DE60207689T3 - Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen - Google Patents

Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen Download PDF

Info

Publication number
DE60207689T3
DE60207689T3 DE60207689T DE60207689T DE60207689T3 DE 60207689 T3 DE60207689 T3 DE 60207689T3 DE 60207689 T DE60207689 T DE 60207689T DE 60207689 T DE60207689 T DE 60207689T DE 60207689 T3 DE60207689 T3 DE 60207689T3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tube
tubes
bundle
coiled tubing
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60207689T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60207689D1 (de
DE60207689T2 (de
Inventor
Timothy Truong
Yu-Nan Liu
Glenn Eugene Kinard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=29414691&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE60207689(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Priority to DE60207689T priority Critical patent/DE60207689T3/de
Publication of DE60207689D1 publication Critical patent/DE60207689D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60207689T2 publication Critical patent/DE60207689T2/de
Publication of DE60207689T3 publication Critical patent/DE60207689T3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0087—Propane; Propylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen werden in der Verfahrensindustrie zum Erwärmen oder Kühlen von Fluidströmen bei hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten verwendet, bei denen große Wärmeübertragungsflächen erforderlich sind. Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen, die auch als Wärmetauscher mit gewickelten Spiralen oder Spulenwickelung bezeichnet werden, eignen sich besonders gut zum Kühlen und Kondensieren von Gasströmen mit hohem Druck. Bei der Herstellung von verflüssigtem Erdgas (liquid natural gas = LNG) werden beispielsweise große Flächen für die indirekte Wärmeübertragung zwischen Kältemitteln und dem unter Druck gesetzten Beschickungsgas, das von Umgebungstemperatur abgekühlt wird, benötigt, um LNG bei Temperaturen nahe –162°C (–260°F) zu gewinnen. Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen eignen sich ideal für den Einsatz in LNG-Verfahrenszyklen bei kryogenen Bedingungen.
  • Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen verwenden Röhrenbündel, die aus vielen langen, helixförmig um einen axialen zentralen Kern oder Dorn gewundenen Röhren zusammengesetzt sind. Zahlreiche Röhrenschichten werden in radialer Richtung gebildet, wobei jede Schicht durch axiale Abstandshalter oder Abstandshalterdrähte von den benachbarten Schichten getrennt ist. Ein oder mehrere Bündel können in einem Druckgefäß mit entsprechenden Sammelrohren und Leitungen zur Einleitung der zu kühlenden Ströme in die Röhren und zum Abziehen gekühlter verflüssigter Ströme aus den Röhren installiert werden. Zusätzliche Leitungen werden für den Fluss des Fluids zwischen den Bündeln verwendet. Die Kälte in diesen Tauschern wird typischerweise durch gemischte Kältemittel erzeugt, die an der Außenseite oder Ummantelungsseite der Röhren verdampfen.
  • In der Basis-LNG-Industrie wird Erdgas an abgelegenen Stellen verflüssigt und als Flüssigkeit in dichter besiedelte Gebiete transportiert, wo es verdampft und für den lokalen Verbrauch vertrieben wird. Es ist ein aktueller Trend in der Basis-LNG-Industrie, die einzelnen Verflüssigungszüge größer zu machen, um im großen Maßstab wirtschaftlicher zu arbeiten. Dazu sind größere Hauptwärmetauscher erforderlich. Nach wie vor besteht Bedarf in der Verfahrensindustrie, z. B. in der Basis-LNG-Industrie, die Verfahrensleistung zu verbessern und trotz der Einschränkungen in der Größe der Bündel aus gewickelten Rohrschlagen im großen Maßstab wirtschaftlicher zu arbeiten. Um eine bessere Verfahrensleistung zu erzielen, müssen die Wärmeübertragungsfläche effektiver eingesetzt und die Wärmeübertragungskoeffizienten bei einer bestimmten Tauschergröße verbessert werden. Die nachstehend offenbarte und durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindung bietet eine verbesserte Konfiguration eines Wärmetauschers mit gewickelten Rohrschlangen, die eine höhere Wärmeübertragungsleistung und eine größere Verflüssigungsproduktion aus einem Hauptwärmetauscher von vorgegebener Größe erzielt.
  • US-B-6 347 532 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von verflüssigtem Erdgas, bei dem die Kälte zum Kühlen und zur Verflüssigung durch ein gemischtes Kältemittelsystem erzeugt wird, das durch ein anderes Kälteerzeugungssystem vorgekühlt wurde. Mindestens ein flüssiger Strom wird abgeleitet aus der Teilkondensation und Trennung des gemischten Kältemittels bei einer höheren Temperatur als der niedrigsten durch das Kühlsystem zur Verfügung gestellten Temperatur, wenn das gemischte Kältemittel bei einem Höchstenddruck kondensiert wird. Wenn das gemischte Kältemittel bei einem niedrigeren Druck als dem Höchstenddruck kondensiert wird, erfolgt die Kondensation bei einer Temperatur, die der niedrigsten durch das Vorkühlungssystem zur Verfügung gestellten Temperatur gleich oder höher ist. Die Flüssigkeit aus dem gemischten Kältemittel wird dazu verwendet, Kälte bei einer niedrigeren Temperatur als der durch das Vorkühlungssystem zur Verfügung gestellten zu erzeugen.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft auch ein Wärmetauschersystem aus gewickelten Rohrschlangen, gemäß Anspruch 1.
  • Bei diesem Wärmetauschersystem aus gewickelten Rohrschlangen kann das erste Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen umfassen:
    • (b1) einen ersten Dorn mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
    • (b2) einen ersten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um den Dorn gewickelt sind, um eine erste Röhrenschicht zu bilden;
    • (b3) eine erste Vielzahl von Abstandshaltern, die in Kontakt mit der ersten Röhrenschicht angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter eine in radialer Richtung definierte Dicke aufweist;
    • (b4) einen zweiten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um die erste Röhrenschicht gewickelt sind, um eine zweite Röhrenschicht zu bilden, wobei die zweite Röhrenschicht in Kontakt mit der ersten Vielzahl von Abstandshaltern ist; und
    • (b5) eine Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Schichten von Abstandshaltern und Röhren ähnlich den Abstandshaltern und Röhren von (b3) und (b4), wobei die Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Abstandshalter und Röhrenschichten radial angeordnet sind;
    wobei die Einlässe und Auslässe der Röhren von (b2) bis (b5) proximal zum ersten Ende bzw. zum zweiten Ende des ersten Dorns sind.
  • Bei diesem Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen umfasst das zweite Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen:
    • (c1) einen zweiten Dorn mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
    • (c2) einen ersten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um den Dorn gewickelt sind, um eine erste Röhrenschicht zu bilden;
    • (c3) eine erste Vielzahl von Abstandshaltern, die in Kontakt mit der ersten Röhrenschicht angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter eine in radialer Richtung definierte Dicke aufweist;
    • (c4) einen zweiten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um die erste Röhrenschicht gewickelt sind, um eine zweite Röhrenschicht zu bilden, wobei die zweite Röhrenschicht in Kontakt mit der ersten Vielzahl von Abstandshaltern ist; und
    • (c5) eine Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Schichten von Abstandshaltern und Röhren ähnlich den Abstandshaltern und Röhren von (c3) und (c4), wobei die Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Abstandshalter und Röhrenschichten radial angeordnet sind;
    wobei die Einlässe und Auslässe der Röhren von (c2) bis (c5) proximal zum ersten Ende bzw. zum zweiten Ende des zweiten Dorns sind.
  • Das Wärmetauschersystem aus gewickelten Rohrschlangen umfasst außerdem:
    • (d) Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden von zwei oder mehreren Röhrensätzen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden;
    • (e) Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden von zwei oder mehreren Röhrensätzen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden;
    • (f) Mittel zum Versetzen der ersten Gruppe von Röhrenauslässen im ersten Röhrenbündel aus gewundenen Rohrschlagen in Fluidströmungsverbindung mit der ersten Gruppe von Röhreneinlässen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen; und
    • (g) ein drittes Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das axial in einem zweiten Abschnitt des Wärmetauschergefäßes über dem zweiten Bündel aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt einen Durchmesser hat, der anders als der erste Durchmesser ist; und wobei das dritte Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen umfasst:
    • (g1) einen dritten Dorn mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende;
    • (g2) einen ersten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um den Dorn gewickelt sind, um eine erste Röhrenschicht zu bilden;
    • (g3) eine erste Vielzahl von Abstandshaltern, die in Kontakt mit der ersten Röhrenschicht angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter eine in radialer Richtung definierte Dicke aufweist;
    • (g4) einen zweiten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um die erste Röhrenschicht gewickelt sind, um eine zweite Röhrenschicht zu bilden, wobei die zweite Röhrenschicht in Kontakt mit der ersten Vielzahl von Abstandshaltern ist; und
    • (g5) eine Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Schichten von Abstandshaltern und Röhren ähnlich den Abstandshaltern und Röhren von (g3) und (g4), wobei die Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Abstandshalter und Röhrenschichten radial angeordnet sind; wobei die Einlässe und Auslässe der Röhren von (g2) bis (g5) proximal zum ersten Ende bzw. zum zweiten Ende des dritten Dorns sind.
  • Das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen kann außerdem umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden einer Vielzahl von Röhren im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine zweite Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden, Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine zweite Gruppen von Röhreneinlässen zu bilden, sowie Mittel, um die zweite Gruppe von Röhrenauslässen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit der zweiten Gruppe von Röhreneinlässen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen zu versetzen. Das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen kann außerdem auch umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden einer Vielzahl von Röhren im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine dritte Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden, Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine dritte Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden, sowie Mittel, um die dritte Gruppe von Röhrenauslässen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit der dritten Gruppe von Röhreneinlässen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen zu versetzen.
  • Das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen kann außerdem auch umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden, sowie Mittel, um die erste Gruppe von Röhrenauslässen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit der Einlassleitung für das Beschickungsgas zu bringen. Das System kann außerdem auch umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine zweite Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden, und Mittel, um die zweite Gruppe von Röhreneinlässen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit einer Einlassleitung für das dampfförmige Kältemittel zu bringen. Ferner kann das System auch umfassen: Mittel, zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine dritte Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden, und Mittel, um die dritte Gruppe von Röhreneinlässen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit einer Einlassleitung für ein flüssiges Kältemittel zu bringen. Weiterhin kann das System umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden einer Vielzahl von Röhren im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden, Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden einer Vielzahl von Röhren im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine zweite Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden, und Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden von zwei oder mehr zusätzlichen Röhrensätzen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine dritte Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden.
  • Das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen kann außerdem umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden, und Mittel, um die erste Gruppe von Röhreneinlässen im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit der ersten Gruppe der Röhrenauslässe im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen zu bringen.
  • Das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen kann außerdem umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden einer Vielzahl von Röhren im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine zweite Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden, und Mittel, uni die zweite Gruppe von Röhreneinlässen im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit der zweiten Gruppe von Röhrenauslässen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen zu bringen. Ferner kann das System verwenden: Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden einer Vielzahl von Röhren im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden, und Mittel, um die erste Gruppe von Röhrenauslässen im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit einer Auslassleitung für ein gekühltes flüssiges Produkt zu bringen.
  • Eine weitere Ausführungsform kann einen Kältemittelverteiler umfassen, der oberhalb des dritten Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform kann das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen außerdem umfassen: Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden einer Vielzahl von Röhren im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine zweite Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden, und Mittel, um die zweite Gruppe von Röhrenauslässen im dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in Fluidströmungsverbindung mit dem Kältemittelverteiler über dem dritten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen zu bringen. Es können Leitungsmittel eingeschlossen sein, um den kälteerzeugenden Dampf aus dem vertikalen Wärmetauschergefäß an einer Stellung unterhalb des ersten Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen abzuziehen.
  • Das Wärmetauschersystem mit gewickelten Rohrschlangen verwendet eine Vorrichtung zur erneuten Kältemittelverteilung, das unter dem zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen und über dem ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist.
  • Kurze Beschreibung verschiedener Ansichten der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers nach dem Stand der Technik.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Wärmetauschers.
  • 3 ist ein Fließschema eines beispielhaften Gasverflüssigungsverfahrens, bei dem der erfindungsgemäße Wärmetauscher verwendet wird.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen werden seit vielen Jahren bei der kryogenen Verflüssigung von Gas und der kryogenen Trennung von Gasgemischen verwendet. Dieser Typ von Tauscher wird besonders oft bei der Verflüssigung niedrig siedender Gase wie Helium, Wasserstoff und Methan verwendet. Bei den meisten Basis-LNG-Produktionen weltweit werden Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen zur Gasverflüssigung und zur Zwischenkühlung von Kältemitteln mit gemischten Komponenten verwendet.
  • Die Erfindung kann in jeder beliebigen Prozessanwendung von Wärmetauschern mit gewickelten Rohrschlangen verwendet werden, vor allem solchen, die bei kryogenen Temperaturen arbeiten. Diese Anwendungen beinhalten oft hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten, große Wärmeübertragungsflächen und/oder große Temperaturveränderungen zwischen dem Ein- und Auslass eines Prozeßstroms. Die Erfindung wird durch die nachstehend beschriebene Verflüssigung von Erdgas veranschaulicht, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Ein Hauptwärmetauscher eines auf dem Gebiet der Verflüssigung von Erdgas bekannten Typs ist in der schematischen Zeichnung von 1 zu sehen. Dieser spezielle Tauscher verwendet zwei Bündel aus gewickelten Rohrschlangen für die Endkühlung und Verflüssigung einer vorbehandelten Erdgasbeschickung. Der Hauptwärmetauscher 1 umfasst das Druckgefäß 3, die warme Wärmetauscherzone 5 und die kalte Wärmetauscherzone 9. Ein erstes Wärmetauscherbündel aus gewickelten Rohrschlangen wird in der kalten Wärmetauscherzone 5 verwendet, in der ein in der Leitung 11 zur Verfügung gestelltes Beschickungsgas anfänglich in einem Röhrenkreislauf 13 gegen ein (später beschriebenes) verdampfendes Kältemittel auf der Ummantelungsseite des Bündels gekühlt wird. Der Röhrenkreislauf 13 stellt mehrere Röhren dar, die Teil eines Bündels aus gewickelten Rohrschlangen sind, wobei das Bündel wie nachstehend beschrieben auch die Röhrenkreisläufe 31 und 39 umfasst. Die Röhren können typischerweise aus Aluminium hergestellt werden. Der Druck des Beschickungsgases in der Leitung 15, das gekühlt und zumindest teilweise kondensiert wurde, wird ggfs. über das Drosselventil 17 verringert. Die Beschickung mit dem verringerten Druck fließt dann über die Leitung 19 in den Röhrenkreislauf 21 in der kalten Wärmetauscherzone 9, in der die Beschickung zusätzlich gekühlt und als Produkt über die Leitung 23 abgezogen wird.
  • Ein komprimiertes Zweiphasenkältemittel, typischerweise ein Multikomponentenkältemittel, das leichte Kohlenwasserstoffe und ggfs. Stickstoff enthält, wird über die Leitung 25 aus einem Kältemittelkompressionssystem (nicht gezeigt) zugeführt und fließt in die Phasentrennvorrichtung 27. Flüssiges Kältemittel wird über die Leitung 29 abgezogen, im Röhrenkreislauf 31 unterkühlt und sein Druck über das Drosselventil 33 verringert. Gegebenenfalls kann eine hydraulische Expansionsturbine verwendet werden, um vor dem Drosselventil 33 Energie aus der Kältemittelflüssigkeit zu ziehen.
  • Das Kältemittel aus dem Drosselventil 33 wird mit dem Kältemittel kombiniert, das aus der kalten Wärmetauscherzone 9 (nachstehend beschrieben) nach unten fließt, und das kombinierte Kältemittel wird über den Verteiler 35 verteilt. Das kombinierte Kältemittel fließt über die äußere oder Ummantelungsseite des darin befindlichen Bündels aus gewickelten Rohrschlangen, während es verdampft und sich erwärmt, um einen Teil der Kälte zum Kühlen des Beschickungsgases im Röhrenkreislauf 13 wie vorstehend beschrieben zu erzeugen. Außerdem erzeugt das verdampfende Kältemittel einen Teil der Kälte, um den Kältemitteldampf im Röhrenkreislauf 31 zu unterkühlen und das flüssige Kältemittel im Röhrenkreislauf 39 (nachstehend beschrieben) zu kühlen.
  • Dampfförmiges Kältemittel wird aus der Trennvorrichtung 27 über die Leitung 37 abgezogen, gekühlt, eventuell teilweise im Röhrenkreislauf 39 in der warmen Wärmetauscherzone 5 kondensiert und fließt schließlich durch den Röhrenkreislauf 41 in die kalte Wärmetauscherzone 9, wo es verflüssigt und teilweise unterkühlt wird. Der Druck dieses Kältemittels wird über das Drosselventil 43 verringert. Dann wird es über den Verteiler 45 in der kalten Wärmetauscherzone 9 verteilt. Dieses Kältemittel fließt nach unten über die äußere oder Ummantelungsseite des Bündels aus gewickelten Rohrschlangen und verdampft, um einen Teil der Kälte zum Kühlen des Beschickungsgases im Röhrenkreislauf 21 wie vorstehend beschrieben zu erzeugen. Außerdem erzeugt das verdampfende Kältemittel einen Teil der Kälte, um das Kältemittel im Röhrenkreislauf 41 zu erzeugen. Der Verteiler 45 ist schematisch gezeigt und kann ein Mittel zur Phasentrennung und Verteilung getrennter dampfförmiger und flüssiger Kältemittelströme zur Wärmetauscherzone 9 einschließen.
  • Ein Zweiphasenkältemittel, das aus der Ummantelungsseite der kalten Wärmetauscherzone 9 austritt, tritt in die warme Wärmetauscherzone 5 ein und vereinigt sich mit dem Kältemittel, das aus dem Drosselventil 33 ausgetragen wird. Das kombinierte Kältemittel wird über den Verteiler 35 verteilt und fließt nach unten über die äußere oder Ummantelungsseite des Bündels aus gewickelten Rohrschlangen in der warmen Wärmetauscherzone 5. Das Kältemittel wird typischerweise verdampft, wenn es den Boden des Wärmetauscherdruckgefäßes 3 erreicht und wird als Dampf über die Leitung 47 abgezogen. Dieser Dampf wird im Kältemittelkompressionssystem (nicht gezeigt) komprimiert und ggfs. vorgekühlt, um das gekühlte komprimierte Zweiphasenkältemittel wie vorstehend beschrieben über die Leitung 25 zur Verfügung zu stellen.
  • Die Röhrenkreisläufe 13, 31 und 39 in der warmen Wärmetauseherzone 5 sind Teile eines einzelnen Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen, das in der warmen Wärmetauscherzone 5 des Wärmetauscherdruckgefäßes 3 installiert ist. Dieses Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen kann durch in der Technik zur Herstellung von Wärmetauschern mit gewickelten Rohrschlangen bekannte Verfahren hergestellt werden, bei denen Gruppen langer Aluminiumrohre von ähnlicher Länge helixförmig um einen axialen zentralen Kern oder Dorn gewickelt werden. Der Dorn kann ein zylindrisches Rohr mit einer Länge, einen Außendurchmesser und einer Wanddicke sein, die die erforderliche strukturelle Festigkeit bieten, um die gewünschten Röhrenschichten zu tragen. Bei einem Verfahren zur Herstellung von Bündeln können feste Stäbe helixförmig um und in Kontakt mit dem Dorn gewickelt werden. Abstandshalter können auf den gewickelten Stäben parallel zur Dornachse installiert werden. Dann können Röhren helixförmig in einer ersten Schicht in Kontakt mit den Abstandshaltern gewickelt werden.
  • Zahlreiche Röhrenschichten werden in radialer Richtung gebildet, und jede Schicht wird typischerweise durch axiale oder helixförmige Abstandshalter oder Abstandshalterdrähte von den benachbarten Schichten getrennt. Das Wickeln kann mit einer vertikal in einer festen Position orientierten Dornachse erfolgen, während die Röhren von Spulen auf das Rohrschlangenbündel gewickelt werden, die darauf ausgelegt sind, sich in einer Kreislinie um die Achse sowie nach oben und unten parallel zur Achse zu bewegen. Diese Tauscher werden oft als spulengewickelte Tauscher bezeichnet. Alternativ können die Bündel dadurch aufgebaut werden, dass man den Dorn und das Bündel auf einer Drehbank um eine feste horizontale Achse dreht, während die Röhren von Spulen auf die Spiralen gewickelt werden, die darauf ausgelegt sind, sich axial, d. h. von Seite zu Seite zu bewegen. Dieses Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen ist durch eine Vielzahl von Herstellungs- oder Abmessungsparametern gekennzeichnet, die den Außendurchmesser des Dorns, die Dicke des Abstandshalters, die Anzahl der Abstandshalter, die Anzahl der Röhren, den Innendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser des Bündels, die Röhrenlänge, den Gangabstand der Röhren und den Windungswinkel der Röhren umfassen.
  • Die Röhren in jedem der Röhrenkreisläufe 13, 31 und 39 werden typischerweise an jedem Ende zusammengefasst, z. B. dadurch, dass man die mehreren Röhren aus jedem Kreislauf zu einer oder mehreren Röhrenbahnen zusammennimmt, die an Einlass- und Auslassleitungen angeschlossen sein können.
  • Die Röhrenkreisläufe 21 und 41 sind Teil eines einzelnen Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen, das in der kalten Wärmetauscherzone 9 des Wärmetauscherdruckgefäßes 3 installiert sind. Dieses Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen kann durch die gleichen Verfahren hergestellt werden, die vorstehend für gewickelte Rohrschlangen in der warmen Wärmetauscherzone 5 beschrieben sind. Jeder der Röhrenkreisläufe 21 und 41 wird an jedem Ende zusammengefasst, z. B. durch Zusammennehmen der mehreren Röhren aus jedem Kreislauf zu einer oder mehreren Röhrenbahnen, die an Einlass- und Auslassleitungen angeschlossen sein können.
  • Wenn das verdampfende Kältemittel nach unten über das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der warmen Wärmetauscherzone 5 fließt, nimmt die Nettodampffraktion zu, und der Wärmeübertragungsmechanismus verändert sich allmählich von einer überwiegend zweiphasigen siedenden Wärmeübertragung am kalten oder oberen Ende zu einer einphasigen dampfförmigen Wärmeübertragung am warmen oder unteren Ende. Obwohl sich die Art des Wärmeübertragungsmechanismus im Bündel von oben nach unten signifikant ändert, verändern sich keine der Herstellungsparameter des Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen von oben nach unten. Bestimmte dieser Parameter bestimmen den Grundstrom des Fluids und die Wärmeübertragungseigenschaften des Bündels. Diese Parameter umfassen den äußeren Durchmesser der Röhre, den radialen Abstand der Röhren zwischen den Röhrenschichten (der durch die Dicke des Abstandshalters festgelegt ist), den Gangabstand der Röhren (den Abstand zwischen den Röhren in einer bestimmten Schicht) und den Windungswinkel der Röhren. Die ringförmige Querschnittsfläche mit offenem Fluss zwischen den Röhrenschichten ist vom oberen zum unteren Ende des Bündels im Wesentlichen konstant. Der Aufbau der Wärmeübertragung und die Fluidströmungseigenschaften des Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen in der warmen Wärmetauscherzone 5 sind daher ein Kompromiss zwischen siedender Wärmeübertragung, kondensierender Wärmeübertragung und einer einphasigen dampfförmigen Wärmeübertragung für die Fluids in der Röhre und auf der Seite der Ummantelung.
  • Wie bereits erörtert, besteht derzeit in der Basis-LNG-Industrie ein Trend, die einzelnen Züge für die Verflüssigung zu vergrößern, um im großen Maßstab wirtschaftlicher zu arbeiten. Dazu sind größere Hauptwärmetauscher erforderlich. Die langen einzelnen Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, die in großen Wärmetauschern gebraucht werden, müssen so konstruiert sein, dass durchschnittliche Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten für Ströme, die in den Austauscherröhren gekühlt und kondensiert werden, und andere Ströme, die auf der Außenseite der Röhren erwärmt und verdampft werden, verwendet werden können. Dies ist ein Konstruktionskompromiss, bei dem die potentielle maximale Wärmeübertragungseffizienz für den Austauscher möglicherweise nicht erzielt wird.
  • Bei einer Ausführungsform befasst sich die Erfindung mit diesen Problemen, indem das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der warmen Wärmetauscherzone 5 in mindestens zwei kleinere Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen geteilt wird. Jedes dieser kleineren Bündel kann im Vergleich zur Herstellung eines einzigen größeren Bündels mit weniger Produktionseinschränkungen gefertigt werden. Kleinere Röhrenbündel verwenden kleinere Dorne, was eine größere Wärmeübertragungsfläche pro Einheitsbündellänge ergeben kann. Jedes der geteilten Bündel kann so konstruiert sein, dass es besser zu der Art der Wärmeübertragung und den Fluidströmungsphänomenen, die in jedem Bündel auftreten, passt. Beispielsweise können Wechselbeziehungen des Wärmeübertragungskoeffizienten, die die flüssige Fraktion als wichtigen Konstruktionsparameter verwenden, einzeln für einen ausgewählten Bereich flüssiger Fraktionen, die man in jedem der kleineren Bündel antrifft, maßgeschneidert werden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist in 2 veranschaulicht, in der die warme Wärmetauscherzone 5 von 1 durch die untere oder warme Wärmetauscherzone 201 und die mittlere Wärmetauscherzone 203 ersetzt wurde. Diese Zeichnung dient nur der Veranschaulichung und soll nicht den relativen Maßstab irgendwelcher Komponenten des Hauptwärmetauschers 2 angeben. Die untere Wärmetauscherzone 201 enthält die Röhrenkreisläufe 205, 207 und 209, die ein einzelnes Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen bilden, das im Wärmetauscherdruckgefäß 3 installiert ist. Dieses Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen kann durch alle vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren hergestellt werden. Röhren, die das Beschickungsgas enthalten, können zusammen mit den Röhren, die Hochdruckkältemittel enthalten, auf jede beliebige Schicht gewickelt werden. Die mittlere Wärmetauscherzone 203 kann die Röhrenkreisläufe 211, 213 und 215 enthalten, die ein anderes Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen bilden, welches über dem Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der unteren Wärmetauscherzone 201 installiert werden kann. Dieses Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen kann ebenfalls durch jedes vorstehend beschriebene bekannte Verfahren hergestellt werden. Röhren, die das Beschickungsgas enthalten, können auch zusammen mit den Hochdruckkältemittel enthaltenden Röhren auf jede Schicht gewickelt werden.
  • Jedes der Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in den Wärmetauscherzonen 201 und 203 ist durch eine Anzahl von Herstellungs- und Abmessungsparametern gekennzeichnet, die den Außendurchmesser des Dorns, die Dicke des Abstandshalters, die Anzahl der Abstandshalter, die Anzahl der Röhren, den Innendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser des Bündels, die Röhrenlänge, den Gangabstand der Röhren und den Windungswinkel der Röhren umfassen. Weitere Herstellungs- und Abmessungsparameter können dazu verwendet werden, die Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen nach Wunsch zu kennzeichnen. Die beiden Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen unterscheiden sich in einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Parameter und können so konstruiert sein, dass die Gesamtbetriebsleistung des Hauptwärmetauschers 2 optimiert wird.
  • Ein Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen wird als zusammengesetzte Anordnung definiert, die eine Vielzahl langer Aluminiumrohre umfasst, welche helixförmig um einen axialen zentralen Kern oder Dorn gewickelt werden.
  • Das Wärmetauscherdruckgefäß 3 ist typischerweise vertikal orientiert, die Achsen der Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen sind typischerweise vertikal, und die Bündel sind typischerweise koaxial mit dem Tauscherdruckgefäß.
  • Der Windungswinkel der Röhre kann als der eingeschlossene Winkel definiert werden, der sich zwischen der Röhrenachse und einer senkrecht zur Bündelachse (d. h. der Dornachse) befindlichen Ebene gebildet hat. Der Windungswinkel der Röhre kann zwischen 2 und 25° liegen. Der Gangabstand der Röhre kann als Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen benachbarten gewickelten Röhren definiert werden, wobei der Mitte-zu-Mitte-Abstand senkrecht zur Achse der Röhren gemessen wird. Der Gangabstand kann zwischen dem 1,0- und den 2,0-Fachen des Röhrendurchmessers liegen. Der Innen- und Außendurchmesser der Röhren hat die übliche Bedeutung. Der Außendurchmesser des Bündels ist der Durchmesser, der auf der äußeren Fläche der Bündel in der letzten Schicht des Bündels basiert. Die Röhrenlänge in einem Bündel kann als durchschnittliche Länge der Röhren im Bündel einschließlich des gewickelten Bereichs und den Schwänzen an beiden Enden der Röhren definiert werden.
  • Der Abstandshalter kann ein zylindrischer Stab oder Draht sein. Alternativ kann es sich um einen Stab mit einem im Allgemeinen rechteckigen oder einem anderen erwünschten Querschnitt handeln. Der Begriff ”Dicke des Abstandshalters” bedeutet den radialen Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Abstandshalters, die in Kontakt mit den Röhren in zwei aufeinanderfolgenden Schichten in einem Bündel sind. Die Anzahl der Abstandshalter bedeutet die Gesamtzahl der Abstandshalter im Bündel. Jeder Abstandshalter kann im Allgemeinen parallel zur Achse des Dorns orientiert sein, mit Bezug auf die Bündelachse helixförmig orientiert sein oder jede beliebige andere Orientierung verwenden.
  • Die Röhren in den Röhrenkreisläufen 205, 207 und 209 können sich in ”Schwänzen” über die tatsächlichen gewickelten Rohrschlangen hinaus erstrecken. Diese Schwänze können zu Gruppen zusammengefasst oder zusammengenommen werden, so dass jeder Schwanz in der Gruppe in eine Röhrenbahn eingeführt und dort fixiert werden kann. Beispielsweise können die Auslassenden einer Vielzahl von Röhren in einem Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen durch Einführen und Befestigen in einer Röhrenbahn zusammengefasst werden, um eine Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden. Ähnliche Mittel können verwendet werden, um die Einlassenden der Vielzahl von Röhren im Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen zusammenzufassen. Diese Röhrenbahnen können wiederum zum Beispiel durch Flansche zu Röhrenabschnitten verbunden werden, die Fluid zu und von dem gewickelten Röhrenbündel transportieren. Eine oder mehrere Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 205 können an die Beschickungsgaseinlassleitung 11 angeschlossen werden, eine oder mehrere Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 207 können an die Einlassleitung 37 für das dampfförmige Kältemittel angeschlossen werden, und eine oder mehrere Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 209 können an die Einlassleitung 29 für das flüssige Kältemittel angeschlossen werden. Auf ähnliche Weise sind die Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 205 an die Beschickungstransportleitung 217 angeschlossen, sind die Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 207 an die Kältemitteltransportleitung 219 angeschlossen, und sind die Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 209 an die Kältemitteltransportleitung 221 angeschlossen.
  • Der Anschluss einer Röhrenbahn in einem Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen an eine Röhrenbahn in einem anderen Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen stellt eine Fluidströmungsverbindung zwischen den jeweiligen Röhrenkreisläufen in den beiden Bündeln her. Der Begriff ”Fluidströmungsverbindung” bedeutet, dass ein Teil oder die gesamte aus einem Bündel austretende Flüssigkeit durch diese Verbindung in das andere Bündel fließen kann. Beispielsweise kann aus einem Bündel austretendes Fluid aus dem Wärmetauscherdruckgefäß 3 abgezogen, einem weiteren Verfahrensschritt unterzogen und in einer anderen Zusammensetzung und/oder mit anderer Fließgeschwindigkeit wieder in das andere Bündel zurückgeleitet werden. Der Begriff ”direkte Fluidströmungsverbindung” bedeutet, dass das gesamte aus einem Bündel austretende Fluid bei einer konstanten Zusammensetzung und Fließgeschwindigkeit durch diese Verbindung in das andere Bündel fließt.
  • Gegebenenfalls kann die Beschickungstransportleitung 217 durch die Wand des Wärmetauschers 3 hindurch zu einem externen Rückschlagventil (nicht gezeigt) und dann wieder durch die Wand des Wärmetauschergefäßes 3 geleitet und anschließend an das untere Ende des Röhrenkreislaufs 211 angeschlossen werden. Ähnlich kann sich die Leitung 219 durch die Wand des Wärmetauschers 3 bis zu einem externen Rückschlagventil (nicht gezeigt) und dann wieder zurück durch die Wand des Wärmetauschers 3 erstrecken, um an das untere Ende des Röhrenkreislaufs 213 angeschlossen zu werden.
  • Die Röhren in den Röhrenkreisläufen 211, 213 und 215 können sich in ”Schwänzen” über das tatsächliche gewickelte Bündel hinaus erstrecken. Diese Schwänze können auch zu Gruppen zusammengefasst oder zusammengenommen werden, so dass jeder Schwanz in der Gruppe in eine Röhrenbahn eingeführt und dort fixiert werden kann. Die Röhrenbahnen wiederum können zum Beispiel durch Flansche zu Leitungsabschnitten verbunden werden, die Fluid zu und aus dem gewickelten Röhrenbündel tragen. Die Bahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 211 sind an die Beschickungstransportleistung 217 angeschlossen, die Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 213 sind an die Kältemitteltransportleitung 219 angeschlossen, und die Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 215 sind an die Kältemitteltransportleitung 221 angeschlossen. Auf ähnliche Weise können eine oder mehrere Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 211 an die Beschickungstransportleitung 223 angeschlossen werden, eine oder mehrere Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 213 können an die Kältemitteltransportleitung 225 angeschlossen werden, und eine oder mehrere Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 215 können an die Kältemitteltransportleitung 227 angeschlossen werden. Die Kältemitteltransportleitung 227 kann an das Drosselventil 33 und den Kältemittelverteiler 35 angeschlossen werden. Kältemittel mit verringertem Druck aus dem Drosselventil 33 wird mit dem nach unten strömenden teilweise verdampften Kältemittel aus der Wärmetauscherzone 9 kombiniert und das kombinierte Kältemittel durch den Kältemittelverteiler 35 verteilt. Dieser Verteiler ist schematisch gezeigt und kann Mittel zur Phasentrennung und Verteilung separater dampfförmiger und flüssiger Kältemittelströme zur Wärmetauscherzone 203 umfassen.
  • Der hier verwendete Begriff ”Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen” umfasst den gewickelten Abschnitt des Bündels sowie die Schwänze an beiden Enden des gewickelten Abschnitts.
  • Die Beschickungstransportleitung 223 kann ggfs. über die Leitung 15 an das Drosselventil 17 angeschlossen werden. Falls dieses verwendet wird, ist es über die Leitung 16 an den Röhrenkreislauf 21 angeschlossen. Wenn das Drosselventil 17 nicht verwendet wird, ist die Beschickungstransportleitung 223 direkt an die Röhrenkreisläufe 211 und 21 angeschlossen.
  • Das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der unteren oder warmen Wärmetauscherzone 201 und das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der mittleren Wärmetauscherzone 203 bilden zusammen eine beispielhafte Anordnung aus Röhren aus gewickelten Rohrschlangen, das das einzelne Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der warmen Wärmetauscherzone 5 von 1 ersetzt.
  • Die in den Röhrenkreisläufen 21 und 41 verwendeten Röhren können sich in ”Schwänzen” über das tatsächliche gewickelte Bündel hinaus erstrecken, die zu Gruppen zusammengefasst oder zusammengenommen werden können, so dass jeder Schwanz in der Gruppe in eine Röhrenbahn eingeführt und dort fixiert werden kann. Diese Röhrenbahnen wiederum können beispielsweise durch Flansche zu Leitungsabschnitten verbunden werden, die Fluid zu und aus dem Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen transportieren. Eine oder mehrere Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 21 können an die Beschickungstransportleitung 16 angeschlossen werden, und eine oder mehrere Röhrenbahnen am unteren Ende des Röhrenkreislaufs 41 können an die Kältemitteltransportleitung 225 angeschlossen werden. Auf ähnliche Weise können eine oder mehrere Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 21 an die Beschickungsproduktleitung 23 angeschlossen werden, und eine oder mehrere Röhrenbahnen am oberen Ende des Röhrenkreislaufs 41 können an die Kältemitteltransportleitung 42 angeschlossen werden. Die Kältemitteltransportleitung 42 wird an das Drosselventil 43 und den Kältemittelverteiler 45 angeschlossen. Dieser Verteiler ist schematisch gezeigt und kann Mittel zur Phasentrennung und Verteilung separater dampfförmiger und flüssiger Kältemittelströme zur Wärmetauscherzone 9 umfassen. Der Druck des verflüssigten Produkts in der Leitung 23 kann über das Drosselventil 24 verringert werden, so dass ein flüssiges Endprodukt, das zur Lagerung weitergeleitet wird, und ein Flash-Gas, das als Brennstoff verwendet werden kann, entstehen. Wenn die Flüssigkeit in Leitung 23 auf einer ausreichend niedrigen Temperatur ist, verbleibt sie als Flüssigkeit nach der Druckabsenkung stromabwärts des Ventils 24.
  • Das nach unten fließende Kältemittel, das den Boden des Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 203 erreicht, wird durch den Rückverteiler 229 gleichmäßig wieder über das obere Ende des Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 201 verteilt, um eine effiziente Wärmeübertragung aus den Röhrenkreisläufen 205, 207 und 209 zum dampfförmigen Kältemittel auf der Ummantelungsseite sicherzustellen. Der Rückverteiler 229 kann jeden in der Technik bekannten Typ von gleichläufigen Zweiphasenverteilern verwenden. Ein Rückverteilertyp, der bei diesem Verfahren verwendet werden kann, umfasst beispielsweise eine fächerförmige umschlossene perforierte Platte, die die dampfförmigen und flüssigen Kältemittelphasen gleichmäßig über das obere Ende des Röhrenbündels aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 201 verteilt. Der Rückverteiler 229 ist schematisch gezeigt und kann Mittel zur Phasentrennung und Verteilung separater dampfförmiger und flüssiger Kältemittelströme zur Wärmetauscherzone 201 umfassen.
  • Das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das aus den Röhrenkreisläufen 205, 207 und 209 in der Wärmetauscherzone 201 zusammengesetzt ist, kann durch eine Anzahl von Herstellungs- und Abmessungsparametern gekennzeichnet sein, die den Außendurchmesser des Dorns, die Dicke des Abstandshalters, die Anzahl der Abstandshalter, die Anzahl der Röhren, den Innendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser des Bündels, die Röhrenlänge, den Gangabstand der Röhren und den Windungswinkel der Röhren umfassen.
  • Das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das aus den Röhrenkreisläufen 211, 213 und 215 in der Wärmetauscherzone 203 zusammengesetzt ist, kann ebenfalls durch eine Anzahl von Herstellungs- und Abmessungsparametern gekennzeichnet sein, die den Außendurchmesser des Dorns, die Dicke des Abstandshalters, die Anzahl der Abstandshalter, die Anzahl der Röhren, den Innendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser des Bündels, die Röhrenlänge, den Gangabstand der Röhren und den Windungswinkel der Röhren umfassen.
  • Die Herstellungsparameter in jedem dieser Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen können so gewählt werden, dass der Wärmeübertragungsprozess in jeder der Wärmeübertragungszonen 201 und 203 optimiert wird. Einige der Parameter können in den beiden Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen im Wesentlichen gleich sein, während andere unterschiedlich sein können. Beispielsweise können der Außendurchmesser der Röhren, der Gangabstand der Röhren und der Windungswinkel der Röhren in beiden Röhrenbündeln aus gewickelten Rohrschlangen gleich sein, während der Außendurchmesser des Dorns, die Dicke des Abstandshalters, der Außendurchmesser des Bündels und die Länge des Bündels in jedem der beiden Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen unterschiedlich sein können. Die richtige Wahl dieser Parameter in den beiden Röhrenbündeln aus gewickelten Rohrschlangen ermöglicht eine verbesserte Gesamtwärmetauscherleistung. Wenn die Erfindung beispielsweise auf den Hauptwärmetauscher bei der Herstellung von LNG angewendet wird, kann man eine höhere Produktionsrate für eine bestimmte Gesamtwärmetauschergröße realisieren. Alternativ kann bei einer bestimmten Produktionsrate ein kleinerer Hauptwärmetauscher verwendet werden.
  • Wie vorstehend erörtert, kann jedes der geteilten Bündel so konstruiert werden, dass es genauer zur Art des Wärmeaustauschs und des in jedem Bündel auftretenden Fluidströmungsphänomens passt. Beziehungen des Wärmeübertragungskoeffizienten, die die flüssige Fraktion als wichtigen Konstruktionsparameter verwenden, können jeweils auf einen ausgewählten Bereich an flüssigen Fraktionen maßgeschneidert werden, den man in jedem der Bündel in den Wärmeübertragungszonen 201 und 203 antrifft.
  • Zwei bekannte Verfahren für die Produktion von LNG sind das Verfahren, bei dem mit Propan vorgekühlt und mit einem gemischten Kältemittel gearbeitet wird, und das Verfahren mit zwei gemischten Kältemitteln. Jedes dieser Verfahren verwendet einen oder mehrere Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen und kann die vorliegende Erfindung zur Verbesserung der Verfahrensleistung einsetzen. Bei dem Verfahren, in dem mit Propan vorgekühlt und mit einem gemischten Kältemittel gearbeitet wird, wird die Kälteerzeugung mit Propan eingesetzt, um die Erdgasbeschickung vorzukühlen. Die endgültige Kühlung und Verflüssigung des sauberen vorgekühlten Gases wird durch ein gemischtes Kältemittelsystem zur Verfügung gestellt. Komprimiertes gemischtes Kältemittel im gemischten Kältemittelkreislauf kann durch Kälteerzeugung mit Propan gekühlt und teilweise kondensiert werden. Bei dem Verfahren mit zwei gemischten Kältemitteln kann ein erstes System mit gemischten Kältemitteln dazu verwendet werden, die Erdgasbeschickung vorzukühlen, und ein zweites gemischtes Kältemittelsystem kann zur endgültigen Kühlung und Verflüssigung des Gases eingesetzt werden. Bei einem alternativen Verfahren kann ein Ammoniakabsorptionskälteerzeugungssystem dazu verwendet werden, das Beschickungsgas und das gemischte Kältemittel vorzukühlen. Die vorliegende Erfindung kann bei jedem Verfahren zur Verflüssigung von Erdgas eingesetzt werden, bei dem Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen verwendet werden.
  • Die Erfindung ist zwar vorstehend zur Verwendung bei einem Verflüssigungsverfahren für Erdgas eingesetzt worden, doch das Konzept geteilter Bündel kann bei jedem beliebigen Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem man Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen verwendet. Dazu könnten zum Beispiel die kryogene Verarbeitung von Erdgas zur Gewinnung leichter Kohlenwasserstoffe als verflüssigtes Erdölgas (liquified petroleum gas = LPG) und die Gewinnung von Helium aus Erdgas gehören. Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, beschränken sie jedoch nicht auf die dort beschriebenen spezifischen Einzelheiten.
  • Beispiel 1
  • Die Verwendung des Wärmetauschers mit gewickelten Rohrschlangen mit geteilten Bündeln in einem LNG Verfahren mit einem gemischten Kältemittel, bei dem mit Propan vorgekühlt wird, ist im Fließschema von 3 veranschaulicht. Ein Erdgasbeschickungsstrom wird in der Leitung 301 bei 9,75 MPa (1,431 psia) bereitgestellt und hat eine Zusammensetzung (in Vol.-%) von 93% Methan, 4% Ethan, 0,6% Propan, 0,3% Butan, 0,1% Isobutan, 0,8% Stickstoff und Spurenmengen an höheren Kohlenwasserstoffen und Wasser. Der Beschickungsstrom in der Leitung 301 wird zuerst durch eine Reihe von kaskadenförmig angeordneten Wärmetauschern 303, 305 und 307 auf –36,7°C (–34°F) gekühlt. Diese Wärmetauscher werden durch ein vorkühlendes Kälteerzeugungssystem in einem geschlossenen Kreislauf unter Verwendung von Propan als Kältemittel gekühlt Propan ist das bevorzugte Kältemittel, weil es die Kälteerzeugungsleistung bei der gewünschten Betriebstemperatur bzw. dem gewünschten Betriebsdruck liefert. Außerdem ist es aus den abgetrennten Erdgasflüssigkeiten für die anfängliche Beschickung sowie zur Vervollständigung der Propan- und gemischten Kältemittelsysteme erhältlich.
  • Die vorgekühlte, unter hohem Druck stehende Beschickung wird über die Leitung 309 in die Expanderturbine 311 eingeleitet, wo ihr Druck bei –67°C (–88°F) auf 5 MPa (725 psia) verringert wird. Dabei wird mechanische Energie erzeugt. Die Dampf und Flüssigkeit enthaltende expandierte Beschickung in der Leitung 313 wird in das obere Ende der Gaswäschersäule 315 geleitet. Die Fraktioniersäule 315 arbeitet mit etwa 5 MPa (725 psia), um eine an Methan reiche Fraktion und eine schwerere Kohlenwasserstofffraktion vom Beschickungsgas zu trennen. Die schwereren Kohlenwasserstoffe werden über die Leitung 317 vom Boden der Säule 315 entfernt. Ein Teil des Stroms wird durch den Reboiler-Wärmetauscher 319 zurückgeleitet, um einen nachsiedenden Dampf für die Säule zur Verfügung zu stellen. Der Rest des Bodenstroms in der Leitung 317 wird als flüssiger Erdgasproduktstrom (natural gas liquid = NGL-Produktstrom) 321 mit einer Zusammensetzung (in Vol.-%) von 34,7% Ethan, 17,8% Propan, 13,5% Butan, 4% Isobutan und rückständigen Mengen an Methan, Pentan, Isopentan und Heptan entfernt.
  • Ein an Methan reicher Gasstrom wird über die Leitung 323 als Destillat aus der Fraktioniersäule 315 bei einer Temperatur von –66°C (–87°F) abgezogen und im durch den Expander 311 angetriebenen Kompressor 325 komprimiert. Das an Methan reiche Gas wird aus dem Kompressor 325 in der Leitung 327 bei 7,2 MPa (1037 psia) und einer Temperatur von –44°C (–47°F) ausgetragen.
  • Das an Methan reiche Gas in der Leitung 327 wird in den Hauptwärmetauscher 329 eingeleitet, wo es gekühlt, verflüssigt und unterkühlt wird, um wie nachstehend beschrieben ein LNG-Produkt zu gewinnen. Der Hauptwärmetauscher 329 ist dem vorstehend beschriebenen Hauptwärmetauscher 1 von 2 ähnlich. Der an Methan reiche Beschickungsstrom wird zuerst im Röhrenkreislauf 331 gekühlt, der mit den in der Wärmetauscherzone 337 befindlichen Röhrenkreisläufen 333 und 335 ein Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen bildet. Die Kälte wird wie nachstehend beschrieben durch Verdampfen eines Multikomponenten-Kohlenwasserstoffkältemittels auf der Ummantelungsseite des Tauschers erzeugt. Gekühlte, an Methan reiche Beschickung fließt aus dem Röhrenkreislauf 331 über die Beschickungstransportleitung 339, die ggfs. durch die Wand des Wärmetauschers 367 zu einem externen Rückschlagventil (nicht gezeigt) und dann wieder zurück durch die Wand des Wärmetauschergefäßes 367 verlängert werden kann, wo sie an das untere Ende des Röhrenkreislaufs 341 angeschlossen wird.
  • Der gekühlte, an Methan reiche Beschickungsstrom wird im Röhrenkreislauf 341, der zusammen mit den in der Wärmetauscherzone befindlichen Röhrenkreisläufen 343 und 345 ein Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen bildet, zusätzlich gekühlt und verflüssigt. Die Kälte wird wie nachstehend beschrieben durch Verdampfen eines Multikomponenten-Kohlenwasserstoffkältemittels auf der Ummantelungsseite des Tauschers erzeugt. Gekühlt; an Methan reiche Beschickung fließt als unter hohem Druck stehende Flüssigkeit vom Röhrenkreislauf 341 über die Beschickungstransportleitung 349. Der Druck des gekühlten Stroms wird über das Drosselventil 351 auf etwa 300 psia verringert.
  • Der gekühlte, an Methan reiche Beschickungsstrom wird im Röhrenkreislauf 357, der zusammen mit dem Röhrenkreislauf 359 ein in der Wärmetauscherzone 361 befindliches Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen bildet, zusätzlich gekühlt. Die Kälte wird wie nachstehend durch Verdampfen eines Multikomponenten-Kohlenwasserstoffkältemittels auf der Ummantelungsseite des Tauschers erzeugt. Gekühltes, an Methan reiches flüssiges Produkt fließt über die Produkttransportleitung 363 bei etwa –157°C (–250°F) und 1,87 MPa (270 psia) aus dem Röhrenkreislauf 359. Der Druck der Flüssigkeit wird über das Drosselventil 365 auf einen nahezu atmosphärischen Wert verringert, und das durch diesen Druckverringerungsschritt gebildete kleine Volumen an Dampf wird vom endgültigen LNG-Produkt getrennt (nicht gezeigt) und als Brennstoffgas für die Anlage verwendet. Das LNG-Produkt wird in einen Lagertank gepumpt (nicht gezeigt). Von dort wird es schließlich exportiert. Methan in der Dampfphase, das sich während der Lagerung des LNG-Produkts entwickelt, wird entfernt und komprimiert (nicht gezeigt), und mit als Brennstoff für die Anlage verwendet. Alternativ kann die Flüssigkeit in der Leitung 363 so auf eine niedrigere Temperatur unterkühlt werden, dass es nicht zu einem Flash kommt, wenn die Flüssigkeit über das Ventil 365 blitzverdampft wird.
  • Die Kälte für das vorstehend beschriebene Verflüssigungsverfahren wird durch ein Multikomponenten-Kältemittel erzeugt, das verdampft, während es über die Ummantelungsseite der drei Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in den Wärmetauscherzonen 337, 347 und 361 innerhalb des Wärmetauschergefäßes 367 nach unten fließt. Ein dampfförmiger Strom aus einem Multikomponenten-Kältemittel wird über die Leitung 369 vom Boden des Tauschergefäßes 367 abgezogen und hat eine Zusammensetzung (in Vol.-%) von 47% Ethan, 41% Methan, 8,9% Propan und 2,9% Stickstoff. Ergänzendes Multikomponenten-Kältemittel kann bei Bedarf über die Leitung 371 in den Kälteerzeugungskreislauf zur Verflüssigung eingeleitet werden.
  • Die Kombination aus ergänzendem Kältemittel und dem rückgeführten Kältemittel in der Leitung 373 bei 290 kPa (40 psia) und –40°C (–40°F) wird im Kompressor 375 komprimiert und durch Kühlwasser im Wärmetauscher 377 gekühlt. Das Kältemittel wird im Kompressor 379 zusätzlich komprimiert und durch das Kühlwasser im Wärmetauscher 381 gekühlt, um einen komprimierten Kältemittelstrom in der Leitung 383 bei 4,41 MPa (638 psia) und 12°C (54°F) zu gewinnen. Dieses komprimierte warme Multikomponenten-Kältemittel wird gekühlt und in den Verdampfungswärmetauschern 385, 387 und 389 durch indirekten Wärmeaustausch mit dem über die Leitungen 391, 393 und 395 zugeführten verdampfenden Propankältemittel teilweise kondensiert. Das Multikomponentenkältemittel tritt bei einem Druck von 4,3 MPa (620 psia) und einer Temperatur von –34°C (–30°F) über die Leitung 397 aus dem Wärmetauscher 389 aus.
  • Das Multikomponenten-Kältemittel wird im Separator 399 getrennt. Dampf (etwa 25% des gesamten molaren Kältemittelstroms) wird über die Leitung 401 und Flüssigkeit (etwa 75% des gesamten molaren Kältemittelstroms) über die Leitung 403 abgezogen. Das flüssige Kältemittel tritt über die Leitung 403 ein und wird durch das Fließen durch den Röhrenkreislauf 335 des Bündels aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 337 und den Röhrenkreislauf 345 des Bündels aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 347 unterkühlt. Der Druck des unterkühlten Kältemittels bei –129°C (–200°F) und 3,6 MPa (517 psia) in der Leitung 405 wird über das Drosselventil 496 verringert, und das Kältemittel mit verringertem Druck wird mit dem Kältemittel von der Ummantelungsseite der Wärmetauscherzone kombiniert. Das kombinierte Kältemittel wird durch den Verteiler 409 auf dem Bündel aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 347 verteilt.
  • Der Dampf aus dem Separator 399 wird über die Leitung 401 entfernt und fließt durch die Röhrenkreisläufe 333, 343 und 359, wo er gekühlt und verflüssigt wird. Flüssiges Kältemittel bei –157°C (–250°F) wird über die Leitung 411 abgezogen und sein Druck über das Drosselventil 413 verringert. Dann wird es durch den Verteiler 415 über das Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 361 verteilt. Das verdampfende Kältemittel fließt nach unten durch die Wärmetauscherzone 361 und wird wie vorstehend beschrieben mit dem Kältemittel aus dem Ventil 407 kombiniert. Das kombinierte verdampfende Kältemittel wird durch den Verteiler 409 verteilt und fließt nach unten über das Bündel aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 347. Das nach unten fließende Kältemittel wird durch den Rückverteiler 416 erneut verteilt. Danach fließt das Kältemittel weiter nach unten über das Bündel aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 337. Verdampftes Kältemittel wird über die Leitung 369 abgezogen und wie vorstehend beschrieben erneut zur Kompression geführt.
  • Jetzt wird der vorstehend erwähnte Kälteerzeugungszyklus mit Propan zum Vorkühlen der Beschickung und zum Kühlen des gemischten Kältemittels beschrieben. Die Propandampfströme in den Leitungen 417, 419 und 421 werden im mehrstufigen Kompressor 423 auf 1,4 MPa (200 psia) komprimiert. Das komprimierte Propan wird nachgekühlt und in den wassergekühlten Wärmetauschern 425 und 427 vollständig kondensiert. Das resultierende komprimierte flüssige Propan wird zum Flüssigkeitsreservoir 429 geleitet. Das flüssige Kältemittel wird im wassergekühlten Wärmetauscher 431 weiter gekühlt, ehe es durch die Leitung 433 zur Kälteerzeugung geführt wird. Das Kältemittel wird durch das Ventil 435 expandiert und zur Versorgungssaugtrommel 437 geleitet.
  • Der kälteerzeugende Dampf aus der Trommel 437, der sich durch die Blitzentspannung über das Ventil 435 und die Verdampfung in den Tauschere 303 und 385 gebildet hat, fließt über die Leitung 421 zur erneuten Kompression. Das flüssige Kältemittel aus der Trommel 437 wird über die Leitung 439 entfernt und in die Leitungen 441 und 443 geteilt. Das Kältemittel in der Leitung 443 wird über das Ventil 445 expandiert und in die Versorgungssaugtrommel 447 eingeführt. Das Kältemittel in der Leitung 441 wird getrennt, so dass es in die Leitungen 449 und 391 strömt. Diese stellen das Propankältemittel zur Verfügung, das im vorstehend beschriebenen Wärmetauscher 303 zum Kühlen der Beschickung bzw. dem Tauscher 385 zum Kühlen des Multikomponenten-Kältemittels verdampft werden soll. Verdampftes Propan aus den Tauschere 303 und 385 wird über die Leitung 450 in die Versorgungssaugtrommel 437 zurückgeleitet.
  • Das Einkomponenten-Kältemittel in der Versorgungssaugtrommel 447 wird in eine dampfförmige und eine flüssige Phase getrennt. Diese durch Blitzdestillation über das Ventil 445 und Verdampfung in den Tauschere 305 und 387 gebildete Dampfphase wird über die Leitung 419 aus der Vorsorgungssaugtrommel 447 entfernt, um im Kompressor 423 erneut komprimiert zu werden. Die flüssige Phase wird in der Leitung 451 entfernt, die sich in die Leitungen 453 und 455 teilt. Das Kältemittel in der Leitung 455 wird über das Ventil 457 expandiert und in die Versorgungssaugtrommel 459 geleitet. Der flüssige Kältemittelstrom in der Leitung 453 wird weiter auf die Leitungen 461 und 393 aufgeteilt. Diese stellen Propankältemittel zur Verfügung, das im vorstehend beschriebenen Wärmetauscher 305 zum Kühlen der Beschickung bzw. im Tauscher 387 zum Kühlen des Multikomponentenkältemittels verdampft werden soll. Verdampftes Propan aus den Tauschern 305 und 387 wird über Leitung 463 zur Versorgungssaugtrommel 447 zurückgeleitet.
  • Das der Versorgungssaugtrommel 459 durch die Leitung 455 und das Ventil 457 zugeführte Einkomponenten-Kältemittel wird in eine dampfförmige Phase und eine flüssige Phase getrennt. Die dampfförmige Phase wird zusammen mit dem Dampf aus der Leitung 469 über die Leitung 417 entfernt und zur erneuten Kornpression zum Kompressor 423 geleitet. Die flüssige Phase wird in der Leitung 465 entfernt, die sich in die Leitungen 467 und 395 teilt. Diese liefern Propankältemittel, das im vorstehend beschriebenen Wärmetauscher 307 zum Kühlen der Beschickung bzw. dem Tauscher 389 zum Kühlen des Multikomponenten-Kältemittels verdampft werden soll. Verdampftes Propan aus den Tauschern 307 und 389 wird über die Leitung 469 zur Versorgungssaugtrommel 459 zurückgeleitet. Der Dampf wird über die Leitung 417 zum Kompressor 423 geleitet, wo er erneut komprimiert wird.
  • Beispiel 2
  • Ein Hauptwärmetauscher aus zwei Bündeln, wie er in 1 gezeigt ist, wird betrieben, um verflüssigtes Erdgas unter Verwendung eines Beispiel 1 ähnlichen mit Propan vorgekühlten gemischten Kältemittelzyklus zu erzeugen. Die physikalischen Konstruktionsparameter des Bündels aus gewickelten Rohrschlangen in der Wärmetauscherzone 5 sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Physikalische Konstruktionsparameter für Bündel aus gewickelten Rohrschlangen für Beispiel 2 (Wärmetauscherzone 5, Fig. 1)
    Außendurchmesser des Bündels 4,95 m 15 ft.
    Länge des Bündels 21,45 m 65 ft.
    Röhrenlänge 28,71 m 870 ft.
    Außendurchmesser der Röhre 1,91 cm 0,75 in.
    Außendurchmesser des Dorns 165,1 cm 65 in.
    Dicke des Abstandshalters 0,58 cm 0,23 ft.
    Oberfläche 29,18 m2 131.000 sq. ft.
