DE102016013459A1 - Process for changing the temperature of a fluid by means of a shell-and-tube heat exchanger and shell-and-tube heat exchanger - Google Patents

Process for changing the temperature of a fluid by means of a shell-and-tube heat exchanger and shell-and-tube heat exchanger Download PDF

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DE102016013459A1 DE102016013459.3A DE102016013459A DE102016013459A1 DE 102016013459 A1 DE102016013459 A1 DE 102016013459A1 DE 102016013459 A DE102016013459 A DE 102016013459A DE 102016013459 A1 DE102016013459 A1 DE 102016013459A1
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Martin Lang
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    • F28F2009/226—Transversal partitions

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturänderung eines Fluids (b) mittels eines Rohrbündelwärmetauschers (100) mit mehreren rohrseitigen Kanälen (110) und wenigstens einem mantelseitigen Kanal (121), bei dem ein Medium (a) durch die rohrseitigen Kanäle (110) geführt wird, wobei ein Strom (b') des Fluids durch eine erste Einrittsöffnung (131) an einem ersten Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) eingebracht und durch eine Austrittsöffnung (133) an einem zweiten Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) aus dem wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) herausgeführt wird, wobei zur Einstellung oder Regelung einer Temperaturänderung des Fluids (b) entsprechend einer gewünschten Temperaturänderung von dem Strom (b) des Fluids vor Einbringung in den wenigstens einen mantelseitigen (121) Kanal ein entsprechender Teilstrom (c) abgezweigt und über eine zweite Eintrittsöffnung (132), die zwischen der ersten Eintrittsöffnung (131) und der Austrittsöffnung (133) angeordnet ist, in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) eingebracht wird, sowie einen solchen Rohrbündelwärmetauscher (100).The invention relates to a method for changing the temperature of a fluid (b) by means of a tube bundle heat exchanger (100) having a plurality of tube-side channels (110) and at least one jacket-side channel (121), in which a medium (a) is guided through the tube-side channels (110) in which a stream (b ') of the fluid is introduced into the at least one shell-side channel (121) through a first inlet opening (131) at a first end of the shell-and-tube heat exchanger (100) and through an exit opening (133) at a second end of the shell-and-tube heat exchanger ( 100) is led out of the at least one shell-side channel (121), wherein for adjusting or regulating a temperature change of the fluid (b) according to a desired temperature change of the stream (b) of the fluid prior to introduction into the at least one shell-side (121) channel corresponding partial stream (c) branched off and via a second inlet opening (132), which between the first inlet Is arranged (131) and the outlet opening (133), is introduced into the at least one shell-side channel (121), and such a tube bundle heat exchanger (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rohrbündelwärmetauschers sowie einen Rohrbündelwärmetauscher gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for operating a shell and tube heat exchanger and a tube bundle heat exchanger according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Für verschiedenste Anwendungen ist es nötig, Fluide abzukühlen oder zu erwärmen. So treten beispielsweise bei Gaserzeugungsanlagen oftmals sehr hohe Temperaturen bei den Gasen auf, die für eine weitere Verwendung zu hoch sind. Auch können bei solch hohen Temperaturen von Gasen Korrosionsprobleme in Rohrleitungen auftreten. Ebenso kann bei verschiedenen Anwendungen eine Abkühlung von Gasen oder Gasgemischen nötig sein, um eine nachfolgende Verdichtungsarbeit zu reduzieren.For a variety of applications, it is necessary to cool or heat fluids. For example, in gas generators, very high temperatures often occur in the gases, which are too high for further use. Also, at such high temperatures of gases corrosion problems can occur in pipelines. Likewise, in various applications, a cooling of gases or gas mixtures may be necessary to reduce subsequent compression work.

