EP0377089B1 - Heat exchanger, especially for cooling a cracking gas - Google Patents
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Definitions
- the diameter of the ring 7 adjacent to the tube plate 2 is somewhat larger than the diameter of the nozzle 5. This means that the projection area of the nozzle 5 on the tube plate 2 completely covered.
- the rings 7 are connected to intersecting webs 8 which are fastened to the wall of the end chamber 4.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher insbesondere zum Kühlen von Spaltgas mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to a heat exchanger, in particular for cooling cracked gas, with the features of the preamble of
In der eintrittsseitigen Endkammer eines derartigen Wärmetauschers breitet sich der durch den Eintrittsstutzen zugeführte Gasstrom entsprechend der Erweiterung des Kammerquerschnittes aus. Dabei ist die Durchströmung in der Weise ungleichmäßig, daß die Randzonen weniger stark durchströmt sind als die Kernzone.In the inlet-side end chamber of such a heat exchanger, the gas flow supplied through the inlet nozzle spreads out in accordance with the expansion of the chamber cross-section. The flow is uneven in such a way that the edge zones are flowed through less than the core zone.
Um die eintrittsseitige Endkammer gleichmäßig zu durchströmen, sind bei einem bekannten Wärmetauscher (US-A-3552487) in der Endkammer kegelförmige Einbauten angeordnet. Diese Einbauten sollen das eintretende Gas gleichmäßig auf die Rohre des Rohrbündels verteilen. Dient der Wärmetauscher der Kühlung von Spaltgas, so besteht die Gefahr, daß bedingt durch die große Oberfläche dieser ungekühlten Einsätze das Spaltgas verkokt und durch die Bildung von Koksansätzen zu einer Verschmutzung oder Verstopfung im Eintrittsbereich führt.In order to flow evenly through the inlet-side end chamber, conical internals are arranged in the end chamber in a known heat exchanger (US-A-3552487). These internals should distribute the incoming gas evenly over the tubes of the tube bundle. If the heat exchanger is used to cool cracked gas, there is a risk that, due to the large surface area of these uncooled inserts, the cracked gas will coke and lead to contamination or blockage in the entry area due to the formation of coke deposits.
Bei einem anderen bekannten Wärmetauscher (DE-A-2160372) wird zur Vermeidung von Verschmutzungen im Eintrittsbereich eine Vergleichmäßigung der Durchströmung ohne Verwendung von Einbauten angestrebt. Zu diesem Zweck ist an der Mündung des Eintrittsstutzens in die Endkammer eine diffusorartige Umlenkvorrichtung vorgesehen. In der Endkammer ist weiterhin eine mit Wandöffnungen versehene Einsatzhaube angeordnet, zwischen der und der Innenwand der Endkammer ein Ringraum gebildet ist. Auf diese Weise wird dem Auftreten von Strömungsablösungen an der Innenwand und einer teilweisen Bildung von internen Rückströmungen entgegenwirkt.In another known heat exchanger (DE-A-2160372), in order to avoid contamination in the inlet area, the flow is made more uniform without the use of internals. For this purpose, a diffuser-like deflection device is provided at the mouth of the inlet connector in the end chamber. In the end chamber there is furthermore an insert hood provided with wall openings, between which an annular space is formed and the inner wall of the end chamber. In this way, the occurrence of flow separations on the inner wall and a partial formation of internal backflows are counteracted.
Bei der Kühlung von Spaltgas in einem gattungsgemäßen Wärmetauscher treten außer einer ungleichmäßigen Durchströmung der eintrittsseitigen Endkammer und des Rohrbündels zusätzlich Schwierigkeiten durch Kohlenstoffpartikel auf, die aus dem Herstellungsprozeß stammen und von dem zu kühlenden Gas mitgeführt werden. Diese Kohlenstoffpartikel konzentrieren sich auf den Bereich der Kernströmung und führen zu Erosionen an der Rohrplatte und den Rohren.When cooling cracked gas in a generic heat exchanger, in addition to an uneven flow through the inlet-side end chamber and the tube bundle, additional difficulties arise due to carbon particles which originate from the production process and are carried along by the gas to be cooled will. These carbon particles concentrate on the area of the core flow and lead to erosions on the tube plate and the tubes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wärmetauscher mit solchen Einbauten zu versehen, die sowohl die Durchströmung der eintrittsseitigen Endkammer vergleichmäßigen als auch die Rohrplatte vor Erosion schützen.The invention has for its object to provide a generic heat exchanger with such internals that both equalize the flow through the inlet end chamber and protect the tube plate from erosion.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved in a generic heat exchanger according to the invention by the characterizing features of
Die von dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas im Bereich der Kernströmung mitgeführten Kohlenstoffpartikel treffen auf die Stäbe des Einsatzes, wodurch ihre kinetische Energie vernichtet wird. Die so abgebremsten Partikel werden von dem Gas mitgenommen und können nicht mehr zu Erosionsschäden an der Rohrplatte und den Rohren führen. Darüber hinaus wird der auftreffende Gasstrom durch den Einsatz teilweise radial nach außen gelenkt. Ein Teilstrom kann jedoch in der erforderlichen Menge zwischen den Ringabständen zu den Rohren im Mittenbereich der Rohrplatte strömen. Durch eine entsprechende Anordnung und Dimensionierung der Stäbe besteht die Möglichkeit, eine sehr gleichmäßige Beaufschlagung aller Rohre des Rohrbündels mit Gas zu erreichen. Die Ablenkung des Gasstromes nach außen wird begünstigt, wenn die zu Ringen geformten Stäbe einen Kegel bilden.The carbon particles carried by the gas flowing at high speed in the area of the core flow meet the rods of the insert, as a result of which their kinetic energy is destroyed. The particles braked in this way are carried along by the gas and can no longer lead to erosion damage to the tube plate and the tubes. In addition, the incident gas flow is partially directed radially outwards by the insert. However, a partial flow can flow in the required amount between the ring distances to the pipes in the central area of the pipe plate. Appropriate arrangement and dimensioning of the rods enables gas to be applied to all tubes of the tube bundle in a very uniform manner. The deflection of the gas flow to the outside is favored if the rods formed into rings form a cone.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Wärmetauscher und
- Fig. 2 die Ansicht in Blickrichtung A nach Fig. 1.
