NL8501514A - Overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar. - Google Patents

Description

V '4 VO 72X4

Overdracht3-leiding - warmteuitwisselaar.

De uitvinding heeft betrekking op een overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar en meer in het bijzonder op een overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar met twee gescheiden warmteuitwisselende secties.

Bij koolwaterstofprocessen bij verhoogde temperaturen zo ook 5 bij vele andere chemische reacties, is het vaak gewenst om snel en effectief de reactieprodukten te koelen dan wel een andere proces-stroom voor het beëindigen of voldoende verlagen van de mate van door-lopende chemische reacties. Voor het kraken van grondstoffen zoals nafta, vloeibaar propaangas (LPG) en dergelijke moet de kraak-10 reactie normaliter gelijk worden bij een kraaktemperatuur tussen 700°C en 1100°C. Wanneer de gewenste kraakreactie eenmaal heeft plaatsgevonden om het vormen van ongewenste bijprodukten te verminderen, veroorzaakt door een extra kraken, is het gewenst de kraak-reactieprodukten tot een voldoende lage temperatuur te koelen 15 zodat de kraakreacties worden beëindigd of tot een bepaalde mate worden gereduceerd. De temperatuur welke voor dit doel is vereist is in het algemeen tussen 500° en 700°C. Onder voorwaarde dat het reactieprodukt gekoeld wordt tot een voldoende lage temperatuur om de kraakreacties te beëindigen, is de werkelijke temperatuur tot waarop 20 de reactieprodukten worden gekoeld niet kritisch. Een kritische factor is de tijd welke wordt vereist om de temperatuur voldoende te verlagen, waarbij aan de kortste tijd de voorkeur wordt gegeven.

Het gekraakte reactieprodukt wordt bij voorkeur in minder dan 0,1 sec tot de gewenste temperatuur gekoeld.

25 Het snel koelen van kraakreactieprodukten heeft in het algemeen geleid tot een of meer warmteuitwisselaars, gewoonlijk aangeduid als "overdrachts-leiding-warmteuitwisselaars, welke bestemd zijn om de gewenste mate van koeling mogelijk te maken. Een overdrachts-leiding-warmteuitwisse-laar is normaliter een mantel en een huistype warmteuitwisselaar 30 waarbij het gekraakte reactieprodukt door een verdeelkast stroomt in en door een aantal buizen naar een verzamelkast aan het overliggende einde. Aan elk einde zijn de buizen gestoken door en gelast aan een bui-zenplaat. Bij het koelen van het gekraakte reactieprodukt loopt het koelmedium, gewoonlijk water of een water/stoommengsel door de man-35 telsectie, d.w.z. buiten om de buizen, normaliter in gelijkstroom KJ Te/ J “ - ' * * -2- met het gekraakte reactieprodukt. Bij deze behandeling wordt een gedeelte van de warmte uit het hete reactieprodukt via de buiswanden overgebracht op het koelmedium. Bet totale effect van de warmteuiwisse-lende handeling is het te doen oplopen van de temperatuur van en/of 5 verdamping van een gedeelte van wat water dat wordt gebruikt in het koel medium terwijl de temperatuur van het gekraakte reactieprodukt zakt.

Een warmteuitwisselaar van bijzonder belang te gebruiken als overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar is een type warmteuitwisselaar met dubbele buizen beschreven in "Recuperacion de Calor en Grandes Uni-10 dades Quimicas y Petroquimicasdoor Hellmut Hermann, chemisch ingenieur, mei 1984, blz. 71-84. In de beschreven dubbele buis warmteuitwisselaar is een binnenbuis of leiding voor het voeren van het gekraakte koolwaterstofreactieprodukt omsloten door een buis van grotere diameter of leiding voor het voeren van het koelfluidum.

15 Bij. een gebruikelijk koolwaterstof kraakproces, wordt een· voldoend grote overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar gebruikt voor het koelen van gekraakte reactieprodukt bij een gewenste snelheid teneinde de kraakreacties te beëindigen. Het gekraakte reactieprodukt wordt voorts plotseling gekoeld door het toevoeren van koolwaterstofolie. Bij het 20 kraken van koolwaterstoffen evenals bij andere chemische processen is het gewenst de energie en/of de warmte te sparen. Het gebruik van een enkelvoudige overdrachtsleiding warmteuitwisselaar gevolgd door een plotselinge koeling van het gekraakte reactieprodukt is niet doelmatig bij het produceren van warmte en/of energie.

25 Voor het verbeteren van de energie efficiency, worden twee overdrachts-leidingwarmteuitwisselaars - een primaire overdrachtsleiding warmteuitwisselaar (PTLE) en een secondaire overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar (SHiE) - · toegepast om het gekraakte reactieprodukt te koelen. Bij deze handeling stroomt het reactieprodukt 30 achtereenvolgens door de primaire en vervolgens door de secundaire uit wisselaar, waarbij een verzamelkast voor het gekraakte gas van de primaire overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar in directe verbinding staat met de inlaat of verdeelkast van de secundaire overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar. In de primaire warmteuitwisselaar wordt 35 het gekraakte reactieprodukt gekoeld tot een voldoend lage temperatuur

Jj| !' 5 j k _ ^ Vj, 1* ·ΖΑ' ;· * * Η -3- teneinde de kraakreacties te stoppen om tot een gewenste lage snelheid te reduceren. Het water dat in het algemeen wordt gebruikt als koelmedium in de primaire warmteuitwisselaar wordt omgezet in een water/stoommengsel bij hoge druk. Dit geproduceerde water/stoommeng-5 sel kan vervolgens worden gebruikt om hogedrukstoom te produceren te gebruiken als bron voor energie en/of verwarming. In de secundaire uitwisselaar wordt het gekraakte reactieprodukt verder gekoeld.

Het water dat wordt gebruikt als een koelmedium in de secundaire uitwisselaar wordt omgezet in een water/stoommengsel bij lage druk.

10 Bij het kraken van koolwaterstof, is de drukval bij het aanvankelijke toevoeren van koolwaterstof naar de kraakoven tot de uiteindelijke plotselinge koeling kritisch. Een lage drukval in het systeem leidt tot een verbeterde opbrengst van gekraakt gas. In het huidige kraakproces in het bijzonder bij systemen waarbij een pri-15 maire uitwisselaar wordt gebruikt in combinatie met een secundaire, is het koelen van de gekraakte koolwaterstofreactieprodukten een bron van aanzienlijke drukval.

De uitvinding betreft een overdrachts-leiding-warmteuitwisse-laar en een methode voor het koelen van fluidum zoals gekraakte reactie-20 produkten waarbij het drukverlies wordt beperkt als oorzaak van het koelen waarbij het koelmedium doelmatig kan worden gebruikt als bron voor verwarming en/of energie. De overdrachtsleiding-warmteuit-wisselaar volgens de uitvinding bestaat uit een mantel en een warmteuitwisselaar in de vorm van buizen met twee of meer gescheiden 25 warmteuitwisselsecties doch slechts met één inlaat en één verzamel-kast.

Meer in het bijzonder omvat de overdrachts-leiding-warmteuit-wisselaar volgens de uitvinding een inlaatkast, een verzamelkast en een warmteuitwisselende sectie. De inlaat- en uitlaatkasten staan 30 in directe onderlinge verbinding door middel van een doorlopende of niet doorlopende buis of een aantal buizen (d.w.z. een buizen-bundel)voor het transport van fluidum met hoge temperatuur. Elke buis loopt door een eerste en tweede uitwisselzone van de warmteuitwisselende sectie en is aan zijn twee einden open.Een einde van 35 elke buis is bevestigd aan een eerste buizenplaat in rechtstreeks contact met de inlaatkast en het overliggende einde is bevestigd aan een tweede buizenplaat in directe verbinding met de verzamelkast.

,-a. -** j j t ,r\ Λ ; :1

Wr V W 1 * * J» -4-

Bovendien bevat de buis of de buizenbundel van de eerste warmte-uitwisselende zone van de wanateuitwisselende sectie een inlaat en een uitlaat voor het eerste koelmedium en een bepaalde ruimte voor het doorgaan van het eerste koelmedium door de eerste warmteuitwisselende 5 zone zodanig dat het koelmedium in contact komt met tenminste een gedeelte van de lengte van de buis of de buizenbundel voor het fluidum met hoge temperatuur zich uitstrekkend door de eerste warmteuitwisselende zone. De tweede warmteuitwisselende zone omvat een inlaat en een uitlaat voor een tweede koelmedium en een bepaalde ruimte waarin voor 10 de doorgang van het tweede koelmedium vanuit een tweede inlaat naar een tweede uitlaat zodanig dat het secondaire koelmedium in contact is met een gedeelte van de buis of de buizenbundel voor het transport van fluidum met hoge temperatuur zich uitstrekkend door de tweede warmteuitwisselende zone.

15 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de buizen voor het voeren van fluidum van hoge temperatuur onderbroken buizen met een eerste doorlopend gedeelte dat zich uitstrekt in de eerste warmteuitwisselende zone en een tweede doorlopend gedeelte, zich uitstrekkend door de tweede warmteuitwisselende zone. Een derde of "losse" buis welke 20 niet mechanisch verbonden is met elk van de buisdelen bevindt zich tussen de eerste en tweede warmteuitwisselende zone scheidt deze en voorziet in een directe verbinding tussen de eerste en tweede buis-gedeeltes.

Een ander aspect van de uitvinding is een methode voor het 25 koelen van het hele fluidum, waarbij gebruik gemaakt wordt van de beschreven warmteuitwisselaar. Volgens deze methode wordt het hete fluidum dat door de buis of buizenbundel wordt getransporteerd achtereenvolgens gekoeld door een eerste koelmedium bij een eerste temperatuur dat stroomt om de eerste warmteuitwisselende zone of 30 afdeling en vervolgens door een tweede koelfluidum bij een tweede temperatuur welke lager is dan de temperatuur van het eerste koelfluidum dat om het tweede gedeelte van de buis of buizenbundel in de tweede warmteuitwisselende zone of afdeling stroomt.

Door gebruik te maken van een overdrachts-leiding-warmte-35 uitwisselaar volgens de uitvinding met dubbele zone, kan de temperatuur van het fluidum snel en effectief tot een lagere temperatuur worden gebracht. In het bijzonder wordt de doelmatigheid van de warmte- S501514 -5- uitwisselende handeling effectief vergroot door achtereenvolgens te koelen van het hete fluïdum door gebruik te maken van twee of meer koelfluida van verschillende temperaturen. Wanneer water en/of stoom wordt gebruikt als koelfluidum in de eerste of in beide uitwisse-5 lende zones of afdeling door juiste keuze van druk en temperatuur van het koelfluidum, kan het stoom of het water/stoommengsel(s) op de gewenste temperatuur en druk in de eerste en tweede warmte-uitwisselende zones of afdelingen worden ontwikkeld. Op deze wijze kan de totale energie efficiency van het systeem door gebruik te 10 maken van de overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar worden verbeterd.

Bovendien is het drukverlies in de overdracht-leiding-warmteuitwisselaar volgens de uitvinding aanzienlijk kleiner dan bij bestaande, waarbij gebruik wordt gemaakt van de combinatie van de primaire en secundaire overdracht-leiding-warmteuitwisselaar. Zowel het werken in gelijkstroom · 15 als in tegenstroom zijn mogelijk door gebruik te maken van de over-drachts-leiding-uitwisselaar volgens de uitvinding. De uitwisselaar kan zowel vertikaal, horizontaal of zelfs onder een hoek worden opgesteld. Als gevolg van de verbeterde efficiency van de beschreven overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar kan een enkelvoudige uit-20 wisselaar met twee gescheiden warmteuitwisselende zones effectief worden toegepast in verschillende koelhandelingen, waaronder het koelen van een. gekraakt reactieprodukt dat de kraakoven verlaat.

De overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar volgens de uitvinding kan _„.ook worden gebruikt voor het koelen van het gekraakte reactieprodukt 25 bij een zelfde of lagere temperatuur waarbij minder ruimte wordt vereist en een lagere investering dan een combinatie van een primaire overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar gevolgd door een secundaire uitwisselaar.

De uitvinding wordt aan de hand van de tekening nader toege-30 licht. Daarin toont; fig. 1 schematisch een doorsnede, van een voorkeursuitvoeringsvorm van een overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar volgens de uitvinding; fig. 2 een gedeeltelijke doorsnede van een uitwisselaar volgens 35 fig.1 van een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij elke buis verdeeld is in een eerste en een tweede gedeelte gescheiden door een

a ^ 4 j" Λ f = Λ ji j ** 1 ii V ‘ V ' J

-6- derde of losse buis welke mechanisch niet met die buisgedeeltes is verbonden; fig. 3 een dwarsdoorsnede van een gedeelte van een overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar volgens de uitvinding met dubbele buis; en 5 fig. 4 gedeeltelijk in doorsnede, een zijaanzicht van een overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar van het dubbele huistype als weergegeven in fig.3 doch meer in detail, de verbindingen tussen de eerste en tweede warmteuitwisselende zones of afdelingen van de overdrac hts-1eiding-warmteuitwis selaar.

10 Een uitvoeringsvorm van een overdrachts-leiding-warmteuitwisse- laar met dubbele zone is schematisch in fig. 1 weergegeven. De weergegeven warmteuitwisselaar bestaat uit een eerste warmteuitwisselende zone of afdeling 20 en een tweede warmteuitwisselende zone of afdeling 30 gescheiden door een zone of wand, aangeduid als zone 10 in fig. 1.

15 De overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar omvat voorts een inlaat of verdeelkast of kamer 29 en een uitlaat of verzamelkast of kamer 39.

Zich uitstrekkend van een eerste buizenplaat 23 door de eerste warmteuitwisselende zone of afdeling 20 en de tweede warmteuitwisselende zone of afdeling 30 en naar een tweede buizenplaat 33 strekken zich een 20 aantal leidingen (b.v. buizen 24) uit. Een aantal leidingen of buizen wordt normaliter aangeduid als buizenbundel. De leidingen 24 zijn bevestigd, in het algemeen door lassen of hard-solderen, aan de eerste buizenplaat 23 en aan de tweede buizenplaat 33. Ofschoon de buizenplaten 23 en 33 zijn aangeduid als vlakke platen in het weergegeven geval, kunnen 25 de verdeel- en verzamelkasten 29, resp. 39 een aantal andere vormen hebben, In het bijzonder worden verdeel— en verzamelkasten als beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 4 191 247; 4 163 473 en 4 336 642 gebruikt. Eventueel kan een bolvormige verdeel- of verzamelkamer eveneens worden gebruikt.

30 De leidingen zijn aan beide einden open en in directe verbinding met een inlaatleiding 22 via de verdeelkasten 29 en in directe verbinding met de uitlaatleiding 32 via de verzamelkast 39.

In fig. 1 is weergegeven dat de leidingen 24 slechts een gedeelte van de warmteuitwisselende zones of afdelingen 20 en 30 innemen. Bij de 35 thans geldende faijrikage van overdrachts-leiding-warmteuitwisselaars beslaan de leidingen 24 een veel grotere dwarsdoorsnedevlak dat 3501514 -7- begrensd wordt binnen de warmteuitwisselende zones of kamers. De leidingen 24, welke zich uitstrekken door de eerste en tweede warmteuitwisselende zones of afdelingen worden door niet weergegeven geschikte middelen gesteund op verschillende punten over de zones of 5 afdelingen. Zulke middelen zijn als zodanig bekend en wordt slechts ten dienste van de uitvinding naar verwezen.

De werkelijke warmteoverdracht vindt plaats in de eerste en tweede warmteuitwisselende zones of afdelingen 20 en 30. In de eerste warmteuitwisselende zone wordt het fluïdum van hoge temperatuur aller-10 eerst gekoeld op een lagere temperatuur. In de overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar volgens fig. 1 wordt de eerste zone 20 bepaald door een huis of mantel 21 en de buizenplaat 23. De leidingen 25 en 26 zijn aanwezig in de zone 20 voor de invoer en afvoer van het eerste koelfluidum uit de warmteuitwisselende zone of afdeling 20. Of de 15 leiding 25 of 26 is een inlaat of een uitlaat voor het eerste koelfluidum afhankelijk van het type werking,d.w.z. of de warmteuitwisse-laar wordt gebruikt in een gelijkstroom, of tegenstroombehandeling.

In tegenstroom werkt de leiding 26 als inlaat en leiding 25 als uitlaat voor het koelfluidum. De overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar 20 wordt normaliter echter in gelijkstroom toegepast. In dat geval dient de leiding 25 als inlaat voor het aerste koelfluidum en leiding 26 als uitlaat voor dat fluidum. In de warmteuitwisselaar volgens fig. 1 voorziet de nauwe ruimte 27 tussen de naburige leidingen 24 en de wand 21 in de doorgang voor het eerste koelfluidum door de eerste warmte-25 uitwisselende zone of afdeling van de overdrachts-leiding-warmteuitwis-selaar en het vereiste contact tussen het eerste koelfluidum en de buizen of leidingen welke de hete vloeistof transporteren.

De tweede warmteuitwisselende zone of afdeling 30 omvat die zone van de warmteuitwisselaar waar het gedeeltelijk gekoelde fluidum 30 door de buizen 24 stroomt en verder wordt gekoeld door het tweede koelfluidum. In het algemeen heeft het tweede koelfluidum een lagere temperatuur dan het koelfluidum dat wordt gebruikt in de eerste warmteuitwisselende zone of afdeling 20. Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 wordt de tweede warmteuitwisselende zone of afdeling 30 35 begrensd door een mantel 31 en de buizenplaat 32. Leidingen 35 en 36 zijn aanwezig voor de invoer en uitlaat van het tweede koelfluidum naar en vanuit de uitwisselingszone of afdeling 30. Bij de normale stroming λ. - r·* 4 =- .3 ï -2 S U 2 0 1 * -8- werkt de leiding 35 als inlaat voor het tweede koelfluidum terwijl de leiding 36 werkt als uitlaat. De ruimte bepaald door naburige leidingen 24 en de mantel 31 voorzien in een doorgang van het tweede koelfluidum door de tweede warmteuitwisselingszone of afdeling 30 van de over-5 drachts-leiding-warmteuitwisselaar en het vereiste contact tussen het tweede koelfluidum en de buizen waarin het gedeeltelijk gekoelde, fluïdum van hoge temperatuur wordt getransporteerd.

Tijdens de werking van de overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar volgens fi g. 1 voeren de buizen 24 fluidum van hoge temperatuur en de 10 mantelgedeeltes van de warmteuitwisselingszones 20 en 30 fluidum van lagere temperatuur. Op deze wijze wordt het fluidum dat door de buizen stroomt, gekoeld door warmteoverdracht via de buizen naar het fluidum van lagere temperatuur dat door de mantel van de overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar stroomt. De warmteuitwisseling in één van de beide 15 warmteuitwisselende zones kan in gelijkstroom of tegenstroom worden geleid. In het algemeen worden bij de overdrachtsleiding van de uitwisselaars volgens de uitvinding de gelijkstroomtechnieken op de meest voordelige wijze toegepast in beide warmteuitwisselende zones of afdelingen en ter illustratie wordt de werking van de uitwisselaar in fig. 1 be-20 schreven met betrekking tot het gelijkstroomuitwisselend proces. Daarbij wordt het fluidum van hoge temperatuur zoals een gekraakt reactie-produkt vanaf de inlaat 22 geleid in de verdeel- of inlaatkast 29.

De stroom heet fluidum is aangeduid door de pijl met het verwijzings-cijfer 61. Het hete fluidum stroomt, zoals aangeduid door de pijlen 25 62, van de verdeelkast 29 in de leidingen 24 en via leidingen 24 door de warmteuitwisselende zones 20 en 30.

Aan of nabij de invoer van het hete fluidum in de eerste warmteuitwisselende zone 20, wordt een eerste koelfluidum (d.w.z. van lage temperatuur) toegevoerd als aangeduid door de pijlen 63 en 64, 30 via inlaatleiding 25 in de ruimte 27 bepaald nabij de leidingen 24 en leidingen 24 en de mantel 21. Het fluidum van lage temperatuur stroomt door de ruimte 27 in gelijkstroom met de stroom fluidum van hoge temperatuur door de leidingen 24. Dit fluidum wordt gekoeld terwijl dit door de leidingen 24 stroomt door tussenkomst van het fluidum 35 van lage temperatuur dat door de ruimte 27 stroomt. Het fluidum van lage temperatuur stroomt van de eerste warmteuitwissellende zone 20, als aangeduid door de pijlen 65 en 66, via uitlaatleiding 26.

S3Ö1514 -9-

Het gedeeltelijk gekoelde, fluidum van hoge temperatuur stroomt van de eerste warmteuitwisselende zone 20 in de tweede uitwisselende zone 30. Aan of nabij de inlaat van de leidingen 24 in de tweede warmteuitwisselende zone 30, wordt een tweede koelfluidum, in het algemeen met 5 een lagere temperatuur dan het eerste koelfluidum zoals aangeduid door de pijl 67 geleid via de inlaatleiding 35 in de warmteuitwisselende zone 30 en via de ruimte 37, bepaald door naburige leidingen 24 en leidingen 24 en mantel 31, als aangeduid door de pijl 68, in gelijkstroom met de stroom fluidum van hoge temperatuur door de leidingen 24. Daar de twee vloei-10 stoffen in gelijkstroom door de warmteuitwisselende zone 30 worden getransporteerd wordt het fluidum van hoge temperatuur verder gekoeld door het koelfluidum van lage temperatuur dat door de ruimte 37 stroomt. Het tweede koelfluidum stroomt, zoals aangeduid door de pijlen 69 en 70 uit de tweede warmteuitwisselende zone via uitlaatleiding 36. Zoals 15 aangeduid door de pijlen 71 en 72 stroontde nu gekoelde hete vloeistof uit de leidingen 24 in de verzamelkast 39 en vanaf deze kast 39 vanuit de warmteuitwisselaar en de uitlaatleiding 32.

Tijdens bedrijf van de beschreven overdrachtsleiding warmteuitwisselaar is het vaak gewenst, dat het koelmedium ( d.w.z fluidum van lage 20 temperatuur een faseverandering ondergaat terwijl dit door de warmteuitwisselaar heen stroomt. In het bijzonder bij het koelen van een gekraakt reactieprodukt wordt water of een water/stoommengsel bij voorkeur toegepast als koelfluidum voor het koelen van het hete gekraakte reactieprodukt waarbij het water in het koelfluidum wordt verdampt ter vorming 25 van stoom tijdens de warmteuitwisselende werking. Door een juiste keuze van temperatuur en druk van het koelmedium, kan stoom van een gewenste temperatuur en druk worden ontwikkeld door het verdampen van het water gedurende de warmteuitwisseling. Bij het koelen van een gekraakt koolwaterstofprodukt bijvoorbeeld met een temperatuur van 750-900°C, 30 kan in de eerste warmteuitwisselende zone hoge-drukstoom (d.w.z.stoom met een druk van 40 tot 120 bar) geproduceerd worden doordat het water op kooktemperatuur en druk komt, wanneer dit als koelfluidum in die zone wordt gebruikt. In de tweede warmteuitwisselende zone daarentegen kan het gedeeltelijk gekoelde, gekraakte reactieprodukt, met een tempe-35 ratuur van 450° tot 650°C verder worden gekoeld voor het produceren van lagedrukstoom (d.w.z. stoom met een druk van 3-35 bar).

De buizen 24 in de overdrachtsleiding warmteuitwisselaar volgens fig. 1 zijn weergegeven als doorlopende buizen vanaf de eerste buizenplaat jr* Λ ?* v5 f - .2 1 ^ -10- 23 naar de tweede buizenplaat 33. Aangezien de twaïkoelfluida in een overdrachts-leiding-warmteuitwisselaar volgens de uitvinding verschillende temperaturen hebben, kunnen thermische spanningen in de buizen optreden wanneer een doorlopende buis wordt gebruikt voor het 5 transport van fluïdum van hoge temperatuur over de gehele lengte van . de warmteuitwisselaar. In bepaalde gevallen kan de warmteuitwisselaar zodanig zijn geconstrueerd, dat de thermische spanningen geen probleem vormen. In vele gevallen echter, bijvoorbeeld bij het koelen van een gekraakt reactieprodukt, hebben de twee koelfluida zeer grote tempera-10 tuursverschillen. In zulke gevallen is het gewenst de thermische spanningen te egaliseren welke in de buis of buizen worden ontwikkeld. Ofschoon er verschillende methoden bestaan waardoor deze thermische spanningen verminderd kunnen worden, is een methode van bijzonder belang en beschreven in de Europese octrooiaanvrage 0 089 742 en kan worden 15 gebruikt in een overdrachts-leiding warmteuitwisselaar als weergegeven in fig. 2.

Meer in het bijzonder toont fig, 2 een uitvoeringsvorm waarbij de buizen 24 niet over de gehele lengte van de eerste en tweede warmteuitwisselende zones 20 en 30 doorlopen. Volgens fig. 2 zijn de 20 buizen onderbroken met een eerste gedeelte 24A, dat zich uitstrekt door de eerste warmteuitwisselende zone 20 en een tweede gedeelte 24b dat zich uitstrekt in de tweede warmteuitwisselende zone 30. In de tussenzone 10 is een derde of tussengedeelte 24C voor de buizen aangebracht ter vorming van een fluidumdoorlaat tussen de buisgedeeltes 25 24A en 24B. De tussenbuis 24C is mechanisch niet verbonden met de buis- delen 24A of 24B (bijvoorbeeld een geheel losse verbinding kan aanwezig zijn tussen de buizen 24A, 24B en 24C en heeft bij voorkeur of in hoofdzaak dezelfde diameter als de buisdelen 24A en 24B. Aangezien de buisdelen 24A,24B en 24C niet rechtstreeks met elkaar verbonden 30 zijn, kunnen thermische spanningen ontwikkeld gedurende de werking van de overdrachtsleiding warmteuitwisselaar worden beperkt.

Bovendien kan dit worden bereikt zonder een grote en ongewenste drukval * Fig. 2 toont het inlaateinde van de eerste warmteuitwisselende zone 20 en de inlaat van de tweede warmteuitwisselende 35 zone 30 van de overdrachts-leiding warmteuitwisselaar volgens fig. 1.

Het weergegeven gedeelte van de eerste warmteuitwisselende zone omvat 350 1 514 ' -11- buizen 24A, welke eindigen in of nabij de uitlaat van de eerste warmteuitwisselende zone 20. Het getoonde gedeelte van de tweede uitwisselende zone 30 omvat buizen 24B welke eindigen 0p of nabij het inlaateinde van de tweede warmteuitwisselande 2one 30. Een buis 24C van dezelfde afmeting en 5 vorm als de buizen 24a en 24B is geplaatst tussen de einden van de buizen 24A en 24B. De buis 24C heeft een zodanige lengte dat deze iets korter is dan de afstand tussen de einden van de buis 24A en 24B. Geleidings-moffen of ringen 11 en 12 omsluiten of omgeven een gedeelte van de lengte van elke buis 24C op het punt waar 24C de einden van respectievelijk 10 de buizen 24A en 24B ontmoet. De geleidingsmof 11 dient om het tussen buisstuk 24C in de juiste stand tussen de buizen 24A en 24B te brengen. Bovendien of in aanvulling op de geleidingsmoffen worden voor dat doel niet-weergegeven steunplaten of schotten gebruikt.

Als gevolg van de losse verbinding tussen de buis 24C en de 15 buizen 24A en 24B zal het fluidum met hoge temperatuur uit de buizen lekken. Teneinde te grote lek te voorkomen is het tussenbuisstuk aangebracht binnen een afsluitende afdeling. In de overdrachtsleiding warmteuitwisselaar volgens fig. 1 wordt een los tussenbuisstuk gebruikt om thermische spanning te voorkomen in plaats van doorlopende 20 buizen, welke zich zonder onderbreking door de beide warmteuitwisselende zones uitstrekken, welke tusseizone of afdeling 10 begrensd wordt door flenzen 13 en 14 en deze afdeling heeft praktisch geen lek ten opzichte van de omgeving. Teneinde lek naar de omgeving zo veel mogelijk te voorkomen, zou een voldoende hoeveelheid van fluidum van hoge tempera-25 tuur via de losse verbinding tussen de buizen 24A, 24B en 24C in de afdeling 10 lekken, waarbij de druk in de buizen en de afgedichte afdeling 10 wordt vereffend, op welk moment eerdere lek uit de buizen stopt.

Fig. 3 toont een overdrachts-leiding warmteuitwisselaar vein het dubbele huistype voor de warmteuitwisseling, Hoewel het dubbele buizen-30 type geplaatst kan worden in een buitenmantel wordt normaliter een dergelijke mantel om de buizenbundel heen niet toegepast. De weergegeven warmteuitwisselaar vein het dubbele huistype omvat een eerste warmteuitwisselende zone 40, een tweede warmteuitwisselende zone 50 en een tussenzone 110. Een binnenleiding 43 voor het transport van fluidum 35 van hoge temperatuur loopt? door de eerste warmteuitwisselende zone 40, de tussenzone 110 en de tweede warmteuitwisselende zone 50.

η 1 51 i -12-

Zoals meer in detail in fig. 4 getoond, is de leiding 43 onderbroken met een eerste gedeelte 43A dat loopt door de eerste warmteuitwisse-lingszone 40, een tweede gedeelte 43B zich uitstrekkend door de tweede uitwisselingszone 50 en een tussengedeelte 43C dat loopttussen de buizen 5 43A en 43B in de afdeling 110. In de eerste uitwisselingszone 40 is de leiding 43A omsloten door buitenleidingen 42 voor transport van koelfluidum van lagere temperatuur. Aan overliggende einden van de leiding 42 zijn een inlaat of verdeelpijp of kast 41 aanwezig voor het opnemen van . het eerste koelfluidum en een uitlaat of verzamelpijp of kast 10 44 voor het onttrekken van het eerste koelfluidum. In de tweede warmte- overdrachtszone 50, zijn de buitenleidingen 52 voor het transport van het tweede koelfluidum omsloten door het tweede buisgedeelte 43B. Aan overliggende einden van de buitenleidingen 52 bevindt zich een inlaat of verdeelpijp of kast 51 voor het verdelen van het tweede koelfluidum 15 over de buitenleidingen 52 en een uitlaat of verzamelpijp of kast 54 voor het onttrekken van het tweede koelfluidum. De weergegeven over-dracht-1 elding uitwisséaar omvat voorts een verdeelkast 45 welke verbonden is met een inlaat 46 voor het verdelen van fluidum van hoge temperatuur over de binnenleidingen 43 en een verzamelkast 55 verbonden 20 met de uitlaat 56 voor het verzamelen van gekoeld fluidum van hoge temperatuur dat door de leidingen 43 stroomt.

In de tussenzone 110 worden thermische spanningen welke optreden in de buizen 43 als gevolg van het verschil in temperatuur van het eerste en tweede koelfluidum beperkt op een wijze als bovenomschreven.

25 In het bijzonder als weergegeven in fig. 3 en meer in detail in fig. 4 dat een gedeelte van het uitlaateinde van de eerste warmteuitwisse-40 lingszone toont, is het inlaateinde van de tweede warmteuitwisselings-zone 50 en de tussenzone--110 getoond. De binnenleiding 43A anders dan doorlopend is een onderbroken buis in en door de tweede warmte- ~ —-_____ 30 uitwisselingszone 50, welke eindigt op of nabij de uitlaat van de eerste warmteuitwisselingszone 40. De leiding 43B eindigt in of nabij het inlaateinde van de tweede warmteuitwisselingszone 50. Leiding 43C met dezelfde of in hoofdzaak dezelfde afmeting en vorm als de leiding 43A en 43B is geplaatst tussen het einde van de leiding 43A en het einde van 35 de leiding 43B. De leiding 43C heeft éen lengte, welke iets korter is dan de afstand tussen de einden van de leidingen 43A en 43B. Geleidings- 85 0 1 5 1 4 -13- of ringvormige moffen 150 en 152 omsluiten af omgeven een klein gedeelte van elk einddeel van de leiding 43C op het punt waar de leidingen 43A en 43C en 43B en 43C elkaar ontmoeten.

Tijdens bedrijf van de overdrachts-leiding warmteuitwisselaar 5 van het "dubbele-buis"type stroomt fluïdum van hoge temperatuur als weergegeven door de pijl 80, via de inlaat 46 naar de verdeelkast 45. Van de verdeelkast 45 stroomt het hete fluïdum in de binnenleiding 43 welke zich door de eerste warmteuitwisselingszone 40 uitstrekt. Een eerste koelfluidum wordt, zoals aangeduid door de pijlen 81 geleid van de eerste 10 verdeelpijp 41 via de buitenleidingen 42 gelijkstroom met het fluïdum van hoge temperatuur dat door de binnenleidingen 43 stroomt. Aangezien het koelfluidum door de buitenleiding 42 stroomt koelt dit het fluidum van hoge temperatuur dat door de binnenleiding 43 wordt getransporteerd en wordt gelijktijdig verhit. Het koelfluidum stroomt dan, zoals 15 weergegeven door de pijlen 82, van de buitenleiding 42 in de eerste verzamelpijp 44. Dit koelfluidum dat verhit is en een faze-verandering heeft ondergaan in de warmteoverdrachtszone stroomt dan van de warmte-uitwisselaar naar een verzamelpunt voor verdere toepassing bij het produceren van energie en warmte.

20 Het nu gedeeltelijk gekoelde fluidum van hoge temperatuur stroomt door de eerste warmteuitwisselingszone 40 via de tussenafdeling 110 naar de tweede warmteuitwisselingszone 50. Zoals aangeduid door de pijlen 85 loopt een tweede koelfluidum van de tweede verdeelpijp 51 via de buitenleidingen welke leidingen 43 omsluiten in de tweede 25 warmteuitwisselingszone in gelijkstroom met de stroom gedeeltelijkgekoelde, vloeistof van hoge temperatuur.Aangezien het koelfluidum door de buitenleiding 52 stroomt zal het hete fluidum verder worden gekoeld terwijl het koelfluidum wordt verhit. Het warm. gekoelde fluidum stroomt als weergegeven door de pijl 90 van de binnenleiding 43 in een 30 verzamelkast 55 en van de warmteuitwisselaar via de uitlaat 56.

Het tweede koelende fluidum stroomt als weergegeven door de pijlen 86 van de buitenleiding 52 in de verzamelpijp 54. Van de tweede uitlaatkast, loopt het koelfluidum dat verhit is tot een hoge temperatuur en/of een fazeverandering heeft ondergaan, van de uitwisselaar voor verder gebruik 35 bij het produceren van warmte en/of energie.

Met het oog op de afzonderlijke componenten van de overdrachts-leiding warmteuitwisselaar, de afmetingen en vorm van de uit- 3301514 -14- V * wisselaar, de eerste en tweede warmteuitwisselingszones of afdelingen, en elk element daarvan, bijvoorbeeld de leidingen, buisplaten en huizen, zijn gekozen op basis van toepassing .en werkomstandigheden van de warmte-uitwisselaar, waarin begrepen fluctuaties in temperatuur en druk, welke ver-5 wacht kunnen worden tijdens bedrijf van de warmteuitwisselaar.

De materialen welke zijn toegepast voor de vervaardiging van de onderdelen van de warmteuitwisselaar hangen af van verschillende factoren zoals de gebruikte fluida en temperaturen en drukken en het materiaal en de constructie zijn dienovereenkomstig gekozen.

10 Aangezien de warmteuitwisselaar in het bijzonder nuttig iS bij het koelen van een gekraakt reactieprodukt van een koolwaterstof-kraakinrichting, heeft het hete fluïdum een aanvangstemperatuur van 700-1100°C of hoger.

Derhalve moet de overdrachtsleiding warmteuitwisselaar en zijn 15 componenten dienovereenkomstig worden geconstrueerd. Bij deze temperaturen kunnen nikkel en op nikkelbasis vervaardigde -staallegeringén van chroom en molybdeen worden gebruikt bij de fabricage van de warmteuitwisselaar. In het algemeen zijn staallegeringen met molybdeen. voor de meeste toepassingen voldoende.

3301514

Claims (4)

1. Overdrachts-leiding warmteuitwisselaar bestaande uit een inlaat-kast, een verzamelkast en een warmteuitwisselende sectie waarin de inlaat en verzamelkast onderling in verbinding staan door middel van een buis of een aantal buizen (d.w.z. buizenbundel, waarbij elke buis door 5 een eerste en tweede warmteuitwisselingszone loopt van de warmteuitwisselende sectie en aan de beide einden open is waarbij een einde bevestigd is aan een eerste buizenplaat rechtstreeks verbonden met de inlaatkast en het andere einde verbonden is aan een tweede buizenplaat in rechtstreekse verbinding met een verzamelkast, met het kenmerk, dat de 10 warmteuitwisselaar behalve een buis of buizenbundel bevat voorzien is van een eerste warmteuitwisselende zone met een inlaat en een uitlaat voor een eerste koelfluidum en een bepaalde ruimte voor de doorgang van het eerste koelfluidum door de eerste warmteuitwisselingszone zodanig dat het eerste koelfluidum ten minste in contact is met een 15 eerste gedeelte van de lengte van de buis of de buizenbundel waardoorheen een fluidum van hoge temperatuur stroomt en een tweede warmteuitwisselingszone bestaande uit een inlaat en een uitlaat voor een tweede koelfluidum en een bepaalde ruimte waarin voor de doorgang vain het tweede koelfluidum vanaf een tweede inlaat naar een tweede 20 uitlaat zodanig dat het tweede koelfluidum in contact is met het tweede gedeelte van de buis of de buizenbundel waardoorheen het hete fluidum stroomt.

2. Warmteuitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elke buis voor het transport van fluidum van hoge temperatuur een onder- 25 broken buis is met een eerste doorlopend gedeelte dat zich uitstrekt door de eerste warmteuitwisselingszone,een tweede doorlopend gedeelte dat zich uitstrekt door de tweede warmteuitwisselingszone en een derde of losse buisgedeelte dat zich uitstrekt door een tussensectie welke de eerste en tweede warmteuitwisselende zone scheidt, waarbij de 30 derde of losse buis mechanisch niet gebonden is met hetzij het eerste buisgedeelte terwijl de tussensectie een afdichtende afdeling heeft met daarin zich uitstrekkende losse buisstukken.

3. Warmteuitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat er niet meer dan twee warmteuitwisselende zones zijn waarbij elke zone 35 van een volgende gescheiden is door een tussenzone. 35 015 1 4 -16-

4. Werkwijze voor het koelen van een fluidum van hoge temperatuur met een overdrachts-leiding warmteuitwisselaar welke methode bestaat uit het doen stromen van het hete fluidum door een buis of buizenbundel en deze in contact wordt gebracht met een fluidum van lagere temperatuur 5 gekenmerkt doordat de warmteuitwisseling wordt geleid door het opeenvolgend contact van de buis of buizenbundel met het fluidum van hoge temperatuur met een eerste koelfluidum met een eerste temperatuur dat om het eerste gedeelte van de buis of buizenbundel loopt in de eerste warmte-uitwisselingszone of afdeling en vervolgens met een tweede koelfluidum 10 met een tweede temperatuur, welke lager is dan de temperatuur van het eerste koelfluidum rondom een tweede gedeelte van de buis of buizenbundel in een tweede warmteuitwisselingszone of afdeling. 3501514