KR102444996B1 - 공급 유출 열교환기 - Google Patents

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러머스 테크놀러지 인코포레이티드
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Abstract

특히, 열교환기에 대한 길이방향 축 및 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘을 포함하는 쉘 및 튜브 열교환기가 개시되어 있다. 쉘은 공급 가스가 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 입구 및 공급 가스 출구를 갖는다. 적어도 하나의 튜브 시트는 긴 쉘의 단부와 관련되고 복수의 원형 배플들은 내부 챔버 내에 공급 가스를 재지향시키기 위해 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된다. 열교환기는 또한 유출 가스가 입구 플리넘으로부터 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 갖는 튜브 번들을 포함한다. 또한, 슈라우드 분배기는 공급 가스 입구로부터 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 내부 챔버로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성된다. 슈라우드 분배기는 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 그 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부를 갖는다.

Description

공급 유출 열교환기
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 전체가 본원에 참고로 인용되고 발명의 명칭이 공급 유출 열교환기(Feed Effluent Heat Exchanger)인, 2016 년 7 월 19 일자로 제출된 미국 가출원 제 62/364,112 호의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 열 교환 효과를 갖는 쉘 및 튜브 열교환기에 관한 것이다.
석유 화학 제품의 제조를 위한 많은 공정은 반응을 수행하기 전에 고온으로 가열되는 가스 공급을 필요로 한다. 일부 예는 스티렌 단량체를 형성하기 위한 에틸벤젠의 탈수소화(dehydrogenation) 및 부텐 또는 부타디엔을 형성하기 위한 프로판 또는 부탄의 탈수소화이다. 공급 가스에 필요한 온도를 생성하기 위해 상당한 양의 연료가 발화 히터에서 연소되어야 한다. 반응기 유출물 내의 과도한 열은 증기로서 회수될 수 있다. 그러나, 많은 경우에 있어서 연료로부터 증기로의 이러한 에너지 전환은 가장 경제적인 선택은 아니며, 공정에 의해 소비되는 연료의 양을 최소화하기 위해 공급 유출 열교환기에서 가능한 많은 열을 회수하는 것이 바람직하다.
종래의 열교환기 방법 및 시스템은 일반적으로 그들의 의도된 목적에 만족스럽다고 여겨져 왔다.
그러나, 개선된 열효율의 쉘 및 튜브 열교환기를 제공하는 시스템 및 방법에 대한 필요성은 여전히 당업계에서 존재한다.
본 발명은 개선된 열 교환 효과를 갖는 열교환기 구성에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 실시예는 특히 상기 열교환기에 대한 길이방향 축과 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘을 포함하는 쉘 및 튜브 열교환기이다. 쉘은 공급 가스가 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 입구 및 공급 가스 출구를 갖는다. 특정 구성에서, 쉘은 2 개 이상의 공급 가스 입구 및 2 개 이상의 공급 가스 출구를 포함한다.
적어도 하나의 튜브 시트가 상기 긴 쉘의 단부와 관련되고, 복수의 원형 배플이 상기 내부 챔버 내에서 공급 가스 유동을 재지향시키기 위해 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격되어 있다. 특정 구성에서, 원주방향 시일은 복수의 배플 각각과 관련된다.
유출 가스가 입구 플리넘으로부터 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 포함하는 튜브 번들이 제공된다. 열교환기는 공급 가스 입구로부터 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 내부 챔버 내로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성되는 제 1 슈라우드 분배기를 추가로 포함한다. 제 1 슈라우드 분배기는 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 그 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부를 갖는다.
본 발명의 특정 실시예에서, 2 개의 공급 가스 입구 및 2 개의 공급 가스 출구가 쉘의 외벽에 형성된다. 바람직하게는, 이러한 구성에서, 제 1 슈라우드 분배기는 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 그 단부에 형성된 2 개의 각진 절단부를 갖는다. 어떤 구성에서는 각진 절단부가 180도 간격을 두고 배치된다.
적어도 하나의 슈라우드 분배기는 적어도 하나의 원형 배플을 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 바람직한 실시예에서, 슈라우드 분배기는 중심 윈도우 영역을 갖는 도넛형 배플을 포함한다. 특정 구성에서, 슈라우드 분배기는 원주방향의 시일 요소를 갖는 차폐형 배플을 추가로 포함한다.
적어도 하나의 슈라우드 분배기의 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부는 10 내지 30 도의 각도로 형성되는 것이 고려된다.
바람직한 구성에서, 열교환기는 그 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부를 가지며 공급 가스 유동을 내부 챔버로부터 공급 가스 출구로 지향시키도록 배열 및 구성되는 제 2 슈라우드 분배기를 추가로 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 배플은 교번 패턴으로 배열된 차폐형 배플과 날개형 배플을 포함하는 것으로 고려된다.
바람직하게는, 상기 복수의 원형 배플 각각과 관련된 상기 원주방향 시일 각각은 상기 배플과 상기 쉘 사이에서 연장되는 가요성 요소를 포함한다. 가요성 요소는 배플의 일 측면 또는 배플의 양 측면 상에 제공될 수 있다는 것이 고려된다.
특정 실시예에서, 복수의 원형 배플들은 2 개의 정반대의 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성된 적어도 하나의 차폐형 배플을 포함한다. 또한, 복수의 원형 배플들은 단일 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성된 적어도 하나의 날개형 배플을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 원형 배플들은 원형 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성된 도넛형 배플을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 다른 요소들 중에서 열교환기에 대한 길이방향 축 및 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘을 포함하는 쉘 및 튜브 열교환기에 관한 것이다. 쉘은 공급 가스가 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 입구 및 공급 가스 출구를 갖는다. 적어도 하나의 튜브 시트가 상기 긴 쉘의 단부와 결합되고, 복수의 원형 배플들은 내부 챔버 내에서 공급 가스 유동을 재지향시키기 위해 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격되어 있으며, 차폐형 배플 및 날개형 배플을 포함하는 복수의 배플 및 각각의 배플은 원주방향 시일을 포함한다. 열교환기는 유출 가스가 입구 플리넘으로부터 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 포함하는 튜브 번들을 추가로 포함한다. 또한, 제 1 슈라우드 분배기가 공급 가스 입구로부터 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 내부 챔버로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성되며, 제 1 슈라우드 분배기는 공급 가스의 유동을 분배하기 위한 그 단부에 형성된 하나 이상의 각진 절단부를 가진다.
제 1 슈라우드 분배기가 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 180도 간격을 두고 위치된 그 단부에 형성된 2 개의 각진 절단부를 갖는 것이 현재 고려된다. 특정 구성에서 적어도 하나의 슈라우드 분배기는 적어도 하나의 원형 배플을 포함한다. 더욱이, 슈라우드 분배기는 중심 윈도우 영역을 갖는 도넛형 배플을 포함할 수 있다. 또한, 슈라우드 분배기는 원주방향 시일 요소를 갖는 차폐형 배플을 추가로 포함할 수 있다.
적어도 하나의 슈라우드 분배기의 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부가 10-30 도의 각도로 형성될 수 있는 것으로 고려된다.
임의의 바람직한 실시예에서, 열교환기는 그 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부를 가지며 공급 가스 유동을 내부 챔버로부터 공급 가스 출구로 지향시키도록 배열 및 구성되는 제 2 슈라우드 분배기를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 복수의 차폐형 배플 및 날개형 배플은 교번 패턴으로 배열된다.
복수의 배플 각각과 관련된 원주방향 시일은 배플과 쉘 사이에서 연장되는 가요성 요소를 포함하는 것으로 고려된다. 특정 구성에서, 가요성 요소는 배플의 양 측면에 제공된다.
차폐형 배플은 2 개의 정반대의 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성될 수 있다. 날개형 배플은 하나의 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성될 수 있다. 또한 도넛형 배플은 원형 윈도우를 배플 플레이트로 절단하여 형성된다.
본 발명은 특히 열교환기에 대한 길이방향 축 및 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘을 포함하는 쉘 및 튜브 열교환기에 관한 것이다. 쉘은 공급 가스가 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 입구 및 공급 가스 출구를 갖는다. 적어도 하나의 튜브 시트는 연장된 쉘의 단부와 관련된다. 복수의 원형 배플들은 내부 챔버 내에서 공급 가스 유동을 재지향시키기 위해 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격되어 배치되고, 복수의 배플은 배플과 쉘 사이에서 연장되는 가요성 원주방향 시일을 포함한다. 열교환기는 유출 가스가 입구 플리넘으로부터 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 포함하는 튜브 번들을 추가로 포함한다. 또한, 열교환기는 공급 가스 입구로부터 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 내부 챔버로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성된 제 1 슈라우드 분배기를 포함하며, 제 1 슈라우드 분배기는 공급 가스의 유동을 분배하기 위한 그 단부에 형성된 적어도 하나의 각진 절단부를 가진다.
바람직하게는, 가요성 요소가 배플의 양 측면에 제공된다. 가요성 요소는 스테인레스 304와 같은 스테인레스 스틸로 제조될 수 있는 것으로 고려된다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 과도한 실험없이 본 개시 내용의 장치 및 방법을 어떻게 제조하고 사용하는지 쉽게 이해할 수 있으므로, 그의 바람직한 실시예는 본 명세서에서 특정 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명될 것이다 수치.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 각진 절단부 및 도넛형 배플을 갖는 예시적인 슈라우드 유형 분배기의 정면도이다.
도 1b는 도 1a의 슈라우드 유형 분배기의 단면도를 도시한다.
도 2a는 2 개의 윈도우가 원형 배플로부터 절단되는, 본 발명에 따라 구성된 예시적인 차폐형 배플의 개략도이다.
도 2b는 하나의 윈도우가 원형 배플로부터 절단되는, 본 발명에 따라 구성된 예시적인 날개형 배플의 개략도를 도시한다.
도 2c는 도넛형 배플을 생성하는 원형 배플로부터 제거된 원형 부분을 갖는, 본 발명에 따라 구성된 또다른 예시적인 원형 배플의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 예시적인 열교환기 레이아웃의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 구성된 예시적인 열교환기의 1/4 단면의 단면도를 제공한다.
도 5는 열교환기 배플과 함께 사용하기 위한 원주방향(예: E- 스트림) 또는 가요성 시일 장치의 단면도를 도시한다.
도 6a는 기존 열교환기의 쉘 입구에서의 예시적인 온도 분포 프로파일의 개략도이다.
도 6b는 도 6a와 관련하여 축소된 스케일을 채택하는, 본 발명에 따라 구성된 열교환기의 쉘 입구에서의 예시적인 온도 분포 프로파일의 개략도이다.
도 7a는 기존 열교환기의 쉘 출구에서의 예시적인 온도 분포 프로파일의 개략도이다.
도 7b(로컬 스케일) 및 도 7c(동일 스케일 디스크)는 본 발명에 따라 구성된 열교환기의 쉘 출구에서의 예시적인 온도 분포 프로파일의 개략도이다.
첨부된 도면은 반드시 본 발명의 기본 원리를 설명하는 다양한 바람직한 특징의 다소 간략화된 표현을 나타내는, 반드시 일정한 축척이 아니라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치 및 형상을 포함하여, 본원에 개시된 본 발명의 특정 디자인 특징은 특정 의도된 응용 및 사용 환경에 의해 부분적으로 결정될 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 도면과 관련하여 취해진 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 보다 쉽게 명백해질 것이다.
동일한 참조 번호가 본 명세서의 유사한 구조적 특징 또는 양태를 나타내는 도면을 참조할 것이다. 개시된 실시예들은 본 발명의 특정 양태들이 구현될 수 있는 방법의 예에 불과하며, 본 발명이 구현될 수 있는 모든 방법의 완전한 목록을 나타내지는 않는다는 것을 이해할 것이다. 실제로, 여기에 기술된 시스템, 장치 및 방법은 다양하고 대안적인 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 도면은 반드시 일정한 축척이 아니며 일부 기능은 특정 구성요소의 세부 사항을 보여주기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다.
공지된 구성요소, 재료 또는 방법은 본 개시를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 반드시 상세하게 설명되지는 않는다. 여기에 개시된 임의의 특정한 구조적 및 기능적 세부 사항은 제한으로서 해석되어서는 안되며 단지 청구항의 기초로서 그리고 당업자가 본 발명을 다양하게 사용하도록 가르치는 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.
다르게 명백하거나 명시되지 않는 한, "우측", "좌측", "상부", "하부", "외측", "내측" 등과 같은 방향 참조는 그 실시예의 첫 번째 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 특정 실시예의 방향과 관련되도록 의도된다.
전형적으로, 열교환기는 매우 높은 효율을 가져야 한다. 필요한 효율은 일반적으로 가능한 최대 열 회수의 백분율로 냉각 유체에서 보온 유체로 전달되는 열로 정의되는 열 교환 "유효성"으로 표현된다. 경우에 따라 추가적인 제약이나 요구 사항이 있다. 예를 들어, 프로판 또는 프로판 부탄 조합의 탈수소화를 위한 Catofin ™ 공정은 반응이 감압 하에서 수행되어 높은 선택성을 유지하기 위해 가스의 압력 손실을 가능한 낮게 유지해야 한다.
쉘 및 튜브형 열교환기는 관련된 큰 온도 범위로 인해 구성요소의 열팽창을 허용하도록 구성될 수 있기 때문에 이러한 적용에 바람직하다. 예시적인 쉘 및 튜브 구성은 일 단부에 고정된 튜브 시트 및 다른 단부에 부유 헤드 튜브 시트를 포함한다. 불행하게도, 쉘 및 튜브 열교환기는 튜브 및 배플 주위의 유체 누설로 인해 쉘 측에서 유체의 불량 분배를 겪을 수 있다. 이러한 오류 분배는 두 가지 바람직하지 않은 영향을 초래한다. 첫째, 열효율은 냉매가 가열된 유체와 혼합되고 두 번째로 튜브 시트 온도가 균일하지 않아 뒤틀림 또는 버클링 및 후속 튜브 손상을 초래할 수 있다는 사실에 의해 제한된다. 튜브 시트가 뒤틀림이나 버클링을 방지하기 위해 상대적으로 균일한 온도로 유지되어야 하는 입구 및 출구 영역에서 균일 분배가 특히 중요하다. 유사하게, 개별적인 튜브 또는 튜브 그룹은 열팽창 차이로 인한 손상이 없도록 열교환기의 다른 섹션에서 상대적으로 균일한 온도로 유지되어야 한다.
본원의 실시예에서 설명된 공급 유출 열교환기는 20℃ 내지 100℃의 저온 공급물이 쉘 측에 공급되고 고온 유출물(예: 400℃ 내지 600℃)이 튜브 측으로 공급되는 쉘 및 튜브 유형의 구성의 가스-가스 열교환기일 수 있다. 보다 일반적으로, 하나의 유체 또는 양쪽 모두의 유체들이 하나의 교환기에서 유체의 온도가 200℃ 초과, 바람직하게는 300℃ 초과의 온도 만큼 변하는 열교환기에 적용된다.
CatofinTM 공정에서 사용되는 공급 유출 열교환기의 예에서, 고온 유출물 가스는 튜브 측에 할당되어 압력 강하가 매우 낮을 수 있다. 그러나, 낮은 압력 강하는 또한 쉘 측 유체가 고르게 분배되어야 하는 복수의 튜브로 이어져서 열교환기 설계 문제를 특히 어렵게 한다.
Catofin 공급 유출 열교환기 구성에 적용되는 본 발명의 실시예는 탈수소화 공정에서 반응기 공급물(통상적으로 프로판 또는 부탄 또는 이의 조합물)을 반응기 유출물에 대해 가열하는데 사용됨으로써, 교환기가 매우 높은 유효성(90 % 이상) 및 유출 가스의 매우 낮은 압력 강하, 예를 들어 6 킬로파스칼(kPa) 이하를 갖는 매우 효과적인 가스-가스 관형 공급 유출 열교환기를 나타낸다.
FEHE 적용에 사용되는 기존의 배플 기술은 단일 분할, 이중 분할 또는 NTIW일 수 있는 종래의 분할 배플을 포함한다. 다른 종래의 배플 기술은 튜브 번들 위로 미끄러지는 디스크 및 도넛형 배플을 포함한다.
쉘 및 튜브 열교환기에 사용되는 교환기 입구에서의 통상적인 유동 분배 방법은 로드 또는 플레이트와 같은 충돌 장치에 의해 유동을 제어하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 설계는 진동으로 인한 튜브 손상을 방지할 수 있지만, 큰 쉘 ID를 갖는 경우 입구 및 출구 영역의 개선된 사용을 제공하지 못하며 또한 유체 분배가 성능에 결정적인 고효율 열교환기에 적합하지도 않다. 더욱이, 높은 작동 온도가 열 변형 및 국부 응력을 피하기 위해 쉘 조인트에 대한 튜브 시트에서 균일한 온도를 필요로 할 때, 종래의 로드 또는 플레이트 타입 충돌 장치는 노즐에 가까운 번들 영역과 노즐로부터 90 도의 영역 사이의 높은 국부적 온도 구배를 촉진시키는 경향이 있기 때문에 불만족스럽다.
기존의 환형 분배기 설계는 쉘 외부에 있고 원주를 따라 전체적으로 균일한 분배를 보장하지 않는 환형 섹션을 포함한다. 또한, 특히 대형 쉘 ID 및 고압 교환기에 대한 이러한 장치에서는 기계적 설계가 더욱 복잡해진다.
유리하게는, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 특정 열교환기 실시예는 모든 배플에서 쉘 내부와 튜브 번들 사이의 축방향 유동이 방지되도록 각각의 배플로부터 절단된 윈도우 부분을 갖는 원형 배플을 사용한다. 더욱이, 본원에 개시된 특정 실시예에서, 원주방향 시일 조립체는 배플과 쉘 사이의 환형 갭에 설치되어, 집중 응력의 국부적인 영역을 생성할 수 있는 기계적 불연속성의 발생을 감소시킨다.
본 실시예는 튜브 시트 온도 변화가 최소화되도록 쉘 측 유체 유동 모두가 튜브 시트 상에 균일하게 지향되는 열교환기 설계를 제공한다. 또한, 본 실시예에 사용된 배플 레이아웃은 모든 배플에서의 원주방향 시일의 채택으로 인해, 유체가 튜브 번들과 윈도우 영역에서의 쉘 사이 및 배플과 쉘 사이의 누설에 의해서 튜브 번들을 우회하는 것을 방지한다. 유체가 튜브 번들을 우회하는 것을 방지하여 높은 효율성(예:> 90 %)을 달성하고 유지하지만 놀랍게도 이 조합은 특히 효과적인 디자인에 90 % 초과의 열전달 효율과 3미터의 큰 쉘 직경에도 튜브 시트를 가로지르는 15℃ 미만의 온도 변화를 제공하는 것으로 확인되었다. 튜브 번들을 우회하여 입구에서 출구로 흐르는 유체가 훨씬 더 차갑고 튜브 시트의 외주를 냉각시켜서 열 응력을 유발하는 경향이 있기 때문에 선행 기술 해결책은 약 100℃의 튜브 시트 온도 변화로 < 90 % 효율로 제한되었다. 결과적으로, 이러한 종래 기술의 해결책은 CatofinTM 공정과 같은 공정에서 만족스럽게 사용되지 못했다. 본 명세서에서 설명된 원주방향의 시일 배플 설계는 이러한 우회가 방지되기 때문에 기계적 결함을 초래할 수 있는 열 응력을 감소시킨다. 유리하게는, 본원에 기술된 열교환기 실시예는 더 높은 열 회수율(90% +)을 허용하고, 열 응력 및 최종 튜브 파괴를 초래할 수 있는 열교환기를 통한 온도 변화를 감소시킨다.
현재 개시된 열교환기에 대한 온도 분포는 튜브 시트를 가로지르는 온도 변화가 15℃ 미만인 다른 방법에 비해 현저하게 균일하다. 이러한 예기치 않은 양호한 성능은 유체 경로에 상관없이 쉘 입구 노즐과 번들 중심 사이의 유동 저항의 균등화에 기인하며, 모든 배플마다 제공될 수 있는 원주방향 시일에 의해 더욱 강화된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원주방향 시일"은 (튜브들과 쉘 사이의 축방향 유동을 차단하는) 배플 윈도우 구성과 배플과 쉘 사이의 축방향 유동을 차단하는 "E- 스트림 시일"의 조합을 의미할 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1a는 열교환기(100)에서 사용하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 구성된 슈라우드 유형 분배기(20)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 1b는 라인 A-A를 따라 열교환기(100)의 단부에서 취해진 단면도를 도시한다. 열교환기(100)는 쉘 측 유체용 2 개의 입구 노즐(52) 및 2 개의 출구 노즐(54)을 갖는 쉘 및 튜브 열교환기이고, 쉘 유체는 튜브 측 유체에 의해 가열될 수 있다. 당업자는 본 발명의 양태들이 다양한 열교환기 설계에 적용될 수 있고 공급-유출 열교환기에 국한되지 않음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 열교환기는 단일 쉘 입구 및 단일 쉘 출구를 포함할 수 있다. 또한, 열교환기는 U 자형 튜브 번들을 가질 수 있다.
Catofin ™ 공급-유출 열교환기의 경우, 쉘 측 유체는 공급물이고 튜브 측 유체는 고온 반응기 유출물이다. 공급-유출 교환기의 목적은 유출 가스로부터 공급 가스로 가용 열 에너지의 적어도 90 %를 전달하는 것이다. 튜브 측 압력 강하는 반응의 선택성을 유지하기 위해 매우 낮아야 한다. 그 결과 많은 수의 튜브가 생기고 결과적으로 상대적으로 낮은 쉘 측 속도가 발생하여 양호한 유동 분배를 유도하지 못한다. 유사하게, 90 % 초과(> 90%)의 높은 효율이 필요하므로, 냉매 공급 가스의 상당 부분이 튜브를 우회하여 출구에서의 가온 가스와 혼합되면, 냉각 가스와 가온 가스의 혼합의 열적 비효율성으로 인하여 필요한 효과를 달성하기 불가능하기 때문에 양호한 분배가 필수적이다.
본 명세서의 실시예는 원형 플레이트로부터 절단된 윈도우 영역을 갖는 이중 분할형 배플을 사용하여 원주방향 시일이 모든 배플에 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 도 2a 내지 도 2c는 본 명세서에 개시된 열교환기 실시예에 사용될 수 있는 예시적인 원형 배플을 도시한다. 도 2a는 제 1 유형의 원형 배플, 플레이트의 상부 및 하부에서 절단한 2개의 분할 윈도우(65)를 갖는 차폐형 배플(64)을 도시한다. 분할형 윈도우(65)는 도 2a에 도시된 바와 같이 반원형이거나 또는 적용예에 따라 다른 형상일 수 있다. 배플을 쉘 갭에 밀봉하기 위해, 원주방향 시일(80)이 도 2a에 도시된 차폐형 배플의 주변에서 사용된다.
도 2b는 제 2 유형의 원형 배플, 즉 원형 배플의 중심으로부터 절단된 단일 분할형 윈도우(67)를 갖는 날개형 배플(66)을 도시한다. 단일 분할 윈도우(67)는 직사각형, 타원형 또는 임의의 다른 적합한 형상일 수 있다. 이 경우, 원주방향 시일(80)은 원형 배플의 주변부에 적용된다.
도 2c는 제 3 유형의 원형 배플, 중심이 절단된 단일 원형 섹션(61)을 갖는 도넛형 배플(60)을 도시한다. 원주방향 시일(80)은 또한 E- 스트림 누설을 피하기 위해 이 배플 장치와 함께 사용된다. E- 스트림 누설은 배플과 쉘 사이에서 누설되는 유동을 지칭할 수 있다. 특정 실시예에서, 도 2c의 도넛형 배플(60)은 비원형 구멍을 가질 수 있고/있거나 또는 구멍이 중심을 벗어나 위치될 수 있다. 예를 들어, 구멍은 원형 모양으로 절단될 수 있지만 세그먼트는 제거된다.
도 3은 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 열교환기를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환기(100)는 두 세트의 원형 배플을 사용할 수 있으며, 제 1 세트는 도 2a에 도시된 바와 같이 상부 및 하부에서 절결된 두 개의 분할형 윈도우(65)를 갖는 차폐형 배플(64)일 수 있고, 제 2 세트의 배플은 원형 배플의 중심으로부터 절단된 단일 분할형 윈도우(67)를 갖는 도 2b에 도시된 바와 같은 날개형 배플(66)일 수 있다. 두 유형의 배플은 열교환기를 따라 교번 배치할 수 있으며 튜브는 배플에 천공된 구멍을 통해서 지지된다. 도 2c에 도시된 것과 같이 도넛형 배플(60)인 제 3 배플 유형은 열교환기(100)의 양 단부에서 튜브 시트(90)에 가장 가까운 위치에서 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 열교환기(100)는 또한 슈라우드 분배기(20)(예: 원통형 슈라우드)를 포함한다. 슈라우드 분배기(20)는 도 1a에 가장 잘 도시된 바와 같이 두 개의 정반대의 각도 섹션 절단부(22)를 갖는다. 슈라우드 분배기(20)는 튜브 번들 주위에 배치되고 도넛형 차폐 플레이트(64)에서 출구/입구 노즐(54/52)과 튜브 시트(90) 사이의 지점까지 연장될 수 있다. 각진 섹션(22)은 번들의 중심으로부터 입구(52)까지의 저항이 유체 경로에 관계없이 유사하도록 원통형 슈라우드(20)로부터 절단된다. 각도(β)는 입구 노즐(52)로부터 도넛형 배플(60)의 중심까지의 유동 저항이 입구 노즐(52)과 튜브 번들의 중심 사이의 모든 경로를 따라 동일하도록 약 10°내지 30°일 수 있다. 예를 들어, β는 약 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 또는 약 30 도일 수 있다. 도 3에 개시된 실시예에서, 열교환기(100)는 쉘의 출구 단부와 결합된 제 2 슈라우드 분배기(20)를 포함한다. 이 분배기는 입구 단부에 위치하는 슈라우드와 동일한 방식으로 구성될 수 있고 유동 저항은 튜브 번들의 중심으로부터 출구 노즐(54)까지의 모든 경로를 따라 유사하게 동일하다. 열교환기(100)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 하나의 입구 또는 출구 슈라우드로 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 도넛형 배플(60) 및 차폐형 배플(64)은 슈라우드(20)를 지지하기 위해 사용될 수 있다.
열교환기(100)는 종래의 배플을 구비할 수 있다는 것이 주목된다. 그러나, 슈라우드 분배기(20)가 현재 개시된 배플 구성 및 배열 및 모든 배플 위치에서의 원주방향 시일과 조합하여 사용될 때 열교환기(100)의 유효성 및 기계적 완전성이 개선된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 열교환기의 1/4 단면의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 열교환기(200)는 일 단부의 도넛형 배플(60), 도 2a 내지 도 2c에 도시되고 설명된 교번 윈도우 절단 배플(64/64), 튜브 번들(92), 슈라우드 및 "e- 스트림 시일(95)"을 포함할 수 있다. 당업자는 디스크 및 도넛형 배플과 같은 다른 배플 유형이 하나 이상의 이중 분할 배플 대신 사용될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이중 분할 배플 또는 다른 배플 유형의 조합이 구체적으로 고려된다.
도 1b, 도 2 및 도 5에 도시된 모든 디자인 특징을 함께 사용하면, 열교환기의 전체 길이를 따라 최적의 유동 분배를 달성하여 튜브 번들 주변의 열 구배로 인한 기계적 응력을 완화할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 특수한 프로파일을 갖는 이중 분할 배플은 요구되는 튜브 지지 및 열 성능에 의해 지시되는 다른 종류의 배플로 대체될 수 있다. 어떤 배플 모양이 선택되든, 그 프로파일은 이중 분할 배플에 유효한 것과 동일한 표시를 따라야 한다. 즉 윈도우는 배플로부터 절단되어야 하고, 비튜브 영역에서의 축방향 누설을 차단하고, 배플 주변 둘레의 원주방향 시일을 설치하여 E 스트림 누설을 차단해야 한다. 쉘 틈새에 대해 엄격한 배플을 허용하게 제조되거나 또는 예상되는 E- 스트림 누설이 한계인 일부 경우, 원주방향 시일을 생략할 수 있다.
슈라우드 분배기(20)는 입구 및 출구 모두에서 유동 분배를 전체 360도 주변부 주위에서 가능한 동일하게 하도록 설계된다. 최적의 유량 분배는 도 7b에 도시된 최적 분배를 얻기 위해 모든 방향에서의 유압 저항을 균등하게 달성한다. 쉘 직경이 작고 유속이 감소된 열교환기의 경우에, 단일 입구/출구 노즐을 사용할 수 있다. 가장 긴 경로는 두 개의 입구/출구 노즐이 있는 경우와 같이 노즐로부터 90°가 아닌 180°가 된다. 유동 평형화는 노즐에서 가장 긴 경로로 이동하는 분배기의 더 큰 윈도우를 절단하거나 분배기를 비스듬하게 절단하여 달성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용하기 위한 가요성 시일 배열체(80a)의 단면도를 제공한다. 본 명세서의 배플(60/64/66)에 적용된 원주방향 시일(80)은 배플과 쉘 사이의 가요성 계면을 사용하여 보강될 수 있다. 가요성 시일(80a)은 재료의 단일 층 또는 다중 층으로, 예를 들어 스테인레스 스틸(304) 또는 그와 유사한 재료를 사용함으로써 제조될 수 있다. 예로서, 길이방향 배플을 밀봉하기 위해 사용되는 원주방향 시일은 독일 오버하우센 소재의 Kempchen & Co. GmbH에 의한 T4 또는 미국 특허 제 4,215,745 호에 도시된 길이방향 시일과 유사할 수 있다. 도 5는 배플(60/64/66)의 양 측면에 적용된 원주방향의 시일 요소(81a)를 도시하고 있지만, 시일 요소(81a)는 배플의 일 측에만 적용될 수 있다. 또한, 번들 삽입 중에 손상을 피하기 위해, 원주방향 스트립(81a)은 삽입 방향의 반대측에 설치되어야 하고, 쉘 틈새에 대한 배플은 최소화되어야 한다(예: 절단 TEMA 허용오차가 바람직하다). 스트립 반경 "R"은 높은 가요성을 가지며 번들 삽입 중에 스트립(81a)의 영구 변형을 피하도록 구성되어야 한다.
고 회수 공급/유출 교환기는 산업상 일반적으로 존재하지 않는 대형 쉘 및 튜브 열교환기를 특징으로 한다. 가장 자주 사용되는 설계 소프트웨어(HTRI™)는 배플과 쉘 사이 공간의 유체 누설이 올바르게 계산되지 않기 때문에 이 설비의 성능을 안정적으로 예측할 수 없으며 일반적으로 과열 성능을 예측한다. 따라서, 이러한 설비의 설계에 대하여 HTRI™를 사용하면, 매우 높은 효과(> 90 %)가 예측될 수 있지만 실제로 달성되지는 못하기 때문에 심각한 성능 저하를 초래할 수 있다. 본 발명의 실시예는 열효율이 수 퍼센트 포인트만큼 약 90 % 이상으로 증가될 수 있고 튜브 시트 표면의 온도 변화가 약 15T 이하로 감소될 수 있다는 것을 나타내는 CFD 시뮬레이션을 사용하여 검증되었다.
종래의 열교환기 설계에서, 유동은 불규칙한 비대칭 유동 프로파일을 초래하는 더 낮은 수압 유동 저항에 기초하여 튜브와 쉘 사이의 보다 짧은 경로를 취한다. 결과적으로, 튜브 시트의 온도는 매우 불균일하여 열 구배에 기인한 열악한 효율 및 높은 기계적 응력을 초래한다. 본 설계에서, 슈라우드 분배기로 인해, 단부 구역을 통과하는 유체의 대부분은 균일하고 대칭적인 방식으로 튜브 시트를 가로질러 흐르므로 튜브 시트의 온도가 전체적으로 균일하게 된다. 이러한 최적의 유동 패턴을 생성하기 위해서는 모든 배플에서의 원주방향 시일과 각진 도넛형 분배기의 조합이 바람직하다.
도 7a는 기존의 열교환기 시스템(상부 튜브 시트)의 입구에서의 온도 분포 프로파일을 도시한다. 또한, 도 7b 및 도 7c는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 설계되고 구현된 열교환기의 입구(상부 튜브 시트)에서의 온도 분포를 도시한다. 도 7b는 도 7a에 대해 축소된 축척에서의 온도 분포를 도시한다.
도 8a는 기존 열교환기의 쉘 출구에서의 예시적인 온도 분포 프로파일의 개략도이다. 또한, 도 8b(로컬 스케일) 및 도 8c(동일 스케일 디스크)는 본 발명에 따라 구성된 열교환기의 쉘 출구에서의 예시적인 온도 분포 프로파일의 개략도이다.
제공된 예의 경우에 도시된 바와 같이, 튜브 시트를 가로지르는 온도 범위는 종래 기술의 열교환기의 ~100℃로부터 본 발명의 열교환기의 ~15℃로 감소된다.
본 발명의 실시예가 카토핀 공정 플랜트(Catofin process plant)와 관련하여 기술되어 있지만, 고 열회수 및 고 효율성이 요구되는 임의의 공정에 다양한 실시예를 적용할 수 있으며, 쉘 측 유체는 고온 가스라는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 카타디엔(Catadiene), 스마트 스티렌 단량체(SMART Styrene monomer) 제조 또는 LNG와 같은 다른 공정이 고려된다.
전술되고 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법 및 시스템은 쉘 및 튜브 열교환기를 제공한다. 본 개시의 장치 및 방법이 바람직한 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 변경 및/또는 수정이 이루어질 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (31)

  1. 쉘 및 튜브 열교환기에 있어서,
    상기 열교환기에 대한 길이방향 축과 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘로서, 공급 가스가 상기 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 출구 및 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들을 갖는, 상기 세장형 원통형 쉘;
    상기 쉘의 단부와 관련된 적어도 하나의 튜브 시트;
    상기 내부 챔버 내에서 공급 가스 유동을 재지향시키기 위해 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격되어 있는 복수의 원형 배플들;
    유출 가스가 입구 플리넘으로부터 상기 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 포함하는 튜브 번들; 및
    상기 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들로부터 상기 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 상기 내부 챔버 내로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성된 제 1 원통형 슈라우드 분배기로서, 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 상기 원통형 쉘의 길이방향 축에 평행한 원통형 외면 및 상기 길이방향 축에 대하여 비스듬히 기울어진 상류 에지를 갖는, 상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기를 포함하고,
    상기 상류 에지는 상기 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들 사이에 상기 원통형 쉘을 균등하게 2등분하는 평면을 대칭적으로 가로질러 배치되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2 개의 공급 가스 출구들이 상기 쉘의 외벽에서 서로 직경방향 반대편에 형성되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기는 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들로부터 분리되는 제 1 원형 배플을 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기의 제 1 원형 배플은 중심 윈도우 영역을 갖는 도넛형 배플인, 쉘 및 튜브 열교환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기는 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들로부터 분리되는 제 2 차폐형 배플을 추가로 포함하고, 상기 제 2 차폐형 배플은 원주방향의 시일 요소를 갖는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이방향 축에 대해 비스듬히 기울어진 상기 상류 에지는 상기 원통형 쉘의 길이방향 축에 대해 10 내지 30 도의 각도로 형성되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형 쉘의 길이방향 축에 평행한 원통형 외면 및 공급 가스 유동을 상기 내부 챔버로부터 상기 공급 가스 출구로 지향시키도록 구성된 상기 길이방향 축에 대하여 비스듬히 기울어진 하류 에지를 갖는 제 2 원통형 슈라우드 분배기를 추가로 포함하고, 상기 하류 에지는 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 출구들 사이에 상기 원통형 쉘을 균등하게 2등분하는 평면을 대칭적으로 가로질러 배치되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배플들은 교번 패턴으로 배열된 차폐형 배플들 및 날개형 배플들 모두를 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    원주방향 시일이 상기 복수의 배플들 각각과 관련되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 원형 배플들 각각 및 상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기의 제 1 원형 배플의 원주방향 시일은 상기 쉘을 향해 연장되는 가요성 요소를 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    