DD275915A5

DD275915A5 - Waermetauscher

Info

Publication number: DD275915A5
Application number: DD88321730A
Authority: DD
Inventors: Jiri Jekerle
Original assignee: Schmidt'sche Heissdampf Gmbh,De
Priority date: 1987-11-14
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1990-02-07
Also published as: CS274485B2; DE3738727C3; DE3738727A1; CS743088A2; JPH02136694A; DE3738727C2; FR2623278B1; FR2623278A1; JPH0682032B2; US4993479A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Waermetauscher, der als Doppelrohrelement ausgebildet ist, bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Aussenrohr, dessen Enden mit je einem Sammler verbunden sind, wobei das Innenrohr vom abzukuehlenden Medium durchstroemt und durch die Sammler gefuehrt ist, waehrend das Aussenrohr von einem Kuehlwasser-Wasserdampf-Gemisch durchstroemt ist und in den Innenraum der Sammler muendet. Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Waermetauscher zu schaffen, der es ermoeglicht, die Betriebsdauer zwischen den Reinigungen zu verlaengern und die Gasaustrittstemperatur im Lauf eines Betriebsintervalls annaehernd konstant zu halten. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass die Innenrohre des Waermetauschers jeweils mit einem koaxial angeordneten Verdraengungskoerper versehen sind. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgesehen, dass der Verdraengungskoerper zylinderfoermig und axial verstellbar ausgebildet ist. Schliesslich wird der Verdraengungskoerper durch eine Fuehrungsstange mit einer extern angeordneten Gewindestange und Antrieb verbunden.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, der als Doppelrohrelement ausgebildet ist, bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr, dessen Enden mit Je einem Sammler verbunden sind, wobei das Innenrohr vom abzukühlenden Medium durchströmt und durch die Sammler geführt ist, wahrend das Außenrohr von einem Kühlwasser· Wdsserdampf-Gemltch durchströmt ist und In den Innenraum der Sammler mündet.

Charakteristik des bekannten Stande· der Technik

Derartige Wärmetauscher (DE-OS 2412421) werden für din Kühlung von Prozeßgasen, insbesondere von Spaltgasen aus der thermischen Spaltung von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt.

Bei der Herstellung von Äthylen und Propylen stellt die Kühlung der Spaltgase eine wichtige technologische Stufe des gesamten Produktionsverfahrens dar. Die Stabilisierung der Spaltprodukte nach dem Spaltprozeß, die für die Ausbeute von entscheidender Bedeutung Ist, kann nur durch eine schnelle Abkühlung der Spaltgase erfolgen, was hohe Geschwindigkeiten in Gasleitungen und im Spaltgasköhler und eine gute Wärmeübertragung über die Heizfläche voraussetzt. Bei der Kühlung der Spaltgase entstehen infolge von Kondensation der siedenden Fraktionen der Kohlenwasserstoffgemische Kokspartikel, die sich aufgrund der Strömungsturbulenz bei den hohen Gasgeschwindigkeiten und aufgrund der großen Temperaturgradienten über den Rohrquerschnitt an die Rohrwand absetzen und die Wärmeabgabe über die Wärmeaustauschfläche behindern. Der daraus resultierende Anstieg der Gasaustrittstemperatur beeinflußt das technologische Verfahren negativ und verschlechtert darüber hinaus die Wärmerückgewinnung des Wärmetauschers. Die Heizfläche des Wärmetauschers ist üblicherweise so dimensioniert, daß die technologisch akezptable Gasaustrittstemperatur noch bei mittelmäßig verschmutzten Rohron erreicht wird. Nachteilig ist jedoch, daß bei einer größeren Verschmutzung eine Reinigung des Kühlers erfolgen muß, was mit einem Produktionsausfall und oft mit erheblichen Kosten verbunden ist.

Ziel der Erfindung

Ziel dsr Erfindung ist es, die vorgenannten Nachtoile zu vermeiden.

Darlegung des Wesen* der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der es ermöglicht, die Betrlebudauer zwischen den Reinigungen zu verlängern und die Gassustrittstemperatur Im Lauf eines Betriebsintervalles annähernd konstant zu halten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Innenrohr dos Doppelrohrelements mit einem koaxial angeordneten Verdrängungskörper versehen ist.

In weitorer Ausbildung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Verdrängungskörper zylinderförmig mit strömungsgünstigen

Enden und axial verstellbar ausgebildet Ist. _v

Schließlich wird der Verdrängungskörper durch eine Führungsstange mit einer oxtorn angeordneten Gewindestange und .

Antrieb verbunden.

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Durch die erflncfongsgemSße Lösung ergeben sich die folgenden Wirkungen und Vorteile:

a) Der Verdrängungskörper verkleinert den freien Rohrquerschnitt des mit Spaltgas durchströmten Innenrohres des Wärmetauschors. Die höhere Gasgeschwindigkeit und der kleinere hydraulische Durchmesser des Ringspaltes zwischen dem Innenrohr und dem Verdrängungskörper erhöhen wesentlich den gasseitigen konvektiven Wärmeübergang. Neben der Wärmeübertragung findet Infolge der Konvektion In dem Rohrabschnitt, in dem sich der Verdrängungskörper befindet, eine Wärmeübertragung infolge der Festkörperstrahlung des Verdrängungskörpers statt.

b) FOr die Ablagerung der Kokspartikel an der Rohrwand ist die Größe des lokalen Temperaturgradienten in der laminaren Grenzschicht von entscheidender Bedeutung. Die Festkörperstrahlung des Verdrängungskörpers erhöht den Wärmeübergang auf der Gasseite des Wärmetauschers, ohne daß der Temperaturgradient in der laminaren Grenzschicht merklich beeinflußt wird. Der Verkokungsvorgang verläuft dadurch langsamer als bei einer vergleichbar hohen ausschließlich konvektiven Wärmeübertragung. Die Betriebszeiten zwischen zwei Reinigungsvorgängen werden wesentlich verlängert.

c) Die für die Wärmeübertragung wirksame Gesamtlänge des Wärmetauschers wird mit dem Verdrängungskörper auf zwei Längsabschnitte mit unterschiedlich hohem gasseitigen Wärmeübergang aufgeteilt. Mit der axialen Verschiebung des Verdrängungskörpers bei einem Wärmetauscher mit der stufenlosen Regelung und mit dem Einbau eines anderen Verdrängungskörpers bei einem Wärmetauscher mit einem festeingebauten Verdrängungskörper wird das gasseltige Verhältnis der Rohrabschnitte mit dem hohen und dem niedrigen Wärmeübergang verändert, womit die gesamte Wärmeübertragung über die Heizfläche und somit die Gasaustrittstemperatur beeinnußt wird.

d) Die Heizfläche des Wärmetauschers wird so dimensioniert, daß die geforderte Gasaustrittstemperatur im sauberen Zustand erreicht wird, wenn der Verdrängungskörper die obere Endlage einnimmt. In Abhängigkeit von der Zunahme der gasseitigen Verschmutzung während des Betriebes wird der Verdrängungskörper jeweils soweit in das Rohr eingefahren, bis die gewünschte Gasaustrittstemperatur wioier erelcht wird.

e) Die Gasaustrittstemperatur kann bei ontiorechender Dimensionierung über die gesamte Betriebszeit zwischen zwei Reinigungsvorgängen konstant gehalten werden.

f) Dia Regelfähigkeit der Gasaustrittstemperatur mit Hilfe des Verdrängungskörper^ ermöglicht auch eine größere Variabilität bei der Wahl derzurSpaltung vorgesehenen Einsatzprodukte, da die notwendig Änderung der Abkühlung des Gases jeweils flexibel eingestellt werden kann. Ί

Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnung ir. einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: Querschnitt durch den Wärmetauscher; Fig. 2: Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Wärmetauschers.

Der In Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher besteht aus einem im wesentlichen geraden Doppelrohrelement 1, das aus einem Außenrohr 6 und einem koaxial zu ihm angeordneten Innenrohr 2 besteht, dessen Enden mit je einem Sammler 9 bzw. 10 verbunden sind.

Da· Außenrohr 6 mündet In den Innenraum 17 bzw. 18 der Sammler 9 bzw. 10. Das Innenrohr 2 mit der Abdeckplatte 6 und den seitlich angebrachten Stutzen 7 versehen, ha*. Anschluß an eine nicht dargestellte Abgasleitung. Am Gaseintrittsende ist das Innenrohr β über ein Gabelstück 8 mit zwe! nicht dargestellten Spaltgaszufuhrleitungen verbunden. Die Sammler 9 und 10 sind mit einer nicht dargestellten Dampftrommel wasserseitig bzw. dampfseitig verbunden. Der Verdrängungskörper 3 besteht aus dem Rohr 11, das auf der Vorder· und /lückseite mit strömungsgünstig ausgebildeten Enden 19 und 20 abgeschlossen ist. Der Verdrängungskörper 3 wird von de* Führungsstange 4, die die Abdeckplatte 5 durchdringt, geführt. Am oberen Ende der Führungsstange 4 ist die Tellerp'^tte 12 befestigt. Die Abdeckplatte 5 und die Tellerplatte 12 sind mit dem elastischen Kompensator 13 verbunden, so daß sich der Verdrängungskörper 3 mit der Führungsstange 4 und der Tellerplatte 12 relativ zu dem Innenrohr 2 bewegen kenn, wobol die Gasseite gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Die Tellerplatte wird durch die Gewindestange 14 und df <i Antrieb 16 bewegt, so daß die gewünschte Stelle des Verdrängungskörpers im Innenrohr 2 entsprechend der gewünschten Gasaustrittstemperatur angesteuert werden kann. Das Spaltgas verläßt den Wärmetauscher durch die Stutzen 7. Das Innenrohr 2 ist mit der Umlenkungskulisse 16 versehen, um eine strömungsgünstige Gasumlenkung zu erzielen.

Der In Flg. 2 dargestellte Wärmetauscher Ist mit einem fasten Verdrängungskörper 3 versehen, der von Betriebsfall zu Betriebsfall ausgetauscht werden kann. Eine derartige Ausführung ist für Wärmetauscher, die wenig verschmutzen, geeignet.

Claims

1. Wärmetauscher, der als Doppelrohrelement ausgebildet ist, bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr, dessen Enden mit je einem Sammler verbunden sind, wobei das Innenrohr vom abzukühlenden Medium durchströmt und durch die Sammler geführt ist, während das Außenrohr von einem Kühlwasser-Wasserdampf-Gemisch durchströmt ist und in den Innenraum der Sammler mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) des Doppelrohrelements (1) mit einem koaxial angeordneten Verdrängungskörper (3) versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) axial verstellbar ist.

3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) zylinderförmig mit vorzugsweise strömungsgünstigen Enden (19; 20) ausgebildet ist.

4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (3) durch eine Führungsstange (4) mit einer extern angeordneten Gewindestange (14) und Antrieb (15) verbunden ist.