Innen- oder platte des Wärmetauschers Trennwände oder Leit-Außenisolierung handeln kann, soll das Gas so heiß bleche anzubringen, die sich durch den kegelförmigen wie möglich halten, bis es tatsächlich den Wärme- Einlaßkanal erstrecken. Hierdurch wird eine gleichtauscher erreicht. Es ist auch möglich, den ausflie- 30 mäßigere Verteilung des zufließenden Mediums auf ßenden Strom durch Einführung eines geeigneten die Wärmeaustauscherrohre und damit eine gleieh-Kühlmediums direkt zu kühlen. Bei dieser Methode mäßigere Wärmeaustauschbelastung dieser Rohre ererfolgt zwar die gewünschte Kühlung sehr rasch, sie reicht. Auch hier ist aber ein Anschweißen od. dgl. führt aber zu einer beträchtlichen Verringerung an der Leitbleche an der Rohrplatte erforderlich und gewinnbarem Hochdruckwasserdampf. Demzufolge 35 eine wesentliche Verringerung des Innenvolumens wird die indirekte Kühlung in einem Wärmetauscher des Einlaßkanals liegt nicht vor. Die zuvor erläuterim allgemeinen bevorzugt. ten Nachteile können also durch eine derartige Aus-

Die Betriebserfahrangen haben gezeigt, daß bei bildung nicht behoben werden, bestimmten Einsatzmaterialien, insbesondere Äthan Es ist weiter ein Röhrenwärmeaustauscher mit in und Propan, und bei der Naphthakrackung mit schar- 40 Rohrböden wärmebeweglich eingesetzten Rohren befen Betriebsbedingungen der Einlaßkanal die kri- kannt (deutsche Patentschrift 1027 699), bei dem tischste Zone für einen Aufbau von Koks in dem der Rohrboden aus zwei hintereinanderliegenden mit gesamten System aus Erhitzer und Rohrleitungen ist. Bohrungen für die hindurchgesteckten Rohrenden Dies ist offensichtlich auf die Strömungsverhältnisse versehenen Platten besteht, zwischen denen ein der heißen Gase in dem Einlaßkanal zurückzuführen. 45 Druckmittel hindurchfließt, das elastische Dichtun-Koks kann sich auf den Wänden des kegelförmigen gen aus Gummi oder gummiähnlichem Stoff an Rohr-Einlaßkanals abscheiden und aufbauen und schließ- und Bodenplatte andrückt und gleichzeitig kühlt. Die lieh abbrechen, was zu einer Blockierung des Gas- Wärmetauscherrohre erstrecken sich ein kurzes Stück flusses durch einen Teil des Wärmetauschers führt. über die erste Platte des Rohrbodens hinaus in Rich-Weiterhin ist es schwierig, den Fluß auf alle Wärme- 50 rung des Einlaßkanals, ihre Enden sind in dem an tauscherrohre gleichmäßig zu verteilen; Rohre mit den eigentlichen Wärmetauscher angrenzenden Endgeringem Gasfluß neigen zu rascher Verschmutzung. abschnitt des Kanals mittels der zweiten Platte des Schließlich erfordert der sich ergebende hohe Druck- Rohrbodens mediendicht gegen den Kanal befestigt abfall, das gesamte Erhitzer-Austauscher-System still- und im Gebiet zwischen dem eigentlichen Wärmezulegen und den Einlaßkanal und die Rohre zu sau- 55 tauscher und den Enden der Rohre ist eine Einrichbern, selbst wenn praktisch keine Koksablagerung in tang zur Einführung des dichtenden und kühlenden dem Erhitzer selbst vorliegt. Druckmittels in das Innere des zweiteiligen Rohr-Im Hinblick auf die bei derartigen Verfahren er- bodens angeordnet. Die zweite Rohrbodenplatte liegt forderliche sehr rasche Abkühlung und den möglichst jedoch unmittelbar hinter der ersten Rohrbodengeringen Druckabfall werden zweckmäßig Wärme- 60 platte, mit zueinandergekehrten Ausnehmungen in tauscher mit vielen parallelen Rohren kleinen Durch- beiden Platten zur Bildung eines schmalen Durchmessers verwendet. Dies führt jedoch dazu, daß der flusses für das Druckmittel, die beiden Platten bilden Einlaßkanal ein großes Volumen hat. Hierdurch wird gemeinsam einen einzigen hohlen Rohrboden und der Einlaßkanal zu einem adiabatischen Reaktor, damit den Abschluß des eigentlichen Wärmeähnlich einer großen oder langen Überführungs- 65 tauschers, und das Druckmittel führt eine Tempeleitung. Eine adiabatische Nachreaktion steht im ratarbeeinflussung praktisch nur in dem hohlen Rohr-Gegensatz zu den Grundlagen und Forderungen der boden selbst herbei. Der eigentliche, sich erweiternde Krackung mit kurzer Verweilzeit und verringert die Einlaßkanal ist dagegen von üblicher Ausbildung