분리된 가요성 요소들이 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들 각각 및 상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기의 제 1 원형 배플의 양 측면들에 제공되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 원형 배플들은 2 개의 직경방향 반대편의 윈도우들을 배플 플레이트로 절단함으로써 형성된 적어도 하나의 차폐형 배플을 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 원형 배플들은 단일 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성된 적어도 하나의 날개형 배플을 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 원형 배플들은 원형 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성된 도넛형 배플을 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  15. 쉘 및 튜브 열교환기에 있어서,
    상기 열교환기에 대한 길이방향 축과 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘로서, 공급 가스가 상기 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 출구 및 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들을 갖는, 상기 세장형 원통형 쉘;
    상기 쉘의 단부와 관련된 적어도 하나의 튜브 시트;
    상기 내부 챔버 내에서 공급 가스 유동을 재지향시키기 위해 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격되어 있는 복수의 원형 배플들로서, 상기 복수의 원형 배플들은 차폐형 배플들 및 날개형 배플들을 포함하고 각각의 배플은 원주방향시일을 포함하는, 상기 복수의 원형 배플들;
    유출 가스가 입구 플리넘으로부터 상기 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 포함하는 튜브 번들; 및
    상기 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들로부터 상기 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 상기 내부 챔버 내로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성된 제 1 원통형 슈라우드 분배기로서, 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 상기 원통형 쉘의 길이방향 축에 평행한 원통형 외면 및 상기 길이방향 축에 대하여 비스듬히 기울어진 상류 에지를 갖는, 상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기를 포함하고,
    상기 상류 에지는 상기 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들 사이에 상기 원통형 쉘을 균등하게 2등분하는 평면을 대칭적으로 가로질러 배치되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기는 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들로부터 분리되는 제 1 원형 배플을 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기의 제 1 원형 배플은 중심 윈도우 영역을 갖는 도넛형 배플인, 쉘 및 튜브 열교환기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기는 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들로부터 분리되는 제 2 차폐형 배플을 추가로 포함하고, 상기 제 2 차폐형 배플은 원주방향의 시일 요소를 갖는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 길이방향 축에 대해 비스듬히 기울어진 상기 상류 에지는 상기 원통형 쉘의 길이방향 축에 대해 10 내지 30 도의 각도로 형성되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 차폐형 배플들 및 날개형 배플들은 교번 패턴으로 배열되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들 각각의 원주방향 시일은 상기 쉘을 향해 연장되는 가요성 요소를 포함하는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  22. 제 21 항에 있어서,
    가요성 요소가 상기 복수의 원형 배플들 각각의 양 측면들에 제공되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 차폐형 배플들은 2 개의 직경방향 반대편의 윈도우들을 배플 플레이트로 절단함으로써 형성되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 날개형 배플들은 단일 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 도넛형 배플들은 원형 윈도우를 배플 플레이트로 절단함으로써 형성되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  26. 쉘 및 튜브 열교환기에 있어서,
    상기 열교환기에 대한 길이방향 축과 내부 챔버를 한정하는 세장형 원통형 쉘로서, 공급 가스가 상기 내부 챔버를 출입할 수 있도록 외벽에 형성된 적어도 하나의 공급 가스 출구 및 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들을 갖는, 상기 세장형 원통형 쉘;
    상기 쉘의 단부와 관련된 적어도 하나의 튜브 시트;
    상기 내부 챔버 내에 공급 가스 유동을 재지향시키기 위해 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 복수의 원형 배플들로서, 상기 복수의 원형 배츨들은 상기 쉘을 향해 연장되는 가요성 원주방향 시일을 포함하는, 상기 복수의 원형 배플들;
    유출 가스가 입구 플리넘으로부터 상기 쉘의 내부 챔버를 통해 출구 플리넘으로 횡단할 수 있게 하는 복수의 튜브들을 포함하는 튜브 번들; 및
    상기 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들로부터 상기 적어도 하나의 튜브 시트 근위의 상기 내부 챔버 내로 공급 가스 유동을 지향시키도록 배열 및 구성된 제 1 원통형 슈라우드 분배기로서, 공급 가스의 유동을 분배하기 위해 상기 원통형 쉘의 길이방향 축에 평행한 원통형 외면 및 상기 길이방향 축에 대하여 비스듬히 기울어진 상류 에지를 갖는, 상기 제 1 원통형 슈라우드 분배기를 포함하고,
    상기 상류 에지는 상기 2 개의 직경방향 반대편의 공급 가스 입구들 사이에 상기 원통형 쉘을 균등하게 2등분하는 평면을 대칭적으로 가로질러 배치되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  27. 제 21 항에 있어서,
    분리된 가요성 요소들이 상기 쉘의 내부 챔버 내에서 길이방향으로 이격된 상기 복수의 원형 배플들 각각의 양 측면들에 제공되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 복수의 원형 배플들 각각의 원주방향 시일 각각의 가요성 요소는 스테인리스 스틸로 제조되는, 쉘 및 튜브 열교환기.
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