- Fig. 1 shows the longitudinal section through a heat exchanger and
- 2 shows the view in viewing direction A according to FIG. 1.
Von einem Wärmetauscher zur Kühlung von Spaltgas ist nur der eintrittsseitige Teil gezeigt. Der Wärmetauscher besteht aus einem Rohrbündel aus geraden Rohren 1, die in zwei Rohrplatten 2 zu beiden Seiten des Rohrbündels gehalten sind. Das Rohrbündel ist von einem äußeren Mantel 3 umschlossen, der zusammen mit den Rohrplatten 2 einen von siedendem und unter hohem Druck stehendem Wasser durchflossenen Innenraum begrenzt. An die Rohrplatte 2 schließt sich auf der gezeigten Gaseintrittsseite und auf der nicht gezeigten Gasaustrittsseite jeweils eine Endkammer 4 an, die mit einem Stutzen 5 zur Zuführung oder Abführung des Gases versehen ist.Der Durchmesser des Stutzens 5 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der Rohrplatte 2, so daß sich die Endkammer 4 konisch erweitert.Only the part of a heat exchanger for cooling cracked gas is shown. The heat exchanger consists of a tube bundle of
In einem Abstand von der Rohrplatte 2 auf der Gaseintrittsseite ist ein Einsatz 6 angeordnet, der als Verteilelement und als Prallschutz dient. Der Einsatz 6 ist auf den Teil der Rohrplatte 2 beschränkt, der sich im Bereich der Kernströmung des durch den Stutzen 5 zugeführten Gases befindet und der somit am stärksten durch Erosion gefährdet ist. Der Einsatz 6 besteht aus Profil- oder Rundstäben, die zu mehreckigen oder runden Ringen 7 geformt sind. Der Einsatz 6 kann flach sein, wobei die Ringe konzentrisch und in einer Ebene angeordnet sind. Vorteilhaft ist es, die Ringe 7 ― wie dargestellt ― auf einem Kegel anzuordnen, dessen Spitze auf den Stutzen 5 weist. Die Ringe 7 sind in axialen Abständen voneinander angeordnet. Der Außendurchmesser eines Ringes 7 entspricht etwa dem Innendurchmesser des in Richtung auf die Rohrplatte 2 folgenden Ringes 7. Der Durchmesser des der Rohrplatte 2 benachbarten Ringes 7 ist etwas größer als der Durchmesser des Stutzens 5. Damit ist die Projektionsfläche des Stutzens 5 auf der Rohrplatte 2 völlig abgedeckt. Die Ringe 7 sind mit sich kreuzenden Stegen 8 verbunden, die an der Wand der Endkammer 4 befestigt sind.At a distance from the
Wie in Fig. 1 auf der rechten Seite durch die Pfeile 9 angedeutet ist, wird ein Teil des einströmenden Gases in die Randzone abgelenkt, während ein anderer Teil des Gases zwischen den Ringen 7 des Einsatzes 6 hindurchtritt. Der Durchmesser der zu den Ringen 7 geformten Stäbe und der gegenseitige Abstand kann so groß gewählt werden, daß die Verteilung des Gases über den Querschnitt der Rohrplatte 2 gleichmäßig ist. Wie die Pfeile 10 in dem linken Teil der Fig. 1 zeigen, treffen die von den Gas mitgeführten und gradlinig strömenden Kohlenstoffpartikel auf die Ringe 7 und werden abgebremst. Durch die versetzte Anordnung der Ringe 7 wird erreicht, daß die Kohlenstoffpartikel nicht mit hoher Geschwindigkeit auf die Rohrplatte 2 treffen können.As indicated in FIG. 1 on the right-hand side by the arrows 9, part of the inflowing gas is deflected into the edge zone, while another part of the gas passes between the
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