und weist keinerlei Einbauten auf. Hinsichtlich der oben erläuterten Schwierigkeiten, wie ungünstiger Strömungsverhältnisse im Einlaßkanal, Gefahr ungleichmäßiger Verteilung des zufließenden Mediums auf die Wärmetauscherrohre, vergleichsweise großen Innenvolumens des Einlaßkanals, adiabatischer Nachreaktion, Koksbildung u. dgl., bietet eine derartige Ausbildung daher keine Vorteile.

Ferner ist es bei einer Einrichtung zur zweistufigen

der starren Struktur und der Innenwand des Kanals durch eine Abschirmung besonders bevorzugt werden.

Beim Betrieb der Vorrichtung zum Leiten von heißen Kohlenwasserstoffmedien aus einem Erhitzer in einen Rohrbündelwärmetauscher wird das Kohlenwasserstoffmedium in den Rohren des Wärmetauschers geführt und als inertes Spülmedium Was-

dichte Einpassung geführt ist, und im Raum zwischen dem Wärmetauscher und den Enden der Zuführungsrohre eine Einrichtung zum Einführen eines Spülmediums in das Innere des Kanals bei höherem 5 Druck als der Druck in den Zuführungsrohren angeordnet ist.

Zur Befestigung der Zuführungsrohre im engeren Teil des Kanals dient vorzugsweise eine Rohrplatte, oder die Enden der Rohre sind gemäß einer anderen

Erhitzung von gas- bzw. dampfförmigen Medien auf io bevorzugten Ausführungsform in an sich bekannter sehr hohe Temperaturen mittels Regeneratoren und Weise zu einer starren Struktur miteinander verbun-Rekuperatoren oder mittels Rekuperatoren alleine den, die gegen die Innenwand des Kanals abgedichtet bekannt (österreichische Patentschrift 233 157), daß ist, wobei Zuführungsrohre mit sechseckigen Enden im Falle der Verwendung von Rekuperatoren in der und eine wabenartige Ausbildung der starren Strukheißeren Stufe die von den wärmeabgebenden und 15 tür unter Verschluß des nicht von den Rohrenden wärmeaufnehmenden Gasen durchströmten Räume eingenommenen Raums im Randbereich zwischen in der Weise miteinander in leitender Verbindung
stehen, daß lose Durchführungen der Heizrohre
durch die Rohrplatten oder freie Dehnungsspiele,
z. B. lose Fassungen oder größere Spalte zwischen 30
einer oder beiden Rohrplatten und der Wand, ein
Überströmen der Medien von der einen Seite auf die
andere Seite und umgekehrt ermöglichen. Das Prinzip einer medienundichten Passung beidseitig um-

strömter Teile wird auch bei der Erfindung ange- 25 serdampf verwendet, wendet. Im übrigen besteht jedoch keine Ähnlichkeit Die Erfindung wird nachstehend an Hand von

zwischen der bekannten Vorrichtung und einem Ein- zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbinlaßkanal der eingangs angegebenen Art und Ge- dung mit der Zeichnung weiter veranschaulicht. Sichtspunkte für eine Besichtigung der erläuterten F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen sich kegel-

