DE2133792A1 - Verfahren zur Erzielung eines homogenen senkrechten Stromes eines zweiphasigen Strömungsmittels und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath

Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus SeifFert

PATENTANWÄLTE

D-62 WIESBADEN, 5. Juli 1971 Postfach 1327 ^ .

Gustav-Freytag-Strafie fc S (06121) 37Ϊ7Μ Telegrammadresse: WILLPATENT

Serie 1731

L"Air Liquide, Societe Anonyme pour I¹Etude et I¹ Exploitation des Pro.cedes Georges Claude, 75, Quai d'Orsay, Paris 7e, Frankreich

und Corapagnie Francaise d¹ Etudes et de

Construction "Technip" 232, Avenue Napoleon-Bonaparte 92, Rueil Malmaison, Frankreich

Verfahren zur Erzielung eines homogenen

senkrechten Stromes eines zweiphasigen

Strömungsmittels und Vorrichtung zur

Durchführung des Verfahrens

Priorität; vom 9. Juli 1970 in Frankreich, No. E.N. 70 23 898

Die !Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung eines im wesentlichen senkrechten homogenen Stromes eines zweiphasigen Strömungsmittels sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, insbesondere von der Art eines Wärmeaustauschers, zwischen dem genannten Strom und mindeäens einem anderen Strö-

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mungsmittel.

Auf dem Gebiet der Gasverflüssigung muß man häufig Wärme zwischen einem zweiphasigen Strömungsmittel und einem oder mehreren anderen Strömungsmitteln austauschen. Wenn man beispielsweise Naturgas unter Einsatz des sogenannten inneren oder geschlossenen Kaskadenzyklus verflüssigt, kühlt man das Naturgas progressiv unter Durchleitung durch mehrere aufeinanderfolgende Austauscher, in denen der Wärmeaustausch im Gegenstrom mit einem zweiphasigen Strömungsmittel unter niedrigem Druck im Zustand der Verdampfung vor sich geht, wobei die zwei Phasen aus einer flüssigen und einer Dam-pfphase stehen. Häufig werden gewickelte Austauscher verwendet, um solchen Wärmeaustausch durchzuführen. In diesem Fall ist der Austauscher senkrecht angeordnet, und der Kreislauf des zweiphasigen Stromes verläuft senkrecht von unten nach oben oder oben nach unten.

Im Fall eines absteigenden Umlaufes des Zweiphasenstromes kann

der Aufbau des gewickelten Austauschers· folgender sein: Im Inneren einer in einer senkrechten Richtung gestreckten Umhüllung befinden sich mehrere gewickelte Rohre, deren beide Enden jeweils mit einem Verteiler und einem Sammler für ein anderes Strömungsmittel vor seinem Wärmeaustausch mit dem Zweiphasenstrom verbunden sind. Die beiden Rohre v/eisen unter sich eine gewisse Anzahl von Durchlässen auf. Der Verteiler für das zweiphasige Strömungsmittel besitzt eine Lochplatte, sfch horizontal im Inneren bis zu der Umhüllungfeberhalb der gewickelten Rohre erstreckt. Die horizontale Lochplatte unterteilt die Um-

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hüllung in einen auf der Seite der gewickelten Rohre liegenden Teil, der ein Leitungssystem für einen homogenen Strom den zweiphasigen Strömungsmittels bildet, das in den zwischen den Nickelrohren vorgesehenen Durchlässen von oben nach unten umläuft, und in einen anderen Teil, der auf der anderen Seite der Wickelrohre liegt und mit der Lochplatte einen Abscheider für flüssige und die gasförmige Phase des zweiphasigen Mittels bildet.

Bei einem aufsteigenden Umlauf des Zweiphasenstromes kann der Aufbau des gewickelten Abscheiders von der vorstehend beschriebenen Bauweise dadurch abweichen, daß die horizontale Lochplatte unterhalb der gewickelten Rohre angeordnet ist und daß der Abscheider ausserhalb des Austauschers liegt, also nicht von der Umhüllung des Austauschers und der Lochplatte des Verteilers umgrenzt wird.

In beiden Fällen wird bei den Austauschern der vorstehend genannten Bauweisen das zweiphasige Strömungsmittel, das von einem anderen Teil der Anlage kommt, zu der der Austauscher gehört, im allgemeinen in Form von durch Gastaschen getrennten Flüssicrkeitsbündeln, in den Abscheider eingeführt und in seine flüssige und , seine Gasphase zerlegt. Bei aufsteigenden Umlauf wird die flüssige Phase auf der Lochplatte wieder aufgeteilt, die unterhalb der Uickelrohre liegt, und man lenkt die Gasphase unter die Lochplatte,; man verteilt sie gleichförmig quer zur flüssigen Phase, die von der Lochplatte zurückgehalten v/ird. Bei einem absteigenden Umlauf wird die flüssige Phase, die auf der oberhalb der Wickelrohre liegenden Lochplatte wieder aufgeteilt und darauf zurück-

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gehalten wird, quer über diese Platte verteilt, und gleichzeitig wird die Gasphase unter die Platte und über die Wickelrohre geleitet.

Für die gewickelten Austauscher.von kleinem Querschnitt erhält man so einen relativ homogenen Strom des zweiphasigen Strömungsmittels, d₀ h. einen Zweiphasenstrom, bei dem 4ie Flüssigkeitsphase gleichförmig in der Gasphase verteilt ist,oder umgekehrt. Bei Wickelabscheidern" von großem Querschnitt, d. h. Austauschern, die beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt von 4 bis 5 m Durchmesser haben können, wurde jedoch in der Praxis festgestellt, daß die früher vorgesehenen Verteilungsweisen mangelhaft werden und zu einer heterogenen Aufteilung von Flüssigkeit und Gas in dem Zweiphasenstrom führen. Insbesondere wurde beobachtet, daß dies im wesentlichen auf der Tatsache beruht, daß die flüssige Phase niemals gleichförmig Über die horizontale Lochplatte aufgeteilt wird, die oberhalb oder unterhalb der Wikkelrohrs des Austauschers liegt.

Diese heterogene Aufteilung einer Phase des Zweiphasenstroms in der anderen Pliase dieses Strömungsmittels ist nachteilig für die richtige Arbeitsweise eines Wickelaustauschers. Wenn man nämlich beispielsweise annimmt, daß die Gasphase sich in dem einen Teil des Austauschers und die flüssige Phase in einem anderen Teil konzentriert befindet, erhält man wechselweise erhebliche Abweichungen des Austauschkoeffizienten von dem einen Teil des Austauschers zu einem anderen sowie ein thermisches üngleich-

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gewicht des Austauschers I Wenn das in den Auatauscherrohren umlaufende Strömungsmittel ein Gas-Dampfgemisdh aus reinen Stoffen im Zustand der Kondensation ist, erhält man am Auegang des Austauschers kondensierte Fraktionen von verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Zusammensetzungen.

Wenn man darüber hinaus die von der Erfindung vorgesehen Wickelaustauscher berechnet und beraißt, werden die Austauschdiagrarame, AustauschkoeffMenten und Druckgefälle geschätzt, indem man annimmt, daß das Zweiphasenströmungsmittel in homogener Weise verteilt wird. Es ist also zwingend, diese homogene Verteilung bei der Arbeitstreise des gewickelten Austauscher«" zu erzielen, um die bei der Konzeption des Austauschers vorgesehenen Lelstuigan zu erreichen.

