DE3738727A1 - Waermetauscher - Google Patents
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- F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der als Doppelrohrelement aus
gebildet ist, bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Außen
rohr, dessen Enden mit je einem Sammler verbunden sind, wobei das Innenrohr
vom abzukühlenden Medium durchströmt und durch die Sammler geführt ist,
während das Außenrohr von einem Kühlwasser-Wasserdampf-Gemisch durchströmt
ist und in den Innenraum der Sammler mündet.
Derartige Wärmetauscher (DE-OS 24 12 421) werden für die Kühlung von
Prozeßgasen, insbesondere von Spaltgasen aus der thermischen Spaltung
von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt.
Bei der Herstellung von Äthylen und Propylen stellt die Kühlung der Spalt
gase eine wichtige technologische Stufe des gesamten Produktionsverfahrens
dar. Die Stabilisierung der Spaltprodukte nach dem Spaltprozeß, die für
die Ausbeute von entscheidender Bedeutung ist, kann nur durch eine schnelle
Abkühlung der Spaltgase erfolgen, was hohe Geschwindigkeiten in Gaslei
tungen und im Spaltgaskühler und eine gute Wärmeübertragung über die
Heizfläche voraussetzt.
Bei der Kühlung der Spaltgase entstehen infolge von Kondensation der
siedenden Fraktionen der Kohlenwasserstoffgemische Kokspartikel, die sich
aufgrund der Strömungsturbulenz bei den hohen Gasgeschwindigkeiten und
aufgrund der großen Temperaturgradienten über den Rohrquerschnitt an die
Rohrwand absetzen und die Wärmeabgabe über die Wärmeaustauschfläche be
hindern. Der daraus resultierende Anstieg der Gasaustrittstemperatur be
einflußt das technologische Verfahren negativ und verschlechtert darüber
hinaus die Wärmerückgewinnung des Wärmetauschers.
Die Heizfläche des Wärmetauschers ist üblicherweise so dimensioniert,
daß die technologisch akzeptable Gasaustrittstemperatur noch bei mittel
mäßig verschmutzten Rohren erreicht wird. Nachteilig ist jedoch, daß bei
einer größeren Verschmutzung eine Reinigung des Kühlers erfolgen muß,
was mit einem Produktionsausfall und oft mit erheblichen Kosten verbunden
ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher der eingangs be
schriebenen Art zu schaffen, der es ermöglicht, die Betriebsdauer zwischen
den Reinigungen zu verlängern und die Gasaustrittstemperatur im Lauf eines
Betriebsintervalles annähernd konstant zu halten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Innenrohr des Doppelrohrelements
mit einem koaxial angeordneten Verdrängungskörper versehen ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Verdrängungs
körper zylinderförmig mit strömungsgünstigen Enden und axial verstellbar
ausgebildet ist.
Schließlich wird der Verdrängungskörper durch eine Führungsstange mit
einer extern angeordneten Gewindestange und Antrieb verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich die folgenden Wirkungen
und Vorteile:
- a) Der Verdrängungskörper verkleinert den freien Rohrquerschnitt des mit Spaltgas durchströmten Innenrohres des Wärmetauschers. Die höhere Gas geschwindigkeit und der kleinere hydraulische Durchmesser des Ring spaltes zwischen dem Innenrohr und dem Verdrängungskörper erhöht wesentlich den gasseitigen konvektiven Wärmeübergang. Neben der Wärme übertragung findet infolge der Konvektion in dem Rohrabschnitt, in dem sich der Verdrängungskörper befindet, eine Wärmeübertragung infolge der Festkörperstrahlung des Verdrängungskörpers statt.
- b) Für die Ablagerung der Kokspartikel an der Rohrwand ist die Größe des lokalen Temperaturgradienten in der laminaren Grenzschicht von ent scheidender Bedeutung. Die Festkörperstrahlung des Verdrängungskörpers erhöht den Wärmeübergang auf der Gasseite des Wärmetauschers, ohne daß der Temperaturgradient in der laminaren Grenzschicht merklich be einflußt wird. Der Verkokungsvorgang verläuft dadurch langsamer als bei einer vergleichbar hohen ausschließlich konvektiven Wärmeübertra gung. Die Betriebszeiten zwischen zwei Reinigungsvorgängen werden wesentlich verlängert.
- c) Die für die Wärmeübertragung wirksame Gesamtlänge des Wärmetauschers wird mit dem Verdrängungskörper auf zwei Längsabschnitte mit unter schiedlich hohem gasseitigen Wärmeübergang aufgeteilt. Mit der axialen Verschiebung des Verdrängungskörpers bei einem Wärmetauscher mit der stufenlosen Regelung und mit dem Einbau eines anderen Verdrängungs körpers bei einem Wärmetauscher mit einem festeingebauten Verdrängungs körpers wird das gasseitige Verhältnis der Rohrabschnitte mit dem hohen und dem niedrigen Wärmeübergang verändert, womit die gesamte Wärmeüber tragung über die Heizfläche und somit die Gasaustrittstemperatur be einflußt wird.
- d) Die Heizfläche des Wärmetauschers wird so dimensioniert, daß die ge forderte Gasaustrittstemperatur im sauberen Zustand erreicht wird, wenn der Verdrängungskörper die obere Endlage einnimmt. In Abhängig keit von der Zunahme der gasseitigen Verschmutzung während des Betriebes wird der Verdrängungskörper jeweils soweit in das Rohr eingefahren, bis die gewünschte Gasaustrittstemperatur wieder erreicht wird.