Schwierigkeiten sind der Patentschrift nicht zu ent- 30 förmig erweiternden Einlaßkanal in Verbindung mit nehmen. einem Erhitzerauslaß und einem Wärmetauscher

Schließlich ist es bekannt (USA.-Patentschrift gemäß der Erfindung;

3 139 927), zur Vereinigung und gegenseitigen Hai- Fig. 2 zeigt die Mündungen der Zuführungsrohre

terung einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren im Einlaßkanal bei einer abgewandelten Ausführungs-Teile der Rohre, insbesondere ihre Enden, mehr- 35 form der Erfindung.

eckig, z. B. sechseckig, auszubilden und zu einer Gemäß F i g. 1 ist der Erhitzerauslaß zusammenstarren Struktur miteinander zu verbinden. Eine gefaßt mit 10, der sich kegelförmig erweiternde Kanal solche Ausbildung findet bei einer Ausführungsform mit 12 und der Wärmetauscher mit 14 bezeichnet, der Erfindung als Teilmerkmal Anwendung. Anhalts- Der Erhitzerauslaß weist eine Wärmedämmung 16, punkte für eine Beseitigung der erläuterten Schwie- 40 eine Schutzmuffe 18 und einen Flansch 20 zur Berigkeiten bei konischen Einlaßkanälen der erfindungs- festigung des Kanals 12 auf. An der Verbindungsgemäß in Betracht kommenden Art finden sich in der stelle befindet sich eine geeignete Dichtung 22. Patentschrift nicht. Der sich erweiternde Kanal 12 umfaßt einen Stahl-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mantel 24 mit Flansch, im Bereich zwischen dem Verbindungsvorrichtung zum Durchleiten von Medien 45 Flansch 20 des Erhitzerauslasses und einer Rohrzur Rohrseite eines Wärmetauschers in Form eines platte 28 des Kanals befindet sich eine weitere sich erweiternden Kanals, dessen weiteres Ende zum Wärmedämmung 26. Die Rohrplatte 28, die entweder Anschluß an die Stirnseite des Wärmetauschers aus- in der dargestellten Weise gewölbt, flach oder in der gebildet ist, und ein Verfahren zu deren Betrieb zu umgekehrten Richtung gewölbt sein kann, hält eine schaffen, die nicht die erwähnten und ähnliche Nach- 50 Mehrzahl von Zuführungsrohren 30, von denen zur teile der bekannten Vorrichtungen und Verfahren Verbesserung der Übersichtlichkeit nur einige daraufweisen und eine Ansammlung von Koks in dem gestellt sind. Es ist klar, daß genauso viele Zufüh-Einlaßkanal zwischen dem Erhitzer und dem Wärme- rungsrohre 30 vorhanden sind, wie sich Rohre im tauscher verhindern, kein Anschweißen aller Rohr- Wärmetauscher 14 befinden. An mindestens einer Verlängerungen an die Wärmetauscherrohre erfor- 55 Stelle des Kanals 12 ist eine öffnung 32 mit einem dem, eine gleichmäßige Verteilung des zufließenden geeigneten Stutzen 34 zum Anschluß einer Zuleitung

Mediums auf die Wärmetauscherrohre gewährleisten, keine Verringerung der Ausbeute mit sich bringen und keinen Verlust an gewinnbarer Wärme verursachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich von jedem Rohr des Wärmetauschers ein Zuführungsrohr in den engeren Teil des Kanals erstreckt, die Enden der Zuführungsrohre in dem

36 für Wasserdampf vorgesehen. Es braucht sich nicht um Wasserdampf besonders hohen Drucks zu handeln, solange der Wasserdampf überhitzt ist und 60 unter einem Druck steht, der höher als der Druck des aus dem Erhitzer abfließenden Gases ist. Der Kanal 12 kann von außen isoliert sein.