Die Erfindunghat sich die Aufgabe gestellt, alle diese Mängel zu

beheben. '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines im wesentlichen senkrechten homogenen Stromes eines zwelphasigen Strömungsmittels von der Art, wo man auf der Aufstromseite mindestens einer im wesentlichen horizontalen Platte eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase voneinander trennt. Gemäß der Erfindung verteilt man mindestens einen ersten Teil der Flussigkeitsphase und mindestens einen ersten ¹SmIl der Ga »ph··« gemäß mindestens mehreren senkrechten Strömungsfäden von derselben Richtung in gleihförmiger Auteilung quer über die Platte und vereinigt diese

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Vielzahl von Strömungsfäden nash ihrem Durchgang durch die Platte, " um mindestens ©inen Teil des Stromes zn bilden. Im vorliegenden Zusammenhang istfenter "Strömungsfaden" jeöer gasförmige oder flüssige Faden zn verstehen, urd ebenso ein solcher, der aus ei nem homogenen Gemisch einer Flüssigkeit und eines Gases besteht.

Bei einer AusfÜhrungsfom der Erfindung verteilt man mindestens

einen ersten Teil der Gasphase auf mehrere senkrechte Gasfäden (■ derselben StrösstingsriehtuEgg und gleichmäßig verteilt über die Platte vermischen sie sich mit mindestens einem Teil der flüssigen Plinse und treiben clese stromabwärts von der Platte, um die erwähnte Vielzahl von Struf&ungsfaden zn bilden.

Bei einer anderen AnsfÜ!ira^ssS©na des? Erfindung, wo der Strom eich in absteifendem Sinn bewegt, und Sie flüssige Phase eine erste von der Platte zurückgehaltene Flüssigkeitsscheicht bildet, verteilt raairr mindestens einen azztmi Teil der Gasphase bzw-.' mindesten« eines* ersten Teil der Flüssigkeitsphase auf mehrere FlüssigkeitefMan und mehrere G&u£äüen_e d.to im selben Sinne senkreclst verlaufen und über die Platt© gleichmäßig verteilt j sind« und vereinigt die Vielsahl des flüssigen bzw. der gasför- ! mig©n PHdsn nach IhrGis Durohga^g Aireii die Platte und die erste

Flüs8igkeits8ohioht,um wenigstens rnim-n Teil des Stromes zu bil- : den.

Gegenstand der Srfladung ist awcb, eise Vorrichtung, weleh^Sie Durchführung des voystahead bsschs-iebeaea Verfahrens gestattet.

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Eine solche Vorrichtung besitzt eine in Längsrichtung gestreckte Umhüllung/ in deren Inneren sich ein Verteiler für ein Zweiphaseströmungsmittel, bestiiend aus einer Platte bis an die Umhüllung erstreckt und deren auf einer Seite der Platte liegender Teil ein Leitungssystem für einen Strom aus Zweiphasenströmungsraittel bildet, während der auf der anderen Seite der Platte liegende Teil der Umhüllung und die Platte eine Trennvorrichtung für die flüssige und die gasförmige Phase des- Zweiphasenstromes bilden. Gemäß der Erfindung besitzt der Verteiler außerdem mehrere Längsleitungen, die gleichförmig in der Platte verteilt sind und von denen ein Teil stromaufwärts und ein anderer Teil stromabwärts in die Trennvorrichtung bzw. das !leitungssystem münden und die Platte erforderlichenfalls mehrere in der Platte gleichmäßig verteilte Kanäle aufweist, die das Leitungssystem und das Trenngefäß miteinander verbinden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung der vorstehend angegebenen Art des Wärmeaustauschers zwischen einem senkrechten homogenen Strom aus zwei Phasen und mindestens einem anderen Strömungsmittel. In diesem Fall weist die Vorrichtung außerdem mehrere im Inneren der Umhüllung angeordnete Wickelrohre auf, von denen je ein Ende mit einem Verteiler und einem Sammler für dieses andere Strömungsmittel in Verbindung stehen und die Rohre untereinander Durchlässe bilden. Gemäß der Erfindung sind die Wickelrohre in dem Teil der Umhüllung angeordnet, der ein Leitungssystem für einen Zweiphasenstrom bildet.

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Ganz allgemein gestattet die Erfindung also in gleichmäßiger und homogener Weise abstromseitig von einer Verteilungsplatte einer Vorrichtung gemäß der Erfindung gleichzeitig die fKssige Phase und die Gasphase des Zweiphasenstromes zu verteilen. Die Erfindung gestattet jeweils einen im wesentlichen homogenen senkrechten Strom des Zweiphasenströmungsmittels zu gewinnen, wenn die Gasphase und die Flüssigkeitsphase stromabwärts von der Platte im Sinne des Umlaufes des Stromes vereinigt werden. Dieses Ergebnis ist besonders wichtig bei einer Vorrichtung nach Art eines Wärmeaustauschers, der den vorstehend angegebenen Aufbau hat, denn man beobachtet experimentell, daß die Homogenität des Zweiphasenstromes, den man stromabwärts von der Platte und stromaufwärts von den Wickelrohren erhält, sich in der Zeit und in dem Raum aufrecht erhält, wenn der Strom im Inneren der Hülle des Austauschers in den zwischen den Wickelrohren vorgesehen Durchlässen umläuft.

Die Erfindung bietet außerdem eine Anzahl zusätzlicher Vorteile. Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung besitzen eine sehr beständige Betriebsweise. Bei Aufsteigendem Umlauf des homogenen Zweipha«nstromes beruht dieser zunächst auf der Möglichkfeit der Selbstregulierung der Vorrichtung und gestattet kleine und augenblickliche Niveauschwankungen der flüssigen Phase in dem Trenngefäß zu beheben, aber dies beruht auch auf der Trägheit der Vorrichtung, die derart ausgeführt ist, daß die Oberfläche der Flüssigkeit des Trenngefäßes bewegende Wellen ohne Einfluß auf die Flüssigkeitsverteilung überdie ganze Fläche des Verteilers sind. Auch ergibt sich eine sehr anpassungsfähige Funktion. Diea

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gestattet erhebliche Schwankungen in der Zeit und Strömungsmenge des Zweiphasenstromes zu beheben (beispielsweise Betrjab der Anlage bei 50% ihrer nominellen Leistung). Bei einer Vorrichtung mit aufsteigendem Umlauf des Zweiphasenstromes steigt so,wenn die Anlage mit 70% ihrer nominellen Leistung arbeitet, die flüssige Phaee niemals in das Trenngefäß auf eine solche Höhe, daß die Geschwindigkeit der abgetrennten Gasphase ausreichend hoch v/ird, um unmittelbar die flüssige Phase mitzureißen.

Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung arbeiten mit Meinen Druckverlusten. Bei einer Vorrichtung mit aufsteigendem Umlauf des Zweiphasenstromes wird die Flüssigkeit des Separators mit einem kleinen Druckverlust abgezogen und auf Geschwindigkeit gebracht, und das Zweiphasenströmungsmittel kann stromabwärts von der Verteilerplatte mit einem geringeren Druckabfall geleitet werden, als dem Durchgang der Flüssigkeit allein inrden Leitungen des Verteilers entspricht.

Nachstehend warden mehrere Ausführungsformen der Erfindung mit aufsteigendem und absteigendem Umlauf des Zweiphasenströmungsmittels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den unteren Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung von der Art eines Wärmeaustauschers im Betrieb. Die Vorrichtung enthält einen Verteiler, der gestattet, im Austauscher einen homogenen Strom eines Zweiphasenmittels von unten nach oben umlaufen zu lassen.

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Fig. 2 zeigt im senkrechten Schnitt den oberen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt in einem unterbrochenen senkrechten Schnitt einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Verteilers und insbesondere den Aufbau^ der aus zwei oberen Kreisringen,einem unteren Haltering und zwei Steigrohren gebildet wird.

Fig. 4 zeigt perspektivisch einen Teil des in Fig. 1 wiedergegefeenen Verteilers und insbesondere den Aufbau der aus einem oberen Kreisring,zwei unteren Halteringen, zwei Steigrohren und einem zu der Wicklung des Wickelaustauschers gehörenden Rohr besteht .

Fig. 5 zeigt verschiedene Steigrohre nach der Erfindung.

Fig. 6 zeigt teilweise senkrecht geschnittenen einen anderen Verteiler, der im unteren Teil einer Vorrichtungnach Fig. 1 und 2 angeordnet.ist.

Fig. 7 zeigt teilweise senkrecht geschnitten einen anderen Verteiler, der im unteren Teil einer Vordchtung nach Fig. 1 und 2 angeordnet ist-

Fig. 8 zeigt mehrere Funktionskurven eines Verteilers für einen aufsteigenden homogenen Strora. eines Zweiphasenmittels, wobei die durch ein Steigrohr gehende Flüssigkeitsmenge als Funktion

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der Höhe des freien Schlitzes für gegebene Druckverluste ausgedrückt ist.

Fig. 9 zeigt andere Fuhktionskurven eines Verteilers für einen aufsteigenden homogenen Strom eines Zweiphasenmittels, bei denen in den Steigrohren bzw. der Verteilerplatte strömende Gasmenfe als Funktion von Druckverluien für mehrere Betriebsläufe der Vorrichtung ausgedrückt ist.

Fig. IO zeigt im senkrechten Schnitt den unteren Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung von der Art eines Wärmeaustauschers im Betrieb, der ein homogenes Zweiphasenströmungsmittel im Austauscher von oben nach unten umlaufen läßt.

Fig. 11 zeigt im senkrechten Schnitt den oberen Teil der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung mit einem Verteiler.

Fig. 12 ist eine Perspektivansicht eines Teils des in Fig. 11 dargestellten Verteilers.

Fig. 13 zeigt geschnitten eine Teilansicht eines anderen Verteilers, der in dem oberen Teil einer Vorrichtung gemäß Fig. 10 und 11 angeordnet ist.

Der in Fig. 1 bis 4 wiedergegebene Wickelaustauscher gestattet, einen Wärmeaustausch zwischen einem auf der Hüllenseite von unten nach oben umlaufenden homogenen Zweiphasenströmungsmittel

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und zwei anderen Strömungsmitteln zu bewirken, die von oben nach unten in zwei Rohrbündeln der Wicklung umlaufen. Der Austauscher weist eine Verteilungsvorrichtung für das Zweiphasenmittel nach der Erfindung auf.

Dieser Austauscher besitzt einen Mantel oder einen Zylinderhülle l_f die in senkrechter Richtung gestreckt ist,-und einen im Inneren des Mantels 1 konzentrisch angeordneten zylindrischen Kern 2, Ein Zuteiler 3 und ein Sammler 4, beide mit einer Rohrplatte 5 bzw. 6 ausgerüstet, sind an den beiden Enden des Austauschers angeordnet. Ein erstes Bündel der Rohre 7,von denen aus Gründen der Klarheit in Fig. 1 und 2 nur ein einziges dargestellt ist, ist schneckenförmig um den Kern 2 im Inneren des Mantels 1 gewickelt. Jedes Rohr 7 ist dicht mit sehem oberen Ende in die Rohrplatte 5 und mit seinem unteren Ende in die Rohrplatte 6 eingesetzt. Die Rohre 7 stehen also an jedem Ende mit dem Zuteiler 3 oder dem Sammler 4 in offener Verbindung. Zwei Kugeln 8 und 9, die als Sammler und Zuteiler dienen, sind ancen beiden Enden des Kerns 2 angebracht, und ihre Mittelpunkte fallen mit der Achse des Mantels 1 oder des Kerns 2 zusammen. Ein zweites Bündel von Rohren 10,von, denen wiederum in Fig. 1 und 2 nur eines dargestellt ist, ist schneckenförmig um den Kern 2 gewickelt. Die Rohrbündel 7 und 10 sind um den Kern 2 angeordnet und bilden zwischeneinander verschiedene Durchlässe für das in dem Austauscher umlaufende homogene Zweiphasenmittel. Jedes Rohr 10 steht an seinem oberen Ende mit der Kugel 8 und an sei-

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nem unteren Ende mit der Kugel in offener Verbindung. Die Dicht-

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hext des Wickelaustauschers erhält man durch zwei im wesentlichen zylindrische Hülsen 11 und 12 von größerem Durchmesser als der Mantel 1, die diesen verlängern. Die Hülse 11 am oberen Ende des Austauschers ist dicht mit der Kugel 8 und dem Zuteiler 3 verbunden. Die am unteren Ende des Austauschers angeordnete Hülse 12 ist ebenfalls in dichter Weise an die Kugel 9 und den Sammler 4 angeschlossen. Zwei am unteren bzw. oberen Ende des Austauschers angeordnete Leitungen 13 und 14 dienen zur Speisung und Abführung des ZweiphasenströmungsmitteIs. Die Leitungen 15 und 16 dienen zur Speisung bzw. Abführung des Strömungsmittels, das in dem ersten Rohrbündel 7 der Austauscherwicklung umläuft. Die Leitungen 17 und 18 dienen zur Einspeisung bzw. Abführung des Strömungsmittels, das in dem zweiten Rohrbündel 10 des Austauschers umläuft.

Der Wickelaustauscher gemäß Fig. 1 und 2 wird nicht näher besehrie ben. Lediglich der untere Teil des Austauschers mit einer Verteilungseinrichtung für das Zweiphasenmittel gemäß der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf Pig. I, 3 und 4 beschrieben. Dieser Verteiler v/eist eine ringförmige Verteilerp latte 19 auf, die sich horizontal im Inneren des Mantels 1 von dessen Wand bis zum Kern 2 erstreckt. Die Platte 19 unterteilt den durch die untere Zylinderhülse 12 verlängerten Mantel 1 in einen Oberteil, der ein Leitungssystem 60 für das homogene Zweiphasenmittel bildet und die Wickelrohre 7 und 10 umschließt, und einen unteren Teil, der mit dieser Platte einen von der Hülse 12 begrenzten Abscheider 61 bildet.

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Zahlreiche Steigrohre 20 oder senkrechte Leitungen von hexagonalem Querschnitt, von denen nur zwei in Fig. 1 und 3 dargestellt sind, sind gleichmäßig in der Platte 19 verteilt. Sie durchsetzen die Platte 19,und ein aufstromseitiger bzw. abstromseitiger Teil jedes Rohres 20 mündet in den Abscheider 61 bzw. in das Leitungssystem 60. Ihre unteren oder aufstromsreitigen Enden 24, die sich im Abscheider 61 befinden, und ihre oberen oder abstromseitigen Enden 24, die sich im Leitungssystem 60 befinden, schliessen in zwei horizontalen Ebenen ah. Die obere horizontale Ebene befindet sich oberhalb der Platte 19 und die untere hori zontale Ebene unterhalb der Trennfläche zwischen Flüssigkeit 21 und Gas 22 im Abscheider 61. Der aufstromseitige Teil jedes Steigrohres hat größere Länge als der abstromseitige Teil des Rohres.

Mehrere Flächen des aufstromseitigen Teiles jedes hexagonalen Steigrohres 20 sind mit Mehrfacheinlässen 23 ausgerüstet, die senkrecht ausgerichtet sind. Diese Einlasse sind senkrecht über die Länge jedes Steigrohres 20 von seinem unteren Ende bis zum Schnitt jedes Rohres 20 mit einer horizontalen Ebene verteilt^ die sich zwischen der Trennfläche 21 - 22 und der Platte 19 befinden. An seinem oberen Ende 24 ist jedes Rohr 20 verschlossen und besitzt zwei seitliche zylindrische Löcher 25 auf gegenüberliegenden Seiten nahe dem Ende 24,und zwar in dem Abströmende des Rohres 20.

