DE1601215C - Plattenwärmetauscher, insbesondere als Spaltgaskühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen Druckes und ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel, insbesondere als Spaltgaskühler, 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 Berührungsebene 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 Abdichtrandcs zueinander hin verformt sind.

Ein Plattenwärmetauscher in Kreuzstrom-Bauart mit im übrigen den vorstehend angeführten baulichen Merkmalen kann nach der USA.-Patentschrift 2 375 702 als bekannt gelten, da außer den dargestellten zu der Richtung der Rohrkanäle schräg stehenden Randbereichen auch senkrecht stehende in der Beschreibung als bekannt angegeben sind. Bei dieser bekannten Anordnung haben allerdings die beiden wärmetauschenden Fluide keinen nennenswerten Druckunterschied untereinander und zur Atmosphäre, und auch die auftretenden Temperaturen ergeben keine besonderen Materialbelastungen, was sich z. B. auch an der Gestaltgebung der Randbereiche, insbesondere an der Anblaseseite des heißeren Fluids, erkennen läßt.

Demgegenüber soll der von der bekannten Bauart ausgehende erfinderische Wärmetauscher für extrem hohe Belastungen infolge der auftretenden großen Druckunterschiede und der hohen Temperatur sowie der großen Temperaturdifferenzen, in fortschrittlich überragender extremer Weise geeignet sein und längeren Betriebszeiten standhalten.

ErfindungsgemUß soll diese Aufgabe bei einem Plattenwärmetauscher mit den vorbeschriebenen Merkmalen dadurch gelöst werden, 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 so groß gewählt ist, daß bis zur Außenkante dieser Randbereiche die infolge der Heißgastemperatur höhere Wandtemperatur der Rohrkanäle im wesentlichen auf die Kühlmitteltemperatur vermindert ist.

Bei einem anderen Plattenwärmetauscher in Kreuzstrom-Bauart nach USA.-Patentschrift 2 959 401, bei dem ebene Blechtafeln, die mittels gewellter Zwischenbleche in Abstand gehalten werden, aufeinandergestapelt sind, ist es bekannt, die Ränder der ebenen Blechtafeln so viertelkreisförmig gegeneinander abzubiegen und längs der Berührungskanten zu verlöten, daß ein halbbogenförmiger abgedichteter Randbercich längs jeder Blcchtafclkante entstell;.

Diese Ausführung ist jedoch weder für hohe Druckunterschiede zwischen den Fluiden, .noch für extrem hohe, bis an die Grenze der Materialfestigkeit gehende Temperaturen vorgesehen oder geeignet. Im Gegensatz zur zuerst genannten USA.-Patentschrift, bei der das Gas höheren Drucks durch die Rohrkanäle geführt ist, ist es nach der französischen Patentschrift 1 125 663 bekanntgeworden, das Fluid niedrigeren Druckes durch der Rohrform ähnliche ίο Plattenkanal zu führen, während das Fluid höheren Druckes zwischen den mit Abstand zueinander angeordneten Blechtafeln geführt ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher die zu den Rohrkanälen parallelen Randbereiche is verhältnismäßig breit ausgeführt sind, so daß sich im Randbereich ein Temperaturgefälle ergibt, das etwa der Temperaturdifferenz zwischen der Wandtemperatur des äußersten Rohrkanals und dem Kühlmittel bzw. dem Kühlmantel entspricht, werden in vorteilhafter Weise die sich ergebenden Wärmespannungen im verbreiterten Randbereich aufgenommen. Ein Plattenwärmetauscher mit. den vorgeschlagenen Merkmalen ist derart druckfest und temperaturbeständig ausführbar, daß er als Spaltgaskühler unmittelbar hinter dem Spaltofen angeordnet werden kann, was für die Gcsamtanlagc von großem Vorteil ist.

Bei einer günstigen Weiterbildung können jeweils benachbarte, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln durch einen Blechstreifen von im wesentlichen doppelter Länge der Rohrkanäle gebildet sein, 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. Mit dieser Maßnahme ist eine wesentliche Verminderung an Schweißnahtlänge erreichbar.

In vorteilhafter Weiterbildung können diejenigen Blechtafelaußenkanten, welche sowohl zur Heißgasals auch zur Kühlmittelströmungsrichtung senkrecht verlaufen, mit entsprechenden, den Kühlmittelraum abschließenden Flanschkanten, wie Schweißlippen, eines druckfesten Mantels verschweißt sein, wobei die an diesen Außenkanten anschließenden, parallel zur Heißgasströmungsrichtung verlaufenden Randbereiche der Blechtafeln zur Aufnahme der Wärmedehnung in Abständen mit Quersicken versehen sind. Damit ist eine vorteilhafte Maßnahme geschaffen, um die ungleiche Längendehnung und Wärmespannungen infolge der verschiedenen Temperaturen zwischen den Rohrkanälen und dem Mantel elastisch aufnehmen zu können.

Des weiteren kann die Maßnahme zweckmäßig sein, äußere begradigte Blechtafelrandbereiche, welche die Außenkanten bilden, mit angeschweißten Steaen zu versteifen, weiche parallel zu den Außenkanten verlaufen. Diese Maßnahme trägt in besonderem Maße zur Verfestigung des Plattenstapels bei.
So Nach einer weiteren günstigen Gestaltgebunc kann jeweils einer der aufeinanderliegenden parallel zu den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche entlang der äußersten Halbrohrsicke ausgeschnitten und entlang der so gebildeten Berührungskanten mit dem Randbereich der anliegenden Blechtafel dicht verschweißt sein.

Von besonderem Vorteil erscheint ein Platten-. 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'", 7'", 8'", 9'", 10'" mit dem anderen

und oben mindestens ein Austrittsstutzen für Dampf- verschweißt.

fiüssigkeitsgemisch angeordnet sind, der Austritt zu 5 Die zu den Rohrkanälen senkrecht stehenden einer hochliegenden Abscheidetrommel geführt ist Randbereiche der Blechtafelpaare 1/1' bis S/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. 2uch 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 gerade

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° Mantelilansch 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 Spaltaas- 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 II-II der Fig. 1; bunden, das mit den Schweißlippen 14 der beiden

Fig. 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 Mantelin 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

Fig. 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 50 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 Endenil, 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 Γ 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 T". 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 Fig. 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. l'/2 verschweißt ist. Die Rohrkanalreihen entstehen beim Zusammenbau solcher Blechtafelpaare, wobei jeweils die Randbereiche 6, 6'; 7, T längs ihrer Endkanten 6" bzw. T" 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 Dampffiüssigkeitsgemisch 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 zumBilden 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, be- j gradigte Blechtafelrandbereiche (11), welche die | Außenkanten (13) bilden, mit angeschweißten j Stegen (12) versteift sind, welche parallel zu den \ Außenkanten (13) verlaufen. \

5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 ! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer j der aufeinanderliegender parallel zu den Rohr- ' kanälen 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 Dampf fiüssigkeitsgemisch angeordnet sind, der Austritt zu einer hochliegenden Abscheidetrommel geführt ist und eine Flüssigkeitsrücklaufleitung zu dem Eintrittsstutzen (17) zurückführt.

Hie/zu 2 Blatt Zeichnungen