Die Abdichtung zwischen dem Kanal 12 und dem Wärmetauscher 14 erfolgt durch eine Dichtung 40.

engeren Teil des Kanals mediendicht gegen diesen 65 Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt der befestigt sind, die Zuführungsrohre in die Rohre des Wärmetauscher 14 einen Mantel 42 mit geeigneten Wärmetauschers hineinreichen, die überwiegende Flanschen, eine in dem Mantel geführte Rohrplatte Anzahl dieser Zuführungsrohre dort ohne medien- 44 sowie Rohre 46, die an der Rohrplatte 44 befestigt

sind, es ist jedoch ersichtlich, daß auch zahlreiche andere Wärmetauscherkonstruktionen Anwendung finden können. Die Enden der Zuführungsrohre 3Q reichen in die Rohre 46, und zwar derart, daß sie lose eingepaßt sind, sich darin verschieben können und einen Mediendurchtritt zwischen den Rohren geT statten.

Die für derartige Zwecke wirksamsten Wärmetauscher weisen eine große Anzahl von Rohren kle> nen Durchmessers auf. Zuweilen können doppelwandige Rohre verwendet werden. Die große Anzahl von Rohren kann zu Schwierigkeiten bei der Ausbildung der Rohrplatte 28 führen, da fast die gesamte Fläche für die Rohre gebraucht wird und sehr wenig Fläche für die tragende Struktur zur Verfügung steht. Weiterhin ist natürlich die ganze Verbindungsvorrichtung umso wirksamer, je dichter die Rohrplatte 28 zum engen Ende des Kanals 12 angeordnet werden kann. Diese Schwierigkeiten werden jedoch dadurch verringert, daß die Zuführungsrohre 30 einen etwas ao kleineren Außendurchmesser aufweisen als die Rohre 46.

Andererseits können diese Schwierigkeiten vollständig beseitigt werden, indem man Zuführungsrohre mit sechseckigen Enden verwendet und diese gg in der in der Fig. 2 dargestellten Art zusammenfügt. Bei dieser Ausführungsform, bei der die Zuführungsrohre eine selbsttragende starre Struktur bilden, sind die Enden der Zuführungsrohre zu einem wabenartigen Gebilde vereinigt, z. B. zusammen·- geschweißt, und es ist nur eine Abschirmung 50 im Randbereich erforderlich, um eine Abdichtung zwischen den Zuführungsrohren und dem Hals des Kanals 12, d. h. der Innenwand des Mantels 24, herbeizuführen. Wiederum sind zur Vereinfachung und Verbesserung der Übersichtlichkeit nur verhältnismäßig wenige Zuführungsrohre in der F i g. 2 dargestellt, in der Praxis kann jedoch eine viel größere Anzahl an Rohren vorhanden sein. Die Abschirmung 50 braucht nicht aus Metall zu bestehen, sondern kann auch aus einem feuerfesten Stoff oder irgendeinem geeigneten Packungsmaterial bestehen.

Für den Betrieb ist es wesentlich, den Wasserdampf in dem die Zuführungsrohre umgebenden Raum 38 bei einem Druck zu halten, der höher ist als der Druck des aus dem Erhitzer ausfließenden Stroms, d. h. als der Druck in den Zuführungsrohren 30. Die Temperatur des Wasserdampfes ist nicht von besonderer Bedeutung, der Wasserdampf soll jedoch frei von mitgeführtem Wasser sein, um Wärmestöße 5<j zu vermeiden.