Eine übliche Technik zur Abkühlung oder Erwärmung von Fluiden ist die Verwendung von Wärmetauschern, insbesondere sog. Rohrbündelwärmetauschern. Rohrbündelwärmetauscher weisen in der Regel mehrere Rohre mit meist sehr geringem Durchmesser auf, die von einem Mantel umschlossen werden, in dem ein Kanal zur Durchleitung von Fluiden gebildet wird. Eine Möglichkeit ist nun, ein Kühlmedium bzw. ein Heizmedium durch die Rohre (also in rohrseitigen Kanälen) zu führen und das zu kühlende bzw. zu beheizende Fluid durch den mantelseitigen Kanal zu führen. Denkbar ist dabei auch die der umgekehrte Fall, wie beispielsweise in der GB 848 099 A , dort zu Abkühlung von Kraftstoff, gezeigt. Auf diese Weise kann eine indirekte Wärmeübetragung zwischen dem Kühlmedium bzw. Heizmedium und dem Fluid stattfinden.A common technique for cooling or heating fluids is the use of heat exchangers, especially so-called tube bundle heat exchangers. Tube bundle heat exchangers generally have a plurality of tubes, usually of very small diameter, which are enclosed by a jacket in which a channel is formed for the passage of fluids. One possibility is to guide a cooling medium or a heating medium through the tubes (ie in tube-side channels) and to guide the fluid to be cooled or heated through the shell-side channel. It is also conceivable that the reverse case, such as in the GB 848 099 A , there to cooling of fuel, shown. In this way, an indirect heat transfer between the cooling medium or heating medium and the fluid take place.

Oftmals kann es bei einer solchen Abkühlung oder Erwärmung auch nötig sein, die Abkühlung bzw. Erwärmung selbst einzustellen oder zu regeln, beispielsweise wenn eine Abkühlung oder Erwärmung des Fluids auf eine bestimmte Temperatur gewünscht ist. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten bekannt.Often it may also be necessary in such a cooling or heating to adjust or regulate the cooling or heating itself, for example, if a cooling or heating of the fluid to a certain temperature is desired. For this purpose, various ways are known.

Beispielsweise wird in der DE 10 2008 048 405 B3 beschrieben, dass das Kühlmedium, das dort durch den mantelseitigen Kanal geführt wird, unter Verwendung eines externen Bypasses teilweise an dem mantelseitigen Kanal vorbeigeleitet werden kann, um so die Abkühlung eines Fluids, das dort durch die rohrseitigen Kanäle geleitet wird, zu verändern.For example, in the DE 10 2008 048 405 B3 described that the cooling medium, which is guided there through the shell-side channel can be partially bypassed by using an external bypass on the shell-side channel, so as to change the cooling of a fluid, which is conducted there through the tube-side channels.

Aus der EP 0 356 648 A1 und der EP 2 312 252 A1 sind beispielsweise Wärmetauscher bekannt, bei denen das abzukühlende Fluid durch die rohrseitigen Kanäle geleitet wird, wobei jedoch ein interner Bypass vorgesehen ist, durch den ein Teil des abzukühlenden Fluids geleitet werden kann, um so die Abkühlung einzustellen.From the EP 0 356 648 A1 and the EP 2 312 252 A1 For example, heat exchangers are known in which the fluid to be cooled is passed through the tube-side channels, but an internal bypass is provided through which a portion of the fluid to be cooled can be passed so as to adjust the cooling.

Aus der DE 17 76 089 A ist beispielsweise ein Wasserkühler für gasförmige Medien bekannt, bei dem das abzukühlende Fluid (bzw. Medium) durch den mantelseitigen Kanal geführt wird. Zur Einstellung der Abkühlung kann ein Teil des zu kühlenden Mediums bereits früher als der restliche Teil aus dem mantelseitigen Kanal entnommen und anschließend mit diesem vereinigt werden.From the DE 17 76 089 A For example, a water cooler for gaseous media is known, in which the fluid to be cooled (or medium) is passed through the shell-side channel. To set the cooling, a part of the medium to be cooled can be removed earlier than the remaining part from the shell-side channel and then combined with this.

Bei den erwähnten Möglichkeiten zur Abkühlung bzw. Erwärmung von Fluiden besteht jedoch die Gefahr von unerwünschten Kondensationen bzw. Verdampfungen, insbesondere bei bestimmten Lastbereichen, wie dies beispielsweise bei der Abkühlung von Synthesegas bei gleichzeitger Erwärmung von Wasser für einen Wasseranwärmer der Fall ist, bei dem das Wasser einerseits als Kühlmedium verwendet wird, andererseits aber dadurch gleichzeit für die gewünschte Anwendung erwärmt wird.In the aforementioned possibilities for cooling or heating of fluids, however, there is a risk of undesirable condensation or evaporation, especially in certain load ranges, as is the case for example with the cooling of synthesis gas with simultaneous heating of water for a Wasseranwärmer, in which the Water is used on the one hand as a cooling medium, but on the other hand it is heated simultaneously for the desired application.

Die vorliegende Erfindung stellt sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine Temperatur eines Fluid ohne unerwünschte Kondensation bzw. ohne unerwünschte Verdampfung des Mediums zu ändern, insbesondere auch in extremen Lastbereichen.Against this background, the object of the present invention is to provide a possibility of changing a temperature of a fluid without undesired condensation or without undesired evaporation of the medium, in particular also in extreme load ranges.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Temperaturänderung eines Fluids mittels eines Rohrbündelwärmetauschers sowie einen Rohrbündelwärmetauscher mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a method for changing the temperature of a fluid by means of a tube bundle heat exchanger and a tube bundle heat exchanger having the features of the independent patent claims. Embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung geht von einem an sich bekannten Verfahren zur Temperaturänderung, also insbesondere zum Abkühlen oder zum Erwärmen, eines Fluids mittels eines Rohrbündelwärmetauschers aus. Wie bereits eingangs erwähnt, weist ein solcher Rohrbündelwärmetauscher dabei mehrere rohrseitige Kanäle und wenigstens einen mantelseitigen Kanal auf. Hierbei wird nun ein Medium (im Falle einer Abkühlung auch als Kühlmedium bezeichnet) durch die rohrseitigen Kanäle geführt.The present invention is based on a known method for changing the temperature, ie in particular for cooling or for heating, of a fluid by means of a shell-and-tube heat exchanger. As already mentioned, such a shell-and-tube heat exchanger has a plurality of tube-side channels and at least one jacket-side channel. In this case, a medium (in the case of cooling also referred to as cooling medium) is now guided through the tube-side channels.

Ein Strom des Fluids wird dann durch eine erste Einrittsöffnung an einem ersten Ende des Rohrbündelwärmetauschers in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal eingebracht und durch eine Austrittsöffnung an einem zweiten Ende des Rohrbündelwärmetauschers wieder aus dem wenigstens einen mantelseitigen Kanal herausgeführt. Auf diese Weise kann das Fluid, dessen Temperatur geändert werden soll und bei dem es sich insbesondere um ein Gas oder ein Gasgemisch, insbesondere auch Synthesegas, handeln kann, durch indirekte Wärmeübertragung auf das Medium, bei dem es sich insbesondere um Wasser handeln kann, abgekühlt bzw. erwärmt. Im Falle einer Abkühlung des Fluids kann als erstes Ende ein warmes Ende und als zweites Ende ein kaltes Ende des Rohrbündelwärmetauschers verwendet werden. Entsprechend kann bei einer Erwärmung des Fluids als erstes Ende ein kaltes Ende und als zweites Ende ein warmes Ende des Rohrbündelwärmetauschers verwendet werden. Unter einem kalten Ende ist dabei dasjenige Ende des Rohrbündelwärmetauschers zu verstehen, an dem das (noch kalte) Medium eingebracht wird. Entsprechend handelt es sich bei dem warmen Ende um dasjenige Ende, an dem das nunmehr erwärmte Medium wieder herausgeführt wird.A flow of the fluid is then introduced through a first inlet opening at a first end of the tube bundle heat exchanger in the at least one shell-side channel and led out through an outlet opening at a second end of the tube bundle heat exchanger from the at least one shell-side channel. To this Way, the fluid whose temperature is to be changed and which may be in particular a gas or a gas mixture, in particular syngas, by indirect heat transfer to the medium, which may be in particular water, cooled or heated. In the case of cooling of the fluid can be used as a first end, a hot end and a second end of a cold end of the tube bundle heat exchanger. Accordingly, when the fluid is heated, a cold end may be used as the first end, and a hot end of the shell-and-tube heat exchanger may be used as the second end. A cold end is to be understood as the end of the tube bundle heat exchanger on which the (still cold) medium is introduced. Accordingly, the warm end is that end at which the now heated medium is led out again.