Gemäß Fig. I, 3 und 4 besteht die Verteilerplatte 19 aus dicht

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an dicht aneinander um den Kern 2 gesetzten und genau ineinander gepaßten konzentrischen Kreisringen 26 von wachsendem Durchmesser. Diese Kreisringe stützen sich auf radiale am Kern 2 befestigte Knaggen 27 ab. Jedes Rohr 20 ist in zwei koaxialen hexagonalen Löchern geführt, die quer durch den oberenPlansch und den unteren Flansch 29 in jeden Kreisring 26 gebohrt sind. Die Rohre 20 werden so in der hohen Stellung im Abscheider 61 gehalten und festgelegt. Jedes Rohr 7 bzw. 10, das zum ersten bzw. zv/eiten Rohrbündel der Wicklung gehört, wird durch Eingriff in Kerben 30 bzw. 31 ortsfest gehalten, die zu diesem Zweck in den6beren und unteren Flanschen 28 und 29 vorgesehen sind.

Die Verbindung zwischen dem Trenngefäß 61 und dem Mantel 1, die ein Leitungssystem 60 für das homogene Zweiphasenmittel bildet, ist zum Teil durch das verschiedene Spiel der Platte 19 infolge der Konstruktion gewährleistet: Spiel zwischen Kern 1 und erstem Kreisring, Spiel zwischen den Kreisringen 26, Spiel zwischen dem letzten Kreisring und dem Mantel 1, SpJeI. zwlshen den Kerben 30 und 31 und den Rohren 7 und 10 der Wicklung und in den Löchern der Steigrohre 20. Eine ergänzende Verbindung gewährleisten die Löcher oder Kanäle 32 und 33, die in gleichmäßiger Verteilung durch jeden unteren Flansch 29 und jeden oberen Flansch 28 gebohrt sind» die Gesamtheit der uniaren und oberen Flansche 29 und 28 bildet somit die Verteilerlochplatte 19.

Gegebenenfalls werfen die Steigrohre 20 und die Rohre 7 und 10 in ihrer unteren Stellu mittels unteren Halteringen gehalten. Zwei aufeinanderfolgende Ringwülste 34 umschliessen denselben

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Bereich von Steigrohren 20 und Wicklungsrohren 7 und 10 des Ausiaischers. Diese Gurte sind miteinander mittels nicht dargestellter Nieten zwischen den Rohren 20 befestigt. Der Gesamtaufbau dieser Kreisringe 34 setzt derfl Fluß jedes Strömungsmit™, tels, das sich senkrecht vom Abscheider 61 zum Leitungssystem 60 bewegt, nur einen geringen Strömungswiderstand entgegen. Die Steigrohre 20 sind in keinerlei Weise in ihrem durch die Koaxialen in den oberen und unteren Planschen 28 und 29 jedes Kreisringes gebohrten hexagonalen Löcher definierten Sitz gehalten. Die von den Mittelpunkten der gegenüberliegenden kreisförmigen Bohrlöcher in jedem Rohr 20 definierteciAchse bildet einen konstanten Winkel zu dem Radius senkrecht zur Kernachse, der durch den Mittelpunkt eines der hexagonalen Löcher geht. Für eine Reihe von aneinander-grenzenden Steigrohren 20 ist also jeder Fließmittelfaden, der durch eines dieser Rohre strömt, auf der Außenseite des letzteren nach einer im wesentlichen horizontalen mittleren Richtung verteilt,und diese Richtungen sind für die betreffende Rohrreihe im wesentlichen parallel (vergleiche Fig. 4).

Im Betrieb trifft das Zweiphasenströmungsmittel durch Leitung 13 in den Abscheider 16 aufstromseitig von der Verteilerplatte 19 im allgemeinen in einer sehr heterogenen Form ein. Dieses Strömungsmittel wird in eine flüssige Phase 21 und eine Gasphase 22 zerlegt, deren Trennfläche in den gelochten Bereichen 23 der Steigrohre 20 liegt. Ein Teil der Löcher 23 ist also von der Flüssigkeit bespült.

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Da der Abscheider 61 gegenüber dem Rest des Wickelaustauschers unter Druck steht, tritt ein erste«r Teil der Gasphase 22 in die Steigrohre 20 durch die von flüssiger Phase 21 freiliegenden Schlitze 23 ein. Dieser erste Teil wird dann in eine Mehrzahl senkrechter gleichförmig über die Platte verteilter Gasfäden vom selben Strömungssinn aufgeteilt. Die die Steigrohre 20 durchfliessenden Gasfäden vermischen sich mit mindestens einem Teil der flüssigen Phase 21 und treiben sie stromabwärts von der Verteilerplätte 19,um eine Mehrzahl von Strömungsmittelfäden zu bildenr Die so gebildeten Strömungsfäden werden dann auf der Außenseite jedes Rohres 20 durch die Löcher 25 ausgestoßen und in einer im wesentlichen horizontalen mittleren Richtung verteilt. Mindestens ein Teil der von diesen Gasfäden stromabwärts von der Platte getriebenen Flüssigkeitsphase, die in Form der Strömungsmittelfäden aus den Steigrohren 20 ausgestoßen wird, verteilt sich gleichförmig über die Verteilerplatte 19, um eine von der Platte zurückgehaltene Flüssigkeitsschicht zu bilden. Die an Flüssigkeitsphase verarmten Strömungsmittelfäden vereinigen sich, um mindestens einen ersten Teil eines senkrecht aufsteigenden homogenen Stromes aus Zweiphasenströmungsmittel zu bilden. Kin zweiter Teil der Gasphase 22 wird durch die Lochungen 32 und 33 über die Platte 19 und die auf dieser aufliegenden Flüssigkeitsschicht verteilt. Infolge des Durchganges der Gasphase durch diese Flüssigkeitsschicht erhält man einen zweiten Teil des vorstehend definierten homogenen Stromes. Letzterer bewegt sich anschliessend von unten nach oben im Inneren des Mantels 1, der ein Leitungssystem 60 für diesen Strom in den Durchlässen

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zwischen den Rohren 7 und 10 der Wicklung bildet. Er tauscht also seine Wärme mit bestimmten anderen Strömungsmitteln aus, die in den Rohrbündeln 7 und 10 umlaufen. Anschliessend wird er durch Leitung 14 abgezogen.

Die aufsteigende Verteilungseinrichtung, die anhand der Fig. und 3 beschrieben wurde, stellt eine Aus führung s form der Erfindung dar. Andere Abwandlungen sind ausgeführt worden.

Verschiedene Steigrohrformen gemä3 Fig. 5 wurden angefertigt. Nach Fig. 5a besitzen die Steigrohre an ihrem unteren Teil kei- -nerlei Seitenöffnung, Einlaß oder Schlitz, und sie sind in einer horizontalen Ebene angeordnet, die nahe oberhalb der Gas-Flüaigkeitsgrenzflache in dem Abscheider 61 liegt.

Nach Fig. 5b haben die Steigrohre außerdem einen horizontalen Ansatz 35.

Nach Fig. 5c haben die Steigrohre einen hexagonalen Querschnitt und besitzen zwei senkrechte Schlitze 36, die sich bis zum unteren Ende erstrecken.

Nach Fig. 5d and die Rohre zylindrisch und besitzen ebenfalls zwei senkrechte Schlitze 37. Verschiedene Abänderungen diese» Rohre bestehen in der Anzahl der Schlitze (ein Schlitz, zwei gegenüberliegende Schlitze, vier gegeneinander um Winkel von

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90° versetzte Schlitze) oder in ihrer Länge.

Beniner anderen Ausführungsform der Erfindung haben die Steigrohre 20 verschiedene Längen, was der aufsteigenden Verteilungseinrichtung eine größere Betriebsanpassungsfähigkeit gibt. Gemäß Fig. 6 sind identische Steigrohre 20, wie eben beschrieben, jedoch von verschiedener Länge, senkrecht über die Platte 19 verteilt. Ihre oberen Enden liegen in einer horizontalen Ebene P_Q, während ihre unteren Enden in drei horizontalen Ebenen P., P₂, P₃ liegen, in denen die Leitungen gleichmäßig verteilt sind.Durch eine geeignete Verteilung dieser verschiedenen Rohre ist es möglich, eine verbesserte Anpassungsfähigkeit insbesondere beim Anlaufen und Abstellen einer Anlage 2u eneichen, in die ein Wickelaustauscher der vorstehend beschriebenen Art eingebaut ist.

Bei einer anderenAusftihrungsform der Erfindung besitzt die Verteilerplatte 19 keine Löcher 32 oder 33 und ist daher im wesentlichen gasdicht. Gemäß Fig. 7 haben die Steigrohre 20 identische untere Enden wie die vorstehend erläuterten Steigrohre. Dagegen sind die oberen Enden offen und besitzen keine Abzugsöffnung 25. Im Betrieb kann sich die von den Gasfäden mitgenommene flüssige Phase auf der Platte bis zu einem Niveau ansammeln, das der durch die oberen Enden der Rohre 20 bestimmten waagerechten Ebene entspricht. Dann wird die Flüssigkeit mitgenommen und vereinigt s±h mit der homogenen Gas-Flüssigkeitsmischung, die senk⁵ recht von den Steigrohren 20 abgeführt wird, um einen homogenen Zweiphasenstrom zu bilden.

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Beispielsweise hat ein Wickelaustauscher gemäß Fig. 1 bis 4

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von 4.160 m Austauschoberfläche eine Gesamtlänge von 12,10 m und einen Zylindermantel von 2,78 m lihter Weite. Er besitzt eine Verteilervorrichtung mit folgenden Kennzeichen:

lichte Weite des Hülse 12: 3,20 m

Höhe zwischen, der Gas-Flüssigkeitstrennfläche-21-22 und den unteren Flanschen 29: o,45 m

Außendurchmesser des Kerns: 0,57 m

Gesamtzahl der Rohre 7 und 10: 2.310

Gesamtzahl der Steigrohre 20: 4.620

Die Steigrohre haben folgende Kennzeichen:

Hexagonalschnitt: 14 bis 16 mm zwischen den Ebenen Länge: 70 cm

Höhe der Lochplatten: 18,5 cm

Schlitzweite: 1 mm.

Die Platte 19 hat folgende Kennzeichen:

Leckfläche (infolge der verschiedenen Spiele): 260,5 cm über die Gesamtheit der oberen Flansche 28 oder unteren Flansche 29

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und 39,5 cm zwischen dem letzten Kreisring und dem Mantel 1.

Lochfläche der oberen oder unteren Trennwand 28 bzw. 29 : 1085 cm

Der Austauscher mit den vorstehendenKennzeichen ist einer Ver-

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ORlSiMAt INSPECTED

flüssigungsanlage für Naturgas zugeordnet. In diesem Fall wird das Naturgas durch Absinken in den Rohrbündeln 10 gekühlt und verflüssigt. Ein kondensierter Gszyklus wird durch Absinken in den Rohrbündeln 7 unterkühlt und dann nach Entspannung in den Abscheider 12 des Wickelaustauschers durch die Leitung 13 eingeführt. Die in den vorstehend erläuterten Austauscher in einer Menge von 324.QOO kg/h eingeführte Gas-Flüssigkeitsmischung hält 29,4 Gew.-% Dampf, wobei die Flüssigkeit und das Gas eine spezifische Masse von 598 kg/m bzw. 3,02 kg/m haben. Im Betrieb und bei 100%igem Lauf gehen in einem Steigrohr 20 71 1/mln Gas und 1,38 l/min Flüssigkeit. Die Höhe der Lochplatte im Kontakt mit der Gasphase 22 beträgt 59 mm, und das Druckgefälle eines Steigrohres 20 oder der Verteilervorrichtung beträgt 190 mm Wassersäule. Alle Lochungen 23 der Steigrohre 20 sind während des Betriebes zwischen 0, und 50 % überspült.

Die Funktionsweise der Vorrichtung kann durch zwei Kuvenschare erläutert werden, mit der Maßgabe, daß man einen senkrecht aufsteigenden homogenen Strom eines Zweiphasenströmungsmittels erhält.

Gemäß Fig. 8 kann man für jedes Steigrohr Kurven niederlegen, die die Flüssigkeitsströmungsmenge Q₁ wiedergeben, die von jedem Steigrohr als Funktion der nicht von Flüssigkeit überspülten Schlitzhöhe H bei wachsenden Druckgefällen ,4 P₁,^P₂ bei einem gegebenen Betriebsdruck befördert wird.

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Gemäß Fig. 9 kann man ein gleiches Diagramm erstellen, worin die Kurven die Gasströmungsmenge q (gestrichelte Kurven), die durch jedes Steigrohr streicht,als Funktion des Druckgefalles Ah je aeigrohr und die Gasströmungsmenge Q (voll ausgezogene Kurven), die durch die Lochplatte 19 geht, als Funktion des Druckgefälles £p in dieser Platte für wachsende Prozentsätze a., a~, ^a- der nominellen Strömungsmenge des in den Abscheider 61 gelangenden Zweiphasenmittels wiedergeben.

Nachstehend werden anhand der Fig. 8 und 9 die verschiedenen Vorteile erörtert, die durch eine Aufstiegsverteilervorrichtung gemäß der Erfindung erreicht werden.

Gemäß dem rechten Teil der Kurve der Fig. 8 entsprechend beispielsweise einem Druckgefälle ^\ P₂ schwankt die Flüssigkeitsströmung smenge etwas als Funktion der Schlitzhöhe. Dies gestattet somit, sich von kleinenFertigungstoleranzen für die Schlitzhöhen freizumachen und eine große Fertigungselastizität zu erlangen. Wenn beispielsweise das abgetrennte und homogen verteilte Gas-Flüssigkeitsgemisch aus 50 Vol.-% Äthan und 50 Vol.-% Propan im thermodynamisehen Gleichgewicht bei 5 ata bei einem DruJcgefälle von 155 mm Wassersäule besteht, schwankt die Flüssigkeitsströmungsmenge nur um 6%, wenn die Toleranz für die Schlitzhöhe 5 mm beträgt. Da die üblichen Toleranzen in der Größenordnung von 3 mm liegen, kann man also gewährleisten, daß alle Steigrohre dieselbe Flüssigkeitamenge liefern,und man erhält damit eine gleichförmige Aufteilung der Flüssigkeit über

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die Lochplatte 19 und eine homogene Verteilung der Flüssigkeits phase in der Gasphase auf der Abstromseite des Verteilers.

Gemäß den rechten Teilen der Kurven ^P,fA^p ₂'A^Pi? und ^ P. entspricht jede Verminderung der freien Schlitzhöhe eines Steig rohes einer Erhöhung der Elüssigkeitsströmungsmenge, die durch ein Steigrohr geht. Jede Niveauerhöhung der Flüssigkeit inüem Abscheider 61 wird somit unmittelbar durch eine Erhöhung der Flüssigkeitsströmungsmenge kompensiert) die durch die Steigrohre geht. Es ergibt sich also eine Selbstregelung der Vorrichtung, selbst wenn der Funktionspunkt sich in dem rechten Teil der Kur ven Δ^ρι'Δ^ρο '^^P3 ^usw· befindet.

Gemäß den Kurven der Fig. 9 ist der Funktionspunkt der Vorrichtung durch den Schnittpunkt der Kurven q = f (&h) und Q = f (^H) für einen gegebenen Prozentsatz der nominellen Strömungsmenge definiert. Diese Schnittpunkte befinden sich beispielsweise bei A_f B und C. Für einen Funktionspunkt, der zwischen C und B li§gt, ist die Funktion von der Art mit Stöflen (type avec ä-coups); die Betriebsweise ist bei A stabilr

Bei einem Gas-Flüssigkeitsgemisch , dessen spezifische Gas- urid Flüssigkeitsmassen 8,24 kg/m bzw. 597 kg/m betragen, entspricht der Punkt A einem Lauf der Anlage mit 100% seiner nominellen Leistung und der Punkt C einem Betrieb mit 34% der nominellen Leistung. Nach diesen Beispielen ist eine stabile Funktionsweise der Verteilungseinrichtung in einem sehr weiten ArMtsberAich der Anlage und damit eine große Funktionsanpassungsfähigkeit

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gewährleistet.

Der in Fig. 10 bis 12 dargestellte Wickelaustauscher gemäß der Erfindung gestattet einen absteigenden, senkrechten homogenen » Strom eines Zweiphasenströmungsmittels zu erreichen und einen Wärmeaustausch zwischen diesem auf der Mantelseite in den zwischen den Rohren der Wicklung vorhandenen Durchlässen umlaufenden Strom undzwei anderen Strömungsmitteln zu bewirken, die in je einem von zwei Rohrbündeln der Wicklung von unten nach oben umlaufen. Der Austauscher enthält also einen Verteiler für Zweiphaeenmittel.

Der in Fig. 10 und 11 dargestellte Austauscher hat einen ähnlichen Aufbau wie der Austauscher nach Fig. 1 und 2. Infolgedessen ist er nicht näher beschrieben, weil für die Bezeichnung der Hg.10 und 11 die schon in Fig. 1 und 2 anzutreffenden Bauteile dieselben Bezugszahlen haben, die schon benutzt worden sind. Anhand von Fig. 11 und 12 ist lediglich der obere Teil des Austauschers mit einer Verteilungseinrichtung für das Zweiphasenströmung smittel beschrieben.

Dieser Verteiler besitzt eine ringförmige Verteilungsplatte 40, die sich horizontal im Inneren des Mantels 1 von diesem bis zum Kern 2 erstrecktτ Die Platte 40 unterteilt den durch die obere Zylinderhülse 12 verlängerten Mantel 1 in einen unteren Teil, der ein Leitungssystem 60 für das homogene Zweiphasenströmungsmittel bildet und die Wickelrohre 7 und 10 unschließt, und in

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einen oberen Teil, der mit dieser Platte einen durch die Hülse 12 begrenzten Abscheider 61 bildet. Der Abscheider 61 besitzt einen ersten Ablenker 38, der gegenüber der Leitung 13 angebracht ist; diese im wesentlichen zylindrische Wand erstreckt sich seitlich über einen Winkel zum Mittelpunkt von annähernd 30°. Ein zweiter Ablenker 39 ist als Schikane gegenüber dem Ablenker 38 angebracht und erstreckt sich ringförmig über den ganzen Umfang der Zylinderhülse 12.

Zahlreiche Rohre 41 oder senkrechte Leitung von hexagonalem Querschnitt, von denen nur einige in Fig. 11 und 12 dargestellt sind, sind gleichförmig in der Platte 40 verteilt. Diese durchsetzen die Platte 40, und ein oberer oder aufstromseitiger Teil und ein unterer oder abstromseitiger Teil jedes Rohres 41 mündet in den Abscheider 61 bzw. in das Leitungssystem 60. Die unteren und oberen Rohrenden 44 bzw. 43 bestimmen je eine Horizontalebene. Die obere Horizontalebene liegt etwas oberhalb der Platte 40 und die untere Horizontalebene sehr dicht unterhalb der Platte 40. Jedes Hexagonalrohr 41 ist an seinem oberen Ende mit einem senkrechten Schlitz 45 von geringer Höhe versehen, äe sich von jeder Oberkante 43 erstreckt. Die unteren Endender Schlitze 45 begrenzen eine im wesentlichen horizontale Ebene. Die Rohre 41 sind an beiden Enden offen.

In derselben Weise wie vorstehend beschrieben besteht die Verteilerplatte 40 aus dicht an dicht um den Kern 2 aneinandergesetzten konzentrischen Kreisringen 47 von wachsendem Durchmesser, die einander umschliessen. Fig. 12 zeigt losgelöst einen dieser Kreis-

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ringe 47, die den oben beschriebenen Kreisringen 46 ähnlich sind. Jedes Rohr 41 durchsetzt zwei koaxiale hexagonale Löcher, die durch den oberen Flansch 48 und den unteren Flansch 49 jedes Kreisringes 47 gebohrt sind. Die Rohre 41 werden so in dem Abscheider 61 in ihrer Lage festgehalten. Jedes Rohr 7 oder IO, das zu dem ersten oder dem zweiten Rohrbündel der Wicklung ge hört, wird in Kerben 30 und 31 an seinem Platz gehalten, die zu diesem Zweck im oberen Flansch -48 bzw. im unteren Flansch 49 vorgesehen sind. Die Kreisrhge sind untereinander mittels 'Tieten durch Vermittlung der hexagonalen Rohre 41 befestigt.

Die Strömungsverbindung zwischen dem Abscheider 61 und dem Man— tel lfdie ein Leitungssystem 60 für das homogene Zweiphaserr mittel bildet, wird wie im vorhergehenden Fall durch die verschiedenen Spiele der Platte 40 gewährleistet, die sich aus der Konstruktion ergeben. Eine zusätzliche Ttrömungsverbindung erreicht man durch regelmäßig verteilte Löcher oder Kanäle 50, die durch jeden unteren und oberen Flansch 49 bzw. 48 gebohrt sind. Wenn die oberen und unteren Flansche 48 und 49 einmal ineinander eingepaßt sind, bilden sie praktisch eine Platte 65 und eine Platte 66 in Nachbarschaft zueinander, die sich im Inneren des Mantels von demKern 2 bis zum Hantel 1 erstrecken. Die zweite Platte 66 ist zur ersten Platte 65 auf der Seite des-/ vorstehend genannten Leitungssystems angeordnet.

Die hexagonalen Rohre 42 oder andere Leitungen in kleinerer Anzahl als die Rohre 41 durchsetzen die Platte 40. Sie haben dieselbe Länge wie die Rohre 41,und ihre oberen und unteren Enden

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liegen in denselben Ebenen wie die oberen Enden der Rohre 41 bzw. deren untere Enden. Die Rohre 42 sLnd an ihrem unteren Ende 44 im wesentlichen verschlossen und an ihrem oberen Ende 43 offen. Die oberen und unteren Plansche 48 und 49 sind mit den für den Durchgang der Rohre 42 erforderlichen Lodern versehen. Vier Flächen jedes Rohres 42 sind mit Lochungen 46 versehen, die zwischen der Platte 65 und der anderen Platte 66 liegen, welche durch die oberen bzw. unteren Flansche 48 und 49 bestimmt sind. Die Rohre 42 setzen also den Abscheider 61 ausschließlich mit dem Raum in offene Verbindung, der zwischen den Platten 65 und 66 liegt.

Im Betrieb tritt das Zweiphienmittel durch die Leitung 13 im allgemeinen in einer sehr heterogenen Form in den Abscheider 61 ein. Dieses Strömungsmittel prallt auf den Ablenker 38 und wird in eine flüssige Phase 21 und eine Gasphase 22 getrennt, deren Trennfläche oberhalb der Platte40 aber unterhalb der Schlitze 45 der Rohre 41 liegt. Die aufstromseitig von der oberen Lochplatte 65 abgeschiedene flüssige Ptee, die durch die Gesamtheit der aneinanderstoßenden oberen Flansche 48 bestimmt ist, bildet somit einen ersten Teich oder eine Flüssigkeitsschicht, die von dieser Platte zurückgehalten wird. Da der Abscheider 61 im Verhältnis zum übrigen Austauscher unter Druck steht,tritt mindestens ein erheblicher Anteil der abgetrennten Gasphase in die Rohre 41 ein und wird infolgedessen längs einer Vielzahl senkrechter Gasfäden und gleicher Abwärtsrichtung verteilt,und diese Gasfäden sind über den ersten Flüssigkeits-

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teich der oberen Platte 65 und der anderen unteren Platte 66 gleichförmig verteilt, die durch die unteren Flansche 49 der Zylinderringe 47 bestimmt ist. Gleichzeitig ergießt sich die von der oberen Lochplatte 65 zurückgehaltene flüssige Phase durch die Kanäle 50 unter Schwerkraft, v/eil der Druck der Gasphase auf der Abstromseite und-der Aufstromseite der oberen Platte 65 durch die eben beschriebenen Rohre 42 im wesentlichen ausgeglichen ist.

Auf der anderen unteren Platte 66, die aus den unteren Flanschen 49 besteht, sammelt sich die quer über die obere Platte 65 verteilte flüssige Phase; der so gebildete zweite Flüssigkeitsteich wird dann in gleichförmiger Weise über die untere Platte 66 verteilt, um ehe Vielzahl im wesentlichen senkrechter Flüssigkeitsfäden von derselben Strömungsrichtung wie die Gasfäden zu erhalten, die gleichförmig über die untere Platte 66 verteilt sind. Wenn dann die vorstehend erläuterten Gasfäden auch den zweiten Flüssigkeitsteich durchsetzt haben, vereinigen sie sich mit den Flüssigkeitsfädenj um einen homogenen senkrecht absinkenden Strom des Zweiphasenmittels zu bilden. Letzterer bewegt sich dann in dem Mantel 1 unter Bildung eines Leitungsweges 61 in den Durchlässen zwischen den Rohren 7 und lOder Wicklung. Das Zweiphasenmittel taucht also seine Wärme mit den getrennten Strömungsmitteln aus, die in den Bündeln 7 und 10 fHessen. Es wird durch die Leitung 14 abgezogen.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform gestattet aus folgenden

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Grtinden die Erzielung einer sehr gleichförmigen Verteilung der Plüssigkeits- und Gasphase des Zweiphasenstfömungsmittels. Praktisch der ganze Druckabfall des Verteilers ist auf die untere Platte 66 (Flansche 49) übertragen. Die flüssige Phase kann sich daher gleichförmig auf der oberen Platte 65 (Flansche 48) verteilen, und im Betrieb hat man die Sicherheit eines konstanten Flüssigkeitsniveaus auf letzterer. Die auf der unteren Platte 66 gesammeie Flüssigkeitsphase fließt dagegen durch deren Lochungen mit einem beträchtlichen Druckgefälle. Eine Flüssigkeitsschranke läßt sich auf den unteren Flanschen 49 nicht erhalten. In dem Fall aber, wo die untere Platte 66 trockengelaufen ist, ist dies für die Gewinnung eines homogenen Zweiphasenmittels nicht schädlich, weil die gleichförmige Verteilung der Flüssigkeitsphase sich auf der oberen Lochplatte 65 vollziehen konnte. Im Falle einer überfülle kann außerdem die Flüssigkeit durch die Gasphase gleichförmig und anschliessend durch die Schlitze ' 45 der Rohre 41 verteilt und mitgenommen werden.

Beispielsweise hat ein Wickelaustauscher nach Fig. 10 bis 12

von 800 m Austauschfläche eine Gesamtaußenlänge von 6,5 m und einen Zylindermantel von 2,07 m lichter Weite. In seinem oberen Teil besitzt er einen Verteiler von folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser der Hülse 12 : 2,30 m Außerdurchmesser des Kerns: 0,66 m
Gesamtanzahl der Rohre 7 und 10 : 800
Gesamtzahl der Rohre 41: 3.200
■Gesamtzahl der Ausgleiehsrohre 44: 800

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Die Rohre 41 haben folgende Merkmale:

Hexagonalrohre von 14 bis 16 ram zwischen den Platten: Länge 31 cm, Weite der Schlitze 45 : 1 mm, Höhe der Schlitze 45 : 20 mm, untere öffnung der Rohre 41 liegt 1 cm vom unteren Plansch 49.

Die Ausgleichsrohre sind mit 8 Löchern von 6 mm Durchmesser gelocht .

Die Platte 40 hat folgende Merkmale:

Überflutungsfläche: 87,3 cm²

Lochfläche für die untere Platte 66"oder die obere Platte 65

des Bodens 40 : 153 cm

Der Abscheider mit den vorstehenden Merkmalen gehört zu einer Verflüssigungsanlage für Naturgas. In diesem Fall wird das Naturgas durch absinkenden Durchgang in dem Rohrbündel 10 gekühlt; ein kondensiertes Kreislaufgas wird durch absinkenden Durchgang in dem Rohrbündel 7 unterkühlt und dann nach Entspannung in den Abscheider 61 des Wickelaustauschers durch Leitung 13 eingeführt. Die bei -143°C und 1,2 bar in den Austauscher eingeführte Gas-Flüssigkeitsmischung, wie sie oben definiert wurde, in einem Verhältnis von 100.OOO kg/h enthält 45,1 Gew.-$ Flüssigkeit, wobei Flüssigkeit und Gas eine spezifische Masse von 547 kg/m³ bzw. 3,72 kg/m³ haben. Im Betrieb und bei 100%iger

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Kapazität geht 25 1/min Gas durch Rohr 41 und 41 l/min durch Ausgleichsrohr 42. Das Flüssigkeitsniveau stellt sich auf 9 cm oberhalb des Bodens 40 ein. Die untere Platte 66 (untere Flansche 49) ist trockengelegt. Die Verteilungsvorrichtung hat ein gesamtes Druckgefälle von 95 mm Wassersäule.

Die in Fig. 11 und 12 dargestellte absteigende Verteilungseinrichtung kann im Rahmen der Erfindung gemäß Fig. 13 abgewandelt werden. Demnach besitzen die untere Platte 66 (Flansche 49) und die obere Platte 65 (Flansche 48) des Bodens 40 keine Lochung. Außenfem sind die Ausgleichsrohre 42 fortgelassen. Die Rohre 41 sind mit seitlichen Lochungen oder Offnungen 51 versehen, die im aufstromseitigen Teil jedes in den Abscheider 61 mündenden Rohres (im Inneren der oberen Hülse 12) nahe dem Boden 40 liegen.

Die Arbeitsweise des nach Fig. 13 abgeänderten Austauschers ähnelt derjenigen des im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 4 beschriebenen Austauschers. Das durch Leitung 13 ankommende heterogene Zweiphasenmittel wird auf der Aufstromseite oberhalb des Bodens oder der Verteilungsplatte 40 in eine Flüssigkeitsphase 21 und eine Gasphase 22 zerlegt, die eine etwas oberhdb der Löcher 51 der Rohre 41 liegende Trennfläche begrenzen. Da der Abscheider 61 gegenüber dam übrigen Wickelaustauscher unter Druck steht, tritt die Gasphase 22 in die Absinkrohre 41 durch deren obere Enden ein. Die Gasphase wird also in eine Vielzahl von senkrechten Gasfäden in absteigendem Sinne verteilt, die gleichmäßig über

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den Verteilerboden 40 aufgeteilt sind. Die die Absteigrohre 41 durchströmenden Gasfäden vermischen sich mit der Flüssigkeitsphase, die in jedes Rohr 41 durch die Löcher 51 eintritt, und treiben sie in Abstrom iLchtung von dem Boden 40,um eine Vielzahl von Strömungsmittelfäden zu bilden. Die so gebildeten Fäden werden dann aus den Absteigrohren 41 aus deren unteren Enden 44 in einer im wesentlichen senkrechten Richtung -ausgestoßen. Sie vereinigen sich zu einem senkrechten absinkenden homogenen Strom aus Zweiphasenströmungsmittel. Letzterer strömt dann von unten nach oben im Inneren des Mantels 1 und bildet ein Leitungssystem 60 für diesen Strom in den Durchlässen, die zwischen den Rohren and 10 der Wicklung ausgebildet sind. Er tauscht dann seine Wärme mit bestimmten anderen Strömungsmitteln aus, die in den Bündeln 7 bzw. 10 umlaufen. Anschliessend wird er durch Leitung 14 abgezogen.

DJe Einrichtungen gemäß der Erfindung, die die Erzielung eines homogenen und senkrechten Stromes aus Zweiphasenströmungsmittel gestatten, können nicht nur zum Wärmeaustausch zwischen diesem Strom und anderen Strömungsmitteln sondern auch noch allgemeiner jeweils verwendet v/erden, wenn man eine homogene Gas-Flüssigkeitsmischung zu erzielen wünscht.

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Claims (20)

1. Patentansprüche

   / l.Averfahren zur Gewinnung eines homogenen, im wesentlichen ^-—' senkrechten Stromes aus Zweiphasenströmungsmittel, bei dem man auf der Aufstromseite mindestens einer im wesentlichen horizontalen Platte eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase voneinander trennt, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen ersten Teil der Flüssigkeitsphase und mindestens einen ersten Teil der Gasphase gemäß mindestens einer Vielzahl von senkrechten Stromungsmittelfäden der selben Strömungsrichtung zerteilt und gleichmäßig querüber die Platte verteilt und daß man die Vielzahl von Stromungsmittelfäden nach ihrem Durchgang durch diese Platte zu mindestens einem Teil des Stromes vereinigt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen ersten Teil der Gasphase Engs einer Vielzahl von senkrechten Gasfäden derselben Strömungsrichtung zerteilt und gleichmäßig über die Platte verteilt, wobei sie sich mit mindestens einem Teil der flüssigen Phase vermischen und in Abstromrichtung von der Platte unter Bildung einer Vielzahl von Stromungsmittelfäden vorschieben.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Strom sich im aufsteigendem Sinne verlagert, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Platte mindestens einen Teil der abstromseitig von dieser

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   Platte durch die Gasfäden vorwärts geschobenen flüssigen Phase auf der Platte zu einem Flüssigkeitsteich verteilt, der von der Platte zurückgehalten wird, und daß man einen zweiten Teil der Gasphase quer über die Platte und den Teich zu einem anderen Teil des Stromes gleichförmig verteilt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, aß man abstromseitig von der Platte mindestens einen Teil jedes Strömungsmittelfadens in einer im wesentlichen horizontafen Durchschnittsrichtung verteilt und daß diese Richtungen für eine Reihe von benachbarten Strömungsmittelfäden im wesentlichen parallel sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, beidem der Strom sich in absteigendem Sinne verlagert, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase mindestens teilweise auf der Platte zurück · gehalten wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Strom sich in einem absteigendem Sinne verlagert, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase einen von der Platte zurückgehatenen ersten Flüssigkeitsteich bildet, man mindestens einen ersten Teil der Gasphase und mindestens einen ersten Teil der Flüssigkeitsphase in eine Vielzahl von Flüssigkeitsfäden bzv/. eine Vielzahl von Gasfäden aufteilt, die in derselben Rich*r tung senkrecht verlaufen und gleichförmig über die Platte

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   zertelt sind und daß man die Vielzahl von Flüssigkeitsfäden und die Vielzahl von Gasfäden nach ihrem Durchgang durch die Platte bzw. Durchgang durch die Platte und den ersten Flüssigkeitsteich zu mindestens einem Teil des Stromes vereinigt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man durch eine andere im wesentlichen horizontale Platte mindestens einen Teil der für diese Platte verteilten flüssigen Phase in Form der Flüssigkeitsfäden schickt und daß man den Druck der Gasphase aufstromseitig von der Platte und den Druck der Gasphase zwischen den beiden Platten im wesentlichen ausgleicht, wobei die Gasfäden auch die andere Platte durchsetzen.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem längsgestreckten Mantel, einem Verteiler für ein^ -. ZweiptSBenströmungsmittel, der eine sich im Inneren des Mantels bis zu dessen Wand erstreckende Platte aufweist, wobei der zu einer Seite dieser Platte gelegene Teil des Mantels ein Leitungssystem für einen Strom des Zweipteenströmungsmittels bildet und der auf der anderen Seite der Platte gelegene Teil des Mantels und die Platte gemeinsam einen Abscheider für die Gas- und Flüssigkeitsphasen des Zweiphasenströmungsmittels bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler außerdem eine Vielzahl von gleichmäßig in der Platte verteilten Längsleitungen aufweist, von denen ein Teil auf der AufStromseite und ein anderer Teil auf der Abstromseite in den Abscheider

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   bzw. in das Leitungssystem münden und daß die Platte gege- " benenfalls mehrere regelmäßig in ihr verteilte Kanäle besitzt, welche das Leitungssystem und den Abscheider miteinander verbinden.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufstromseitigen Enden der Leitungen, die in dem Abscheider liegen, im wesentlichen auf mindestens einer glei- r chen Querebene liegen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aufstromseitige Teil jeder Leitung mindestens einen seitlichen Einlaß besitzt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse der Leitungen zwischen der Querebene und einer zweiten zu dieser im wesentlichen parallelen Ebene liegen.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aufstromseitigen Enden der Leitungen mehrere Querebenen defMe~ren, in denen di'e Seitungen gleichmäßig verteilt sind,
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das abstromseitige Ende jeder Leitung, das in dem Leitungssystem liegt, mindestens teilweise verschlossen ist und daß der abstromseitige Teil jsder Leitung mindestens eine seitliche Lochung besitzt.

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14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aufstromseitige Teil jeder Leitung eine größere Länge hat als der abstromseitige Teil der selben Leitung.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aufstromseitige Teil jeder Leitung mindestens einen seitlichen Einlaß in der Nähe der Platte besitzt.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler eine andere sich im Inneren des Mantels bis zu diesem erstreckende Platte nahe der ersten Platte besitzt, die auf der Seite des Leitungssystemes liegt, wobei die beiden Platten durch gleichmäßig verteilte Kanäle gelocht sind, und daß der Verteiler andere Leitungen aufweist, die den Abscheider lediglich mit dem Raum zwischen den beiden Platten in Verbindung setzt.'
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einem Wärmeaustauscher zwischen dem Zweiphasenströmungsmittel und mindestens einem anderen Strömungsmittel, der außerdem mehrere gewickelte Rohre im Inneren des Mantels aufweist, deren beide Enden mit einem Zuteiler bfzw. einem Sammler für das andere Strömungsmittel in Verbindung stehen und die zwischen sich Durchlässe bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelrohre in dem Teil des Mantels angeordnet sind, der ein Leitungssystem für einen Strom des Zweiphasenströmungsmittels bildet.

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18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14 und 17 mit senkrechter Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler in dem unteren Teil des Mantels oberhalb der Wickelrohre angeordnet ist und die Platte horizontal liegt.
19. . Vorrichtung nach Anspruch 14 und 17 mit senkrechter Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler in dem oberen Teil des Mantels oberhalb der Wickelrohre angeordnet ist und die Platte horizontal liegt.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 17 in senkrechter Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler in dem oberen Teil des Mantels obertelb dei^Cfickelrohre angeordnet ist, und die beiden Platten horizontal liegen.

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