EP3305388A1 - Wasserbadverdampfer und verfahrenstechnische anlage - Google Patents

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EP3305388A1
EP3305388A1 EP16002148.1A EP16002148A EP3305388A1 EP 3305388 A1 EP3305388 A1 EP 3305388A1 EP 16002148 A EP16002148 A EP 16002148A EP 3305388 A1 EP3305388 A1 EP 3305388A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core tube
water bath
end portion
water
jacket
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.)
Withdrawn
Application number
EP16002148.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christiane Kerber
Hubert Lachenwitzer
Ingomar Blum
Clemens Wolferstetter
Elise Estiot
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.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to EP16002148.1A priority Critical patent/EP3305388A1/de
Publication of EP3305388A1 publication Critical patent/EP3305388A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • 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
    • F28D7/022—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 two or more media in heat-exchange relationship being helically coiled, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • F17C2227/0316—Water heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0388—Localisation of heat exchange separate
    • F17C2227/0393—Localisation of heat exchange separate using a vaporiser
    • 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
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0064—Vaporizers, e.g. evaporators

Definitions

  • the invention relates to a water bath evaporator for a process plant and a process plant with such a water bath evaporator.
  • Water bath evaporators With the help of so-called water bath evaporators liquefied gases, such as oxygen, nitrogen, argon, ethylene, propylene or natural gas can be evaporated.
  • Water bath evaporators are used in particular in petrochemical and cryogenic plants. As heating energy in this case the waste heat of water, steam or electrical energy is used.
  • Such a water bath evaporator has a core tube, on which a tube bundle is wound. The core tube with the tube bundle is arranged within a jacket of the water bath evaporator.
  • the object of the present invention is to provide an improved water bath evaporator.
  • the water bath evaporator comprises a shell, a first core tube disposed within the shell, a second core tube disposed within the first core tube, and a tube bundle at least partially disposed in a first gap provided between the shell and the first core tube and at least partially in one between the first Core tube and the second core tube provided second gap is arranged.
  • the tube bundle is arranged both in the first gap and in the second gap, a heat transfer from the water to the gas to be liquefied in both the first gap and in the second gap can be carried out. As a result, the height of the water bath evaporator can be significantly reduced.
  • the jacket, the first core tube and / or the second core tube can be constructed rotationally symmetrical to a symmetrical or central axis.
  • the first Gap surrounds the first core tube preferably annular.
  • the second gap preferably surrounds the second core tube annularly. In this case, the second gap is arranged within the first gap.
  • the water in the second gap rises upward in a direction of gravity and downward in the first gap in the direction of gravity. In this case, a heat transfer from the water to the gas to be liquefied both when ascending the water and when descending the water in the water bath evaporator.
  • the first core tube has a first end portion and a second end portion facing away from the first end portion, wherein the first core tube is fluid-tightly connected to a bottom of the shell by means of the first end portion, and wherein the second end portion is fluid-permeable.
  • the first core tube can act as a riser, in which the water rises to evaporate the liquefied gas. This can be dispensed with an additional riser.
  • a connection is provided between the first end portion and the bottom of the shell which is impermeable to gases and / or liquids.
  • the first end portion of the first core tube is integrally connected to the bottom of the shell.
  • the first end portion may be welded to the bottom of the shell.
  • the second core tube has a first end portion and a second end portion facing away from the first end portion, wherein the first end portion is fluid-permeable and the second end portion is fluid-impermeable.
  • a lid is provided at the first end portion.
  • the cover may be materially connected to the first end portion.
  • a pressure compensation opening for example a bore, may be provided.
  • no closure or lid is provided, so that through the second end portion of a fluid, in particular water, can enter into the second core tube.
  • the second core tube is disposed within the first core tube such that the second end portion of the second core tube is associated with the second end portion of the first core tube.
  • a length of the second core tube is less than a length of the first core tube.
  • the second core tube is half as long as the first core tube.
  • the second core tube is not firmly connected to the jacket.
  • the first core tube carries the second core tube.
  • the first end portion of the core tubes is arranged with respect to a direction of gravity respectively below the second end portion of the core tubes.
  • the jacket is arranged so that the central axis of the jacket is oriented parallel to the direction of gravity.
  • the jacket can also be arranged so that the central axis is positioned horizontally.
  • the first core tube functions as a riser, so that in operation of the water bath evaporator water rises up against a direction of gravity in the second gap and flows over the tube bundle, exiting the first core tube and in the direction of gravity down in the first gap again flows over the tube bundle.
  • the gas to be evaporated preferably flows from bottom to top through the tube bundle in the direction of the direction of gravity.
  • the water also flows from the bottom up through the, wherein the gas to be evaporated is evaporated in cocurrent with the water.
  • the gas to be vaporized flows in the direction of gravity from top to bottom, and the water in the direction of gravity flows from top to bottom through the first gap.
  • the water bath evaporator further comprises a first water nozzle, which opens into the first gap, and a second water nozzle, which opens into the first core tube.
  • the first water connection can be an inlet and the second water connection can be a drain.
  • the first spout can be an outlet and the second spout can be an inlet.
  • the water can be heated, for example with the aid of steam lances.
  • the first water connection is arranged perpendicular to the second water connection.
  • perpendicular is understood here to mean an angle of preferably 90 ° ⁇ 10 °, more preferably of 90 ° ⁇ 5 °, more preferably of 90 ° ⁇ 1 °, more preferably of exactly 90 °.
  • the jacket has a jacket lower part and a jacket upper part which can be separated from the jacket lower part, wherein the first water nozzle and the second water nozzle are provided on the jacket lower part.
  • the jacket lower part preferably has a cylindrical side wall, which is closed at the end side with the bottom. In particular, the side wall is welded to the ground.
  • the jacket upper part also has a cylindrical side wall, which is closed on the upper side by means of a lid. The lid is preferably welded to the side wall.
  • the jacket lower part has a lower connecting flange and the upper jacket part has an upper connecting flange, wherein the lower connecting flange and the upper connecting flange are connected to one another by means of connecting means.
  • the connecting means are screws. Any number of such connection means may be provided. Between the lower connecting flange and the upper connecting flange, a sealing device may be provided which seals the lower shell part against the upper shell part.
  • the lower connecting flange and the upper connecting flange are preferably annular and firmly connected to the side wall of the casing base or with the side wall of the upper shell, in particular welded.
  • the water bath evaporator further comprises product nozzles which are in fluid connection with the tube bundle and which are provided on the jacket lower part.
  • the number of product nozzles is arbitrary.
  • at least two product nozzles are provided, wherein with the aid of a product nozzle, the gas to be evaporated is supplied to the water bath evaporator and with the help of the other product nozzle the vaporized gas is removed from the water bath.
  • the tube bundle may include a plurality of spirally wound layers of tubing. Each pipe of the tube bundle can be such a product nozzle or it can be assigned to each pipe two such product nozzle. Furthermore, the tube bundle comprises a first spiral winding, which is arranged in the first gap, and a second spiral winding, which is arranged in the second gap.
  • the tube bundle may be partially wound on the first core tube and partially on the second core tube.
