DE1601215B2 - Plattenwaermetauscher insbesondere als spaltgaskuehler - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetau- Diese Ausführung ist jedoch weder für hohe Druckscher für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen unterschiede zwischen den Fluiden,.noch für extrem Druckes und ein unter hohem Druck stehendes hohe, bis an die Grenze der Materialfestigkeit Kühlmittel, insbesondere als Spaltgaskühler, aus gehende Temperaturen vorgesehen oder geeignet. Im einem Stapel in gleicher Weise wellenartig ausgebil- 5 Gegensatz zur zuerst genannten USA.-Patentschrift, deter, gleichgerichteter, länglich-viereckiger Blech- bei der das Gas höheren Drucks durch die Rohrtafeln, bei denen jeweils die einen Randbereiche mit kanäle geführt ist, ist es nach der französischen entsprechenden Randbereichen der einen und die Patentschrift 1 125 663 bekanntgeworden, das Fluid übrigen Randbereiche mit entsprechenden Rand- niedrigeren Druckes durch der Rohrform ähnliche bereichen der anderen benachbarten Blechtafel ab- io Plattenkanäle zu führen, während das Fluid höheren dichtend in solcher Weise verbunden sind, daß Druckes zwischen den mit Abstand zueinander angeeinerseits jeweils zwei benachbarte Blechtafeln ordneten Blechtafeln geführt ist.
spiegelbildlich zur gemeinsamen Berührungsebene Da bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher auf ein anderliegen und so mittels der wellenartigen die zu den Rohrkanälen parallelen Randbereiche Ausbildungen zwischen sich eine Reihe einzelner, 15 verhältnismäßig breit ausgeführt sind, so daß sich paralleler, im Querschnitt rundflächiger Rohrkanäle im Randbereich ein Temperaturgefälle ergibt, das bilden, andererseits jeweils zwei benachbarte, ver- etwa der Temperaturdifferenz zwischen der Wandschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln temperatur des äußersten Rohrkanals und dem Kühlmit Abstand und um eine halbe Wellenlänge ver- mittel bzw. dem Kühlmantel entspricht, werden in setzt zueinander angeordnet sind, wobei die senk- 20 vorteilhafter Weise die sich ergebenden Wärmespanrecht zu den Rohrkanälen verlaufenden Rand- nungen im verbreiterten Randbereich aufgenommen, bereiche der jeweils benachbarten, verschiedenen Ein Plattenwärmetauscher mit den vorgeschlage-Rohrkanalreihen zugehörigen Blechtafeln zum Bilden nen Merkmalen ist derart druckfest und temperaturdes Abdichtrandes zueinander hin verformt sind. beständig ausführbar, daß er als Spaltgaskühler un-Ein Plattenwärmetauscher in Kreuzstrom-Bauart 25 mittelbar hinter dem Spaltofen angeordnet werden mit im übrigen den vorstehend angeführten baulichen kann, was für die Gesamtanlage von großem Vor-Merkmalen kann nach der USA.-Patentschrift teil ist.

2 375 702 als bekannt gelten, da außer den dargestell- Bei einer günstigen Weiterbildung können jeweils ten zu der Richtung der Rohrkanäle schräg stehen- benachbarte, verschiedenen Rohrkanalreihen zugeden Randbereichen auch senkrecht stehende in der 30 hörige Blechtafeln durch einen Blechstreifen von im Beschreibung als bekannt angegeben sind. Bei dieser wesentlichen doppelter Länge der Rohrkanäle gebekannten Anordnung haben allerdings die beiden bildet sein, welcher in seiner Mitte quer zu den in wärmetauschenden Fluide keinen nennenswerten den beiden Streifenhälften vorgesehenen, gegenein-Druckunterschied untereinander und zur Atmosphäre, ander versetzten Halbrohrsicken um 180° umge- und auch die auftretenden Temperaturen ergeben 35 bogen und an seinen beiden Enden zu einem Blechkeine besonderen Materialbelastungen, was sich z. B. tafelpaar verschweißt ist. Mit dieser Maßnahme ist auch an der Gestaltgebung der Randbereiche, ins- eine wesentliche Verminderung an Schweißnahtlänge besondere an der Anblaseseite des heißeren Fluids, erreichbar.

erkennen läßt. In vorteilhafter Weiterbildung können diejenigen Demgegenüber soll der von der bekannten Bauart 40 Blechtafelaußenkanten, welche sowohl zur Heißgasausgehende erfinderische Wärmetauscher für extrem als auch zur Kühlmittelströmungsrichtung senkrecht hohe Belastungen infolge der auftretenden großen verlaufen, mit entsprechenden, den Kühlmittelraum Druckunterschiede und der hohen Temperatur sowie abschließenden Flanschkanten, wie Schweißlippen, der großen Temperaturdifferenzen, in fortschrittlich eines druckfesten Mantels verschweißt sein, wobei überragender extremer Weise geeignet sein und 45 die an diesen Außenkanten anschließenden, parallel längeren Betriebszeiten standhalten. zur Heißgasströmungsrichtung verlaufenden Rand-Erfindungsgemäß soll diese Aufgabe bei einem bereiche der Blechtafeln zur Aufnahme der Wärme-Plattenwärmetauscher mit den vorbeschriebenen dehnung in Abständen mit Quersicken versehen Merkmalen dadurch gelöst werden, daß die Ver- sind. Damit ist eine vorteilhafte Maßnahme »eschafformung in an sich bekannter Weise als Abrundung 50 fen, um die ungleiche Längendehnung und Wärmevon zumindest im wesentlichen viertelkreisförmigem spannungen infolge der verschiedenen Temperaturen Profil ausgebildet ist, die Rohrkanäle zum Führen zwischen den Rohrkanälen und dem Mantel elastisch des Gases hoher Temperatur und niedrigen Druckes aufnehmen zu können.

bestimmt sind und die Breite der zu den Rohrkanälen Des weiteren kann die Maßnahme zweckmäßig

parallel verlaufenden Randbereiche so groß gewählt 55 sein, äußere begradigte Blechtafelrandbereiche,

ist, daß bis zur Außenkante dieser Randbereiche die welche die Außenkanten bilden, mit angeschweißten

infolge der Heißgastemperatur höhere Wandtempe- Stegen zu versteifen, welche parallel zu den Außen-

ratur der Rohrkanäle im wesentlichen auf die Kühl- kanten verlaufen. Diese Maßnahme trägt in besonde-

mitteltemperatur vermindert ist. rem Maße zur Verfestigung des Plattenstapels bei. :

Bei einem anderen Plattenwärmetauscher in Kreuz- So Nach einer weiteren günstigen Gestaltgebune; kann !

strom-Bauart nach USA.-Patentschrift 2 959 401, bei jeweils einer der aufeinanderliegenden parallel zui

dem ebene Blechtafeln, die mittels gewellter Zwi- den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche entlang!

schenbleche in Abstand gehalten werden, auf ein- der äußersten Halbrohrsicke ausgeschnitten und j

andergestapelt sind, ist es bekannt, die Ränder der entlang der so gebildeten Berührungskanten mit dem:

ebenen Blechtafeln so viertelkreisförmig gegenein- 65 Randbereich der anliegenden Blechtafel dicht ver-:

ander abzubiegen und längs der Berührungskanten schweißt sein. · ;

zu verlöten, daß ein halbbogenförmiger abgedichteter Von besonderem Vorteil erscheint ein Platten-;

Randbereich längs jeder Blechtafelkante entsteht. wärmetauscher mit lotrechter Aufstellung der Blech-'

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tafeln und horizontaler Anordnung der Rohrkanäle, nismäßig breit ist, ist der andere anliegende Rand-

bei dem an dem Mantel des Gehäuses unten min- bereich 6', 7', 8', 9', 10'verkürzt ausgeführt und längs

destens ein Eintrittsstutzen für flüssiges Kühlmittel seiner Kante 6'", T", 8'", 9'", 10'" mit dem anderen

und oben mindestens ein Austrittsstutzen für Dampf- verschweißt.

flüssigkeitsgemisch angeordnet sind, der Austritt zu 5 Die zu den Rohrkanälen senkrecht stehenden einer hochliegenden Abscheidetrommel geführt ist Randbereiche der Blechtafelpaare 1/1' bis 5/5' sind und eine Flüssigkeitsrücklaufleitung zu dem Eintritts- mit etwa viertelkreisförmigem Profil umgebogen und stutzen zurückführt. Zweckmäßig ist dabei die an ihren Endkanten mit je einer Endkante der beAnordnung einer Mehrzahl von Eintrittsstutzen und nachbarten Blechtafel verschweißt. Die Enden 11 Austrittsstutzen und je eine getrennte oder gemein- io der abgerundeten Randbereiche sind dabei entsame Verbindung zur hochliegenden Abscheide- sprechend begradigt und mit Stegen 12 versehen, um trommel. auch an dieser Stelle die nötige Versteifung zu erzie-

Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher eignet len. Die auf diese Weise in eine gemeinsame vertikale

sich bei horizontaler Anordnung der Rohrkanäle Ebene begradigten Außenkanten 13 der Bleche 1/1'

ganz besonders vorteilhaft zur Kühlung von Spaltgas 15 bis 5/5' sind mit einer entsprechend geformten

zur Äthylengewinnung, wobei er in vorteilhafter Schweißlippe 14 eines Mantelflansches 15 ver-

Weise unmittelbar an den Spaltofen angeschlossen schweißt.

sein kann. Er kann in dieser Anordnung auch als Der Mantel 16 des Kühlers weist unten zwei Ein-Vorkühler dienen, dem weitere Kühler mit beliebiger. trittsstutzen 17 für flüssiges Kühlmittel und oben Anordnung der Rohrkanäle, insbesondere auch in 20 zwei Austrittsstutzen 18 für dessen Flüssigkeitsvertikaler Anordnung, nachgeschaltet sein können. dampfgemisch auf.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich auch Das zu kühlende Spaltgas tritt durch die Zargen 20

mit besonderem Vorteil dazu, die rundflächigen ein, deren Austrittsende so geformt ist, daß es fjerade

Querschnitte der Rohrkanäle für das zu kühlende sämtliche Rohrkanäle faßt und in einem Abstand

Gas in Richtung des Gases entsprechend der mit 25 von wenigen Millimetern vor den Stirnseiten des

zunehmender Kühlung verbundenen Volumsminde- Rohrbündels endet.

rung abnehmend auszubilden, damit eine Abnahme Mittels eines konischen Übergangsstücks 21, das

der Strömungsgeschwindigkeit weitgehend vermeid- mit der Zarge 20 verschweißt ist, und mittels des

bar ist. Flansches 22 ist der Gaseintrittsstutzen mit dem

Der Querschnitt der Rohrkanäle ist meist zumin- 3° Mantelflansch 15 verschraubt, wobei der Hohlraum 23

dest annähernd kreisförmig. zwischen dem Flansch 22 und der Zarge 20 mit

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Plat- Wärmedämmstoff ausgestopft ist. Dadurch ist in vor-

tenwärmetauschers sind in der Zeichnung dargestellt. teilhafter Weise auch der Flansch 22 auf annähernd

F i g. 1 stellt einen Schnitt durch einen Spaltgas- die dem Flansch 15 eigene Temperatur gebracht,

kühler mit horizontal angeordneten Rohrkanälen 35 Die Endkanten der umgebogenen Randbereiche

nach Linie I-I in F i g. 2 dar; der äußersten Bleche 5' sind mit je einem an beiden

F i g. 2 zeigt teilweise einen Querschnitt durch den Enden ebenfalls abgerundeten Randblech 5" ver-

Kühler nach der Linie TI-IT der Fig. 1; bunden, das mit den Schweißlippen 14 der beiden

F i g. 3 zeigt ausschnittsweise einen Schnitt durch Mantelflansche 15 ebenfalls verschweißt ist. Diese

den Rand zweier Blechtafeln nach der Linie III-III 40 Randbleche 5" dienen zur Entlastung der Mantel-

in Fig. 4; flansche 15, die den Kühlmittelraum abschließen und

F i g. 4 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus dem dem verhältnismäßig hohen Druck des Kühlmittels

Längsschnitt gemäß F i g. 1 und zeigt die gleiche standhalten müssen.

Einzelheit im Schnitt nach der Linie IV-IV der Die am oberen Ende der Randbleche 5" ein-

Fig. 3; 45 geschweißten horizontalen Leitbleche24, die mit

F i g. 5 ist ein weiterer Schnitt nach der Linie V-V einigen Löchern versehen sind, haben den Zweck,

in Fig. 4; eine seitliche Umströmung des Rohrkanalbündels zu

F i g. 6 zeigt eine schematische Darstellung zweier verhindern,

zusammengeschweißter Blechtafelpaare, und Aus den F i g. 3, 4 und 5 gehen die wesentlichen

F i g. 7 ist eine entsprechende Darstellung mit 5° Blechrandeinzelheiten hervor. Aus F i g. 4 sind ins-

Blechtafeln nach Anspruch 2; besondere die Schweißkanten 6'" näher ersichtlich,

F i g. 8 und 9 zeigen im Längs- und Querschnitt die an den Ecken der Randbereiche jeweils durch

einen Kühler mit stehend angeordneten Rohrkanälen. eine Querschweißnaht 6" ergänzt sind, um den Kühl-

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, ist das Rohr- mittelraum abzudichten. Die begradigten Enden 11, bündel bzw. der Plattenstapel durch fünf Paare 55 ihre Versteifungsstege 12 und die Schweißkante 13 gleichartiger Blechtafeln 1/1', vier Paare gleichartiger sind ebenfalls hier näher ersichtlich.
Blechtafeln 2'2' und je zwei Paar gleichartiger Blech- In F i g. 6 sind zwei Blechtafelpaare dargestellt, tafeln 3/3', 4/4' und 5/5' gebildet, die stehend ange- die jeweils aus den Blechtafeln 1,1' und 2, 2' beordnet und mit horizontalen Halbrohrsicken ver- stehen. Die Blechtafeln 1 und 1' sind an sich gleich sehen sind, wobei die durch je zwei Blechtafeln 60 geformt, jedoch symmetrisch gegeneinander und in gebildeten Reihen von im Querschnitt runden Rohr- ihrer gemeinsamen Berührungsebene um 180° verkanälen vertikal gegeneinander versetzt sind. dreht angeordnet. Auf diese Weise ergeben sich die

Die jeweils eine Reihe von Rohrkanälen bildenden längs der rohrkanalparallelen Randbereiche 6 und 6'

Blechtafeln mit den Halbrohrsicken sind an sich verlaufenden Längsschweißnähte 6'" einmal auf der

gleich ausgeführt, jedoch symmetrisch gegeneinander 65 einen und einmal auf der anderen Seite. Das gleiche

und in ihrer Berührungsebene um 180° verdreht gilt für das aus den Blechtafeln 2 und 2' gebildete

aufeinandergelegt. Während der eine zu den Rohr- Blechtafelpaar mit versetzten Rohrkanalreihen und

kanälen parallele Randbereich 6, 7, 8, 9, 10 verhält- den Randbereichen 7 und 7' und mit den Schweiß-

nähten 1'". Die einzelnen Blechtafelpaare 1/1' bzw. 2/2' usw. sind an ihren abgerundeten vertikalen Kanten 26 miteinander verschweißt und so zu einem Plattenstapel vereinigt.

In F i g. 7 ist dargestellt, daß je eine Blechtafel von doppelter Rohrlänge je hälftig mit gegeneinander versetzten Halbrohrsicken versehen in ihrer Mitte quer zu den Rohren abgerundet umgebogen und an den beiden ebenfalls abgerundeten Enden zu je , einem Blechtafelpaar 1/2' bzw. 172 verschweißt ist. Die Rohrkanalreihen entstehen beim Zusammenbau solcher Blechtafelpaare, wobei jeweils die Randbereiche 6, 6'; 7, 7' längs ihrer Endkanten 6'" bzw. 7" verschweißt sind. Derartige Blechtafelpaare sind im Stapel vorteilhaft so angeordnet, daß die Spaltgase auf der Seite eintreten, auf der die Blechstreifen unter Abrundung umgebogen und nicht verschweißt sind.

F i g. 8 zeigt einen Spaltgaskühler mit stehend angeordneten Rohrkanälen, in den die Spaltgase von unten eintreten. Der Mantel 36 besitzt dabei unten eine konische Erweiterung 36' mit Eintrittsstutzen 37 für flüssiges Kühlmittel. Am oberen Ende des Mantels ist eine entsprechende konische Erweiterung 36" vorgesehen, die beiderseits Austrittsstutzen 38 für das Dampfflüssigkeitsgemisch aufweist.

Gemäß F i g. 9 besitzt dieser Plattenstapel einen im wesentlichen runden Querschnitt. Hierbei setzt er sich zusammen aus drei Blechtafelpaaren 1/1' und je zwei Blechtafelpaaren 2/2', 3/3', 4/4' und 5/5' analog F i g. 2 für die liegende Anordnung. An die äußersten Blechtafeln 5' mit Halbrohrsicken schließt sich ebenfalls ein gerades Blech 5" an, das den Mantelflansch 35 entlastet. Das Kühlmittel tritt unten an zwei gegenüberliegenden Stellen durch mehrere Stutzen 37 in den Ringraum um den Plattenstapel ein und verteilt sich auf beiden Seiten zum Eintritt in den Zwischenraum zwischen die Rohrkanalreihen, von wo das sich bildende Flüssigkeitsdampfgemisch nach oben steigt und in den Ringraum um den Plattenstapel gelangt und durch die Stutzen 38 in einen — nicht gezeichneten — entsprechend hochgelegenen Abscheider austritt, aus dem der Dampf seiner Verwertung zugeführt und die Flüssigkeit in die unteren Eintrittsstutzen 37 zurückgeführt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen Druckes und ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel aus einem Stapel in gleicher Weise wellenartig ausgebildeter, gleichgerichteter, länglich-viereckiger Blechtafeln, bei denen jeweils die einen Randbereiche mit entsprechenden Randbereichen der einen und die übrigen Randbereiche mit entsprechenden Randbereichen der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend in solcher Weise verbunden sind, daß einerseits jeweils zwei benachbarte Blechtafeln spiegelbildlich zur gemeinsamen Beruhrungsebene aufeinanderliegen und so mittels der wellenartigen Ausbildungen zwischen sich eine Reihe einzelner, paralleler, im Querschnitt rundflächiger Rohrkanäle bilden, andererseits jeweils zwei benachbarte, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln mit Abstand und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die senkrecht zu den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche der jeweils benachbarten, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörigen Blechtafeln zum Bilden des Abdichtrandes zueinander hin verformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung in an sich bekannter Weise als Abrundung von zumindest im wesentlichen viertelkreisförmigem Profil ausgebildet ist, die Rohrkanäle zum Führen des Gases hoher Temperatur und niedrigen Druckes bestimmt sind und die Breite der zu den Rohrkanälen parallel verlaufenden Randbereiche (6, 7, 8, 9, 10) so groß gewählt ist, daß bis zur Außenkante dieser Randbereiche die infolge der Heißgastemperatur höhere Wandtemperatur der Rohrkanäle im wesentlichen bis zur Kühlmitteltemperatur vermindert ist.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils benachbarte, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln (1, 2'; 1', 2) durch einen Blechstreifen von im wesentlichen doppelter Länge der Rohrkanäle gebildet sind, welcher in seiner Mitte quer zu den in den beiden Streifenhälften vorgesehenen, gegeneinander versetzten Halbrohrsicken um 180° umgebogen und an seinen beiden Enden zu einem Blechtafelpaar verschweißt ist (F i g. 7).

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Blechtafelaußenkanten (13), welche sowohl zur Heißgas- als auch zur Kühlmittelströmungsrichtung senkrecht verlaufen, mit entsprechenden, den Kühlmittelraum abschließenden Flanschkanten (Schweißlippen 14) eines druckfesten Mantels (16, 36) verschweißt sind, wobei die an diesen Außenkanten anschließenden, parallel zur Heißgasströmungsrichtung verlaufenden Randbereiche (6, 7) der Blechtafeln zur Aufnahme der Wärmedehnung in Abständen mit Quersicken (25) versehen sind.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß äußere, begradigte Blechtafelrandbereiche (11), welche die Außenkanten (13) bilden, mit angeschweißten Stegen (12) versteift sind, welche parallel zu den Außenkanten (13) verlaufen.

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer der aufeinanderliegenden, parallel zu den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche (6'; T) "entlang der äußersten Halbrohrsicke ausgeschnitten und entlang der so gebildeten Berührungskanten (6", 6'") mit dem Randbereich (6, 7) der anliegenden Blechtafel dicht verschweißt ist.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit lotrechter Aufstellung der Blechtafeln und horizontaler Anordnung der Rohrkanäle, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Mantel (16) des Gehäuses unten mindestens ein Eintrittsstutzen (17) für flüssiges Kühlmittel und oben mindestens ein Austrittsstutzen (18) für Dampfflüssigkeitsgemisch angeordnet sind, der Austritt zu einer hochliegenden Abscheidetrommel geführt ist und eine Flüssigkeitsrücklaufleitung zu dem Eintrittsstutzen (17) zurückführt.

Hie/zu 2 Blatt Zeichnungen