    Anzahl der Beschickungsröhren 870
    Anzahl der Röhren für dampfförmiges Kältemittel 350
    Anzahl der Röhren für flüssiges Kältemittel 630
    Gesamtzahl der Röhren 1.840
  • Beispiel 3
  • Ein Hauptwärmetauscher mit geteilten Bündeln, wie er in 2 gezeigt ist, wird betrieben, um verflüssigtes Erdgas mit der gleichen Produktionsgeschwindigkeit wie in Beispiel 1 unter Verwendung eines Beispiel 1 ähnlichen mit Propan vorgekühlten gemischten Kältemittelzyklus zu erzeugen. Die physikalischen Konstruktionsparameter des Bündels aus gewickelten Rohrschlangen in den Wärmetauscherzonen 201 und 203 sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Druckabfalleigenschaften der kombinierten Bündel aus gewickelten Rohrschlangen in den Wärmetauscherzonen 201 und 203 (2) sind ungefähr die gleichen wie in der Wärmetauscherzone 3 (1). Tabelle 2 Physikalische Konstruktionsparameter der Bündel aus gewickelten Rohrschlangen für Beispiel 3 (Wärmetauscherzonen 201 und 203, Fig. 2)
    Zone 201 (warmes Bündel) Zone 203 (mittleres Bündel)
    Außendurchmesser des Bündels 4,62 m (14 ft.) 3,63 m (11 ft.)
    Länge des Bündels 16,17 m (49 ft.) 3,96 m (12 ft.)
    Röhrenlänge 18,8 m (570 ft.) 66 m (200 ft.)
    Außendurchmesser der Röhre 1,9 cm (0,75 in.) 1,9 cm (0,75 in.)
    Außendurchmesser des Dorns 152 cm (60 in.) 127 cm (50 in.)
    Dicke des Abstandshalters 0,64 cm (0,25 in.) 0,41 cm (0,16 in.)
    Oberfläche 20,82 m2 (224.000 sq. ft.) 3.53 m2 (38.000 sq. ft.)
    Anzahl der Beschickungsröhren 950 350
    Anzahl der Röhren für dampfförmiges Kältemittel 390 126
    Anzahl der Röhren für flüssiges Kältemittel 660 490
    Gesamtzahl der Röhren 2.000 970
  • Ein Vergleich der Schlüsselparameter des Bündels für das einzelne Bündel von Beispiel 2 und des geteilten Bündels von Beispiel 3 ist der folgenden Tabelle 3 zu entnehmen. Tabelle 3 Vergleich der Bündelparameter für Beispiel 2 und 3
    Parameter Beispiel 2 (Einzelbündel) Beispiel 3 (geteiltes Bündel)
    Maximaler Außendurchmesser des Bündels 4,95 cm (15 ft.) 4,62 m (14 ft.)
    Gesamtlänge des Bündels 21,45 m (65 ft.) 20,1 m (61 ft.)
    Gesamtfläche des Bündels 29,18 m2 (314.000 sq. ft.) 24,35 in2 (262.000 sq. ft.)
    Gesamtzahl der Röhren 1.840 2.970
    Gesamtlänge der Röhren 287 m (870 ft.) 257 m (770 ft.)
  • Aus dem Vergleich in Tabelle 3 geht hervor, dass das Verfahren mit dem geteilten Bündel wesentlich weniger Wärmetauscherfläche benötigt als das Verfahren mit einem einzigen Bündel.
  • Die Informationen aus Beispiel 1 bis 3 wurden mit zusätzlichen Verfahrensberechnungen verwendet, um das Verfahren von 3, bei dem die Hauptwärmetauscherkonfiguration mit geteilten Wärmetauschern von 2 verwendet wird, mit dem gleichen Verfahren unter Verwendung der herkömmlichen Hauptwärmetauscherkonfiguration von 1 zu vergleichen. Die Vergleiche wurden für eine relative Produktion bei einer vorgegebenen Gesamtfläche des Wärmetauschers und für eine relative Gesamtfläche, die für eine bestimmte Produktionsgeschwindigkeit erforderlich ist, angestellt. Die Gesamtfläche beinhaltet die Flächen sowohl des warmen als auch des kalten Bündels. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4 Vergleiche für Beispiel 4
    Parameter Verfahren unter Verwendung des Hauptwärmetauschers von Fig. 1 Verfahren unter Verwendung des Hauptwärmetauschers von Fig. 2
    Fall A Fall B
    LNG-Produktionsgeschwindigkeit 100 100 100
    Gesamtoberfläche des Tauschers 100 80 100
  • Aus Tabelle 4 geht hervor, dass die vorliegende Erfindung bei einer bestimmten LNG-Produktionsgeschwindigkeit nur 80% der Wärmetauscherfläche benötigt, die beim herkömmlichen Hauptwärmetauscher von 1 verwendet wird. Umgekehrt ist bei der Erfindung bei einer vorgegebenen Fläche des Tauschers die LNG-Produktionsgeschwindigkeit um 2% höher als bei Verwendung des herkömmlichen Haupttauschers von 1.
  • Die Erfindung wird durch die vorstehenden Beispiele für die Verwendung im Hauptwärmetauseher eines mit Propan vorgekühlten Verflüssigungsverfahrens für Erdgas von 3 veranschaulicht. Die Erfindung kann auch auf Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen angewendet werden, die bei anderen Gasverflüssigungsverfahren zum Einsatz kommen. Beispielsweise können Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen, die bei den bekannten Erdgasverflüssigungsverfahren mit zwei gemischten Kältemitteln verwendet werden, erfindungsgemäß abgewandelt werden. Beispiele für das Erdgasverflüssigungsverfahren mit zwei gemischten Kältemitteln sind in US-A-4,504,296 und 6,119,479 beschrieben. Im Verfahren mit zwei gemischten Kältemitteln wird Erdgas in einem ersten Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen durch ein erstes umlaufendes gemischtes Kältemittelsystem gekühlt und dann in einem zweiten Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen durch ein zweites umlaufendes gemischtes Kältemittelsystem weiter gekühlt und verflüssigt. Das erfindungsgemäße Konzept mit dem geteilten Bündel kann in jedem beliebigen oder beiden Wärmetauschern mit gewickelten Rohrschlangen im Verfahren mit zwei gemischten Kältemitteln verwendet werden.
  • Somit bietet die Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau von Wärmetauschern eine verbesserte Wärmetauscherleistung und bessere Größeneigenschaften. Das Teilen eines einzigen Bündels in zwei oder mehrere separate Bündel mit unterschiedlichen Konstruktionsparametern bietet das Potential für eine erhöhte Produktion bei einer bestimmten Fläche eines Tauschers. Alternativ bietet es das Potential, eine kleinere Wärmetauscherfläche für eine bestimmte Produktionsgeschwindigkeit zu verwenden. Außerdem ist es möglich, das nach unten fließende Kältemittel zwischen den geteilten Bündeln auf der Ummantelungsseite des Tauschers aufzuteilen, wodurch die Wärmeübertragungseffizienz insgesamt verbessert werden kann. Das Teilen eines Bündels kann auch die Konstruktion eines Tauschers mit einer größeren Wärmeaustauschfläche bei einem bestimmten Tauscher ermöglichen. Ein weiterer Vorteil der Konfiguration mit einem geteilten Bündel besteht darin, dass die axiale Expansion und Kontraktion in jedem der beiden kürzeren Bündel während der An- und Auslaufphase geringer ist als die entsprechende Expansion und Kontraktion eines einzigen Bündels. Dadurch werden im Vergleich zu den Belastungen in einem einzigen längeren Bündel die mechanischen Belastungen in den kürzeren Bündeln verringert.

Claims (2)

  1. Wärmetauschersystem aus gewickelten Rohrschlangen zur Verflüssigung von Erdgas gegen ein verdampfendes Kältemittel, welches umfasst: (a) ein vertikales zylindrisches Wärmetauschergefäß, umfassend einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser; (b) ein erstes Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das axial im ersten Abschnitt des Wärmetauschergefäßes angeordnet ist; (c) ein zweites Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das axial im ersten Abschnitt des Wärmetauschergefäßes über dem ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist, wobei eine oder mehrere Röhrengruppen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in direkter Strömungsverbindung mit einer oder mehreren Röhrengruppen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen stehen; (d) ein drittes Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das axial im zweiten Bereich des Wärmetauschergefäßes über dem zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist; (e) wobei das erste und das zweite Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen sich in einem oder mehreren Parameter unterscheiden, ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend den Außendurchmesser des Dorns, die Dicke des Abstandshalters, die Anzahl der Abstandshalter, die Anzahl der Röhren, den Innendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser der Röhren, den Außendurchmesser des Bündels, die Röhrenlänge, den Gangabstand der Röhren, den Windungswinkel der Röhren, dadurch gekennzeichnet, dass (f) jede Gruppe von Röhren im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen in direkter Fluidströmungsverbindung mit einer Gruppe von Röhren im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen steht, (g) ein Kältemittelverteiler (229) zwischen dem ersten und dem zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist, (h) und der zweite Abschnitt einen Durchmesser hat, der anders als der erste Durchmesser ist.
  2. Wärmetauschersystem aus gewickelten Rohrschlangen nach Anspruch 1, wobei das erste Rohrbündel aus gewickelten Rohrschlangen umfasst: (b1) einen ersten Dorn mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; (b2) einen ersten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um den Dorn gewickelt sind, um eine erste Röhrenschicht zu bilden; (b3) eine erste Vielzahl von Abstandshaltern, die in Kontakt mit der ersten Röhrenschicht angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter eine in radialer Richtung definierte Dicke aufweist; (b4) einen zweiten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um die erste Röhrenschicht gewickelt sind, um eine zweite Röhrenschicht zu bilden, wobei die zweite Röhrenschicht in Kontakt mit der ersten Vielzahl von Abstandshaltern ist; und (b5) eine Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Schichten von Abstandshaltern und Röhren ähnlich den Abstandshaltern und Röhren von (b3) und (b4), wobei die Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Abstandshalter und Röhrenschichten radial angeordnet sind; wobei die Einlässe und Auslässe der Röhren von (b2) bis (b5) in der Nähe des ersten Endes bzw. des zweiten Endes des ersten Dorns sind; – wobei das zweite Röhrenbündel aus gewundenen Rohrschlangen umfasst: (c1) einen zweiten Dorn mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; (c2) einen ersten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um den Dorn gewickelt sind, um eine erste Röhrenschicht zu bilden; (c3) eine erste Vielzahl von Abstandshalter, die in Kontakt mit der ersten Röhrenschicht angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter eine in radialer Richtung definierte Dicke aufweist; (c4) einen zweiten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um die erste Röhrenschicht gewickelt sind, um eine zweite Röhrenschicht zu bilden, wobei die zweite Röhrenschicht in Kontakt mit der ersten Vielzahl von Abstandshaltern ist; und (c5) eine Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Schichten von Abstandshalter und Röhren ähnlich den Abstandshaltern und Röhren von (c3) und (c4), wobei die. Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Abstandshalter und Röhrenschichten radial angeordnet sind; wobei die Einlässe und Auslasse der Röhren von (c2) bis (c5) in der Nähe des ersten Endes bzw. des zweiten Endes des zweiten Dorns sind; – und wobei das Wärmetauschersystem aus gewundenen Rohrschlangen außerdem umfasst: (d) Mittel zum Zusammenfassen der Auslassenden von zwei oder mehreren Röhrensätzen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhrenauslässen zu bilden; (e) Mittel zum Zusammenfassen der Einlassenden von zwei oder mehreren Röhrensätzen im ersten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, um eine erste Gruppe von Röhreneinlässen zu bilden; (f) Mittel zum Versetzen der ersten Gruppe von Röhrenauslässen im ersten Röhrenbündel aus gewundenen Rohrschlagen in Fluidströmungsverbindung mit der ersten Gruppe von Röhreneinlässen im zweiten Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen; und (g) ein drittes Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen, das axial in einem zweiten Abschnitt des Wärmetauschergefäßes über dem zweiten Bündel aus gewickelten Rohrschlangen angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt einen Durchmesser hat, der anders als der erste Durchmesser ist; und wobei das dritte Röhrenbündel aus gewickelten Rohrschlangen umfasst: (g1) einen dritten Dorn mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; (g2) einen ersten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um den Dorn gewickelt sind, um eine erste Röhrenschicht zu bilden; (g3) eine erste Vielzahl von Abstandshaltern, die in Kontakt mit der ersten Röhrenschicht angeordnet sind, wobei jeder Abstandshalter eine in radialer Richtung definierte Dicke aufweist; (g4) einen zweiten Röhrensatz, wobei jede Röhre ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei die Röhren helixförmig um die erste Röhrenschicht gewickelt sind, um eine zweite Röhrenschicht zu bilden, wobei die zweite Röhrenschicht in Kontakt mit der ersten Vielzahl von Abstandshaltern ist; und (g5) eine Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Schichten von Abstandshaltern und Röhren ähnlich den Abstandshaltern und Röhren von (g3) und (g4), wobei die Vielzahl zusätzlicher aufeinanderfolgender Abstandshalter und Röhrenschichten radial angeordnet sind; wobei die Einlässe und Auslässe der Röhren von (g2) bis (g5) in der Nähe des ersten Endes bzw. des zweiten Endes des dritten Dorns sind.
DE60207689T 2002-05-27 2002-05-27 Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen Expired - Lifetime DE60207689T3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE60207689T DE60207689T3 (de) 2002-05-27 2002-05-27 Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP02011583A EP1367350B2 (de) 2002-05-27 2002-05-27 Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen
DE60207689T DE60207689T3 (de) 2002-05-27 2002-05-27 Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE60207689D1 DE60207689D1 (de) 2006-01-05
DE60207689T2 DE60207689T2 (de) 2006-06-14
DE60207689T3 true DE60207689T3 (de) 2013-01-24

Family

ID=29414691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60207689T Expired - Lifetime DE60207689T3 (de) 2002-05-27 2002-05-27 Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1367350B2 (de)
AT (1) ATE311580T1 (de)
DE (1) DE60207689T3 (de)
ES (1) ES2254555T5 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080271880A1 (en) * 2005-07-29 2008-11-06 Linde Aktiengesellschaft Coiled Heat Exchanger Having Different Tube Diameters
RU2413151C2 (ru) * 2005-07-29 2011-02-27 Линде Акциенгезельшафт Змеевиковый теплообменник с выполненными из разных материалов деталями
DE102009018248A1 (de) * 2009-04-21 2010-10-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
AU2011273541B2 (en) * 2010-06-30 2014-07-31 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method of treating a hydrocarbon stream comprising methane, and an apparatus therefor
EP2857782A1 (de) 2013-10-04 2015-04-08 Shell International Research Maatschappij B.V. Wärmetauscher mit gewickelter Spule und Verfahren zur Kühlung eines Prozessstroms
US20160209118A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Air Products And Chemicals, Inc. Shell-Side Fluid Distribution in Coil Wound Heat Exchangers
US10359228B2 (en) 2016-05-20 2019-07-23 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction method and system
FR3075942B1 (fr) * 2017-12-22 2020-07-17 Axens Echangeur de chaleur bobine pour hydrotraitement ou hydroconversion
DE102019002704A1 (de) * 2019-04-12 2020-10-15 Linde Gmbh Stegdesign - und Anordnung zur Verringerung einer radialen Fehlverteilung in einem gewickelten Wärmeübertrager
CN114555258B (zh) 2019-10-08 2023-04-18 气体产品与化学公司 热交换系统及组装方法
US20230147084A1 (en) 2021-11-05 2023-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Mitigation of Shell-Side Liquid Maldistribution in Coil Wound Heat Exchanger Bundles
CN115894145A (zh) * 2022-10-28 2023-04-04 山东京博装备制造安装有限公司 一种丙烷脱氢工艺
CN117006867B (zh) * 2023-09-25 2024-01-26 江苏双勤新能源科技有限公司 一体式热交换器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2952985A (en) * 1954-09-20 1960-09-20 Clarence W Brandon Apparatus for fractionating and refrigerating with or by miscible fluids
FR1381767A (fr) * 1963-02-06 1964-12-14 Sulzer Ag Echangeur de chaleur disposé dans un récipient sous pression de section circulaire
GB1135871A (en) * 1965-06-29 1968-12-04 Air Prod & Chem Liquefaction of natural gas
US3516261A (en) * 1969-04-21 1970-06-23 Mc Donnell Douglas Corp Gas mixture separation by distillation with feed-column heat exchange and intermediate plural stage work expansion of the feed
NO146511C (no) * 1977-02-02 1982-10-13 Kaehler & Breum Beholder Og Ma Varmeveksler, saerlig vannvarmer for bruksvann
US4504296A (en) 1983-07-18 1985-03-12 Air Products And Chemicals, Inc. Double mixed refrigerant liquefaction process for natural gas
EP0862717B1 (de) † 1995-10-05 2003-03-12 BHP Petroleum Pty. Ltd. Verflüssigungsverfahren
DE19848280C2 (de) † 1998-10-20 2003-01-30 Linde Ag Wärmetauscher zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US6119479A (en) 1998-12-09 2000-09-19 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant cycle for gas liquefaction
US6347532B1 (en) * 1999-10-12 2002-02-19 Air Products And Chemicals, Inc. Gas liquefaction process with partial condensation of mixed refrigerant at intermediate temperatures
TW480325B (en) † 1999-12-01 2002-03-21 Shell Int Research Plant for liquefying natural gas

Also Published As

Publication number Publication date
ATE311580T1 (de) 2005-12-15
DE60207689D1 (de) 2006-01-05
DE60207689T2 (de) 2006-06-14
EP1367350A1 (de) 2003-12-03
EP1367350B2 (de) 2012-10-24
ES2254555T3 (es) 2006-06-16
ES2254555T5 (es) 2013-02-15
EP1367350B1 (de) 2005-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69920147T2 (de) Erdgasverflüssigung mit Hilfe zweier Kühlmittelgemischkreisläufe
DE60016536T2 (de) Gasverflüssigungsverfahren durch partiel Kondensation von gemischtem Kältemittel bei zwischengelagerten Temperaturen
DE60017951T2 (de) Hybridkreislauf zur Herstellung von flüssigem Erdgas
DE60207689T3 (de) Wärmetauscher mit gewickelten Rohrschlangen
DE69627687T2 (de) Verflüssigungsapparat
DE1551562C3 (de) Verfahren zur Gewinnung einer methanreichen unter Druck stehenden Flüssigkeit aus verflüssigtem Naturgas
DE2023614A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines Verbrauchsgasstromes
DE2614132A1 (de) Tieftemperaturkaelteverfahren unter verwendung eines gemischten kaeltetraegers
DE1551617A1 (de) Naturgas-Verfluessigung mit gesteuertem BTU-Gehalt
DE2524179A1 (de) Verfahren und anlage zur kuehlung eines gasgemisches
DE102016005632A1 (de) Mischkolonne für Verfahren mit einem Einzelmischkältemittel
DE2405971C2 (de) Verfahren zum Abkühlen und/oder Verflüssigung eines Fluids
WO2014026738A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
WO2008022689A2 (de) Verfahren zum verflüssigen eines kohlenwasserstoff-reichen stromes
WO2007014618A1 (de) Gewickelter wärmetauscher mit verschiedenen rohrdurchmessern
DE102006033697A1 (de) Stoff- oder Wärmeaustauscherkolonne mit übereinander angeordneten Stoff- bzw. Wärmeaustauscherbereichen wie Rohrbündeln
DE1960301B2 (de) Verfahren und einrichtung zum verfluessigen und unterkuehlen eines methanreichen verbrauchsgasstromes
EP4007881A1 (de) Verfahren und anlage zur herstellung von flüssigerdgas
WO2007020252A2 (de) Verfahren und anlage zum verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen stroms
DE1170435B (de) Verfahren zur Verfluessigung eines im fluessigen Zustand unter niedrigem Druck zu lagernden Gases
EP3948122A1 (de) Verfahren und anlage zum verflüssigen eines gases
EP2770286B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Hochdruck-Sauerstoff und Hochdruck-Stickstoff
EP1999420A1 (de) Verfahren zur verflüssigung von erdgas
DE1751714A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Kaelte
WO2022268360A1 (de) Regelbare eindüsung zur realisierung unterschiedlicher lokaler kältemittelverteilung

Legal Events

Date Code Title Description
8363 Opposition against the patent
R102 Epo decision maintaining patent in amended form now final

Ref document number: 1367350

Country of ref document: EP

Effective date: 20121024