NO157916B - Varmeveksler for kjoeling av et fluid. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en varmeveksler for kjøling av

et fluid med gitt temperatur og trykk ved hjelp av et fluid med lavere temperatur og høyere trykk, omfattende en hodeseksjon som har et innløp og et utløp for lavtemperaturfluidet og en varmeveksleseksjon, hvilken varmeveksler videre omfatter flere indre ledninger som er åpne ved begge ender, hvor én ende er festet til en første rørplate og er i fluidforbindelse med innløpet for lavtemperaturfluidet og strekker seg fra hodeseksjonen til varmeveksleseksjonen og et antall ytre ledninger hvis åpne ender er festet til en annen rørplate, hvilke ytre ledninger er i fluidforbindelse med utløpet for lavtemperaturfluidet, hvor den ytre ledning omgir i det minste den lengde av en indre ledning som er anordnet innenfor varmeveksleseksjonen slik at innerflaten av ytterledningen og ytterflaten av innerledningen som er innelukket av den første danner en kanal som lavtemperaturfluidet som kommer ut av innerledningen kan strømme gjennom til utløpet i hodeseksjonen, at varmeveksleseksjonen omfatter et innløp og et utløp for høytemperaturfluidet slik at dette kommer i berøring med ledningene som inneholder lavtemperaturfluidet, hvilken varmeveksler videre omfatter en innretning for gradvis reduksjon av temperaturen fra varmeveksle-seks jonen til hodeseksjonen.

I konvensjonelle mantel- og rørvarmevekslere består varmevrekslerens rørseksjon av en bunt av rør som er åpne i begge ender. Hver rørende strekker seg gjennom en rørplate og er fastsveiset til denne. Varmevekslermantelen omslutter rørbunten fullstendig. Rørene i bunten er adskilt fra hverandre og fra mantelen, og avgrenser varmevekslerens mantelsideseksjon.

Under en typisk varmevekslingsprosess ledes det ene av fluidene {væske eller gass) gjennom varmevekslerens rørseksjon. Det annet fluidum ledes gjennom mantelseksjonen, d.v.s. på yttersiden av rørene, vanligvis i en motstrømsbane i forhold til fluidet som strømmer gjennom rørseksjonen. Som eksempel på en varmevekslingsprosess kan nevnes avkjølingen av reaksjonsproduktet fra en hydrokarbonkrakkingsovn. Reaksjonsproduktet består som regel av en gass som strømmer ut fra krakkingsovnen med en temperatur av 700-900°C. Den utstrømmende, varme gass fra ovnen ledes gjennom varmevekslerens rørseksjon og avkjøles av et andre fluidum, vanligvis vann av høyt trykk, som strømmer gjennom.varmevekslerens mantelseksjon. Under denne prosess blir en del av varmen fra gassen med den høyeste temperatur (reakjonsproduktet) overført gjennom rørveggene til vannet. Totalvirkningen består i å øke vanntemperaturen, iblant i tilstrekkelig grad til å fordampe vannet, og å redusere gass-temperaturen.

De varmevekslere som benyttes i ovenenvnte krakkingsprosess, har flere mangler. Avsetningen av koks på rørveggens ytterflater vil f.eks. bevirke at varmeveksleren forurenses med derav følgende, alvorlige forringelse av virkningsgraden ved varme- . vekslingsprosessene. Ved opptrenende koksavsetning vil rengjør-ingen kreve håndvasking av rørenes innerkanaler samt langvarig utkopling av det foranliggende system. Foruten at rengjøringen må foretas ofte, kan det forekomme at varmeveksleren er ute av drift i opptil en uke. Det er dessuten fare for at varmeveksler-rørene påføres skade grunnet temperaturforandringene under regjøring. Varmeveksleren må således avkjøles fra en temmelig høy temperatur til en temmelig lav temperatur, av hensyn til rengjøringen, hvoretter temperaturen atter må økes, for fortsettelse av varmevekslingsprosessen.

Konvensjonelle mantel- og rørvarmevekslere er blitt modifisert på forskjellige måter i forsøk på å forbedre virkningsgraden ved varmevekslingsprosessen og/eller å redusere de ovennevnte mekaniske påkjenninger. Én av disse versjoner er beskrevet av H. R. Knulle i "Problem With Exchangers in Ethylene Plants", Chemical Engineering Progress, bind 68, nr. 7 (juli 1972), s. 53-56. Denne varmeveksler består av en dobbeltrørkonstruksjon hvor pyrolysegass som ledes gjennom et innerrør, avkjøles av et annet fluidum som strømmer gjennom et ytterrør som omslutter innerrøret. Varmevekslere av denne type er, i likhet med mange andre kjente varmevekslere, vanskelig å rengjøre, da dette krever håndvasking og en utkoplingstid av betydelig lengde. Varmeveksleren må dessuten avkjøles innen rengjøringen for ikke å utsettes for skade grunnet de ovenenvnte temperaturvekslinger.

Forskjellige varmeveksler er blitt utviklet med tanke på å unngå i størst mulig grad de nedenfor omtalte ulemper. Fransk patent 868 905 beskriver en varmeveksler med tverrgående ledeplater anordnet i varmevekslernfor å danne dødrom mellom mantelen og varmevekslerens toppseksjoner. Hensikten med dette dødrommet er å beskytte rørflåtene mot termiske påkjenninger som følge av for høy temperatur fra lavtrykksfluidet. I tysk patentskrift 2 400 882 er en varmeveksler beskrevet omfattende en mantel og rør og innrettet til bruk med flytende metall som opphetningsmedium. Et høytemperaturfluid ved lavt trykk strømmer gjennom varmevekslerens rør.

Det kan også nevnes DE patenter 2 616 788 og 3 039 787, GB patentsøknad 2 096 759 og US patent 422 824 som omhandler diverse varmevekslere for utveksling av varme mellom fluider med forskjellig temperatur.

Hensikten med oppfinnelsen er å forbedre den innledningsvis omtalte varmevekslerkonstruksjon. En mere spesiell hensikt med oppfinnelsen er å redusere varmespenningene og å redusere forbruket av konstruksjonsmaterialer som må tåle særlig høye temperaturer og som derfor er forholdsvis kostbare. Dette oppnås i det vesentlige ved en spesiell utforming av innretningen for gradvis reduksjon av temperaturen, og denne innretning utmerker seg ved at den omfatter et kjølefluidkammer eller et rom som er avgrenset ved de ytre ledninger mellom den andre rørplate og en lukkeplate anordnet mellom den andre rørplate og utløpet for høytemperaturfluid, hvilke plater de ytre ledninger strekker seg gjennom.

Fordelen ved utførelsen ifølge oppfinnelsen er at temperatur-og trekkforholdene forandrer seg meget langsomt under drift av varmeveksleren slik at varmevekslerens komponenter og spesielt rørplatene ikke utsettes for alt for store temperatur-og/eller trykkdifferanser.

Ved en utførelse av oppfinnelsen er en isoleringspakke anordnet mellom hodeseksjonen og varmeveksleseksjonen og at kjølefluidkammeret er i fluidforbindelse med isoleringspakken gjennom passasjer mellom lukkeplaten og de ytre ledninger for å motta et kjøle- og spylefluid.

De ytre ledninger kan være festet til lukkeplaten for tilveiebringelse av stiv forbindelse mellom holdeseksjonen og varmeveksleren, og kammeret kan være i åpen forbindelse med omgivelsen gjennom et innløpsrør for innføring av kjøle- og spylefluid og hvor innløpsrøret da er utstyrt med en sidearm med åpen ende som strekker seg gjennom lukkeplaten og delvis er omgitt av en hylse hvis indre er i fluidforbindelse med isoleringspakken. Innløpsrørets sidearm for kjølefluidet kan være anordnet stort sett sentralt på varmevekslerens lengdeakse. Denne sidearm kan strekke seg med en lukket ende inn i en åpning i den andre rørplaten.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det følgende ved hjelp av eksempler og under henvisning til tegningene hvor: Fig. 1 viser et skjematisk riss av varmeveksleren ifølge oppfinnelsen, som angir fluidenes strømningsbaner gjennom veksleren under en varmevekslingsprosess. Fig. 2 viser et lengdesnitt av en spesiell utførelsesform av varmeveksleren ifølge fig. 1. Fig. 3 viser et lengdesnitt av en annen spesiell utførelses-form av varmeveksleren ifølge fig. 1. Fig. 4 viser et deltverrsnitt langs linjen IV-IV i fig. 2 og 3, omfattende et parti av rørplaten og rørbunten i varmeveksleren . Fig. 5 viser et deltverrsnitt langs linjen V-V i fig. 2 og 3, omfattende et parti av rørbunten og elementene som fastholder bunten i varmevekslerens varmevekslingsseksjon. Fig. 6 viser snitt gjennom en detalj omfattende den lukkede ende av et ytterør i rørbunten som opptar et innerrør og en innretning for opplagring av innerrøret i ytterrøret.

Fig. 7 viser et snitt langs linjen VII-VII i fig. 6.

Fig. 8 viser et lengdesnitt av en annen spesiell utførelses-form av varmeveksleren ifølge fig. 1. Fig. 9 viser et snitt langs linjen IX-IX i fig. 8 som angir rørbuntens utforming i denne posisjon i varmeveksleren.

Det er i fig. 1 vist en varmeveksleranordning ifølge foreliggende oppfinnelse som i hovedsak består av to deler, nemlig en hodeseksjon 10 og en varmevekslingsseksjon 11. Som det fremgår av utførelsesformen ifølge fig. 2, omfatter hodeseksjonen 10 et innløp 16, et utløp 17, en første rørplate 12 og en andre rørplate 13. Rørplaten 12 er en relativt tynn konstruksjonsdel med en tykkelse av eksempelvis 2-10 mm. Rørplaten 13 er imidlertid fremstilt av meget større tykkelse, generelt 10-35 mm. Tykkelsen av hver rørplate bestemmes primært av de innbyrdes forskjellige trykk som oppstår på de to sider av rørplaten. Rørplaten 13 er således vanligvis tilvirket av tykkere materiale enn rørplaten 12, fordi den generelt blir utsatt for en større trykkforskjell når varmeveksleren er i funksjon.

Rørplaten 12 deler hodeseksjonen 10 i to adskilte kamre. Nærmere bestemt danner rommet foran rørplaten 12 et innløpskammer 14, mens rommet mellom rørplaten 12 og rørplaten 13 danner et utløpskammer 15. Innløpet 16 tjener for fremføring av et fluidum til innløpskammeret 14. Fra kammeret 14 ledes fluidet gjennom et antall innerrør 18, vanligvis betegnet som en bunt. Hvert av innerrørene 18 som er åpent i begge ender er fastgjort til rørplaten 12 ved sveising, lodding eller på annen hensiktsmessig måte. Hvert rør 18 strekker seg også fra hodeseksjonen 10 inn i varmevekslingsseksjonen 11. Som det fremgår av fig. 2, er den del av hvert innerrør 18 som er beliggende i varmevekslings-seks jonen 11 omgitt av et ytterrør 19.

Et ringformet rom som avgrenses mellom innerveggen av ytterrøret 19 og ytterveggen av innerrøret 18 danner en kanal 20. Den åpne ende av hvert ytterrør 19 er sveiset, loddet eller på annen måte fastgjort til den annen rørplate 13, slik at kanalen 20 befinner seg i fluidumforbindelse med utløpskammeret 15 og det tilhørende utløp 17. Innerrørene 18 og ytterrørene 19 består av rør som er anordnet konsentrisk i forhold til hverandre, som tydeligere vist i fig. 4. Ved praktisering av oppfinnelsen vil kanalen 20 mellom rørene 18 og 19 tjene som en passasje hvori-gjennom lavtemperaturfluidet som utløper fra røret 18, kan strømme inn i utløpskammeret 15 som avgrenses på den ene side av den tykkeste rørplate 13.

Som vist i fig. 6 og 7, er innerrørene 18 anordnet sentralt i ytterrørene 19 og fastholdt i stilling ved hjelp av stenger 40. Stengene 40 er slik plassert og dimensjonert at de ikke i vesentlig grad vil hemme fluidumstrømmen gjennom kanalen 20. De spesielt forenklede figurer 2, 3 og 8 viser at rørene 18 og 19 bare opptar en del av hodeseksjonen 10 i varmevekslingsseksjonen 11. Ved virkelig fremstilling av varmeveksleren vil rørene 18 og 19 oppta størstedelen av den tverrsnittsflate som avgrenses i hodeseksjonen og varmevekslingsseksjonen, slik det tydeligst fremgår av fig. 4 og 5.

Som vist i fig. 5 er den del av røret 19 som strekker seg inn i varmevekslingsseksjonen 11 fortrinnsvis fastgjort ved egnede midler, f.eks. konsentriske ringer 38. Forankrings-midlene for ytterrøret omfatter også et antall innbyrdes adskilte strevere 39 som er fastgjort mellom hver av de konsentriske ringer 38. Nærmere bestemt er ytterrøret 19 plassert mellom ringene 38 på en slik måte at hvert ytterrør fastkiles mellom nærmestliggende strevere 39.

Varmevekslingsseksjonen 11 som er vist i fig. 2 og som avgrenses av ytterveggen 21, er den del av varmeveksleren hvori varme fra høytemperaturfluidet overføres til lavtemperaturfluidet. Høytemperaturfluidet innstrømmer i varmevekslingsseksjonen 11 gjennom et innløp 28 og utstrømmer gjennom et utløp 29. Det er innvendig i varmevekslingsseksjonen 11 anordnet smale spalter 27 mellom de enkelte ytterrør 19 og mellom rørene 19 og ytterveggen 21. Spaltene 27 danner gjennomløpskanaler for høytemperatur-fluidet som ledes gjennom varmevekslingsseksjonen 11.

En lukkeplate 25 er anbragt mellom en flens 22, ytterveggen 21 og en annen flens 24 som danner ytterpartiet av en endevegg 26. Flensene er sammenføyd gjennom bolter 23, hvorved lukkeplaten 25 forankres til ytterveggen 21. Veggen 26 er sveiset, loddet eller på annen måte fastgjort til rørplaten 13. Rørene 18 og 19 strekker seg gjennom lukkeplaten 25, men er ikke fastgjort til denne. Det foretrekkes i stedet å opprettholde en liten klaring (ikke vist) mellom yttersiden av hvert rør 19 og lukkeplaten 25. Rørene vil derved kunne beveges fritt, dvs. utvides eller sammentrekkes i avhengighet av temperaturforandringer og andre forhold, uten å forårsake uønskede varmespenninger.

Veggen 26 danner den nødvendige forbindelse mellom hode-seks jonen 10 og varmevekslingsseksjonen 11. I praksis må veggen 26 være tilstrekkelig tynn (maksimaltykkelse 15 mm) til å redusere varmeoverføringen fra varmevekslingsseksjonen til hode-seks jonen i størst mulig grad, men tilstrekkelig tykk til at det opprettes en fast forbindelse mellom hodeseksjon og varme-vekslingsseks jon . Da lukkeplaten 25 ikke er fastgjort til ytterveggen 21 ved mekaniske midler eller på annen måte, vil varmespenningene i varmeveksleren reduseres ytterligere. Hodeseksjonen 10 er dessuten isolert mot den høye temperatur i varmevekslingsseksjonen 11 gjennom et kjølefluidumkammer 34

som fungerer som en termisk foring. Ifølge fig. 2 består kammeret 34 av et hulrom som avgrenses mellom rørplaten 13 og lukkeplaten 25 og som omsluttes av forbindelsesveggen 26. Et innløp 33 som strekker seg gjennom det øvre parti av flensen 24, tjener for innføring av et kjølende og rensende fluidum (i det etterfølgende benevnt "kjølemedium") i kammeret 34. Innløpet 33 er anordnet i flensen 24 istedenfor i den tynne yttervegg 26, for å forebygge overdrevne mekaniske og termiske spenninger i veggen 26.

Kjølemediumkammeret 34 står i fluidumforbindelse med en innretning som forårsaker jevn fordeling av kjølemediet over den totale tverrsnittsflate som avgrenses av ytterveggen 21. Som vist i fig. 2, er det anbragt et isolasjonsmateriale 30 i en sone som avgrenses av en ledeplate 31, veggdeler 32 og lukkeplaten 25. Det er opprettet fluidumforbindelse mellom isolasjonsmaterialet 30 og kjølemediumskammeret 34 gjennom åpninger (ikke vist) mellom ytterrørene 19 og lukkeplaten 25 og mellom ytterrørene og vegg-delene 32. Selv om isolasjonsmaterialet 30 bidrar til å skjerme lukkeplaten 25 mot de høye temperaturer i varmevekslingsseksjonen, foruten å bevirke en jevnere fordeling av kjølemediet over hele den tilgjengelige tverrsnittsflate, er anvendelsen av isolasjonsmaterialet valgfri. Det foretrekkes å benytte varmeisolasjons-materiale i form av komprimert mineralull, aluminiumoksydfibre, Kaowool aluminakisel-keramikkfibre eller lignende. Ledeplaten 31 og veggelementene 32 er tilvirket av varmebestandig metall-blikk eller annet vanlig, varmebestandig materiale.

Varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse er egnet for anvendelse i vidt forskjellige varmevekslingsprosesser. Høy-temperaturf luidet og lavtemperaturfluidet kan eksempelvis bestå av gasser, væsker eller blandinger av gasser og væsker. Høy-temperaturf luidet vil som oftest bestå av et opphetet materiale i gassform, mens lavtemperaturfluidet består av en kjøligere væske og/eller materiale i gassform. Ved visse varmevekslingsprosesser kan det være fordelaktig at lavtemperaturfluidet og/eller høytemperaturfluidet undergår en faseforandring mens fluidene ledes gjennom varmeveksleren. Det kan således ofte være gunstig at en lavtemperaturvæske fordamper under avkjøling av et høy-temperaturf luidum. En slik faseforandring kan uten vanskelighet oppnås under drift, ved å velge lavtemperaturfluidum og/eller høytemperaturfluidum som vil gjennomgå den ønskede faseforandring under de rådende driftsbetingelser.

Varmevekslingsprosessen ifølge foreliggende oppfinnelse er særlig egnet for anvendelse ved avkjøling av det varme reaksjonsprodukt fra en termisk eller katalytisk krakkingsreaktor. Et slikt reaksjonsprodukt har vanligvis en temperatur av 700-1000°C. Ved slike prosesser består lavtemperaturfluidet fortrinnsvis av

en vandig væske, vanligvis vann. Vannet bør generelt ha en temperatur av 100-400°C. Under varmevekslingsprosessen er hodeseksjonen 10 hovedsakelig utsatt for høye trykk og lave temperaturer, mens varmevekslingsseksjonen 11 påvirkes av høytemperatur-fluidets generelt høyere temperaturer og lavere trykk. Varme-vekslingen foregår ved overføring av varme fra høytemperatur-fluidet til lavtemperaturfluidet.

Som angitt i fig. 1 og 2 vil en typisk varmevekslingsprosess innbefatte innføring av høytemperaturfluidet i varme-vekslingsseks jonen 11 gjennom innløpet 28. Innvendig i varme-vekslingsseks jonen strømmer høytemperaturfluidet gjennom spaltene 27 mellom rørene 19, i en retning som angitt ved piler 58. Ved den motsatte ende av varmeveksleren ledes et lavtemperaturfluidum, eksempelvis vann, fra en passende kilde, f.eks. en damptrommel 59, inn i hodeseksjonen 10 gjennom innløpet 16. Fra hodeseksjonen 10 strømmer lavtemperaturfluidet gjennom de anordnede innerrør 18

som er åpne i begge ender, og inn i varmevekslingsseksjonen 11. Lavtemperaturfluidets strømningsbane er vist ved 60. Den del av hvert innerrør 18 som er beliggende i varmevekslingsseksjonen 11, er omgitt av et ytterrør 19. Som vist i fig. 6, vil lavtemperaturfluidet som utløper fra innerrøret 18, ledes til hodeseksjonen 10 gjennom en kanal 20 som avgrenses mellom innerveggen av ytter-røret 19 og ytterveggen av innerrøret 18.

Hvis lavtemperaturfluidet består av vann, vil varmen som overføres fra høytemperaturfluidet vanligvis være tilstrekkelig til å omdanne i hvert fall en del av vannet til damp. Denne flytende vann/damp-blanding som dannes under varmevekslingsprosessen, ledes gjennom kanalene 20 til hodeseksjonen 10 langs en strømningsbane som vist ved 61. Fra hodeseksjonen 10 tilbake-føres vann/damp-blandingen gjennom damptrommelen 59 (strømnings-bane 61). Under sin bevegelse langs strømningsbanen 58 gjennom varmevekslingsseksjonen 11 vil høytemperaturfluidet avgi varme til lavtemperaturfluidet. Etter å være avkjølt ledes høy-temperaturf luidet gjennom produktutløpet 29.

Når varmeveksleren er i funksjon, vil isolasjonslaget 30 i forening med kjølemediet beskytte lukkeplaten 25 mot ekstreme temperaturer og temperaturforandringer og mot korrosjon eller forurensning. Et stort antall ulike fluider kan finne anvendelse som kjølemedium. Som eksempel på egnet kjølemedium kan nevnes damp. Ved utløpet 29 har kjølemediet lavere temperatur enn høy-temperaturf luidet , men kjølemediets trykk er høyere enn høy-temperaturf luidets . I fig. 2 er kjølemediets strømningsbane angitt ved piler 63. Som tidligere omtalt er det anordnet åpninger (ikke vist) mellom lukkeplaten 25, veggelementene 32 og ytterrørene 19. Disse åpninger danner strømningsbaner for kjølemediet som innstrømmer i isolasjonslaget 30 fra kammeret 34.

Da kjølemediet har høyere trykk enn høytemperaturfluidet, vil kjølemediet ikke bare ledes fra kammeret 34 inn i isolasjonslaget 30, men strømme videre fra isolasjonslaget og inn i varme-vekslingsseks jonen 11. Fra varmevekslingsseksjonen 11 utstrømmer kjølemediet, sammen med høytemperaturfluidet, gjennom produkt-utløpet 29. Ved drift av den foreliggende varmeveksler vil derfor de høye temperaturer i varmevekslingsseksjonen avta gradvis i retning mot hodeseksjonen. Dette trekk ved varmeveksleren ifølge oppfinnelsen representerer et avgjort fortrinn overfor de hittil kjente varmevekslere. Nærmere bestemt vil det konstruk-sjonsmaterialproblem som opptrer i forbindelse med hittil kjente varmevekslere, grunnet de ekstreme temperatur- og trykkforskjeller mellom høytemperaturfluidet og lavtemperaturfluidet, ikke forekomme ved varmeveksleren ifølge oppfinnelsen.

Ved mange prosesser, eksempelvis ved avkjøling av varme reaksjonsprodukter fra en termisk eller katalytisk krakkingsreaktor, er det ofte ønskelig at temperaturen av høytemperatur-fluidet reduseres ytterligere etter utstrømningen gjennom produkt-

utløpet 29, men innen gjenvinningen som det endelige produkt.

Ved praktisering av foreliggende oppfinnelse blir temperaturen ytterligere redusert ved hurtigkjøling av høytemperaturfluidet i en andre varmeveksler (ikke vist) av type som tidligere beskrevet eller av en annen type. Det utstrømmende reaksjonsprodukt som forlater en hydrokarbonkrakkingsreaktor gjennom utløpet 29, har vanligvis en temperatur av 300-700°C. I overensstemmelse med oppfinnelsen blir reaksjonsproduktet avkjølt til 200-400°C eller mindre i den andre varmeveksler (ikke vist).

Varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse kan rengjøres på en enkel og lettvint måte som bare krever at høytemperatur-fluidet erstattes av overhetet damp og at tilførselen av lav-temperaturf luidum avbrytes. Ved rengjøring eller avkoksing av en varmeveksler som anvendes for avkjøling av reaksjonsproduktet fra en hydrokarbonkrakkingsreaktor, kan det således innføres overhetet damp med en temperatur av 900-1100°C gjennom innløpet 28. Samtidig opprettholdes tilførselen av rensevæske gjennom innløpet 33, for å beskytte hodeseksjonen 10 mot ekstreme temperaturer. Ved slike koksfjerningsprosesser vil varme-reguleringssonen danne tilstrekkelig skille mellom varmevekslings-seks jonen og hodeseksjonen, slik at temperaturen i hodeseksjonen vanligvis ikke overstiger 500°C og fortrinnsvis utgjør 300-400°C. Etter å ha forlatt utløpet 29 avkjøles den overhetede damp til 300-700°C ved injisering av vann. Dampen kan avkjøles ytterligere på konvensjonell måte. Da varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse bibeholder normale driftstemperaturer uavbrutt, vil de termiske spenninger som vanligvis opptrer under rengjøring av en varmeveksler (som følge av temperaturvariasjonene) reduseres betydelig.

Fig. 3 viser en annen versjon av varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse. Hodeseksjonen, varmevekslingsseksjonen og varmevekslingsprosessen ér stort sett de samme som beskrevet i forbindelse med varmeveksleren ifølge fig. 2. Innbyrdes motsvarende komponenter i de to utførelsesformer er betegnet med samme henvisningstall. I det tilfelle som er vist i fig. 3, er imidlertid ytterrørene 19 fysisk fastgjort ved sveising, lodding eller på annen måte, såvel tilden andre rørplate 13 som til lukkeplaten 25. Denne konstruksjon gir den nødvendige forankring mellom hodeseksjon og varmevekslingsseksjon, slik at det tynne veggelement 26 kan utelates. Lukkeplaten 25 er anbragt mellom egnede monteringsdeler, eksempelvis en flens 22 og et utvendig anslag 35, og fastspent i stilling ved hjelp av bolter 23.

Da den ikke er stivt forbundet med monteringsdelene, vil lukkeplaten 25 i dette tilfelle (fig. 3) kunne beveges. Den kan derved utvides og sammentrekkes under påvirkning av temperatur-variasjoner uten å forårsake uønskede spenninger (på samme måte som lukkeplaten 25 i utførelsesformen ifølge fig.2).

Mellom lukkeplaten 25 og den andre rørplate 13 er det anordnet en spalte som fortrinnsvis utmunner mot omgivelsen. Spalten opptar en innløpsledning 36 for innføring av kjølemedium

i varmevekslingsseksjonen 11. Som vist i fig. 3, er innløps-ledningen utformet som en T, innbefattende en sidearm med åpen ende og en sidearm med lukket ende. Sidearmen med den åpne ende strekker seg gjennom lukkeplaten 25 og omsluttes, i hvert fall delvis, av en hylse 37. Sidearmen med den åpne ende er dessuten forsynt med et antall små åpninger som utmunner i hylsen 37. Hylsen 37 er også utstyrt med et antall små åpninger hvori-gjennom kjølemediet kan innstrømme i isolasjonsmaterialet 30. Sidearmene av ledningen 36 samt hylsen 37 er fortrinnsvis plassert i midten av den rørledningsbunt som inneholder lav-temperaturf luidet. Sidearmkonstruksjonen forløper også i langs-gående retning gjennom varmeveksleren med henblikk på jevn fordeling av kjølemedium gjennom isolasjonsmaterialet 30.

Som det fremgår av fig. 3, er den sidearm av kjølemediums-innløpet 36 som har lukket ende, innført i en åpning i den andre rørplate 13. Denne anordning er valgfri, men foretrekkes fordi den tjener til avstiving av varmevekslerkonstruksjonen. Selv om denne sidearm er uten åpninger i ytterveggen, vil armen selv befinne seg i fluidumforbindelse med kjølemediet som tilføres gjennom innløpet 36. Hvis varmeveksleren var konstruert med et antall sidearmer som strakte seg inn i lukkeplaten 25 og/eller den andre rørplate 13, ville det kunne oppnås en jevnere fordeling av kjølemediet gjennom isolasjonsmaterialet 30. En slik konstruksjon er imidlertid ikke å foretrekke, da antallet tilgjengelige rørledninger for overføring av lavtemperaturfluidet ville minske, med derav følgende redusering av varmevekslerens kapasitet.

En annen utførelsesform av varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 8. Hodeseksjonen, varme-vekslingsseks jonen og virkemåten er i hovedsak de samme som tidligere beskrevet i forbindelse med fig. 2 og. 3. Innbyrdes motsvarende deler i hver av utførelsesformene er betegnet med samme henvisningstall. I versjonen ifølge fig. 8 er det imidlertid anordnet en kjølemediumsfordeler 41 mellom den andre rørplate 13 og lukkeplaten 25. Et kjølemediumkammer 46 er beliggende mellom fordeleren 41 og den andre rørplate 13. Kjølemedium inn-strømmer i varmeveksleren gjennom et innløp 43 som står i forbindelse med kammeret 46. En lukkeplate 25 som er anbragt mellom flensene 35 og 22, fastholdes i stilling av bolter 23. Et antall kjølemediumsmuffer 44 er i den ene ende fastgjort til fordeleren 41 og i den annen ende til lukkeplaten 25. Disse muffer som er fastgjort ved sveising, lodding eller på annen måte til delene 41 og 25, danner den eneste, mekaniske forbindelse mellom hode-seks jonen 10 og varmevekslingsseksjonen 11.

Muffene 4 4 omslutter den del av hvert av innerrørene 18 og ytterrørene 19, som forløper mellom fordeleren 41 og lukkeplaten 25. Muffene 44 har større diameter enn ytterrøret 19, og det avgrenses derfor en kanal 4 5 mellom ytterveggen av rørene 19 og innerveggen av muffene 44. Dimensjonen av de omsluttende muffer 44, i forhold til ytterrørene 19, fremgår tydeligst av detalj-risset i fig. 9. Kanalen 45 står i fluidumforbindelse med inn-løpet 43 og isolasjonsmaterialet 30. Kjølemediet som innføres gjennom innløpet 43, som vist ved 63, vil derved gjennomstrømme kanalen 45 og fordeles jevnt i isolasjonsmaterialet 30.

Ved utførelsesformen ifølge fig. 8 er varmeoverføringen fra varmevekslingsseksjonen til hodeseksjonen betraktelig redusert, da det i dette tilfelle ikke er anordnet noe veggelement som adskiller de to seksjoner. Forpartiet av varmevekslingsseksjonen er dessuten åpen mot ytterluften, slik at kjølevirkningen fra omgivelsen bidrar til å redusere omfanget av den varmeoverføring som finner sted. I denne versjon av varmeveksleren vil også varmespenningene reduseres til et minimum, som følge av at ytter-rørene 19 utelukkende er fastgjort til den andre rørplate 13.

Visse detaljer vedrørende konstruksjonsmaterialer, driftsbetingelser og andre trekk ved den foreliggende varmeveksler er beskrevet i det etterfølgende. Rørledningen for overføring av lavtemperaturfluidet er fremstilt av materialer som vil tåle de temperaturer og trykk som vanligvis forekommer ved drift av en varmeveksler. Ved en prosess som innbefatter avkjøling av reaksjonsproduktet fra en hydrokarbonkrakkingsreaktor, vil lavtemperaturfluidet eksempelvis ha en temperatur av 100-350°C

og et trykk opp til 140 atmosfærer. Av typiske, konvensjonelle materialer som kan tåle slike forhold, kan nevnes nikkel og nikkel-baserte legeringer av jern, krom, kobolt, molybden, wolfram,niobium, tantal o.l. Disse metaller eller metall-legeringer kan også inneholde ikke-metalliske tilsetninger såsom silikon og karbon.

De foretrukne materialer for tilvirkning av de ulike deler av varmeveksleren, er slike som kan tåle temperaturer og trykk som normalt vil opptre i varmevekslings- og rengjørings-prosesser. Når varmeveksleren anvendes for avkjøling av det varme reaksjonsprodukt fra en hydrokarbonkrakkingsreaktor, vil det under varmevekslingsprosessen forekomme temperaturer av 700-1000°C og trykk av 2-10 atmosfærer. Under koksfjerningen/-' rengjøringen med overhetet damp, vil temperaturen ligge mellom 900-1100°C og trykket mellom 2-10 atmosfærer. Av materialer som er egnet for å tåle slike forhold, kan nevnes nikkel og nikkel-baserte legeringer.

Da en stor del av varmen i varmevekslingsseksjonen bortledes gradvis uten å overføres til hodeseksjonen, er det unødvendig at materialene for tilvirkning av hodeseksjonen blir beregnet for å tåle de høyere temperaturer i varmevekslingsseksjonen. Hode-seks jonen kan f.eks. utsettes for en maksimumstemperatur under 500°C, hvilket innebærer at den andre rørplate maksimalt vil utsettes for en temperatur som er ca. 300°C lavere enn temperaturen av høytemperaturfluidet som innstrømmer i varmevekslingsseksjonen. De foretrukne materialer for fremstilling av hodeseksjonen vil generelt bestå av stål-legeringer av krom og molybden. Dimensjoneringen og formen av varmeveksleren og hver av de tilhørende komponenter, såsom rørledninger, rørplater, lukkeplater, mantler m.v. bestemmes i første rekke av den spesielle prosess hvori varmeveksleren skal benyttes, og de normale driftsbetingelser ved en slik prosess, f.eks. forskjellene i trykk mellom den ene side av rørplaten og den annen side av samme rørplate- Som tidligere omtalt, vil temperatur- og trykk-forholdene forandres meget gradvis under drift av varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse. Det er derfor ikke nødvendig at rørplater og andre komponenter i varmeveksleren er beregnet for å tåle store temperatur- eller trykkforskjeller.

Claims (6)

1. Varmeveksler for kjøling av et fluid med gitt temperatur og trykk ved hjelp av et fluid med lavere temperatur og høyere trykk, omfattende en hodeseksjon (10) som har et innløp (16) og et utløp (17) for lavtemperaturfluidet og en varmeveksleseksjon (11), hvilken varmeveksler videre omfatter flere indre ledninger (18) som er åpne ved begge ender, hvor én ende er festet til en første rørplate (12) og er i fluidforbindelse med innløpet (16) for lavtemperaturfluidet og strekker seg fra hodeseksjonen (10) til varmeveksleseksjonen (11) og et antall ytre ledninger (19) hvis åpne ender er festet til en annen rørplate (13), hvilke ytre ledninger (19) er i fluidforbindelse med utløpet (17) for lavtemperaturfluidet, hvor den ytre ledning (19) omgir i det minste den lengde av en indre ledning (18) som er anordnet innenfor varmeveksleseksjonen (11) slik at innerflaten av ytterledningen (19) og ytterflaten av innerledningen (18) som er innelukket av den første danner en kanal (20) som lavtemperaturfluidet som kommer ut av innerledningen (18) kan strømme gjennom til utløpet (17) i hodeseksjonen (10), at varmeveksleseksjonen (11) omfatter et innløp (28) og et utløp (29) for høytemperatur-fluidet slik at dette kommer i berøring med ledningene (19) som inneholder lavtemperaturfluidet, hvilken varmeveksler videre omfatter en innretning for gradvis reduksjon av temperaturen fra varmeveksleseksjonen (11) til hodeseksjonen (10), karakterisert ved at innretningen for gradvis reduksjon av temperaturen omfatter et kjølefluidkammer (34) eller et rom som er avgrenset ved de ytre ledninger (19) mellom den andre rørplate (13) og en lukkeplate (25) anordnet mellom den andre rørplate (13) og utløpet (29) for høytemperaturfluid, hvilke plater (13, 25) de ytre ledninger (19) strekker seg gjennom.

2. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at en isoleringspakke (30) er anordnet mellom hodeseksjonen (10) og varmeveksleseksjonen (11) og at kjølefluidkammeret (34) er i fluidforbindelse med isoleringspakken (30) gjennom passasjer mellom lukkeplaten (25) og de ytre ledninger (19) for å motta et kjøle- og spylefluid.

3. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisert ved at de ytre ledninger (19) er festet til lukkeplaten (25) for tilveiebringelse av stiv forbindelse mellom hodeseksjonen (10) og varmeveksleseksjonen (11), og hvor kammeret(34) er i åpen forbindelse med omgivelsen gjennom et innløpsrør (36) for innføring av kjøle- og spylefluid og hvor innløpsrøret (36) er utstyrt med en sidearm med åpen ende som strekker seg gjennom lukkeplaten (25) og delvis er omgitt av en hylse (37) hvis indre er i fluidforbindelse med isoleringspakken (30).

4. Varmeveksler ifølge krav 3, karakterisert ved at innløpsrørets (36) sidearm for kjølefluidet er anordnet i det vesentlige sentralt på varmevekslerens lengdeakse.

5. Varmeveksler ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at innløpsrørets (36) sidearm for kjølefluidet strekker seg med lukket ende inn i en åpning i den andre rørplate (13).

6. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter et kjølefluidfordelingslegeme (41) som er anordnet mellom den andre rørplate (13) og lukkeplaten (25), et kjølefluidkammer (46) som er anordnet mellom den andre rørplate (13) og kjølefluidfordelingslegemet (41), et kjøle-fluidinnløp (43) son» er forbundet med kjølefluidkammeret (46), et antall kjølefluidhylser (44) som er åpne ved begge ender og er i fluidforbindelse med kjølefluidkammeret (46), og som strekker seg mellom og omgir den lengde av en ytterledning (19) som strekker seg mellom kjølefluidfordelingslegemet (41) og lukkeplaten (25), slik at ytterledningen (19) og innerflaten av hylsen (44) danner en kanal som tilveiebringer fluidforbindelsen mellom kjølefluidkammeret (46) og isolasjonsmaterialet (30), og at mellomrommet mellom kjølefluidfordelingslegemet (41) og lukkeplaten (25) rundt hylsene (44) er i åpen forbindelse med omgivelsen.