DE3738727C2 - - Google Patents

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.

Ferner ist es durch die DE-PS 32 06 512 an sich bekannt, einen feststehenden Verdrängungskörper im Innenrohr eines Doppelrohrelements koaxial anzuordnen.

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 axial verstellbaren Verdrängungskörper versehen ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Verdrängungs­ körper zylinderförmig mit strömungsgünstigen Enden 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 Grenzsschicht 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 zeigt

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.

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

Claims (3)

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 axial verstellbaren Verdrängungskörper (3) versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) zylinderförmig mit vorzugsweise strömungs­ günstigen Enden (19, 20) ausgebildet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) durch eine Führungsstange (4) mit einer extern angeordneten Gewindestange (14) und Antrieb (15) verbunden ist.