- e) Die Gasaustrittstemperatur kann bei entsprechender Dimensionierung über die gesamte Betriebszeit zwischen zwei Reinigungsvorgängen konstant gehalten werden.
- f) Die Regelfähigkeit der Gasaustrittstemperatur mit Hilfe des Ver drängungskörpers ermöglicht auch eine größere Variabilität bei der Wahl der zur Spaltung vorgesehenen Einsatzprodukte, da die notwendige Änderung der Abkühlung des Gases jeweils flexibel eingestellt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher er
läutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt durch den Wärmetauscher
Fig. 2 Querschnitt durch eine andere Ausführungs
form des Wärmetauschers
Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher besteht aus einem im wesentlichen
geraden Doppelrohrelement 1, das aus einem Außenrohr 6 und einem koaxial
zu ihm angeordneten Innenrohr 2, dessen Enden mit je einem Sammler 9
bzw. 10 verbunden sind.
Das Außenrohr 6 mündet in den Innenraum 17 bzw. 18 der Sammler 9 bzw. 10.
Das Innenrohr 2 mit der Abdeckplatte 5 und den seitlich angebrachten
Stutzen 7 versehen, hat Anschluß an eine nicht dargestellte Abgasleitung.
Am Gaseintrittsende ist das Innenrohr 6 über ein Gabelstück 8 mit zwei
nicht dargestellten Spaltgaszufuhrleitungen verbunden. Die Sammler 9 und 10
sind mit einer nicht dargestellten Dampftrommel wasserseitig bzw. dampf
seitig verbunden. Der Verdrängungskörper 3 besteht aus dem Rohr 11, das
auf der Vorder- und Rückseite mit strömungsgünstig ausgebildeten Enden 19
und 20 abgeschlossen ist. Der Verdrängungskörper 3 wird von der Führungs
stange 4, die die Abdeckplatte 5 durchdringt, geführt. Am oberen Ende
der Führungsstange 4 ist die Tellerplatte 12 befestigt. Die Abdeckplatte 5
und die Tellerplatte 12 sind mit dem elastischen Kompensator 13 verbunden,
so daß sich der Verdrängungskörper 3 mit der Führungsstange 4 und der
Tellerplatte 12 relativ zu dem Innenrohr 2 bewegen kann, wobei die Gas
seite gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Die Tellerplatte wird
durch die Gewindestange 14 und den Antrieb 15 bewegt, so daß die gewünschte
Stelle des Verdrängungskörpers im Innenrohr 2 entsprechend der gewünschten
Gasaustrittstemperatur angesteuert werden kann. Das Spaltgas verläßt
den Wärmetauscher durch die Stutzen 7. Das Innenrohr 2 ist mit der Um
lenkungskulisse 16 versehen, um eine strömungsgünstige Gasumlenkung zu
erzielen.
Der in Fig. 2 dargestellte Wärmetauscher ist mit einem festen Verdrängungs
körper 3 versehen, der von Betriebsfall zu Betriebsfall ausgetauscht werden
kann. Eine derartige Ausführung ist für Wärmetauscher die wenig verschmutzen
geeignet.
Legende
1 Doppelrohrelement
2 Innenrohr
3 Verdrängungskörper
4 Führungsstange
5 Abdeckplatte
6 Außenrohr
7 Stutzen
8 Gabelstück
9 Sammler
10 Sammler
11 Rohr
12 Tellerplatte
13 Kompensator
14 Gewindestange
15 Antrieb
16 Umlenkungskulisse
17 Innenraum des Sammlers
18 Innenraum des Sammlers
19 Ende des Verdrängungskörpers
20 Ende des Verdrängungskörpers
2 Innenrohr
3 Verdrängungskörper
4 Führungsstange
5 Abdeckplatte
6 Außenrohr
7 Stutzen
8 Gabelstück
9 Sammler
10 Sammler
11 Rohr
12 Tellerplatte
13 Kompensator
14 Gewindestange
15 Antrieb
16 Umlenkungskulisse
17 Innenraum des Sammlers
18 Innenraum des Sammlers
19 Ende des Verdrängungskörpers
20 Ende des Verdrängungskörpers
Claims (4)
1. Wärmetauscher, der als Doppelrohrelement ausgebildet ist, bestehend
aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr, dessen Enden mit
je einem Sammler verbunden sind, wobei das Innenrohr vom abzukühlenden
Medium durchströmt und durch die Sammler geführt ist, während das
Außenrohr von einem Kühlwasser-Wasserdampf-Gemisch durchströmt ist und
in den Innenraum der Sammler mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das
Innenrohr (2) des Doppelrohrelements (1) mit einem koaxial angeordneten
Verdrängungskörper (3) versehen ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver
drängungskörper (3) axial verstellbar ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdrängungskörper (3) zylinderförmig mit vorzugsweise strömungs
günstigen Enden (19), (20) ausgebildet ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdrängungskörper (3) durch eine Führungsstange (4) mit einer extern
angeordneten Gewindestange (14) und Antrieb (15) verbunden ist.
Priority Applications (6)
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8305 | Restricted maintenance of patent after opposition | ||
D4 | Patent maintained restricted | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SHG-SCHACK GMBH, 34123 KASSEL, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ALSTOM ENERGY SYSTEMS SHG GMBH, 34123 KASSEL, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ALSTOM POWER ENERGY RECOVERY GMBH, 34123 KASSEL, D |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |