PL224350B1 - Rurowy zespół wymiany ciepła i urządzenie do wymiany ciepła - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy rurowego zespołu wymiany ciepła zawierającego (a) płytę sitową (101), która posiada pierwszą powierzchnię czołową, która w warunkach użytkowania, jest zwrócona do wewnątrz komory (140) wymiany ciepła, i drugą powierzchnię czołową przeciwległą do wspomnianej pierwszej powierzchni czołowej i która, w warunkach użytkowania, jest zwrócona na zewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła (b), co najmniej jeden otwór przelotowy (103), który przechodzi przez grubość wspomnianej płyty sitowej (101) (c) co najmniej jedną rurę (100) wymiany ciepła, która przechodzi przez wspomniany otwór przelotowy (103) i jest powiązana roboczo z obwodem zasilania płynem wymiany ciepła, przy czym wspomniany rurowy zespół wymiany ciepła zawiera ponadto co najmniej jedną tuleję (200) otwartą na przeciwległych końcach i przymocowaną do wspomnianej płyty sitowej (101) i do wspomnianej rury (100), natomiast wspomniana tuleja (200) jest umieszczona we wspomnianym otworze (103) i zamontowana na wspomnianej rurze (100) na sekcji tej ostatniej, na której przechodzi ona przez grubość płyty sitowej (101), a ponadto wspomniana tuleja (200) wystaje poza wspomnianą pierwszą powierzchnię czołową płyty sitowej (101) tak, że jej pierwszy otwarty koniec kończy się wewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła. Przedmiotem wynalazku jest też urządzenie zawierające taki zespół wymiany ciepła.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rurowy zespół wymiany ciepła i urządzenie wymiany ciepła.

Urządzenie składa się, w szczególności, z reaktora chemicznego, a bardziej szczegółowo, z reaktora chemicznego do produkcji melaminy.

Wiadomo że melamina jest produkowana przez pirolizę mocznika według ogólnej reakcji (1):

6NH2CONH2 (CN)3(NH2)3 + 6NH3 + 3CO2 (1) mocznik melamina która to reakcja, jak wiadomo, jest wysoko endotermiczna.

Procesy przekształcania mocznika w melaminę są podzielone na dwie grupy: procesy, które dokonują pirolizy mocznika pod wysokim ciśnieniem i procesy, które dokonują pirolizy mocznika pod niskim ciśnieniem.

Oba te procesy są typowo przeprowadzane w reaktorach, które są zasilane strumieniem mocznika w stanie stopionym. Korzystnie, reaktor jest również zasilany strumieniem amoniaku.

W procesach wysokociśnieniowych, komora reakcyjna jest utrzymywana pod ciśnieniem wyższym niż 60 barrel i jest wyposażona w środki grzewcze, które utrzymują system reakcji w temperaturze około 360°C-450°C.

W znanych reaktorach, zarówno w wysoko jak i nisko ciśnieniowych procesach, środki grzewcze składają się z wiązki rurowej, przez którą przechodzi płyn wymiany ciepła, sporządzony na przykład ze stopionych soli, które są typowo sporządzone z mieszaniny azotanów i azotynów sodu i potasu.

W typowym procesie wysokociśnieniowym, wiązka rurowa zawiera płytę sitową, która jest zakotwiona do osłony reaktora, aby wyznaczyć z nią komorę reakcyjną 140.

Jak przedstawiono na załączonych figurach 1 i 3, przedstawiających stan techniki, każda rura 100 wiązki, lub jej odgałęzienie, jeżeli jest ono w kształcie litery U lub wężownicy, jest oddzielnie przymocowana do płyty sitowej 101 za pomocą spoiny 102, która może być spoiną doczołową (fig. 1) lub mieć miejsce w obszarze przejściowym pomiędzy powierzchnią czołową płyty sitowej, zwróconą do wnętrza komory reakcyjnej 140 a zewnętrzną powierzchnią boczną każdej rury (fig. 3).

Każda rura 100 jest zamknięta na swoim końcu, usytuowanym wewnątrz komory reakcyjnej, za pomocą specjalnej zatyczki 107*, która może być prostego kształtu, ukształtowana jak odwrócony kubek, w kształcie litery T (jak przedstawiono na fig. 1) lub dowolnego innego dogodnego dla tego celu kształtu.

Pod tym względem należy zauważyć, że różne typy zatyczek 107*, spośród tych opisanych pokrótce powyżej, są przedstawione na załączonych figurach.

Dwa różne typy zatyczek 107*, w szczególności, są przedstawione tylko tytułem ilustracji na powiększeniach figury 1.

Wewnątrz każdej rury 100, współosiowo z nią i luźno względem niej, umieszczony jest przewód 104, otwarty na przeciwległych końcach; kanał wewnętrzny w każdym przewodzie 104 i międzyprzestrzeń określona pomiędzy nim a odpowiednią rurą 100 określają zatem ścieżki przepływu (zewnętrzną i wewnętrzną) stopionych soli.

Jak przedstawiono schematycznie na figurach 1 i 3, druga sekcja 100b rur 100 i koniec odpowiedniego przewodu 104, który z niej wystaje, są odpowiednio złączone z drugą płytą sitową 110 i trzecią płytą sitową 111, które wyznaczają kanały rozprowadzania i zbierania stopionych soli.

Połączenie jest wykonane za pomocą spawania, rozszerzania lub innego odpowiedniego sposobu.

W szczególności, w przypadku przedstawionym na fig. 1, w którym rura 100 jest przyspawana doczołowo do płyty sitowej 101 od wewnętrznej strony komory reakcyjnej, połączenie płyty sitowej 101, od zewnętrznej strony komory reakcyjnej, z płytą sitową 110, która wyznacza kanał rozprowadzania i zbierania stopionych soli, jest wykonane za pomocą sekcji rurowej 100c, połączonej z dwiema płytami przez spawanie, rozszerzanie lub inny odpowiedni sposób.

Różne elementy będące w kontakcie z płynem procesowym w komorze reakcyjnej 140 (płyta sitowa i rury) są wykonane z materiałów o wysokiej odporności na korozję, które muszą stykać się z systemem reakcyjnym w trudnych warunkach pracy.

Typowo, takie elementy są wykonane ze stali lub specjalnych stopów takich jak, na przykład, niklowo-molibdenowo-chromowy Hastelloy® C276, C22, stop A 59, Inconel 625.

PL 224 350 B1

W szczególności, płyta sitowa 101 może być wykonana z jednego materiału odpornego na warunki komory reakcyjnej, lub przez powleczenie mniej szlachetnego materiału 101a* materiałem 101b*, wymaganym przez warunki pracy.

Powleczenie może być wykonane przez nadlanie materiału lub inną metodą powlekania według znanego stanu techniki.

Ponadto, różne elementy są wzajemnie przymocowane przez spawanie.

Jak wiadomo, spawanie jest przeprowadzane przez miejscowe stapianie pasków, które mają być spawane, z lub bez metalu wypełniającego, takiego samego rodzaju jak metal bazowy dwóch elementów, które mają być złączone; taka fuzja tworzy trwałe połączenie dwóch elementów z zasadniczą ciągłością materiału.

Typowo, rury 100 są rozmieszczone wzdłuż koncentrycznych okręgów wokół przewodu 141 recyrkulacji masy reakcyjnej, który na ogół występuje w środku komory reakcyjnej 140.

Typowo, ale niekoniecznie, masa reakcyjna cyrkuluje w kierunku opadającym w środkowym przewodzie recyrkulacyjnym i, łącząc masę stopionego mocznika oraz, korzystnie, dostawę amoniaku, wychodzi na przykład za pomocą specjalnych otworów w obszarze będącym najbliżej płyty sitowej, kontaktującym się z rurami 100 wiązki rurowej w obszarze przyłączenia do płyty sitowej w kierunku poprzecznym do rur 100, aby powrócić do przestrzeni między rurami.

Ponadto, nawet w przypadku odwrotnej cyrkulacji, płyn recyrkulujący w kierunku poprzecznym do samych rur wciąż uderza w sekcję rur 100 w pobliżu płyty sitowej 101.

Jak wiadomo, oddziaływanie płynu na powierzchnię powoduje erozję samej powierzchni a erozja jest większa, gdy kąt oddziaływania zbliża się do 90°.

Jak wynika z dokonanych kontroli wiązek rurowych, skonstruowanych według stanu techniki, rury 100 wiązki rurowej podlegają zjawisku erozji w obszarze oddziaływania z płynem recyrkulującym.

Analizując bliżej opisane powyżej zjawisko zauważono, że rury wiązki rurowej rozprowadzone wzdłuż najbardziej wewnętrznego obwodu, tzn. będące najbliżej punktu wyjścia recyrkulującej masy ze środkowego przewodu 141, podlegają większej erozji w porównaniu z tymi rozprowadzonymi wzdłuż najbardziej zewnętrznych obwodów.

Podczas wspomnianej kontroli stwierdzono również, że spoiny wykazywały oznaki zmęczenia prawdopodobnie z powodu drgań, które mogą występować w pewnych reżimach burzliwego ruchu.

Należy również zauważyć, że wspomniane spoiny są wykonane pomiędzy powierzchniami o różnych grubościach, w szczególności o dużej różnicy grubości, a zatem masa pomiędzy rurą a płytą sitową powoduje znaczną różnicę czasów grzania, topienia i chłodzenia podczas wykonywania spoiny pomiędzy tymi dwiema powierzchniami, o których mowa, co może generować wewnętrzne naprężenia w samym materiale (na przykład, aby pospawać zewnętrzną ścianę rury z płytą sitową, ilość ciepła do stopienia powierzchni płyty sitowej jest taka, że fuzja na ścianie rury ciągnie się aż do jej wewnętrznej powierzchni).

Obszar spawania podlega zatem naprężeniom mechanicznym i, podczas kontaktu z agresywną mieszaniną (na przykład stopionymi solami z obecnością produktów rozkładu takich jak NaOH), może podlegać korozji międzykrystalicznej.

Aby wyeliminować niedogodność przegrzewania wytwarzanego w spawaniu doczołowym rury z płytą sitową przy występowaniu różnych grubości, a zatem mas, wiadomo, że należy utworzyć trzon 108 o takiej samej grubości jak rura, za pomocą obróbki mechanicznej powierzchni materiału 101b* płyty sitowej (patrz fig. 3)

W tym przypadku stwierdzono jednak, że oprócz faktu, że materiał fuzyjny znajduje się w bezpośrednim kontakcie z płynem grzewczym (na przykład stopionymi solami), w samym trzonie występują silne naprężenia spowodowane obróbką mechaniczną niezbędną do jego realizacji, co skutkuje jego predyspozycją do podlegania korozji międzykrystalicznej.

Należy również podkreślić, że po złączeniu różnych elementów (płyty i rur wymiany ciepła) za pomocą spawania, praktycznie niemożliwe jest poddanie całej wiązki obróbkom cieplnym mającym na celu wyeliminowanie naprężeń wewnętrznych, które są generowane przez obróbkę mechaniczną lub wskutek miejscowego grzania a następnie chłodzenia i kurczenia się materiału, jak na przykład przy obróbkach cieplnych w postaci wyżarzania, resolubilizacji lub normalizowania.

A zatem jest oczywiste, że w przypadku przecieku przez spoinę 102, płyta/rura jak na fig. 1, zarówno wskutek bezpośredniego przecieku przez spoinę lub korozji międzykrystalicznej części rury i/lub trzonu w przypadku spoiny jak na fig. 2, lub wskutek korozji międzykrystalicznej bocznej części rury,

PL 224 350 B1 mającej związek ze spoiną 102a, fig. 3, gdy komora reakcyjna i obwód grzewczy są pod różnymi ciśnieniami, występuje przeciek, który doprowadza do kontaktu tych dwóch różnych płynów.

W szczególności, jeżeli komora reakcyjna pracuje pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia obwodu grzewczego, płyn procesowy, na przykład melamina i amoniak, wchodzi do samego obwodu grzewczego, z nadciśnieniem w stosunku do całego obwodu grzewczego i niebezpieczeństwem rozerwania.

Celem niniejszego wynalazku jest rozwiązanie wyżej wymienionych niedogodności znanego stanu techniki (na przykład erozji i spoin pomiędzy różnymi grubościami) za pomocą wdrożenia rurowego zespołu wymiany ciepła i urządzenia zawierającego taki zespół, w szczególności reaktora do produkcji melaminy, o ulepszonych właściwościach wytrzymałości konstrukcyjnej i umożliwiających wyeliminowanie zjawiska erozji części rur w pobliżu płyty sitowej.

Kolejnym celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie rurowego zespołu wymiany ciepła i urządzenia wymiany ciepła, w szczególności reaktora do produkcji melaminy, zawierającego taki zespół, które mogą zmniejszyć ryzyko tworzenia się pęknięć i szczelin.

W szczególności, celem wynalazku jest zmniejszenie ryzyka tworzenia się pęknięć i szczelin w rurach wymiany ciepła, z wynikowym zmniejszeniem ryzyka kontaktu i ewentualnej reakcji/wybuchu pomiędzy płynem wymiany ciepła cyrkulującym wewnątrz rur a materiałem wewnątrz komory reakcyjnej, czy jest to płyn, który ma być grzany/chłodzony, czy też system reakcyjny, który uderza od zewnątrz w same rury.

Te i inne cele zostały osiągnięte przez rurowy zespół wymiany ciepła i urządzenie wymiany ciepła, w szczególności reaktor do produkcji melaminy, według niniejszego wynalazku.

Rurowy zespół wymiany ciepła, zawierający

- płytę sitową, która posiada pierwszą powierzchnię czołową, która, w warunkach użytkowania, jest zwrócona do wewnątrz komory wymiany ciepła, i drugą powierzchnię czołową, przeciwległą do wspomnianej pierwszej powierzchni czołowej, i która, w warunkach użytkowania, jest zwrócona na zewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła,

- co najmniej jeden otwór przelotowy, który przechodzi poprzez grubość wspomnianej płyty sitowej,

- co najmniej jedną rurę wymiany ciepła, która przechodzi poprzez wspomniany otwór przelotowy i jest powiązana roboczo z obwodem zasilania płynu wymiany ciepła,

- co najmniej jedną tuleję, otwartą na przeciwległych końcach i przymocowaną do wspomnianej płyty sitowej i do wspomnianej rury, przy czym wspomniana tuleja jest umieszczona we wspomnianym otworze przelotowym i zamontowana na wspomnianej rurze na sekcji tej ostatniej, gdzie przechodzi ona poprzez grubość płyty sitowej, zaś wspomniana tuleja wystaje poza wspomnianą pierwszą powierzchnię czołową płyty sitowej tak, że jej pierwszy otwarty koniec kończy się wewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wspomniana tuleja jest przyspawana do wspomnianej płyty sitowej tylko jedną pierwszą spoiną, wykonaną pomiędzy częścią korpusu wspomnianej tulei a krawędzią wspomnianego otworu przelotowego, od strony pierwszej powierzchni czołowej wspomnianej płyty sitowej tak, że wspomniana pierwsza spoina jest umieszczona we wspomnianej komorze wymiany ciepła.

Korzystnie, wspomniana tuleja jest przymocowana do rury przez spawanie.

Korzystnie, wspomniana tuleja jest całkowicie wstawiona pomiędzy wspomnianą rurę a wspomnianą płytę sitową.

Korzystnie, wspomniana tuleja wystaje poza wspomnianą drugą powierzchnię czołową płyty sitowej tak, że jej drugi otwarty koniec kończy się na zewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła.

Korzystnie, wspomniana tuleja jest przyspawana do wspomnianej rury drugą spoiną, wykonaną pomiędzy pierwszym otwartym końcem tulei a przylegającą częścią zewnętrznej powierzchni bocznej wspomnianej rury tak, że wspomniana druga spoina jest umieszczona wewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła.

Korzystnie, wspomniana tuleja jest przyspawana do wspomnianej rury drugą spoiną, wykonaną pomiędzy drugim otwartym końcem tulei a przylegającą częścią zewnętrznej powierzchni bocznej wspomnianej rury tak, że wspomniana druga spoina jest umieszczona na zewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła.

Korzystnie, zespół zawiera wiele rur i korespondujących otworów przelotowych oraz tulei, przy czym wspomniane tuleje wystają z pierwszej powierzchni czołowej wspomnianej płyty na jednakowe odległości.

PL 224 350 B1

Korzystnie, zespół zawiera wiele rur i korespondujących otworów przelotowych oraz tulei, przy czym wspomniane tuleje wystają z pierwszej powierzchni czołowej wspomnianej płyty na różne odległości.

Urządzenie wymiany ciepła, zawierające ścianę osłonową i rurowy zespół wymiany, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wspomniana płyta sitowa i wspomniana osłona ograniczają wspomnianą komorę wymiany ciepła a wspomniana pierwsza powierzchnia czołowa wspomnianej płyty sitowej jest zwrócona do wewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła.

Korzystnie, urządzenie zawiera co najmniej jeden otwór wlotowy dla mocznika w stanie stopionym, pod ciśnieniem i o temperaturze 135-145°C, wewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła, przy czym wspomniana komora wymiany ciepła działa jak komora reakcyjna do pirolizy wspomnianego mocznika z wytwarzaniem melaminy.

Korzystnie, urządzenie zawiera przewód recyrkulacyjny, wewnętrzny względem wspomnianej komory wymiany ciepła, oraz zawiera ponadto wiele rur i odpowiednich tulei, które rozciągają się we wspomnianej komorze wymiany ciepła, przy czym tuleje, które są najbliżej przewodu recyrkulacyjnego posiadają długość większą niż inne.

Ogólną ideą będącą podstawą wynalazku jest rozmieszczenie, dla każdej rury, co najmniej jednej tulei otwartej na przeciwległych końcach i przymocowanej do wspomnianej płyty sitowej i do wspomnianej rury, przy czym tuleja jest umieszczona w otworze i zamontowana na rurze na sekcji, gdzie to ostatnia przechodzi przez grubość płyty sitowej. Ponadto, tuleja jest połączona z płytą sitową tylko za pomocą jednej pierwszej spoiny, umieszczonej w komorze wymiany ciepła.

Korzystnie, tuleja jest połączona z płytą sitową za pomocą spoiny umieszczonej w komorze wymiany ciepła.

Umożliwia to, korzystnie, uzyskanie uszczelnienia pomiędzy płytą sitową a tuleją, będącego w stanie zapobiec przesączaniu się płynu zawartego w komorze reakcyjnej do obszaru granicznego, określonego pomiędzy ścianą zewnętrzną tulei a ścianą otworu przelotowego płyty. Gdy takie przesączanie ma miejsce, substrat reakcji zawarty w komorze reakcyjnej może dotrzeć do części płyty, która nie jest odporna na warunki komory reakcyjnej, ponieważ jest ona zazwyczaj wykonana z mniej szlachetnego materiału.

Szczegółowo, w przypadku reaktorów do produkcji melaminy, takie przesączanie mogłoby doprowadzić do korozji, a zatem do szybkiego uszkodzenia płyty sitowej.

Korzystnie, zapewniony jest tylko jeden punkt połączenia pomiędzy rurą a tuleją i/lub pomiędzy tuleją a płytą sitową.

Korzystnie, tak uzyskane połączenie może wytrzymać skutki różnych rozszerzalności cieplnych, których mogą doświadczyć zamocowane elementy, na przykład w reaktorach do produkcji melaminy.

W takich reaktorach podczas wstępnej fazy grzania, to jest począwszy od pustego reaktora, można uzyskać bardzo różne szybkości grzania elementów, w ten sposób powodując różne szybkości rozszerzania elementów.

Takie różnice są spowodowane faktem, że zaczynając od pustego reaktora, to jest z każdym elementem o temperaturze dużo niższej od temperatury reakcji, stopione sole, które są o bardzo wysokiej temperaturze, przechodzą przez rurę wymiany ciepła. Powoduje to szybkie podgrzewanie rury.

W przeciwieństwie do tego, tuleja jest podgrzewana przez rurę i z kolei podgrzewa płytę sitową, tak że osiąga ona temperaturę reakcji znacznie wolniej.

W związku z tym, płyta sitowa wykazuje dalsze opóźnienie w osiągnięciu temperatury reakcji, ponieważ jest podgrzewana przez tuleję.

Tak więc odkryto, że zapewnienie tylko jednego punktu połączenia par elementów (rura-tuleja i/lub tuleja-płyta) jest bardzo korzystne tak, że rozszerzenie względne pomiędzy połączonymi elementami nie jest utrudnione.

Ponadto, tuleja wystaje poza pierwszą powierzchnię czołową płyty sitowej tak, że jej pierwszy otwarty koniec kończy się wewnątrz wspomnianej komory wymiany ciepła.

Kolejnym przedmiotem wynalazku, oprócz wyżej wymienionego zespołu, jest również urządzenie wymiany ciepła, które zawiera taki zespół.

W ten sposób, jak to będzie widoczne bardziej szczegółowo w dalszej części, problemy dotyczące znanych rozwiązań zostały przezwyciężone.

Niniejszy wynalazek jest przedstawiony w przykład ach wykonania na rysunku, na którym figury 1-3 przedstawiają rozwiązania należące do stanu techniki, omówione powyżej, figura 4 przedstawia schematyczny widok w przekroju reaktora wyposażonego w zespół wymiany ciepła według wyna6

PL 224 350 B1 lazku, w pierwszym przykładzie wykonania, zaś figura 5 przedstawia schematyczny widok w przekroju reaktora wyposażonego w zespół wymiany ciepła według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania.

Według wynalazku i w odniesieniu do figur 4 i 5 istotne cechy wspólne dla tych dwóch przykładów wykonania zespołu (1 i 1a) są opisane w pierwszej kolejności.

Według wynalazku, rurowy zespół 1 i 1a wymiany ciepła zawiera płytę sitową 101, która posiada pierwszą powierzchnię czołową 101a, która w warunkach użytkowania jest zwrócona do wewnątrz komory 140 wymiany ciepła, i drugą powierzchnię czołową 101b, przeciwległą do wspomnianej pierwszej powierzchni czołowej 101a, która w warunkach użytkowania jest zwrócona na zewnątrz wspomnianej komory 140 wymiany ciepła.

W płycie sitowej 101 wykonany jest co najmniej jeden otwór przelotowy 103, który przechodzi przez grubość wspomnianej płyty sitowej 101 i prowadzi do przeciwległych powierzchni czołowych 101a i 101b.

Korzystnie, dla omówionych powyżej celów, w otworze przelotowym 103 jest umieszczona tuleja 200, otwarta na przeciwległych końcach i przymocowana do płyty sitowej 101.

Wewnątrz tulei 200, korzystnie w sposób zasadniczo współosiowy, umieszczona jest rura 100 wymiany ciepła, która zatem przechodzi przez otwór przelotowy 103 i rozciąga się do komory 140 wymiany ciepła.

Rura 100 jest roboczo powiązana, w znany sposób, z obwodem zasilania płynem wymiany ciepła.

Tak więc, tuleja 200 jest zamontowana na rurze 100 na sekcji, gdzie ta ostatnia przechodzi przez grubość płyty sitowej 101.

Następnie, tuleja 200 wystaje poza pierwszą powierzchnię czołową 101a płyty sitowej 101, tak, że pierwszy otwarty koniec tulei 200 kończy się wewnątrz komory 140 wymiany ciepła.

Pozwala to korzystnie uniknąć zjawiska erozji w obszarze oddziaływania płynu recyrkulującego wewnątrz komory 140 wymiany ciepła, ponieważ część tulei 200, która wystaje poza pierwszą powierzchnię czołową 101a, chroni rurę 100.

Korzystnie, w tym sensie, tuleje 200 rozciągają się od pierwszej powierzchni czołowej 101a na długość równą lub większą od wysokości otworów promieniowych przewodu recyrkulacyjnego.

Należy zauważyć, że, korzystnie, tuleja 200 jest przymocowana naprzemiennie, lub w kombinacji, do płyty sitowej 101 lub rury 100 przez spawanie.

W obu przykładach wykonania zespołu 1 i 1a, przymocowanie tulei 200 do płyty sitowej 101 lub do rury 100 jest wykonane przez spawanie, ale bardziej ogólnie co najmniej jedno z tych przymocowań może być inne, i może być wykonane na przykład za pomocą złącz kołnierzowych lub podobnych.

Należy zauważyć, że w obu przykładach wykonania zespołu 1 i 1a spoiny pomiędzy rurą 100 a płytą sitową 101 są całkowicie nieobecne, ponieważ tuleja 200 jest całkowicie wprowadzona pomiędzy te dwa elementy.

Biorąc pod uwagę powyżej określone cele, umożliwia to uniknięcie problemów pomiędzy spoinami materiałów o różnych grubościach, unikając w ten sposób związanych z nimi problemów, które nie będą omawiane z uwagi na zachowanie zwięzłości.

W szczególności, układ ten jest szczególnie korzystny, gdy tuleja 200 posiada grubość mniejszą od grubości płyty sitowej 101, a, korzystnie, gdy posiada grubość podobną lub mniejszą od grubości ściany rury 100.

W odniesieniu do drugiego otwartego końca tulei 200, to jest końca zwróconego na zewnątrz komory 140 wymiany ciepła, na ogół mogą wystąpić różne sytuacje.

W niektórych przykładach wykonania drugi otwarty koniec kończy się równo z drugą powierzchnią czołową 101b płyty sitowej 101, podczas gdy w innych korzystnych rozwiązaniach tuleja 200 wystaje poza drugą powierznię czołowa 101b płyty sitowej 101, tak, że drugi otwarty koniec kończy się na zewnątrz wspomnianej komory 140 wymiany ciepła, wystając na pewną odległość poza drugą powierzchnię czołową 101b.

Odnosząc się teraz porównawczo do przykładów wykonania zespołu 1 i 1a, są one powiązane przez fakt, że tuleja 200 jest przyspawana do płyty sitowej 101 za pomocą pierwszej spoiny 105 wykonanej pomiędzy częścią korpusu tulei 200 a krawędzią otworu przelotowego 103, od strony pierwszej powierzchni czołowej 101a płyty sitowej 101: w ten sposób pierwsza spoina jest umieszczona w komorze 140 wymiany ciepła.

Te dwa przykłady wykonania różnią się natomiast położeniem drugiej spoiny, to jest spoiny, która mocuje tuleję 200 do rury 100: w pierwszym przykładzie wykonania zespołu 1, druga spoina jest wykonana pomiędzy pierwszym otwartym końcem tulei 200 a przylegającą częścią zewnętrznej

PL 224 350 B1 powierzchni bocznej wspomnianej rury 100 tak, że druga spoina jest umieszczona w komorze 140 wymiany ciepła; natomiast w drugim przykładzie wykonania zespołu 1a, druga spoina jest wykonana pomiędzy drugim otwartym końcem tulei 200 a przylegającą częścią zewnętrznej powierzchni bocznej wspomnianej rury 100 tak, że druga spoina jest umieszczona na zewnątrz komory 140 wymiany ciepła.

Zarówno zespół 1 jaki i zespół 1a według wynalazku są zatem zawarte w urządzeniu wymiany ciepła, zawierającym również ścianę osłonową i w którym jest usytuowana płyta sitowa 101, aby, we współpracy z osłoną, wyznaczyć komorę 140 wymiany ciepła; przy czym pierwsza powierzchnia czołowa 101a płyty sitowej 101 jest powierzchnią zwróconą do wewnątrz komory 140 wymiany ciepła.

Bardziej szczegółowo, urządzenie zawiera co najmniej jeden otwór wlotowy mocznika w stanie stopionym, pod ciśnieniem i korzystnie o temperaturze 135-145°C, wewnątrz wspomnianej komory 140 wymiany ciepła, tak, że ta ostatnia stanowi w praktyce komorę reakcyjną do pirolizy mocznika z wytwarzaniem melaminy.

Odnosząc się teraz do fig. 4 i 5 dla przykładów wykonania zespołu 1 i 1a należy zauważyć, że - dla wygody - te same części zespołu i reaktora na figurach 1-3, które były omawiane powyżej i które nie będą już dalej omawiane, zostały oznaczone tymi samymi numerami odniesienia.

Aby zrozumieć szczegółowo niniejszy wynalazek, zostanie teraz dokonane konkretne odniesienie do zespołu rur 100 do płyty sitowej 101: według wynalazku zapewnione są tuleje 200, wykonane, korzystnie, z tego samego materiału jak rury, które są zamontowane na rurach 100, co najmniej przy płycie sitowej 101.

Tuleje 200 posiadają grubość podobną do lub korzystnie równą, lub nawet korzystniej mniejszą od grubości samych rur 100.

Bardziej szczegółowo, przez grubość płyty sitowej 101 przechodzą liczne otwory przelotowe 103, wewnątrz każdego z których wstawiona jest odpowiednia tuleja 200 otwarta na przeciwległych końcach, z których jeden rozciąga się poza pierwszą powierzchnię czołową 101a płyty sitowej 101, zwróconą do wewnątrz komory reakcyjnej 140, a drugi, w tym przykładzie, kończy się równo z przeciwległą drugą powierzchnią czołową 101b płyty sitowej 101 (fig. 4) lub, jak w drugim przykładzie wykonania zespołu 1a (fig. 5), wystaje z niej.

Wewnątrz każdej tulei 200 wstawiona jest odpowiednia rura 100, która rozciąga się poza przeciwległe końce tulei 200, odpowiednio za pomocą pierwszej sekcji 100a wewnątrz komory reakcyjnej 140 i za pomocą drugiej sekcji 100b na zewnątrz niej.

Bardziej szczegółowo, każda tuleja 200 jest przymocowana do płyty sitowej 101 za pomocą pierwszej spoiny 105, wykonanej w strefie przejściowej pomiędzy pierwszą powierzchnią czołową 101a płyty sitowej, zwróconej do wewnątrz komory reakcyjnej 140, a zewnętrzną powierzchnią boczną każdej tulei 200, w ten sposób wyznaczając międzyprzestrzeń 201 pomiędzy sekcją tulei, która kończy się na zewnątrz komory reakcyjnej, a płytą sitową.

W ten sposób, korzystnie, w przypadku przecieku z obszaru spawania 105, wystąpiłby przeciek płynu procesowego przez międzyprzestrzeń 201, która komunikuje się z zewnętrzną stroną wiązki rurowej w obszarze atmosfery, a zatem bez jakiegokolwiek niebezpieczeństwa kontaktu płynu procesowego z płynem grzewczym.

Rura 100 jest natomiast przymocowana do odpowiedniej tulei 200 za pomocą drugiej spoiny 106, wykonanej na końcu tulei 200, który rozciąga się wewnątrz komory reakcyjnej 140, i korespondującej części zewnętrznej powierzchni bocznej pierwszej sekcji 100a rury 100, która rozciąga się na zewnątrz tulei 200 i wewnątrz komory reakcyjnej 140; tutaj jest również oczywiste to, że w przypadku przecieku z obszaru spawania drugiej spoiny 106 wystąpiłby przeciek płynu procesowego przez międzyprzestrzeń 201a, która komunikuje się z zewnętrzną stroną wiązki rurowej w obszarze atmosfery, a zatem bez żadnego niebezpieczeństwa kontaktu płynu procesowego z płynem grzewczym.

Tuleje 200, które wspierają rury 100, posiadają część 200a, która rozciąga się wewnątrz komory reakcyjnej na takiej długości, aby chronić powierzchnię rur 100 przed zjawiskiem erozji spowodowanej oddziaływaniem płynu recyrkulującego wewnątrz komory reakcyjnej.

Dokładna długość takiej części 200a może być łatwo dobrana przez specjalistę w tej dziedzinie techniki, w świetle niniejszego ujawnienia i zależnie od szczególnej geometrii reaktora, w ten sposób bez odchodzenia od zakresu ochrony wynalazku.

W niektórych przykładach wykonania tuleje, które wspierają rury 100 umieszczone w obszarze najbliższym względem przewodu recyrkulacyjnego, posiadają długość większą niż te, które wspierają rury 100 najbardziej zewnętrzne, które mogą natomiast być krótsze, aby nie utrudniać wymiany ciepła.

Natomiast w innych przykładach wykonania wszystkie tuleje 200 posiadają taką samą długość.

PL 224 350 B1

Na fig. 5 jest przedstawiony wariant rozwiązania według wynalazku: także w tym przypadku te same części opisane powyżej, i które nie będą dalej omawiane, są oznaczone tymi samymi numerami odniesienia.

W tym wariancie druga spoina (oznaczona numerem odniesienia 107) powiązania z rurą 100 i tuleją 200 jest wykonana pomiędzy końcem tulei 200, który wystaje z drugiej powierzchni czołowej 101b płyty sitowej 101 na zewnątrz komory reakcyjnej, a zatem w obszarze atmosfery, a korespondującą częścią sekcji 100b rury 100, która rozciąga się na zewnątrz tulei.

Obwód cyrkulacji płynu grzewczego/chłodzącego nie jest tutaj opisany, ponieważ nie podlega zmianom w porównaniu z powyższym stanem techniki.

W końcu, jeżeli chodzi o zatyczki, mogą one być znanych typów opisanych powyżej, przy czym użycie rozważanego szczególnego typu zatyczki nie ma wpływu na to, co zostało do tej pory opisane.

Pod tym względem, należy jedynie zauważyć, że takie zatyczki są zazwyczaj sprzęgnięte z rurami 100 albo przez spawanie (jak na przykład zatyczki w kształcie miseczek), albo za pomocą wymuszonego wciśnięcia a następnie spawania (jak na przykład zatyczki w kształcie litery T); na załączonych figurach pokazano kilka typów zatyczek sprzęgniętych w sposób losowy z rurami 100 dla zrozumienia, że mogą one mieć różne zastosowania.

Claims (11)

1. Rurowy zespół wymiany ciepła, zawierający

- płytę sitową (101), która posiada pierwszą powierzchnię czołową, która, w warunkach użytk owania, jest zwrócona do wewnątrz komory (140) wymiany ciepła, i drugą powierzchnię czołową, przeciwległą do wspomnianej pierwszej powierzchni czołowej, i która, w warunkach użytkowania, jest zwrócona na zewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła,

- co najmniej jeden otwór przelotowy (103), który przechodzi poprzez grubość wspomnianej płyty sitowej (101),

- co najmniej jedną rurę (100) wymiany ciepła, która przechodzi poprzez wspomniany otwór przelotowy (103) i jest powiązana roboczo z obwodem zasilania płynu wymiany ciepła,

- co najmniej jedną tuleję (200), otwartą na przeciwległych końcach i przymocowaną do wspomnianej płyty sitowej (101) i do wspomnianej rury (100), przy czym wspomniana tuleja (200) jest umieszczona we wspomnianym otworze przelotowym (103) i zamontowana na wspomnianej rurze (100) na sekcji tej ostatniej, gdzie przechodzi ona poprzez grubość płyty sitowej (101), zaś wspomniana tuleja (200) wystaje poza wspomnianą pierwszą powierzchnię czołową płyty sitowej (101) tak, że jej pierwszy otwarty koniec kończy się wewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła, znamienny tym, że wspomniana tuleja (200) jest przyspawana do wspomnianej płyty sitowej (101) tylko jedną pierwszą spoiną (105), wykonaną pomiędzy częścią korpusu wspomnianej tulei (200) a krawędzią wspomnianego otworu przelotowego (103), od strony pierwszej powierzchni czołowej wspomnianej płyty sitowej (101) tak, że wspomniana pierwsza spoina (105) jest umieszczona we wspomnianej komorze (140) wymiany ciepła.

2. Zespół według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wspomniana tuleja (200) jest przymocowana do rury (100) przez spawanie.

3. Zespół według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że wspomniana tuleja (200) jest całkowicie wstawiona pomiędzy wspomnianą rurę (100) a wspomnianą płytę sitową (101).

4. Zespół według jednego lub większej ilości poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że wspomniana tuleja (200) wystaje poza wspomnianą drugą powierzchnię czołową płyty sitowej (101) tak, że jej drugi otwarty koniec kończy się na zewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła.

5. Zespół według jednego lub większej ilości zastrzeżeń od 2 do 4, znamienny tym, że wspomniana tuleja (200) jest przyspawana do wspomnianej rury (100) drugą spoiną (106), wykonaną pomiędzy pierwszym otwartym końcem tulei (200) a przylegającą częścią zewnętrznej powierzchni bocznej wspomnianej rury (100) tak, że wspomniana druga spoina (106) jest umieszczona wewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła.

6. Zespół według jednego lub większej ilości zastrzeżeń od 2 do 4, znamienny tym, że wspomniana tuleja (200) jest przyspawana do wspomnianej rury (100) drugą spoiną (107), wykonaną pomiędzy drugim otwartym końcem tulei (200) a przylegającą częścią zewnętrznej powierzchni bocznej

PL 224 350 B1 wspomnianej rury (100) tak, że wspomniana druga spoina (107) jest umieszczona na zewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła.

7. Zespół według jednego lub większej ilości poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że zawiera wiele rur i korespondujących otworów przelotowych (103) oraz tulei (200), przy czym wspomniane tuleje (200) wystają z pierwszej powierzchni czołowej (101a) wspomnianej płyty na jednakowe odległości.

8. Zespół według jednego lub większej ilości zastrzeżeń od 1 do 6, znamienny tym, że zawiera wiele rur i korespondujących otworów przelotowych (103) oraz tulei (200), przy czym wspomniane tuleje (200) wystają z pierwszej powierzchni czołowej (101a) wspomnianej płyty na różne odległości.

9. Urządzenie wymiany ciepła, zawierające ścianę osłonową i rurowy zespół wymiany ciepła określony w dowolnym z zastrzeżeń od 1 do 8, znamienne tym, że wspomniana płyta sitowa (101) i wspomniana osłona ograniczają wspomnianą komorę (140) wymiany ciepła a wspomniana pierwsza powierzchnia czołowa wspomnianej płyty sitowej (101) jest zwrócona do wewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła.

10. Urządzenie według zastrzeżenia 9, znamienne tym, że zawiera co najmniej jeden otwór wlotowy dla mocznika w stanie stopionym, pod ciśnieniem i o temperaturze 135-145°C, wewnątrz wspomnianej komory (140) wymiany ciepła, przy czym wspomniana komora (140) wymiany ciepła działa jak komora reakcyjna (140) do pirolizy wspomnianego mocznika z wytwarzaniem melaminy.

11. Urządzenie według zastrzeżenia 9 albo 10, znamienne tym, że zawiera przewód recyrkulacyjny, wewnętrzny względem wspomnianej komory (140) wymiany ciepła, oraz zawiera ponadto wiele rur (100) i odpowiednich tulei (200), które rozciągają się we wspomnianej komorze (140) wymiany ciepła, przy czym tuleje (200), które są najbliżej przewodu recyrkulacyjnego posiadają długość większą niż inne.