Infolge der verschiebbaren Führung der Zuführungsrohre 30 in den Rohren 46 des Wärmetauschers kann der Spüldampf um die Außenflächen der Zuführungsrohre in die Wärmetauscherrohre fließen. Hierdurch werden jegliche gegebenenfalls in den Raum 38 eindringenden Anteile des aus dem Erhitzer kommenden Mediums fortgespült. Diese verschiebbare Führung hat weiterhin den Vorteil, keine Beschränkung der Bewegung der Rohrplatte des Wärmetauschers herbeizuführen. Schließlich ist wegen des Wasserdampfdurchflusses eine viel kleinere Menge an Wärmedämm-Material erforderlich. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, einige der Rohre zu schweißen, um den Zusammenbau zu vereinfachen und die Lage der Zuführungsrohre in dem Kanal 12 genauer festzulegen. Auf jeden Fall ist jedoch die überwiegende Anzahl der Zuführungsrohre in den Rohren 46 des Wärmetauschers ohne mediendichte Einpassung geführt,

Die allgemeine äußere Gestalt des sieh erweiternden Kanals 12 ist vorstehend zuweilen als »kegelförmig« bezeichnet worden, sie kann jedpch auch pyramidenförmig, tetraedriseh oder von irgendeiner ähnlichen räumlichen Form sein, die eine kleine Öffnung in Richtung zu dem Erhitzerauslaß und eine große Öffnung zum Einlaß des Wärmetauschers ergibt,

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen ohne weiteres ersichtlich ist, wird durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Ausbildung ungünstiger Strömungsverhältnisse im Einlaßkanal verhindert, die Gefahr einer ungleichmäßigen Verteilung des zufließenden Mediums auf die Wärmetauscherrohre beseitigt, das für das zufließende Medium erreichbare Innenvolumen des Einlaßkanals stark verkleinert und selbst bei Eindringen geringfügiger Anteile des aus dem Erhitzer zufließenden Mediums in den Raum um die Zuführungsrohre eine sofortige Ausspülung derselben in die Wärmetauscherrohre hinein siehergestellt. Die Möglichkeit einer adiabatisehen Nachreaktion und einer Koksbildung ist daher praktisch beseitigt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verbindungsvorrichtung zum Durchleiten von Medien zur Rohrseite eines Wärmetauschers in Form eines sich erweiternden Kanals, dessen weiteres Ende zum Anschluß an die Stirnseite des Wärmetauschers ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich von jedem Rohr (46) des Wärmetauschers (14) ein Zuführungsrohr (30) in den engeren Teil des Kanals (12) erstreckt, die Enden der Zuführungsrohre (30) in dem engeren Teil des Kanals mediendicht gegen diesen befestigt sind, die Zuführungsrohre (30) in die Rohre (46) des Wärmetauschers (14) hineinreichen, die überwiegende Anzahl dieser Zuführungsrohre dort ohne mediendichte Einpassung geführt ist, und im Raum (38) zwischen dem Wärmetauscher (14) und den Enden der Zufuhr rungsrohre (30) eine Einrichtung (32 bis 36) zum Einführen eines Spülmediums in das Innere des Kanals bei höherem Druck als der Druck in den Zuführungsrohren (30) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Zuführungsrohre (30) im engeren Teil des Kanals eine Rohrplatte (28) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Zuführungsrohre (30) im engeren Teil des Kanals die Enden der Rohre zu einer starren Struktur (F i g. 2) miteinander verbunden sind und diese gegen die Innenwand des Kanals abgedichtet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den engeren Teil des Kanals erstreckenden Zuführungsrohre (30) sechseckige Enden aufweisen, die starre Struktur eine wabenartige Ausbildung hat und der nicht von Rohrenden eingenommene Raum im Randbereich zwischen der starren Struktur und der Innenwand des Kanals durch eine Abschirmung (50) geschlossen ist.

5. Verfahren zum Leiten von heißen Kohlenwasserstoffmedien aus einem Erhitzer in einen

Rohrbündelwärmetauscher unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlenwasserstoffmedium in den Rohren des Wärmetauschers führt und als inertes Spülmedium Wasserdampf verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen