DE2133792C3

DE2133792C3 - Verfahren zur Gewinnung eines homogenen Stromes eines zweiphasigen Gemisches und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2133792C3
Application number: DE2133792A
Authority: DE
Inventors: Joseph Paris Gauberthier
Original assignee: Francaise dEtudes et de Construction Technip SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Francaise dEtudes et de Construction Technip SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1970-07-09
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1981-12-24
Also published as: NL7109368A; GB1363726A; NL168611C; FR2096802A1; DE2133792A1; AU466076B2; US3754381A; CA956300A; AU3859272A; DE2133792B2; NL168611B; FR2096802B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines gut homogenisierten Stromes eines zweiphasigen Gemisches Flüssigkeit/Gas und bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Die Vorrichtung ist dabei mit einer quer zur Flußrichtung durch das Gefäß verlaufenden perforierten Platte versehen, auf deren einer Seite ein heterogenes Zweiphasengemisch zugeführt und in eine Gasphase und eine flüssige Phase getrennt wird, wobei d'e Perforationen zur Schaffung des homogenen Zweiphasenflusses in dem Gefäß vorgesehen sind.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere ein Wärmetauscher sein, und es gibt Ausführungsformen, bei welchen der gewünschte homogene Strom im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist, wie nachfolgend noch erwähnt wird.

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

fi5 geschlossenen Kaskadenzyklus verflüssigt, kühlt man das Naturgas progressiv unter Durchleitung durch mehrere aufeinanderfolgende Austauscher, in denen der Wärmeaustausch im Gegenstrom mit einem zweiphasi-

gen Strömungsmittel unter niedrigem Druck im Zustand der Verdampfung vor sich geht, wobei die zwei Phasen aus einer flüssigen und einer Dampfphase bestehen. 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 kai.n der Aufbau des gewickelten Austauschers folgender sein:

Im Inneren eines in einer senkrechen Richtung gestreckten Gefäßes 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 gewickelten Rohre weisen unter sich eine gewisse Anzahl von Durchlässen auf. Der Verteiler für das zweiphasige Strömungsmittel besitzt eine Lochplatte, die sich horizontal im Inneren bis zu der Umhüllung oberhalb der gewickelten Rohre erstreckt. Die horizontale Lochplatte unterteilt das Gefäß in einen auf der Seite der gewickelten Rohre liegende« Teil, der ein Leitungssystem für einen homogenen Strom des zweiphasigen Strömungsmittels bildet, das in den zwischen den Wickelrohren 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 Austauschers von der vorstehend beschriebenen Bauweise dadurch abweichen, daß die horizontale Lochplatte unterhalb der gewickelten Rohre angeordnet ist und daß der Abscheider außerhalb des Austauscher 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 Bauweise das zweiphasige Strömungsmittel, das von einem anderen Teil der Anlage kommt, zu der der Austauscher gehört, im allgemeinen in Form von durch Gastaschen getrennten Flüssigkeitsbündeln, in den Abscheider eingeführt und in seine flüssige und seine Gasphase zerlegt. Bei aufsteigendem Umlauf wird die flüssige Phase auf der Lochplatte wieder aufgeteilt, die unterhalb der Wickelrohre liegt, und man lenkt die Gasphase unter die Lochplatte. Man verteilt sie gleichförmig quer zur flüssigen Phase, die von der Lochplatte zurückgehalten wird. Bei einem absteigenden Umlauf wird die flüssige Phase, die auf der oberhalb der Wickelrohre liegenden Lochplatte wieder aufgeteilt und darauf zurückgehalten 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, d. h. einen Zweiphasenstrom, bei dem die Flüssigkeitsphase gleichförmig in der Gasphase verteilt ist oder umgekehrt. Bei Wickelaustauschern 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 in- vesentlichen auf der Tatsache beruht, daß die fl ssige Phase niemals gleichförmig über die horizontale Lochplatte aufgelegt wird, die oberhalb oder unterhalb der Wickelrohre des Austauschers liegt.

Diese heterogenen Aufteilung einer Phase des Zweiphasenstromes in der anderen Phase dieses Strömungsmittels ist nachteilig für die richtige Arbeitsweise eines Wickelaustauschers. Wenn man nämlich in 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 .hermisches Ungleichgewicht des Austauschers. Wenn das in den Austauscherrohren umlaufende Strömungsmittel ein Gas-Dampfgemisch aus reinen Stoffen im Zustand der Kondensation ist, erhält man am Ausgang des Austauschers kondensierte Fraktionen von verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Zusammensetzung?. - Berechnet und bemißi man darüber hinaus die von der Erfindung vorgesehenen Wickelaustauscher, so werden die Austauschdiagramme, Austauschkoeffizienten und Druckgefälle dadurch geschätzt, daß man annimmt, das Zweiphasenströmungsmittel werde in homogener Weise verteilt Es ist also zwingend, diese homogene Verteilung bei der Arbeitsweise des gewickelten Austauschers zu erzielen, um die bei der Konzeption des Austauschers vorgesehenen Leistungen zu erreichen.

Zur Durchführung des eingangs erwähnten Verfahrens ist eine Vorrichtung aus der US-PS 3158 010 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung hat nicht die gewünschten Ergebnisse gebracht. Der bekannte Austauscher mit einer in einem länglichen, in senkrechter Richtung angeordneten Gefäß vorgesehene Wicklung erlaubt zwar den Wärmeaustausch zwischen einem Zweiphasenfließmittel, welches von oben nach unten innerhalb des Gefäßes zirkuliert, und einem anderen, von unten nach oben strömenden Fließmittel. Die flüssige Phase wird aber durch Schwerkraft durch die perforierte Platte verteilt, und die Gasphase wird durch direktes Einführen in das Gefäß verteilt, wobei sie sich mehr oder weniger gut unterhalb der perforierten Platte mit der flüssigen Phase vermischen kann, die quer durch diese Platte rieselt. Mit Nachteil ist es bei dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich, ein homogenes Zweiphasengemisch der gewünschten Art zu erhalten. Stattdessen erreicht man zwei parallele, getrennte

so Umläufe der flüssigen und der Gasphase. Außerdem ist das Volumen des bekannten Austauschers beschränkt. Wäre dieser Austauscher sehr groß, dann bliebe der Umlauf der Gasphase im wesentlichen auf den Umfang des Oefäßes beschränkt, die mittleren Rohre des Austauschers würden unter ganz anderen Bedingungen arbeiten als die äußeren Rohre, und der Gosamtwirkungsgrad der Apparatur würde erheblich sinken.

Auch aus der FR-PS 13 51 75 ist ein Wärmetauscher beschrieben, in welchem eine gleichmäßige Verteilung einer Austauscherfiiissigkeit gewährleistet wird. Diese wird in senkrechten Rohren von unten nach oben bewegt, wobei diese Rohre völlig durch den Austauscher hindurchgehen. Das zweiphasige Fließmittel wird im unteren Teil des Austauschers unter einer Platte herangeführt, die im unteren Teil des Austauschers eine Trennkammer zwischen flüssiger und gasförmiger Phase begrenzt. Im bekannten Falle handelt es sich darum, einen Durchsatz 711 erhalten, der im

chen gleich der flüssigen Phase ist, und zwar in den verschiedenen senkrechten Rohren des Austauschers und folglich unabhängig von dem möglicherweise schwankenden Durchsatz des zweiphasigen Fließmittels, das am Eingang des Austauschers aufgenommen wird. Auch wird das Gefäß des Austauschers durch ein anderes Fließmittel bespült.

Dagegen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem auch bei großen Mengen, insbesondere Vorrichtungen mit großen Volumina, gut homogenisierte Ströme eines zweiphasigen Gemisches Flüssigkeit/Gas, insbesondere im Inneren eines großvolumigen Wärmetauschers, gewonnen werden können.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man zum Durchfließen eines Gefäßes großen Volumens zunächst das heterogene Zweiphasengemisch bei seinem Eintritt in das Gefäß in

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aufsteigendem Umlauf des homogenen Zweiphasenstromes ergibt sich mit Vorteil auch die Möglichkeit der Selbstregulierung der Vorrichtung, wodurch sich kleine, augenblickliche Niveauschwankungen der flüssigen Phase in dem Trenngefäß beheben lassen. Dies beruht auch auf der Trägheit der Vorrichtung, die deran ausgeführt ist, daß die Oberfläche der Flüssigkeit des Trenngefäßes bewegende Wellen ohne Einfluß auf die Flüssigkeitsverteilung über die ganze Fläche des Verteilers sind. Auch ergibt sich eine sehr anpassungsfähige Funktion. Dies gestattet die Behebung erheblicher Schwankungen in der Zeit und Strömungsmenge des Zweiphasenstromes (beispielsweise im Betrieb der Anlage bei 50% ihrer Nennleistung). Bei einer Vorrichtung mit aufsteigendem Umlauf des Zweiphasenstromes, wenn die Anlage mit 70% ihrer Nennleistung arbeitet, steigt somit die flüssige Phase niemals in das Trenngefäß auf eine solche Höhe, daß die Geschwindigkeit der abgetrennten Gasphase ausrei r*V*t*r\A knnh it.'ii-A um iinmillotkor A ι ο Π,,ρ^ίι*» Pk^rn

ausgehend von mindestens einer Fraktion der Gasphase, mehrere Gasfäden im wesentlichen in Richtung des Stromes und im wesentlichen über den ganzen Querschnitt des Flusses schafft, daß man in jeden geschaffenen einzelnen Gasfaden kleine Mengen der flüssigen Phase einspritzt, die in den Fäden mitgenommen werden, und daß man dann alle diese zweiphasigen Fäden zur Bildung einer gut homogenisierten zweiphasigen Gemischströmung vereinigt.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden getrennten Phasen aufstromig der Platte gesammelt werden und eine Reihe von kurzen Rohren durch die Platte hindurchgeht und die Grenze zwischen den Phasen durchdringt, daß die Rohre auf dem Querschnitt des Strömungsflusses durch das Gefäß verteilt sind und daß die Rohre Öffnungen aufweisen, von denen für den Durchgang der Gasphase und für den gleichzeitigen Antrieb gewisser Mengen der in diese Rohre angesaugten flüssigen Phase mindestens eine aufstromig von der Platte und mindestens eine andere abstromig von der Platte münden.

Unter »Strömungsfaden« ist jeder gasförmige oder flüssige Faden zu verstehen und ebenso ein solcher, der aus einem homogenen Gemisch einer Flüssigkeit und eines Gases besteht. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchendes Patentbegehrens.

Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung ist es also möglich, die flüssige Phase und die Gasphase des Zweiphasenstromes in gleichmäßiger und homogener Weise abstromseitig von einer Verteilungsplatte einer Vorrichtung zu verteilen. Besonders gestattet die Erfindung, 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 Wärmetauschers, 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 aufrechterhält, wenn der Strom im Inneren des Austauschermantels in den zwischen den Wickelrohren vorgesehenen Durchlässen umläuft.

Durch die eriindüngsgemäß ausgestaltete Vorrichtung erhält man eine sehr beständige Betriebsweise. Bei mitzureißen.

Erfindungsgemäß wird mit kleinen Druckverlusten gearbeitet. 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 werder "\ls dem Durchgang der Flüssigkeit allein in den Leitungen des Verteilers entspricht.

Durch die gute homogene Verteilung der Zweiphasenfließmittelströmung durch das Gefäß auf dem ganzen Wärmetauscherabschniti erreicht man auch bei Austauschern mit großem Volumen, d. h. großem Durchtrittsbereich, einen guten Wirkungsgrad. Der Austauscher gemäß der Erfindung kann also auch mit sehr großen Durchsatzmengen des Zweiphasenfließmittels arbeiten.

Die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gebildeten vielen Gasfäden liegen im wesentlichen in Strömungsrichtung und befinden sich auf der gesamten Oberfläche des Fließmittels. In diese Gasfäden werden dann kleine Mengen der flüssigen Phase, die man mitführen will, eingespritzt. Danach werden alle diese zweiphasigen Fäden wieder zur Bildung des gut homogenisierten zweiphasigen Gemischstromes auf der ganzen Oberfläche des Fließmittels vereinigt. Man kann die zweiphasigen Fäden nach ihrer Bildung auch senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung ablenken, ohne die Homogenität des Zweiphasengemisches zu beeinträchtigen.

Aus der eingangs erwähnten (US-PS) bek. inten Vorrichtung !st zwar schon die Anordnung einer Reihe von kurzen Rohren bekannt, welche durch die Platte hindurchgehen und mit Öffnungen versehen sind, die auf beiden Seiten der Platte münden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist aber aufstromig von der Platte Einrichtungen zum Trennen der heterogenen Strömung der Flüssigkeit/Gas in eine Gasphase und eine flüssige Phase auf, die unterschiedlich sind. Die kurzen Rohre stellen die Verteilung der Gasphase und der flüssigen Phase in regulierter oder gleichmäßiger Weise über die ganze Oberfläche der Apparatur sicher, und zwar unabhängig von der Größe bzw. Bemessung derselben. In jedem Rohr wird die Bildung des homogenen Gemisches der flüssigen und der Gasphase sichergestellt Am Ausgang der Rohre ist bei geringem Abstand aufstromig von der Platte ein gleichmäßiger, homogeni-

sierter Strom der flüssigen und der Gasphase sichergestellt, welche quer durch den Austauscher hindurchgehen, und dies auf der ganzen Oberfläche der Strömung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den anderen Unicranspr.ichen

Nachstehend werden nunmehr einige besonders bevorzugte Ausführungsformen der F.rfindimg mit aufsteigendem und absteigendem Umlauf des Zweipha sen;. ümungsmittcls unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

F-i g. I zeigt im Schnitt den unteren Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung von Ier An eines Wärmeaustauschers im Betrieb. Die Vorrichtung enthält einen Verteiler, der gestaltet, im Austauscher einen homogenen Strom eines Zweiphasenmittcls von unten nach oben umlaufen zu lassen.

F-' i g. 2 zeigt im senkrechten Schnitt den oberen Teil der in F- i g. 1 dargestellten Vorrichtung.

F-" i g. 3 zeigt in einen unterbrochenen senkrechten

Schnitt pinpn Tpil Ho^ in I i j 1 (Jurtjpclpjltpn Verteiler*· und insbesondere den Aufbau, der aus zwei oberen Krcisringen. einem unteren Haltering und zwei Steigrohren gebildet wird.

F" i g. 4 zeigt perspektivisch einen Teil des in Fig I wiedergegebenen Verteilers und insbesondere den Aufbau der aus einem oberen Kreisring, zwei unteren Halteringcn. zwei Steigrohren und einem zu der Wicklung des Wickelaustauschers gehörenden Rohr besteht.

F i g. 5 zeigt verschiedene Steigrohre nach der Erfindung.

F g. 6 zeigt teilweise senkrecht geschnittenen einen anderen Verteiler, der im unteren Teil einer Vorrichtung nach Fig.l und 2 angeordnet ist.

F ι g. 7 zeigt teilweise senkrecht geschnitten einen anderen Verteiler, der im unteren Teil einer Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 angeordnet ist.

Fig. 8 zeigt mehrere F-unktionskurven eines Verteilers für einen aufsteigenden homogenen Strom eines Zweiphasenmittcls. wobei die durch ein Steigrohr gehende Flüssigkeitsmenge als Funktion der Höhe des freien Schlitzes für gegebene Druckverluste ausgedrückt ist.

F i g. 9 zeigt andere Funktionskurven eines Verteilers für einen aufsteigenden homogenen Strom eines Zweiphasenmittels, bei denen in den Steigrohren bzw. der Verteilerplatte strömende Gasmenge als Funktion von Druckverlusten für mehrere Betriebsläufe der Vorrichtung ausgedrückt ist.

Fig. 10 zeigt im senkrechten Schnitt den unteren Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung von der Art eines Wärmeaustauschers im Betrieb, der ein homogenes Zweiphusenströmungsmittel im Austauscher von oben nach unten umlaufen läßt.

F i g. 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 F i g. 11 dargestellten Verteilers.

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

Der in F i g. 1 bis 4 wiedergegebene Wickelaustauscher gestattet einen Wärmeaustausch zwischen einem auf der Hüllenseite von unten nach oben umlaufenden homogenen Zweiphasenströmungsmittel und zwei anderen Strömungsmitteln zu bewirken, die %'on ober·, nach unten in zwei Rohrbündein der Wicklung umlaufen. Der Austauscher weist eine Verteilungsvorrichtung für das Zweiphasenmittel nach der Erfindung auf.

Dieser Austauscher besitzt einen Mantel oder einen Zylinderrolle I. die in senkrechter Richtung gestreckt isl, 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 Austausche« ,ingeordnet. Ein erstes fiündel der Rohre 7. von denen ,ms Gründen der Klarheit in Fig.l und 2 nur ein einziges dargestellt ist. ist schneckenförmig um den Kern 2 im Inneren des Mantels I gewickelt, ledes Rohr 7 ist dicht mit seinein 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 an den beiden Enden des Kerns 2 angebracht, und ihre Mittelpunkte fallen mit der Achse de«. Miinlpk I oilrr Hrs Korns 2 zusammen. Ein /weites Hündel von Rohren 10. von denen wiederum in F i g. 1 und 2 nur eines dargestellt ist, ist schneckenförmig um den Kern 2 gewickelt. Die Rohrbündel 7 und IO 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 seinem unteren Ende mit der Kugel 9 in offener Verbindung. Die Dichtheit des Wickelaustauschers erhält man durch zwei im wesentlichen zylindrische Hülsen 11 und 12 von größerem Durchmesser als der Mantel I. 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 dem Sammler 4 angeschlossen. Zwei am unteren bzw. oberen Ende des Austauschers angeordnete Leitungen 13 und 14 dienen zur Speisung und Abführung des Zweiphasenströmungsmittels. Die Leitungen 15 und 16 dienen zur Speisung bzw. Abführung des Strömungsmittels, das in dem ersten Rohrbündel 7 der Austauscherwicklun^. 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.l und 2 wird nicht näher beschrieben. Lediglich der untere Teil des Austauschers mit einer Verteilungseinrichtung für das Zweiphasenmittel gemäß der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig.l. 3 und 4 beschrieben. Dieser Verteiler weist eine ringförmige Verteilerplatte t9 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.

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. abstromseitigerTei! jedes Rohres 20 mündet in den Abscheider 61 bzw. in das Leitungssystem 60. Ihre unteren oder aufstrornseitigep. 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 ab. Die obere horizontale Ebene befindet sich oberhalb der Platte 19 und die untere horizontale 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 Flachen des aufstromseitigen Teiles jedes hexagonalen Steigrohres 20 sind mit Mehrfacheinlässen 23 ausgerüstet, die senkrech¹, 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 is 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.

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aus dicht 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. |eues Rohr 20 ist in zwei koaxialen hexagonalen Löchern geführt, die quer durch den oberen Flansch 28 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. zweiten Rohrbündel der Wicklung gehört, wird durch Eingriff in Kerben 30 bzw. 31 ortsfest gehalten, die zu diesem Zweck in den oberen 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 Zweipnasenmittel bildet, ist zum Teil durch das verschiedene Spiel der Platte 19 infolge der Konstruktion gewährleistet: Spiel zwischen Kern 2 und erstem Kreisring, Spiel zwischen den Kreisringen 26, Spiel zwischen dem letzten Kreisring und dem Mantel I, Spiel zwischen den Kerben 30 und 31 und den Rohren 7 und 10 der Wicklung unc 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 unteren und oberen Flansche 29 und 28 bildet somit die Verteilerlochplatte 19.

Gegebenenfalls werden die Steigrohre 20 und die Rohre 7 und 10 in ihrer unteren Stellung mittels unteren Halteringen gehalten. Zwei aufeinanderfolgende Ringwülste 34 umschließen denselben Bereich von Steigrohren 20 und Wicklungsrohren 7 und 10 des Austauschers. Diese Gurte sind miteinander mittels nicht dargestellter Nieten zwischen den Rohren 20 befestigt. Der Gesamtaufbau dieser Kreisringe 34 setzt dem Fluß jedes Strömungsmittels, 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 Flanschen 28 und 29 jedes Kreisringes gebohrten hexagonalen Löcher definierten Sitz gehalten. Die von den Mittelpunkten der gegenüberliegenden kreisförmigen Bohrlöcher 25 in jedem Rohr 20 definierte Achse bildet einen konstanten Winkel zu dem Radius senkrecht zur Kernpchse, der durch den Mittelpunkt eines der hexagonalen Löcher geht. Für eine Reihe von aneinandergrenzenden Steigrohren 20 ¹St 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 F i g. 4).

Im Betrieb trifft das Zweiphasenströmungsmittel durch Leitung 13 in den Abscheider 61 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.

Da der Abscheider 61 gegenüber dem Rest des Wickelaustauschers unter Druck steht, tritt ein crsUr Teil der Gasphase 22 in die Steigrohre 20 durch die vimi flüssiger Phase 21 freiliegenden Schlitze 23 ein. Dieser

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 Verteilerplatte 19. um eine Mehrzahl von Strömungsmittelfäden zu bilden. 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. Ein 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 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 F i g. 2, 3 und 4 beschrieben wurde, stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar. Andere Abwandlungen sind ausgeführt worden.

Verschiedene Steigrohrformen gemäß F i g. 5 wurden angefertigt Nach F i g. 5a besitzen die Steigrohre an ihrem unteren Teil keinerlei Seitenöffnung, Einlaß oder Schlitz, und sie sind in einer horizontalen Ebene angeordnet die nahe oberhalb der Gas-Flüssigkeitsgrenzfläche in dem Abscheider 61 liegt.

Nach F i g. 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 vom unteren Ende erstrecken.

Nach F i g. 5d sind die Rohre zylindrisch und besitzen

ebenfpfls zwei senkrechte Schlitze 37. Verschiedene Abänderungen dieser Rohre bestehen in der Anzahl der Schlitze (ein Schlitz, zwei gegenüberliegende Schulze, vier gegeneinander um Winke! von 90° versetzte Schlitze) oder in ihrer Weite. ϊ

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung haben die Steigrohre 20 verschiedene Längen, was der aufsteigenden Verteilungseinrichtung eine größere Betriebsanpassungsfähigkeit gibt. Gemäß F i g. 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 P₀, während ihre unteren Enden in drei horizontalen Ebenen P], Pi, P] liegen, in denen die Leitungen gleichmäßig verteilt sind. Durch eine π geeignete Verteilung dieser verschiedenen Rohre ist es möglich, eine verbesserte Anpassungsfähigkeit insbesondere beim Anlaufen und Abstellen einer Anlage zu erreichen, in die ein Wickelauslauscher der vorstehend

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt die V urteilerplatte 19 keine Löcher 32 oder 33 und ist daher im wesentlichen gasdicht. Gemäß F i g. 7 haben die Steigrohre 20 identische untere Enden wie die vorstehend erläuterten Steigrohre. Dagegen sind die J". oberen Enden offen und besitzen keine Abzugsöffnung 25. Im Betrieb kann sich die von den Gasfäden mitgenommene flüssige Phase auf der Platte bis /u einem Niveau ansammeln, das der durch die oberen Enden der Rohre 20 bestimmte·! waagerechten Ebene )< > entspricht. Dann wird die Flüssigkeit mitgenommen und vereinigt sich mit der homogenen Gas-Flüssigkeitsmischung, die senkrecht von den Steigrohren 20 abgeführt wird, um einen homogenen Zweiphasenstrom zu bilden.

Beispielsweise hat ein Wickelaustauscher gemäß i"> Fig. 1 bis 4 von 4160m² Austauschoberfläche eine Gesamtlänge von 12,10 m und einen Zylindermantel von 2,78 m lichter Weite. Er besitzt eine Verteilervorrichtung mit folgenden Kennzeichen:

40

lichte Weiteder Hülse 12:3,20 m

Höhe zwischen der Gas-Flüssigkeitstrennfläche 21 —22 und den unteren Flanschen 29:0,45 m

Außendurchmesser des Kerns: 0,57 m

Gesamtzahl der Rohre 7 und 10:2310 «

Gesamtzahl der Steigrohre 20:4620

Die Steigrohre haben folgende Kennzeichen:

Hexagonalschnitt: 14 bis 16 mm zvischen den

Ebenen w

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 cm³ über die Gesamtheit der oberen Flansche 28 oder unteren Flansche 29 und 39.5 cm- zwischen dem letzten Kreisring und dem Mantel 1.
Lochfläche der oberen oder unteren Trennwand 28 bzw. 29:1580 cm^.

Der Austauscher mit den vorstehenden Kennzeichen ist einer Verflüssigungsanlage für Naturgas zugeordnet. In diesem Fall wird das Naturgas durch Absinken in den Rohrbündeln 10 gekühlt und verflüssigt. Ein kondensierter Gaszykius wird durch Absinken in den Rohrbündeln 7 unterkühlt und dann nach Entspannung in den Abscheider 12 des Wickelaustauschers durch dl·. Leitung 13 eingeführt. Die in den vorstehend erläuterten Austauscher in einer Menge von 324 000 kg/h eingeführte Gas-Flüssigkeitsmischung enthält 29,4 Gew.-% Dampf, wobei die Flüssigkeit und das Gas eine spezifische Masse von 598 kg/m' bzw. 3,02 k»/m^J Iviben. Im Betrieb und bei 100%igem Lauf gehen in einem Steigrohr 20 71 l/min 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 Kurvenschare erläutert werden, mit der Maßgabe, daß lTian einen senkrecht aufsteigenden homogenen Strom eines Zweiphasenströmungsmittels erhält.

Gemäß F i g. 8 kann man für jedes Steigrohr Kurven niederlegen, die die Flüssigkeitsströmungsmenge Q]

nicht von Flüssigkeit überspülten Schlitzhöhe H bei wachsender. Druckgefällen ΔP], AP^, APs bei einem gegebenen Betriebsdruck befördert wird.

Gemäß F i g. 9 kann man ein gleiches Diagramm erstellen, worin die Kurven die Gasströmungsmenge q, (gestrichelte Kurven), die durch jedes Steigrohr streicht, als Funktion des Druckgefälles Ah je Steigrohr und die Gasströmungsmenge Q₁ (voll ausgezogene Kurven), die durch die Lochplatte 19 geht, als Funktion des Druckgefälles AH in dieser Platte, für wachsende Prozentsätze au a?, as der nominellen Strömungsmenge des in den Abscheider 61 gelangenden Zweiphasenmittels wiedergeben.

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

Gemäß dem rechten Teil der Kurve der F i g. 8 entsprechend beispielsweise einem Druckgefälle APi schwankt die Flüssigkeitsströmungsmenge wenig als Funktion der Schlitzhöhe. Dies gestattet somit, sich von kleinen Fertigungstoleranzen für die Schlitzhöhen freizumachen und eine große Fertigungselastizität zu erlangen. Wenn beispielsweise das abgetrenn'e und homogen verteilte Gas-Flüssigkeitsgemisch aus 50 Vol.-% Äthan und 50 Vol.-% Propan im thermodynamischen Gleichgewicht bei 5 ata bei einem Druckgefälle 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 Flüssigkeitsmenge liefern, und man erhält damit eine gleichförmige Aufteilung der Flüssigkeit über die Lochplatte 19 und eine homogene Verteilung der Flüssigkeitsphase in der Gasphase auf der Abstromseite des Verteilers.

Gemäß den rechten Teilen der Kurven JPi. APi. AP₁ und APt entspricht jede Verminderung der freien Schlitzhöhe eines Steigrohres einer Erhöhung der Flüssigkeitsströmungsmenge. die durch ein Steigrohr geht. Jede Niveauerhöhung der Flüssigkeit in dem 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 Kurven Δ P₁, A P₂. Δ Pi usw. befindet.

Gemäß den Kurven der F i g. 9 ist der Funktionspunkt der Vorrichtung durch den Schnittpunkt der Kurven q_t = f(Ah)und Qy = f(A H) für einen gegebenen Prozentsatz der nominellen Strömungsmenge definiert Diese Schnittpunkte befinden sich beispielsweise bei A, Sund C Für einen Funktionspunkt, der zwischen Cund öliegt, ist die Funktion von der Art mit Stoßen (type avec a-coups); die Betriebsweise ist bei A stabil.

Bei einem Gas-Flüssigkeitsgemisch, dessen spezifische Gas- und Flüssigkeitsmassen 8,24 kg/m³ bzw. 597 kg/m³ 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 Arbeitsbereich der Anlage und damit eine große Funktionsanpassungsfähigkeit 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 und zwei 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 Zweiphasenmittel.

Der in Fig. 10 und 11 dargestellte Austauscher hat „•inen ähnlichen Aufbau wie der Austauscher nach F i g. I und 2. Infolgedtssen ist er nicht näher beschrieben, weil für die Bezeichnung der Fig. 10 und 11 die schon in Fig. 1 und 2 anzutreffenden Bauteile dieselben Bezugszahlen haben, die schon benutzt worden sind. Anhand von F i g. 11 und 12 ist lediglich der obere Teil des Austauschers mit einer Verteilungseinrichtung für das Zweiphasenströmungsmittel beschrieben.

Dieser Verteiler besitzt einen ringförmigen Verteilungsboden 40. der sich horizontal im Inneren des Mantels 1 von diesem bis zum Kern 2 erstreckt. Der Boden 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 umschließt, und in einen oberen Teil, der mit diesem Boden 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 Leitungen von hexagonalem Querschnitt, von denen nur einige in F i g. 11 und 12 dargestellt sind, sind gleichförmig in dem Boden 40 verteilt. Diese durchsetzen den Boden 40, und ein oberer oder aufstromseitiger Teil und ein unterer oder abstromseitiger Teil jedes Rohres 41 mündet in ilen Abscheider 61 bzw. in das Leitungssystem 60. Die unteren und oberen Rohrenden 44 bzw. 43 bestimmen je eine Hori/.ontalcbcnc. Die obere Horizonlalebenc liegt iMwas oberhalb des Bodens 40 und die untere Hnri/oMtalebcne sehr dicht unterhalb des Bodens 40. lfdes He\agonalrohr 41 ist an seinem oberen Ende mil einem senkrechten Schiit/ 45 von geringer Höhe versehen, die sich von jeder Oberkante 43 erstreckt. Die unteren Enden der Schlitze 45 begrenzen eine im wesentlichen horizontale Ebene. Die Rohre 41 sind an beiden Enden offen.

In derselben Weise wie vorstehend beschrieben besteht der Verteilerboden 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 id Kreisringe 47, die den oben beschriebenen Kreisringen 26 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 Ii Abscheider 61 in ihrer Lage festgehalten. Jedes Rohr 7 oder 10, das zu dem ersten oder dem zweiten Rohrbündel der Wicklung gehört, 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 Kreisringe sind untereinander mitteis Nieten durch Vermittlung der hexagonalen Rohre 4ί befestig!.

Die Strömungsverbindung zwischen dem Abscheider 61 und dem Mantel I₁ die ein Leitungssystem 60 für das homogene Zweiphasenmittel bildet, wird wie im vorhergehenden Fall durch die verschiedenen Spiele des Bodens 40 zum Teil gewährleistet, die sich aus der Konstruktion ergeben. Eine zusätzliche Strömungsverbindung erreicht man durch regelmäßig verteilte Löcher w 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 α Mantels von dem Kern 2 bis zum Mantel 1 horizontal 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 den Boden 40. Sie haben dieselbe Länge wie die Rohre 41.

und ihre oberen und unteren Enden liegen in denselben Ebenen wie die oberen Enden der Rohre 41 bzw. deren untere Enden. Die Rohre 42 sind an ihrem unteren Ende 44 im wesentlichen verschlossen und an ihrem oberen Ende 43 offen. Die oberen und unteren Flansche 48 und 49 sind mit den für den Durchgang der Rohre 42 erforderlichen Löchern 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 Zweiphasenmi'tel 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

ho Trennfläche oberhalb des Bodens 40 aber unterhalb der Schlitze 45 der Rohre 41 liegt. Die aufstromseitig von der oberen Lochplatte 65 abgeschiedene flüssige Phase 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 Flüssigkeitsteich, die obere Platte 65 und die andere untere Platte 66 gleichförmig verteilt, die durch die unteren Flansche 49 der Zylinderringe 47 bestimmt ist. Gleichzeitig ergießt sich die von der oberen Lochplatte 66 zurückgehaltene flüssige Phase durch die Kanäle 50 unter Schwerkraft, weil 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 eine 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 Flüssigkeitsfäden, 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 10 der Wicklung. Das Zweiphasenmittel tauscht also seine Wärme mit den getrennten Strömungsmitteln aus, die in den Bündeln 7 und 10 fließen. Es wird durch die Leitung 14 abgezogen.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform gestattet aus folgenden Gründen die Erzielung einer sehr gleichförmigen Verteilung der Flüssigkeits- und Gasphase des Zweiphasenströmungsmittels. 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 gesammelte 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 800m² 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 12:230 m Außendurchmesser des Kerns: 0,66 m Gesamtanzahl der Rohre 7 und 10:800 Gesamtzahl der Rohre 41:3200 Gesamtzahl der Ausgltichsrohre 44:800

Die Rohre 41 haben folgende Merkmale: Hcxagonalrohre von 14 bis 16 mm 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 Flansch 49.

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

Die Platte 40 hat folgende Merkmale: Clberflutungsf!äche:873 em^; Lochfläche für die untere Platte 66 oder die obere Platte 65 des Bodens 40:153 cm²

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 ;>Mi dann nach Entspannung in den Abscheider 61 des Wickelaus tauschers 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 100 000 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 Kapazität geht 25 l/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 F i g. 13 abgewandelt werden. Demnach besitzen die untere Platte 66 (Flansche 49) und die obere Platte 65 (Flansche 48) des Bodens 40 keine Lochung. Außerdem sind die Ausgleichsrohre 42 fortgelassen. Die Rohre 41 sind mit seitlichen Lochungen oder öffnungen 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 Fi g. 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 oberhalb der Löcher 51 der Rohre 41 liegende Trennfläche begrenzen. Da der Abscheider 61 gegenüber dem übrigen Wickelaustauscher unter Druck steht, tritt die Gasphase 22 in die Absinkrohre 41 durch deren obere Enden 43 ein. Die Gasphase wird also in eine Vielzahl von senkrechten Gasfäden in absteigendem Sinne verteilt, die gleichmäßig über den Verteilerboden 40 aufgeteilt sind. Die die Absteigrohre 41 durchströmenden Gasfäden vermischen sich mit der Flüssigkeitsphase, die iii jedes Rohr 41 durch die Löcher 51 eintritt, und treiben sie in Abstromrichtung von dem Boden 40, um eine Vielzahl von Strömungsmittelfäden zu bilden. Die so gebildeten Fäden werden dann aus den Absteigrohren 4J 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, der ein Leitungssystem 60 für diesen Strom bildet, in den Durchlässen, die zwischen den

Rohren 7 und 10 der Wicklung ausgebildet sind. Er tauscht dann seine Wärme mit bestimmten anderen Strömungsmitteln aus, die in den Bündeln 7 bzw. iO umlaufen. Anschließend wird er durch Leitung 14 abgezogen.

Die 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 werden, wenn man eine homogene Gas-Flüssigkeitsmischung zu erzielen wünscht

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung eines gut homogenisierten Stromes eines zweiphasigen Gemisches Flüssigkeit/Gas, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Durchfließen eines Gefäßes großen Volumens zunächst das heterogene Zweiphasengemisch bei seinem Eintritt in das Gefäß in eine flüssige Phase und eine Gasphase trennt, man dann, ausgehend von mindestens einer Fraktion der Gasphase, mehrere Gasfäden im wesentlichen in Richtung des Stromes und im wesentlichen über den ganzen Querschnitt des Flusses schafft, daß man in jeden geschaffenen einzelnen Gasfaden kleine Menge der flüssigen Phase einspritzt, die in den Fäden mitgenommen werden, und daß man dann alle diese zweiphasigen Fäden zur Bildung einer gut homogenisierten zweiphasigen Gemischströmung vereinigt

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Gasfäden dieselbe, im wesentlichen senkrechte Flußrichtung, sei es von oben nach unten oder von unten nach oben, aufgedrückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man parallel zu den zweiphasigen Fäden, ausgehend von einer zweiten heterogenen zweiphasigen Fraktion des Gemisches, am Eintritt eine gewisse Zweiphasenströmung schafft und daß man nach Schaffung dieser zweiphasigen Fäden diese teilweise im wesentlichen senkrecht zur allgemeinen ^ciußrichtung der Strömung ablenkt und so die Zweiphasenströmung und die zweiphasigen Fäden vereint.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer quer zur Flußrichtung durch das Gefäß verlaufenden perforierten Platte, auf deren einen Seite ein heterogenes Zweiphasengemisch zugeführt und in eine Gasphase und eine flüssige Phase getrennt wird, wobei die Perforationen zur Schaffung des homogenen Zweiphasenflusses in dem Gefäß vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden getrennten Phasen aufstromig der Platte gesammelt werden und eine Reihe von kurzen Rohren (20, 41) durch die Platte hindurchgeht und die Grenze zwischen den Phasen durchdringt, daß die Rohre (20, 41) auf dem Querschnitt des Strömungsflusses durch das Gefäß verteilt sind und daß die Rohre öffnungen aufweisen, von denen für den Durchgang der Gasphase und für den gleichzeitigen Antrieb gewisser Mengen der in diese Rohre angesaugten flüssigen Phase mindestens eine (23, 43, 45) aufstromig von der Platte, und mindestens eine andere (25,44), abstromig von der Platte münden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schlitze oder die Mehrzahl der genannten Öffnungen (23, 45, 46) betreffend einer gewissen Länge dieser Rohre aufstromig von der Platte in den Rohren gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Öffnungen oder Durchgänge (32, 33, 50) in der Platte gebildet und verteilt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (19, 40) eine Doppelplatte mit zwei parallelen Oberflächen (28—29, 48—49) ist, die zwischen sich einen Raum einschließen und sich quer zu den Rohren erstrekken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte aus konzentrischen doppelten Kränzen (26, 47) mit zunehmendem Durchmesser besteht, die passend ineinandergefügt und miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die öffnungen (23,45) aufsiromig von der Platte (19,40) im wesentlichen in ein und derselben Querebene angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Zweipha-

i; senströmung von unten nach oben Austrittsöffnungen (25) abstromig mit geringem Abstand oberhalb der Platte aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (25) stromabwärts von der Platte senkrecht zur allgemeinen Zweiphasenströmung in dem Gefäß ausgerichtet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen vertikaler Zweiphasenströmung von oben nach unten die Rohre mindestens Schlitze oder Öffnungen (43, 45) stromaufwärts von der Platte (40) mit geringem Abstand oberhalb derselben aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis JO 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Rohre (20,41) kleiner als der des Durchganges durch das Gefäß ist und daß letzterer eine erhöhte Anzahl Rohre aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher mit gewickelten Rohren in dem Gefäß angeordnet ist, daß das Gefäß das des Austauschers ist und daß in dem Gefäß die zweiphasige Austauscherstrcmung umläuft.