  • the tube bundle is in particular multi-layered, wherein different layers of pipes can be wound in opposite directions on the respective core tube. In particular, the tube bundle is spirally wound onto the respective core tube.
  • the second water nozzle and the product nozzles are provided at the bottom of the jacket.
  • the second water nozzle and the product nozzle are welded into the ground.
  • the first water nozzle is provided on a side wall of the jacket lower part.
  • the first water nozzle opens into the first gap provided between the first core tube and the jacket.
  • the second water nozzle opens into the first core tube.
  • the water bath evaporator further comprises a pressure building tube bundle arranged in the first gap.
  • the pressure buildup tube bundle is preferably spirally wound.
  • the pressure buildup tube bundle is wound onto the first core tube.
  • liquefied gas taken from a gas tank can be fed to the water bath evaporator, evaporated there and fed back to the gas tank to build up pressure.
  • the water bath evaporator can also have product connections which are in fluid connection with the pressure building tube bundle and which are provided on the jacket lower part.
  • the product nozzles are welded into the bottom of the jacket.
  • at least two such product nozzles are provided for the pressure building tube bundle. The number of product nozzles is however arbitrary.
  • the process plant is particularly adapted for the evaporation of liquefied gases.
  • the process plant may comprise several such water bath evaporator.
  • the process plant further comprises a liquefied gas gas tank in fluid communication with the tube bundle.
  • the gas tank with the help of the product nozzle with the tube bundle may be in fluid communication.
  • water bath evaporator and / or of the process plant also include combinations of features or embodiments which have not been explicitly mentioned before or described below with respect to the exemplary embodiments.
  • the skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the water bath evaporator and / or the process plant.
  • the Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of a process plant 1.
  • the process plant 1 can be a petrochemical or cryogenic plant.
  • the process plant 1 can be used to vaporize liquefied gases, such as oxygen, nitrogen, argon, ethylene, propylene or natural gas.
  • the process plant 1 comprises a gas tank 2 for receiving such a liquefied gas.
  • the process plant 1 further comprises a water bath evaporator 3, by means of which the liquefied gas is evaporated.
  • a water bath evaporator 3 is in particular a spirally wound heat exchanger.
  • the water bath evaporator 3 comprises a tubular jacket 4 which comprises a jacket lower part 5 and a jacket upper part 6 which can be separated from the jacket lower part 5.
  • the jacket upper part 6 comprises a cylindrical side wall 7, which is preferably designed to be rotationally symmetrical with respect to a symmetry or center axis M4 and which is closed on the top side by a cover 8 in a fluid-tight manner.
  • the lid 8 may be welded to the side wall 7, for example.
  • the jacket upper part can be made, for example, of stainless steel or of an aluminum alloy.
  • the jacket upper part 6 further comprises an annular connecting flange 9 surrounding the upper side of the side wall 7.
  • the upper connecting flange 9 may be welded to the side wall 7, for example.
  • the lid 8 and the upper connecting flange 9 are provided at opposite end portions of the cylindrical side wall 7.
  • the jacket lower part 5 comprises a cylindrical side wall 10 constructed in a cylindrical manner and rotationally symmetrical about the central axis M4.
  • the jacket lower part 5 is closed on the underside by a base 11 which can be welded to the side wall 10.
  • the jacket lower part 5 is also made of stainless steel or an aluminum alloy, for example.
  • the jacket lower part 5 further comprises a lower connecting flange 12, which is fixedly connected to the side wall 10, in particular welded, may be.
  • the lower connecting flange 12 runs around the side wall 10 in an annular manner.
  • the lower connecting flange 12 and the upper connecting flange 9 are connected to each other by means of connecting means 13, in particular screws. Between the connecting flanges 9, 12, a sealing device may be provided to seal the lower shell part 5 and the upper shell part 6 against each other. After loosening the connecting means 13, the upper shell part 6 can be separated from the lower shell part 5.
  • support feet 14 may continue to be provided, with the help of the water bath evaporator 3 on a in the Fig. 1 not shown foundation can be placed.
  • the central axis M4 In the orientation of Fig. 1 is the central axis M4 vertically, that is arranged parallel to a direction of gravity g.
  • the water bath evaporator 3 may also be arranged so that the central axis M4 is positioned horizontally, that is, perpendicular to the direction of gravity g.
  • the jacket lower part 5 furthermore comprises a first water connector 15 and a second water connector 16.
  • Water can be supplied or removed via the water connectors 15, 16 to the water bath evaporator 3.
  • first water pipe 15 as an inlet and the second water pipe 16 as a drain
  • first water pipe 15 as a drain and the second water pipe 16 serve as an inlet.
  • the first water pipe 15 is positioned perpendicular to the second water pipe 16.
  • the first water nozzle 15 is provided in particular on the side wall 10.
  • the first water nozzle 15 may be welded to the side wall 10 and form an opening in the side wall 10.
  • the second water nozzle 16 is preferably provided on the bottom 11 and forms an opening in the bottom 11.
  • the second water pipe 16 may be welded to the floor 11.
  • the second water nozzle 16 is positioned centrally on the bottom 11 and formed rotationally symmetrical to the central axis M4.
  • a plurality of product stub 17, 18 may continue to be provided.
  • the number of product nozzles 17, 18 is arbitrary.
  • the liquefied gas can be fed through one of the product stubs 17, 18 to the water bath evaporator 3, and the vaporized gas can be removed from the water bath evaporator 3 via the other product stubs 17, 18.
  • the product nozzle 17, 18 or at least one of the product nozzle 17, 18 is in fluid communication with the gas tank 2.
  • the product nozzle 17, 18 are also provided on the bottom 11 of the jacket lower part 5.
  • the water bath evaporator 3 further comprises a first core tube 19 arranged inside the jacket 4.
  • the first core tube 19 is cylindrical and formed rotationally symmetrical to the central axis M4.
  • the first core tube 19 may be made of stainless steel or an aluminum alloy, for example.
  • the first core tube 19 comprises a first end section 20 and a second end section 21 facing away from the first end section 20.
  • the first core tube 19 is open on both sides. That is, at the end portions 20, 21 no cover is provided in each case.
  • the first core tube 19 is fluid-tightly connected to the bottom 11 of the shell 4 by means of the first end portion 20.
  • the first end portion 20 is fluid-tight welded to the bottom 11.
  • the term "fluid-tight" is to be understood here as meaning that between the first end section 20 and the bottom 11, a connection, in particular a cohesive connection, is provided, which is impermeable to gases or liquids.
  • cohesive connections the connection partners are held together by atomic or molecular forces.
  • Cohesive connections are non-detachable compounds that can only be separated by destroying the connection means or the connection partners.
  • the first end portion 20 is welded to the bottom.
  • the second end portion 21 is fluid-permeable. That is, through the second end portion 21, a fluid, such as water or a gas, may leak from the first core tube 19.
  • the first end portion 20 is disposed below the second end portion 21 with respect to the direction of gravity g.
  • the first core tube 19 is connected only to the lower shell part 5 and in particular only to the bottom 11 of the lower shell 5, so that the upper shell part 6 can be withdrawn from the first core tube 19 without a connection between the upper shell part 6 and the first core tube 19 solve is.
  • the water bath evaporator 3 further comprises a second core tube 22 arranged inside the first core tube 19.
  • the second core tube 22 is designed rotationally symmetrical to the central axis M4.
  • the second core tube 22 includes a first end portion 23 and a second end portion 24 facing away from the first end portion 23.
  • the first end portion 23 is arranged below the second end portion 24.
  • the second core tube 22 further includes a lid 25 provided on the second end portion 24.
  • the lid 25 is fluid-tightly connected to the second end portion 24.
  • the lid 25 is welded to the second end portion 24. That is, at the second end portion 24, the second core tube 22 is fluid-tight.
  • No closure or lid is provided on the first core portion 23, so that the second core tube 22 is fluid-permeable at the first end portion 23.
  • a vent opening for example a bore, may be provided on the lid 25 in order to vent the second core tube 22.
  • the second core tube 22 may also be referred to as insectsd.
  • the second core tube 22 may be made of stainless steel or an aluminum alloy.
  • the second core tube 22 is arranged inside the first core tube 19 such that the second end section 24 of the second core tube 22 is arranged at the level of the second end section 21 of the first core tube 19.
  • a length of the second core tube 22 is less than a length of the first core tube 19.
  • the second core tube 22 may be half as long as the first core tube 19.
  • the second core tube 22 is not directly to the shell 4 and especially not to the bottom 11th connected.
  • the first core tube 19 carries the second core tube 22.
  • a first gap 26A is provided between the jacket 4 and the first core tube 19, a first gap 26A is provided.
  • the first water nozzle 15 opens into the first gap 26A.
  • a second gap 26B is provided between the first core tube 19 and the second core tube 22.
  • the water bath evaporator 3 further comprises a tube bundle 27, which may be partially wound onto the first core tube 19 and partially onto the second core tube 22.
  • the tube bundle 27 may be multi-layered. This means that several layers of pipes can be wound one above the other onto the respective core tube 19, 22. A winding direction of the layers may differ from each other. In particular, the pipelines are spirally wound onto the respective core tube 19, 22.
  • the tube bundle 27 is arranged so that it is arranged both partially in the first gap 26A and partially in the second gap 26B.
  • the product nozzles 17, 18 are in fluid communication with the tube bundle 27.
  • the pipes 28, 29 can be arranged within the first core tube 19.
  • the tube bundle 27 includes at least one first spiral coil 30 in fluid communication with the tubing 29 disposed in the first gap 26A and a second spiral coil 31 in fluid communication with the tubing 28 and disposed within the second gap 26B.
  • the spiral windings 30, 31 are connected to one another in the region of the second end sections 21, 24 of the core tubes 19, 22.
  • the first spiral winding 30 is wound onto the first core tube 19, and the second spiral winding 31 is wound onto the second core tube 22.
  • the first core tube 19 functions as a riser, so that water rises upwards in the second gap 26B counter to the direction of gravity g and flows over the tube bundle 27, in particular via the second spiral winding 31. Subsequently, the water exits through the second gap 26B from the first core tube 19 and flows in the direction of gravity g in the first gap 26A down, the water again via the tube bundle 27, in particular via the first spiral winding 30, flows.
  • the liquefied gas is supplied to the water bath evaporator 3 via the product nozzle 17, which is conveyed upwards via the second spiral winding 31 counter to the direction of gravity g.
  • the water in the second gap 26B flows over the second spiral coil 31, so that the liquefied gas is evaporated from the bottom to the top.
  • the tube bundle 27 is again guided downwardly with the first spiral winding 30, wherein the first spiral winding 30 is further heated by means of the water flowing downward through the first gap 26A in the direction of gravity g.
  • the vaporized gas is removed via the pipe 29 and the product nozzle 18 from the water bath evaporator 3.
  • the water is preferably heated by an external heat source. As heating energy can also be used directly electrical energy or steam.
  • the heat exchange between the water and the liquefied gas be improved.
  • the height of the water bath evaporator 3 can be significantly reduced.
  • the water nozzle 15, 16 and the product nozzle 17, 18 are provided on the lower shell part 5, the upper shell part 6 can be dismantled without dismantling of piping.
  • the first core tube 19 as a water piping or riser can be dispensed with an external piping.
  • the Fig. 2 shows a further embodiment of a water bath evaporator 3.
  • the embodiment of the water bath evaporator 3 according to the Fig. 2 differs from the embodiment of the water bath evaporator 3 according to the Fig. 1 in that an additional pressure building tube bundle 32 is provided, which is arranged at least in sections in the first gap 26A.
  • the pressure buildup tube bundle 32 includes a tubing 33, a helical coil 34 disposed in the first gap 26A, and a tubing 35.
  • the helical coil 34 may be wound onto the first core tube 19.
  • the jacket lower part 5 comprises further product nozzles 36, 37, which are provided on the bottom 11 and which are in fluid communication with the pressure building tube bundle 32.
  • the product nozzle 36 can be withdrawn via the product nozzle 36 from the gas tank 2 liquefied gas and the pressure build-up tube bundle 32 are supplied.
  • the pressure build-up tube bundle 32 With the help of the pressure build-up tube bundle 32, the liquefied gas is vaporized and returned to the gas tank 2 via the product nozzle 37 in order to increase the pressure in the gas tank 2.

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Abstract

Ein Wasserbadverdampfer (3) für eine verfahrenstechnische Anlage (1), mit einem Mantel (4), einem innerhalb des Mantels (4) angeordneten ersten Kernrohr (19), einem innerhalb des ersten Kernrohrs (19) angeordneten zweiten Kernrohr (22), und einem Rohrbündel (27), das zumindest teilweise in einem zwischen dem Mantel (4) und dem ersten Kernrohr (19) vorgesehenen ersten Spalt (26A) und das zumindest teilweise in einem zwischen dem ersten Kernrohr (19) und dem zweiten Kernrohr (22) vorgesehenen zweiten Spalt (26B) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wasserbadverdampfer für eine verfahrenstechnische Anlage und eine verfahrenstechnische Anlage mit einem derartigen Wasserbadverdampfer.
  • Mit Hilfe von sogenannten Wasserbadverdampfern können verflüssigte Gase, wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Ethylen, Propylen oder Erdgas verdampft werden. Wasserbadverdampfer werden insbesondere in petrochemischen und kryotechnischen Anlagen eingesetzt. Als Heizenergie wird hierbei die Abwärme von Wasser, Dampf oder elektrische Energie verwendet. Ein derartiger Wasserbadverdampfer weist ein Kernrohr auf, auf das ein Rohrbündel aufgewickelt ist. Das Kernrohr mit dem Rohrbündel ist innerhalb eines Mantels des Wasserbadverdampfers angeordnet.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Wasserbadverdampfer zur Verfügung zu stellen.
  • Demgemäß wird ein Wasserbadverdampfer für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Der Wasserbadverdampfer umfasst einen Mantel, ein innerhalb des Mantels angeordnetes erstes Kernrohr, ein innerhalb des ersten Kernrohrs angeordnetes zweites Kernrohr und ein Rohrbündel, das zumindest teilweise in einem zwischen dem Mantel und dem ersten Kernrohr vorgesehenen ersten Spalt und das zumindest teilweise in einem zwischen dem ersten Kernrohr und dem zweiten Kernrohr vorgesehenen zweiten Spalt angeordnet ist.
  • Dadurch, dass das Rohrbündel sowohl in dem ersten Spalt als auch in dem zweiten Spalt angeordnet ist, kann eine Wärmeübertragung von dem Wasser auf das zu verflüssigende Gas sowohl in dem ersten Spalt als auch in dem zweiten Spalt erfolgen. Hierdurch kann die Bauhöhe des Wasserbadverdampfers signifikant reduziert werden.
  • Der Mantel, das erste Kernrohr und/oder das zweite Kernrohr können rotationssymmetrisch zu einer Symmetrie- oder Mittelachse aufgebaut sein. Der erste Spalt umläuft das erste Kernrohr bevorzugt ringförmig. Der zweite Spalt umläuft das zweite Kernrohr bevorzugt ringförmig. Dabei ist der zweite Spalt innerhalb des ersten Spalts angeordnet. Im Betrieb des Wasserbadverdampfers steigt das Wasser in dem zweiten Spalt entgegen einer Schwerkraftrichtung nach oben und in dem ersten Spalt in der Schwerkraftrichtung nach unten. Dabei erfolgt eine Wärmeübertragung von dem Wasser auf das zu verflüssigende Gas sowohl beim Aufsteigen des Wassers als auch beim Absteigen des Wassers in dem Wasserbadverdampfer.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Kernrohr einen ersten Endabschnitt und einen dem ersten Endabschnitt abgewandten zweiten Endabschnitt auf, wobei das erste Kernrohr mit Hilfe des ersten Endabschnitts fluiddicht mit einem Boden des Mantels verbunden ist, und wobei der zweite Endabschnitt fluiddurchlässig ist.
  • Dadurch, dass das erste Kernrohr fluiddicht mit dem Boden des Mantels verbunden ist, kann das erste Kernrohr als Steigleitung fungieren, in der das Wasser zum Verdampfen des verflüssigten Gases nach oben steigt. Hierdurch kann auf eine zusätzliche Steigleitung verzichtet werden. Darunter, dass der erste Endabschnitt des ersten Kernrohrs fluiddicht mit dem Boden des Mantels verbunden ist, ist zu verstehen, dass zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Boden des Mantels eine Verbindung vorgesehen ist, die undurchlässig für Gase und/oder Flüssigkeiten ist. Vorzugsweise ist der erste Endabschnitt des ersten Kernrohrs stoffschlüssig mit dem Boden des Mantels verbunden. Insbesondere kann der erste Endabschnitt mit dem Boden des Mantels verschweißt sein. Darunter, dass der zweite Endabschnitt des ersten Kernrohrs fluiddurchlässig ist, ist zu verstehen, dass an dem zweiten Endabschnitt kein Deckel oder Verschluss vorgesehen ist, so dass ein in dem ersten Kernrohr vorgesehenes Fluid, insbesondere Wasser, durch den zweiten Endabschnitt aus dem ersten Kernrohr austreten kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Kernrohr einen ersten Endabschnitt und einen dem ersten Endabschnitt abgewandten zweiten Endabschnitt auf, wobei der erste Endabschnitt fluiddurchlässig und der zweite Endabschnitt fluidundurchlässig ist.
  • Vorzugsweise ist an dem ersten Endabschnitt ein Deckel vorgesehen. Der Deckel kann stoffschlüssig mit dem ersten Endabschnitt verbunden sein. An dem Deckel kann weiterhin eine Druckausgleichsöffnung, beispielsweise eine Bohrung, vorgesehen sein. An dem zweiten Endabschnitt ist kein Verschluss oder Deckel vorgesehen, so dass durch den zweiten Endabschnitt ein Fluid, insbesondere Wasser, in das zweite Kernrohr eintreten kann. Das zweite Kernrohr ist so innerhalb des ersten Kernrohrs angeordnet, dass der zweite Endabschnitt des zweiten Kernrohrs dem zweiten Endabschnitt des ersten Kernrohrs zugeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Länge des zweiten Kernrohrs geringer als eine Länge des ersten Kernrohrs. Beispielsweise ist das zweite Kernrohr halb so lang wie das erste Kernrohr. Das zweite Kernrohr ist nicht fest mit dem Mantel verbunden. Beispielsweise trägt das erste Kernrohr das zweite Kernrohr.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Endabschnitt der Kernrohre bezüglich einer Schwerkraftrichtung jeweils unterhalb des zweiten Endabschnitts der Kernrohre angeordnet.
  • Insbesondere ist der Mantel so angeordnet, dass die Mittelachse des Mantels parallel zu der Schwerkraftrichtung orientiert ist. Alternativ kann der Mantel auch so angeordnet sein, dass die Mittelachse horizontal positioniert ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform fungiert das erste Kernrohr als Steigleitung, so dass im Betrieb des Wasserbadverdampfers Wasser entgegen einer Schwerkraftrichtung in dem zweiten Spalt nach oben aufsteigt und dabei über das Rohrbündel strömt, aus dem ersten Kernrohr austritt und in der Schwerkraftrichtung nach unten in dem ersten Spalt nochmals über das Rohrbündel strömt.
  • Vorzugsweise strömt im Betrieb des Wasserbadverdampfers das zu verdampfende Gas entgegen der Schwerkraftrichtung von unten nach oben durch das Rohrbündel. In dem zweiten Spalt strömt das Wasser ebenfalls von unten nach oben durch den, wobei das zu verdampfende Gas im Gleichstrom mit dem Wasser verdampft wird. In dem ersten Spalt strömt das zu verdampfende Gas in der Schwerkraftrichtung von oben nach unten, wobei auch das Wasser in der Schwerkraftrichtung von oben nach unten durch den ersten Spalt strömt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wasserbadverdampfer ferner einen ersten Wasserstutzen, der in den ersten Spalt mündet, und einen zweiten Wasserstutzen, der in das erste Kernrohr mündet.
  • Der erste Wasserstutzen kann ein Zulauf und der zweite Wasserstutzen kann ein Ablauf sein. Umgekehrt kann der erste Wasserstutzen ein Ablauf und der zweite Wasserstutzen ein Zulauf sein. Im Betrieb des Wasserbadverdampfers kann die Strömungsrichtung des Wassers umgedreht werden. Das Wasser kann beispielsweise mit Hilfe von Dampflanzen erwärmt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Wasserstutzen senkrecht zu dem zweiten Wasserstutzen angeordnet.
  • Unter senkrecht ist vorliegend ein Winkel von bevorzugt 90° ± 10°, weiter bevorzugt von 90° ± 5°, weiter bevorzugt von 90° ± 1°, weiter bevorzugt von genau 90° zu verstehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Mantel ein Mantelunterteil und ein von dem Mantelunterteil trennbares Manteloberteil auf, wobei der erste Wasserstutzen und der zweite Wasserstutzen an dem Mantelunterteil vorgesehen sind.
  • Dadurch, dass der erste Wasserstutzen und der zweite Wasserstutzen an dem Mantelunterteil vorgesehen sind, kann das Manteloberteil von dem Mantelunterteil getrennt werden, ohne dass eine für das Wasser vorgesehene Verrohrung rückzubauen ist. Dies vereinfacht die Montage und die Demontage des Wasserbadverdampfers. Das Mantelunterteil weist vorzugsweise eine zylinderförmige Seitenwandung auf, die stirnseitig mit dem Boden verschlossen ist. Insbesondere ist die Seitenwandung mit dem Boden verschweißt. Das Manteloberteil weist ebenfalls eine zylinderförmige Seitenwandung auf, die oberseitig mit Hilfe eines Deckels verschlossen ist. Der Deckel ist vorzugsweise mit der Seitenwandung verschweißt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Mantelunterteil einen unteren Verbindungsflansch und das Manteloberteil einen oberen Verbindungsflansch auf, wobei der untere Verbindungsflansch und der obere Verbindungsflansch mit Hilfe von Verbindungsmitteln miteinander verbunden sind.
  • Vorzugsweise sind die Verbindungsmittel Schrauben. Es kann eine beliebige Anzahl an derartigen Verbindungsmitteln vorgesehen sein. Zwischen dem unteren Verbindungsflansch und dem oberen Verbindungsflansch kann eine Dichteinrichtung vorgesehen sein, die das Mantelunterteil gegenüber dem Manteloberteil abdichtet. Der untere Verbindungsflansch und der obere Verbindungsflansch sind vorzugsweise ringförmig ausgebildet und mit der Seitenwandung des Mantelunterteils beziehungsweise mit der Seitenwandung des Manteloberteils fest verbunden, insbesondere verschweißt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wasserbadverdampfer ferner mit dem Rohrbündel in Fluidverbindung stehende Produktstutzen, die an dem Mantelunterteil vorgesehen sind.
  • Die Anzahl der Produktstutzen ist beliebig. Vorzugsweise sind zumindest zwei Produktstutzen vorgesehen, wobei mit Hilfe des einen Produktstutzens das zu verdampfende Gas dem Wasserbadverdampfer zugeführt wird und mit Hilfe des anderen Produktstutzens das verdampfte Gas dem Wasserbadverdampfer entnommen wird. Das Rohrbündel kann eine Vielzahl spiralgewickelter Lagen an Rohrleitungen aufweisen. Jeder Rohrleitung des Rohrbündels kann ein derartiger Produktstutzen oder es können jeder Rohrleitung zwei derartige Produktstutzen zugeordnet sein. Weiterhin umfasst das Rohrbündel eine erste Spiralwicklung, die in dem ersten Spalt angeordnet ist, und eine zweite Spiralwicklung, die in dem zweiten Spalt angeordnet ist. Dadurch, dass auch die Produktstutzen an dem Mantelunterteil vorgesehen sind, kann das Manteloberteil von dem Mantelunterteil getrennt werden, ohne dass das Rohrbündel rückzubauen ist. Dies vereinfacht die Montage und die Demontage des Wasserbadverdampfers. Das Rohrbündel kann teilweise auf das erste Kernrohr und teilweise auf das zweite Kernrohr aufgewickelt sein. Das Rohrbündel ist insbesondere mehrlagig, wobei unterschiedliche Lagen an Rohrleitungen gegensinnig auf das jeweilige Kernrohr aufgewickelt sein können. Insbesondere ist das Rohrbündel auf das jeweilige Kernrohr spiralförmig aufgewickelt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der zweite Wasserstutzen und die Produktstutzen an dem Boden des Mantels vorgesehen.
  • Vorzugsweise sind der zweite Wasserstutzen und die Produktstutzen in den Boden eingeschweißt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Wasserstutzen an einer Seitenwandung des Mantelunterteils vorgesehen.
  • Insbesondere mündet der erste Wasserstutzen in den zwischen dem ersten Kernrohr und dem Mantel vorgesehenen ersten Spalt hinein. Der zweite Wasserstutzen mündet in das erste Kernrohr hinein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wasserbadverdampfer ferner ein Druckaufbaurohrbündel, das in dem ersten Spalt angeordnet ist.
  • Das Druckaufbaurohrbündel ist vorzugsweise spiralgewickelt. Insbesondere ist das Druckaufbaurohrbündel auf das erste Kernrohr aufgewickelt. Mit Hilfe des Druckaufbaurohrbündels kann einem Gastank entnommenes verflüssigtes Gas dem Wasserbadverdampfer zugeführt werden, dort verdampft werden und wieder dem Gastank zum Druckaufbau zugeführt werden. Der Wasserbadverdampfer kann ferner mit dem Druckaufbaurohrbündel in Fluidverbindung stehende Produktstutzen aufweisen, die an dem Mantelunterteil vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Produktstutzen in den Boden des Mantels eingeschweißt. Insbesondere sind zumindest zwei derartige Produktstutzen für das Druckaufbaurohrbündel vorgesehen. Die Anzahl der Produktstutzen ist jedoch beliebig.
  • Weiterhin wird eine verfahrenstechnische Anlage mit einem derartigen Wasserbadverdampfer vorgeschlagen.
  • Die verfahrenstechnische Anlage ist insbesondere zur Verdampfung von verflüssigten Gasen eingerichtet. Die verfahrenstechnische Anlage kann mehrere derartige Wasserbadverdampfer umfassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die verfahrenstechnische Anlage ferner einen Gastank für verflüssigte Gase, der in Fluidverbindung mit dem Rohrbündel ist. Insbesondere kann der Gastank mit Hilfe der Produktstutzen mit dem Rohrbündel in Fluidverbindung sein.
  • Weitere mögliche Implementierungen des Wasserbadverdampfers und/oder der verfahrenstechnischen Anlage umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zur jeweiligen Grundform des Wasserbadverdampfers und/oder der verfahrenstechnischen Anlage hinzufügen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Wasserbadverdampfers und/oder der verfahrenstechnischen Anlage sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Wasserbadverdampfers und/oder der verfahrenstechnischen Anlage. Im Weiteren werden der Wasserbadverdampfer und/oder die verfahrenstechnische Anlage anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer verfahrenstechnischen Anlage; und
    • Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Wasserbadverdampfers für die verfahrenstechnische Anlage gemäß Fig. 1.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer verfahrenstechnischen Anlage 1. Die verfahrenstechnische Anlage 1 kann eine petrochemische oder kryotechnische Anlage sein. Insbesondere kann die verfahrenstechnische Anlage 1 dazu eingesetzt werden, verflüssigte Gase, wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Ethylen, Propylen oder Erdgas zu verdampfen. Die verfahrenstechnische Anlage 1 umfasst einen Gastank 2 zur Aufnahme eines derartigen verflüssigten Gases.
  • Die verfahrenstechnische Anlage 1 umfasst weiterhin einen Wasserbadverdampfer 3, mit dessen Hilfe das verflüssigte Gas verdampft wird. Ein Wasserbadverdampfer 3 ist insbesondere ein spiralgewickelter Wärmetauscher. Der Wasserbadverdampfer 3 umfasst einen rohrförmigen Mantel 4, der ein Mantelunterteil 5 und ein von dem Mantelunterteil 5 trennbares Manteloberteil 6 umfasst.
  • Das Manteloberteil 6 umfasst eine zylinderförmige und vorzugsweise rotationssymmetrisch zu einer Symmetrie- oder Mittelachse M4 ausgebildete Seitenwandung 7, die oberseitig von einem Deckel 8 fluiddicht verschlossen ist. Der Deckel 8 kann mit der Seitenwandung 7 beispielsweise verschweißt sein. Das Manteloberteil kann beispielsweise aus Edelstahl oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Das Manteloberteil 6 umfasst weiterhin einen ringförmig um die Seitenwandung 7 umlaufenden oberen Verbindungsflansch 9. Der obere Verbindungsflansch 9 kann beispielsweise mit der Seitenwandung 7 verschweißt sein. Der Deckel 8 und der obere Verbindungsflansch 9 sind an einander gegenüberliegenden Endabschnitten der zylinderförmigen Seitenwandung 7 vorgesehen.
  • Das Mantelunterteil 5 umfasst eine zylinderförmige und rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M4 aufgebaute Seitenwandung 10. Das Mantelunterteil 5 ist unterseitig von einem Boden 11 verschlossen, der mit der Seitenwandung 10 verschweißt sein kann. Das Mantelunterteil 5 ist beispielsweise ebenfalls aus Edelstahl oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Das Mantelunterteil 5 umfasst weiterhin einen unteren Verbindungsflansch 12, der fest mit der Seitenwandung 10 verbunden, insbesondere verschweißt, sein kann. Der untere Verbindungsflansch 12 läuft ringförmig um die Seitenwandung 10 um.
  • Der untere Verbindungsflansch 12 und der obere Verbindungsflansch 9 sind mit Hilfe von Verbindungsmitteln 13, insbesondere Schrauben, miteinander verbunden. Zwischen den Verbindungsflanschen 9, 12 kann eine Dichteinrichtung vorgesehen sein, um das Mantelunterteil 5 und das Manteloberteil 6 gegeneinander abzudichten. Nach einem Lösen der Verbindungsmittel 13 kann das Manteloberteil 6 von dem Mantelunterteil 5 getrennt werden.
  • An dem Mantelunterteil 5 können weiterhin Stützfüße 14 vorgesehen sein, mit deren Hilfe der Wasserbadverdampfer 3 auf einem in der Fig. 1 nicht gezeigten Fundament platzierbar ist. In der Orientierung der Fig. 1 ist die Mittelachse M4 vertikal, das heißt parallel zu einer Schwerkraftrichtung g angeordnet. Alternativ kann der Wasserbadverdampfer 3 auch so angeordnet sein, dass die Mittelachse M4 horizontal, das heißt, senkrecht zu der Schwerkraftrichtung g, positioniert ist.
  • Das Mantelunterteil 5 umfasst weiterhin einen ersten Wasserstutzen 15 sowie einen zweiten Wasserstutzen 16. Über die Wasserstutzen 15, 16 kann dem Wasserbadverdampfer 3 Wasser zugeführt beziehungsweise abgeführt werden. Dabei kann entweder der erste Wasserstutzen 15 als Zulauf und der zweite Wasserstutzen 16 als Ablauf oder der erste Wasserstutzen 15 als Ablauf und der zweite Wasserstutzen 16 als Zulauf dienen. Der erste Wasserstutzen 15 ist dabei senkrecht zu dem zweiten Wasserstutzen 16 positioniert.
  • Der erste Wasserstutzen 15 ist insbesondere an der Seitenwandung 10 vorgesehen. Beispielsweise kann der erste Wasserstutzen 15 mit der Seitenwandung 10 verschweißt sein und in der Seitenwandung 10 einen Durchbruch bilden. Der zweite Wasserstutzen 16 ist vorzugsweise an dem Boden 11 vorgesehen und bildet in dem Boden 11 einen Durchbruch. Insbesondere kann der zweite Wasserstutzen 16 mit dem Boden 11 verschweißt sein. Beispielsweise kann, wie in der Fig. 1 gezeigt, der zweite Wasserstutzen 16 mittig an dem Boden 11 positioniert und rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M4 ausgebildet sein.
  • An dem Mantelunterteil 5 können weiterhin mehrere Produktstutzen 17, 18 vorgesehen sein. Die Anzahl der Produktstutzen 17, 18 ist dabei beliebig. Beispielsweise kann durch einen der Produktstutzen 17, 18 dem Wasserbadverdampfer 3 das verflüssigte Gas zugeführt werden und über den anderen Produktstutzen 17, 18 das verdampfte Gas aus dem Wasserbadverdampfer 3 abgeführt werden. Die Produktstutzen 17, 18 beziehungsweise zumindest einer der Produktstutzen 17, 18 ist in Fluidverbindung mit dem Gastank 2. Die Produktstutzen 17, 18 sind ebenfalls an dem Boden 11 des Mantelunterteils 5 vorgesehen.
  • Der Wasserbadverdampfer 3 umfasst weiterhin ein innerhalb des Mantels 4 angeordnetes erstes Kernrohr 19. Das erste Kernrohr 19 ist zylinderförmig und rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M4 ausgebildet. Das erste Kernrohr 19 kann beispielsweise aus Edelstahl oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Das erste Kernrohr 19 umfasst einen ersten Endabschnitt 20 sowie einen dem ersten Endabschnitt 20 abgewandten zweiten Endabschnitt 21. Das erste Kernrohr 19 ist beidseitig offen. Das heißt, an den Endabschnitten 20, 21 ist jeweils kein Deckel vorgesehen.
  • Das erste Kernrohr 19 ist jedoch mit Hilfe des ersten Endabschnitts 20 fluiddicht mit dem Boden 11 des Mantels 4 verbunden. Beispielsweise ist der erste Endabschnitt 20 fluiddicht mit dem Boden 11 verschweißt. Unter "fluiddicht" ist vorliegend zu verstehen, dass zwischen dem ersten Endabschnitt 20 und dem Boden 11 eine Verbindung, insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung, vorgesehen ist, die undurchlässig für Gase oder Flüssigkeiten ist. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel oder der Verbindungspartner trennen lassen. Beispielsweise ist der erste Endabschnitt 20 mit dem Boden verschweißt.
  • Da an dem zweiten Endabschnitt 21 des ersten Kernrohrs 19 kein Verschluss oder Deckel vorgesehen ist, ist der zweite Endabschnitt 21 fluiddurchlässig. Das heißt, durch den zweiten Endabschnitt 21 kann ein Fluid, beispielsweise Wasser oder ein Gas, aus dem ersten Kernrohr 19 austreten. Der erste Endabschnitt 20 ist bezüglich der Schwerkraftrichtung g unterhalb des zweiten Endabschnitts 21 angeordnet. Das erste Kernrohr 19 ist nur mit dem Mantelunterteil 5 und insbesondere nur mit dem Boden 11 des Mantelunterteils 5 verbunden, so dass das Manteloberteil 6 von dem ersten Kernrohr 19 abgezogen werden kann, ohne dass zwischen dem Manteloberteil 6 und dem ersten Kernrohr 19 eine Verbindung zu lösen ist.
  • Der Wasserbadverdampfer 3 umfasst weiterhin ein innerhalb des ersten Kernrohrs 19 angeordnetes zweites Kernrohr 22. Das zweite Kernrohr 22 ist rotationssymmetrisch zu der Mittelachse M4 ausgebildet. Das zweite Kernrohr 22 umfasst einen ersten Endabschnitt 23 und einen dem ersten Endabschnitt 23 abgewandten zweiten Endabschnitt 24. Dabei ist bezüglich der Schwerkraftrichtung g der erste Endabschnitt 23 unterhalb des zweiten Endabschnitts 24 angeordnet. Das zweite Kernrohr 22 umfasst weiterhin einen an dem zweiten Endabschnitt 24 vorgesehenen Deckel 25.
  • Der Deckel 25 ist fluiddicht mit dem zweiten Endabschnitt 24 verbunden. Beispielsweise ist der Deckel 25 mit dem zweiten Endabschnitt 24 verschweißt. Das heißt, an dem zweiten Endabschnitt 24 ist das zweite Kernrohr 22 fluiddicht. An dem ersten Kernabschnitt 23 ist kein Verschluss oder Deckel vorgesehen, so dass das zweite Kernrohr 22 an dem ersten Endabschnitt 23 fluiddurchlässig ist. Optional kann an dem Deckel 25 eine Entlüftungsöffnung, beispielsweise eine Bohrung, vorgesehen sein, um das zweite Kernrohr 22 zu entlüften. Das zweite Kernrohr 22 kann auch als Zwischenhemd bezeichnet werden. Das zweite Kernrohr 22 kann aus Edelstahl oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.
  • Das zweite Kernrohr 22 ist dabei so innerhalb des ersten Kernrohrs 19 angeordnet, dass der zweite Endabschnitt 24 des zweiten Kernrohrs 22 auf Höhe des zweiten Endabschnitts 21 des ersten Kernrohrs 19 angeordnet ist. Eine Länge des zweiten Kernrohrs 22 ist geringer als eine Länge des ersten Kernrohrs 19. Beispielsweise kann das zweite Kernrohr 22 halb so lang sein wie das erste Kernrohr 19. Das zweite Kernrohr 22 ist nicht direkt mit dem Mantel 4 und insbesondere nicht mit dem Boden 11 verbunden. Beispielsweise trägt das erste Kernrohr 19 das zweite Kernrohr 22.
  • Zwischen dem Mantel 4 und dem ersten Kernrohr 19 ist ein erster Spalt 26A vorgesehen. Beispielsweise mündet der erste Wasserstutzen 15 in den ersten Spalt 26A. Weiterhin ist zwischen dem ersten Kernrohr 19 und dem zweiten Kernrohr 22 ein zweiter Spalt 26B vorgesehen.
  • Der Wasserbadverdampfer 3 umfasst weiterhin ein Rohrbündel 27, das teilweise auf das erste Kernrohr 19 und teilweise auf das zweite Kernrohr 22 aufgewickelt sein kann. Das Rohrbündel 27 kann mehrlagig sein. Das heißt, es können mehrere Lagen an Rohrleitungen übereinander auf das jeweilige Kernrohr 19, 22 aufgewickelt sein. Eine Wicklungsrichtung der Lagen kann sich dabei voneinander unterscheiden. Insbesondere sind die Rohrleitungen spiralförmig auf das jeweilige Kernrohr 19, 22 aufgewickelt. Das Rohrbündel 27 ist dabei so angeordnet, dass es sowohl teilweise in dem ersten Spalt 26A als auch teilweise in dem zweiten Spalt 26B angeordnet ist.
  • Die Produktstutzen 17, 18 stehen mit dem Rohrbündel 27 in Fluidverbindung. Beispielsweise kann der Produktstutzen 17 mit einer Rohrleitung 28 und der Produktstutzen 18 mit einer Rohrleitung 29 des Rohrbündels 27 in Fluidverbindung stehen. Die Rohrleitungen 28, 29 können dabei innerhalb des ersten Kernrohrs 19 angeordnet sein. Das Rohrbündel 27 umfasst zumindest eine mit der Rohrleitung 29 in Fluidverbindung stehende erste Spiralwicklung 30, die in dem ersten Spalt 26A angeordnet ist, sowie eine zweite Spiralwicklung 31, die in Fluidverbindung mit der Rohrleitung 28 ist und die innerhalb des zweiten Spalts 26B angeordnet ist.
  • Die Spiralwicklungen 30, 31 sind im Bereich der zweiten Endabschnitte 21, 24 der Kernrohre 19, 22 miteinander verbunden. Die erste Spiralwicklung 30 ist dabei auf das erste Kernrohr 19 aufgewickelt, und die zweite Spiralwicklung 31 ist dabei auf das zweite Kernrohr 22 aufgewickelt.
  • Im Betrieb des Wasserbadverdampfers 3 fungiert das erste Kernrohr 19 als Steigleitung, so dass Wasser entgegen der Schwerkraftrichtung g in dem zweiten Spalt 26B nach oben aufsteigt und dabei über das Rohrbündel 27, insbesondere über die zweite Spiralwicklung 31, strömt. Anschließend tritt das Wasser durch den zweiten Spalt 26B aus dem ersten Kernrohr 19 aus und strömt in der Schwerkraftrichtung g in dem ersten Spalt 26A nach unten, wobei das Wasser nochmals über das Rohrbündel 27, insbesondere über die erste Spiralwicklung 30, strömt.
  • Beispielsweise wird dem Wasserbadverdampfer 3 über den Produktstutzen 17 das verflüssigte Gas zugeführt, welches über die zweite Spiralwicklung 31 entgegen der Schwerkraftrichtung g nach oben befördert wird. Dabei strömt das Wasser in dem zweiten Spalt 26B über die zweite Spiralwicklung 31, so dass das verflüssigte Gas von unten nach oben verdampft wird. In dem ersten Spalt 26A wird das Rohrbündel 27 mit der ersten Spiralwicklung 30 wieder nach unten geführt, wobei die erste Spiralwicklung 30 mit Hilfe des durch den ersten Spalt 26A in der Schwerkraftrichtung g nach unten strömenden Wassers weiter erwärmt wird. Das verdampfte Gas wird über die Rohrleitung 29 und den Produktstutzen 18 aus dem Wasserbadverdampfer 3 abgeführt. Aufgeheizt wird das Wasser vorzugsweise durch eine externe Wärmequelle. Als Heizenergie kann auch direkt elektrische Energie oder Dampf verwendet werden.
  • Dadurch, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und dem verflüssigten Gas sowohl bei dem Nach-oben-Strömen des Wassers in dem zweiten Spalt 26B als auch bei dem Nach-unten-Strömen des Wassers in dem ersten Spalt 26A erfolgen kann, kann der Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und dem verflüssigten Gas verbessert werden. Insbesondere kann hierdurch die Bauhöhe des Wasserbadverdampfers 3 signifikant reduziert werden. Dadurch, dass die Wasserstutzen 15, 16 und die Produktstutzen 17, 18 an dem Mantelunterteil 5 vorgesehen sind, kann das Manteloberteil 6 ohne einen Rückbau an Rohrleitungen demontiert werden. Durch die Nutzung des ersten Kernrohrs 19 als Wasserverrohrung beziehungsweise als Steigleitung kann auf eine externe Verrohrung verzichtet werden.
  • Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wasserbadverdampfers 3. Die Ausführungsform des Wasserbadverdampfers 3 gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform des Wasserbadverdampfers 3 gemäß der Fig. 1 dadurch, dass ein zusätzliches Druckaufbaurohrbündel 32 vorgesehen ist, das zumindest abschnittsweise in dem ersten Spalt 26A angeordnet ist. Das Druckaufbaurohrbündel 32 umfasst eine Rohrleitung 33, eine Spiralwicklung 34, die in dem ersten Spalt 26A angeordnet ist, sowie eine Rohrleitung 35. Die Spiralwicklung 34 kann auf das erste Kernrohr 19 aufgewickelt sein.
  • Weiterhin umfasst das Mantelunterteil 5 weitere Produktstutzen 36, 37, die an dem Boden 11 vorgesehen sind und die in Fluidverbindung mit dem Druckaufbaurohrbündel 32 stehen. Beispielsweise kann über den Produktstutzen 36 aus dem Gastank 2 verflüssigtes Gas abgezogen und dem Druckaufbaurohrbündel 32 zugeführt werden. Mit Hilfe des Druckaufbaurohrbündels 32 wird das verflüssigte Gas verdampft und über den Produktstutzen 37 wieder dem Gastank 2 zugeführt, um den Druck in dem Gastank 2 zu erhöhen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
    • Verwendete Bezugszeichen:
    • 1
    Verfahrenstechnische Anlage
    2
    Gastank
    3
    Wasserbadverdampfer
    4
    Mantel
    5
    Mantelunterteil
    6
    Manteloberteil
    7
    Seitenwandung
    8
    Deckel
    9
    Verbindungsflansch
    10
    Seitenwandung
    11
    Boden
    12
    Verbindungsflansch
    13
    Verbindungsmittel
    14
    Stützfuß
    15
    Wasserstutzen
    16
    Wasserstutzen
    17
    Produktstutzen
    18
    Produktstutzen
    19
    Kernrohr
    20
    Endabschnitt
    21
    Endabschnitt
    22
    Kernrohr
    23
    Endabschnitt
    24
    Endabschnitt
    25
    Deckel
    26A
    Spalt
    26B
    Spalt
    27
    Rohrbündel
    28
    Rohrleitung
    29
    Rohrleitung
    30
    Spiralwicklung
    31
    Spiralwicklung
    32
    Druckaufbaurohrbündel
    33
    Rohrleitung
    34
    Spiralwicklung
    35
    Rohrleitung
    36
    Produktstutzen
    37
    Produktstutzen
    g
    Schwerkraftrichtung
    M4
    Mittelachse

Claims (15)

  1. Wasserbadverdampfer (3) für eine verfahrenstechnische Anlage (1), mit einem Mantel (4), einem innerhalb des Mantels (4) angeordneten ersten Kernrohr (19), einem innerhalb des ersten Kernrohrs (19) angeordneten zweiten Kernrohr (22), und einem Rohrbündel (27), das zumindest teilweise in einem zwischen dem Mantel (4) und dem ersten Kernrohr (19) vorgesehenen ersten Spalt (26A) und das zumindest teilweise in einem zwischen dem ersten Kernrohr (19) und dem zweiten Kernrohr (22) vorgesehenen zweiten Spalt (26B) angeordnet ist.
  2. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 1, wobei das erste Kernrohr (19) einen ersten Endabschnitt (20) und einen dem ersten Endabschnitt (20) abgewandten zweiten Endabschnitt (21) aufweist, wobei das erste Kernrohr (19) mit Hilfe des ersten Endabschnitts (20) fluiddicht mit einem Boden (11) des Mantels (4) verbunden ist, und wobei der zweite Endabschnitt (21) fluiddurchlässig ist.
  3. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Kernrohr (22) einen ersten Endabschnitt (23) und einen dem ersten Endabschnitt (23) abgewandten zweiten Endabschnitt (24) aufweist, und wobei der erste Endabschnitt (23) fluiddurchlässig und der zweite Endabschnitt (24) fluidundurchlässig ist.
  4. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Endabschnitt (20, 23) der Kernrohre (19, 22) bezüglich einer Schwerkraftrichtung (g) jeweils unterhalb des zweiten Endabschnitts (21, 24) der Kernrohre (19, 22) angeordnet ist.
  5. Wasserbadverdampfer nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei das erste Kernrohr (19) als Steigleitung fungiert, so dass im Betrieb des Wasserbadverdampfers (3) Wasser entgegen einer Schwerkraftrichtung (g) in dem zweiten Spalt (26B) nach oben aufsteigt und dabei über das Rohrbündel (27) strömt, aus dem ersten Kernrohr (19) austritt und in der Schwerkraftrichtung (g) nach unten in dem ersten Spalt (26A) nochmals über das Rohrbündel (27) strömt.
  6. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 5, ferner umfassend einen ersten Wasserstutzen (15), der in den ersten Spalt (26A) mündet, und einen zweiten Wasserstutzen (16), der in das erste Kernrohr (19) mündet.
  7. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 6, wobei der erste Wasserstutzen (15) senkrecht zu dem zweiten Wasserstutzen (16) angeordnet ist.
  8. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Mantel (4) ein Mantelunterteil (5) und ein von dem Mantelunterteil (5) trennbares Manteloberteil (6) aufweist, und wobei der erste Wasserstutzen (15) und der zweite Wasserstutzen (16) an dem Mantelunterteil (5) vorgesehen sind.
  9. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 8, wobei das Mantelunterteil (5) einen unteren Verbindungsflansch (12) und das Manteloberteil (6) einen oberen Verbindungsflansch (9) aufweist, und wobei der untere Verbindungsflansch (12) und der obere Verbindungsflansch (9) mit Hilfe von Verbindungsmitteln (13) miteinander verbunden sind.
  10. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend mit dem Rohrbündel (27) in Fluidverbindung stehende Produktstutzen (17, 18), die an dem Mantelunterteil (5) vorgesehen sind.
  11. Wasserbadverdampfer nach Anspruch 10, wobei der zweite Wasserstutzen (16) und die Produktstutzen (17, 18) an dem Boden (11) des Mantels (4) vorgesehen sind.
  12. Wasserbadverdampfer nach einem der Ansprüche 8 - 11, wobei der erste Wasserstutzen (15) an einer Seitenwandung (10) des Mantelunterteils (5) vorgesehen ist.
  13. Wasserbadverdampfer nach einem der Ansprüche 1 - 12, ferner umfassend ein Druckaufbaurohrbündel (32), das in dem ersten Spalt (26A) angeordnet ist.
  14. Verfahrenstechnische Anlage (1) mit einem Wasserbadverdampfer (3) nach einem der Ansprüche 1 - 13.
  15. Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Gastank (2) für verflüssigte Gase, der in Fluidverbindung mit dem Rohrbündel (27) ist.
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