Zweckmäßig ist es bei einem solchen Rohrbündelwärmetauscher auch, wenn er mit Gegenstromführung betrieben wird, d.h. dass das Fluid in dem mantelseitigen Kanal in entgegengesetzter Strömungsrichtung zum Medium in den rohrseitgen Kanälen durch den Rohrbündelwärmetauscher geführt wird, da auf diese Weise die Temperaturverhältnisse im Rohrbündelwärmetauscher optimal genutzt werden können. Als eine weitere Möglichkeit zur Einstellung bzw. Regelung der Temperaturänderung, also insbesondere der Abkühlung oder der Erwärmung, kommt nun - neben den eingangs bereits erwähnten Möglichkeiten - noch in Betracht, die rohrseitigen Kanäle zu verändern, so dass der Weg für das Medium länger oder kürzer wird oder das Medium durch mehr oder weniger Rohre zu führen. Damit können zwar Kondensationen bzw. Verdampfungen vermieden werden, jedoch ist die Realisierung eines solchen Rohrbündelwärmetauschers aufgrund der bentötigten schaltbaren Rohre bzw. Rohrgruppen sehr aufwändig.It is also useful in such a shell and tube heat exchanger, when it is operated with countercurrent flow, i. that the fluid in the shell-side channel in the opposite flow direction to the medium in the rohrseitgen channels is passed through the tube bundle heat exchanger, since in this way the temperature conditions in the tube bundle heat exchanger can be optimally used. As a further possibility for adjusting or regulating the temperature change, ie in particular the cooling or the heating, is now - in addition to the possibilities already mentioned above - still in consideration to change the tube-side channels, so that the way for the medium longer or shorter or to lead the medium through more or less tubes. Although condensations or evaporations can be avoided, however, the realization of such a tube bundle heat exchanger is very complicated due to the required switchable tubes or tube groups.

Erfindungsgemäß wird nun zur Einstellung oder Regelung einer Temperaturänderung, also insbesondere einer Abkühlung oder einer Erwärmung, des Fluids entsprechend einer gewünschten Temperaturänderung (also beispielsweise im Hinblick auf eine gewünschte Temperatur des Fluids oder eine gewünschte Kühlleistung des Rohrbündelwärmetauschers) von dem Strom des Fluids vor Einbringung in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal ein entsprechender Teilstrom abgezweigt und über eine zweite Eintrittsöffnung, die zwischen der ersten Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung angeordnet ist, in den wenigstens einen manteilseitigen Kanal eingebracht.According to the invention is now to adjust or control a change in temperature, ie in particular a cooling or heating of the fluid according to a desired temperature change (ie, for example, in view of a desired temperature of the fluid or a desired cooling capacity of the tube bundle heat exchanger) of the flow of fluid before introduction into the at least one shell-side channel a corresponding partial flow diverted and introduced via a second inlet opening, which is arranged between the first inlet opening and the outlet opening, in the at least one manteilseitigen channel.

Auf diese Weise werden also zwei Teilströme (also der vom Strom abgezweigte Teilstrom und der verbleibende Reststrom) gebildet, die an unterschiedlichen Stellen in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal eingebracht und dort dann, nachdem der abgezweigte Teilstrom eingebracht wurde, wieder vereinigt werden. An der Stelle, an der der Teilstrom in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal eingebracht wird, wurde der Reststrom jedoch bereits abgekühlt bzw. erwärmt und ist damit kälter bzw. wärmer als der später eingebrachte Teilstrom. Durch die Angleichung der Temperaturen beider Teilströme im dann wieder vereinigten Strom stellt sich also eine insgesamt höhere bzw. niedrigere Temperatur ein als wenn der gesamte Strom durch die erste Eintrittsöffnung angebracht würde.In this way, therefore, two partial streams (that is, the partial stream branched off from the stream and the remaining stream remaining) are formed, which are introduced at different locations into the at least one shell-side channel and then reunited there after the diverted partial stream has been introduced. At the point at which the partial flow is introduced into the at least one shell-side channel, however, the residual flow has already been cooled or heated and is therefore colder or warmer than the later-introduced partial flow. By the equalization of the temperatures of the two partial streams in the then reunited stream thus sets an overall higher or lower temperature than if the entire flow through the first inlet opening would be appropriate.

Die gewünschte Temperaturänderung kann dabei durch eine geeignete Aufteilung des ursprünglichen Stroms in die beiden Teilströme erreicht werden, da dann unterschiedliche Fluidmengen unterschiedlich stark abgekühlt bzw. erwärmt werden. Ebenso hat die Position der zweiten Eintrittsöffnung Einfluss auf die Temperaturänderung. Je später der abgezweigte Teilstrom dem Reststrom zugeführt bzw. mit diesem vereinigt wird, desto weniger stark wird das Fluid abgekühlt bzw. erwärmt. Während dabei über die Aufteilung des Stroms auf die Teilströme bei einem vorhandenen Rohrbündelwärmetauscher die Temperaturänderung eingestellt bzw. geregelt werden kann, kann über die Anordnung der zweiten Eintrittsöffnung - auch unter Berücksichtigung der übrigen Parameter wie Anzahl der rohrseitigen Kanäle, deren Durchmesser und Länge sowie den genauen Verlauf, den Querschnitt und die Länge des mantelseitigen Kanals - eine Auslegung des Rohrbündelwärmetauschers auf gewünschte Grenzen der Temperaturänderung erfolgen.The desired temperature change can be achieved by a suitable division of the original flow in the two partial streams, since then different amounts of fluid are cooled or heated to different degrees. Likewise, the position of the second inlet opening influences the temperature change. The later the diverted partial flow is supplied to the residual flow or combined with it, the less strongly the fluid is cooled or heated. While the temperature change can be adjusted or regulated via the distribution of the current to the partial flows in an existing shell-and-tube heat exchanger, the arrangement of the second inlet opening can also take account of the remaining parameters such as the number of tube-side channels, their diameter and length, and the exact Course, the cross-section and the length of the shell-side channel - a design of the shell and tube heat exchanger to desired limits of the change in temperature.

Im Vergleich zu der erwähnte Möglichkeit mit schaltbaren Rohren bzw. Rohrgruppen ist hier ein deutlich geringerer Aufwand nötig, da lediglich eine zweite Eintrittsöffnung im mantelseitungen Kanal, der ohnehin von außen einfach erreichbar ist, vorgesehen werden muss. Ebenso werden bei der vorgeschlagenen Möglichkeit insbesondere auch bei extremen Lastbereichen, wie beispielsweise 1 zu 10, Kondensation bzw. Verdampfung vermieden, da eine Vereinigung der beiden Teilströme bereits frühzeitig erfolgt, bevor ein Unterschied in den Temperaturen zu hoch ist, wie dies bei einem vollständigen Bypass der Fall wäre.Compared to the mentioned option with switchable pipes or pipe groups, a significantly lower outlay is necessary here, since only a second inlet opening in the jacket side channel, which in any case can be easily reached from the outside, must be provided. Likewise, in the proposed possibility especially in extreme load ranges, such as 1 to 10, condensation or evaporation avoided because a combination of the two streams already occurs early, before a difference in the temperatures is too high, as in a complete bypass the case would be.

Vorzugsweise wird dabei der Teilstrom dem Strom unter Verwendung wenigstens eines einstell- und/oder regelbaren Ventils, insbesondere kontinuierlich verstellbaren, Ventils abgezweigt. Ein solches Ventil kann beispielsweise an entsprechender Stelle in einer Zuleitung des Fluids vorgesehen sein. Denkbar ist dabei auch eine Anordnung sehr nahe am Mantel oder direkt am Mantel des Rohrbündelwärmetauschers, sodass eine Leitung zu der zweiten Eintrittsöffnung direkt am Mantel entlang geführt werden kann.Preferably, the partial flow is diverted to the flow using at least one adjustable and / or controllable valve, in particular continuously adjustable, valve. Such a valve may, for example, be provided at a corresponding point in a supply line of the fluid. It is also conceivable an arrangement very close to the jacket or directly on the shell of the tube bundle heat exchanger, so that a line to the second Inlet opening can be performed directly on the coat along.

Bei einem erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmetauscher zur Temperaturänderung, also insbesondere zum Abkühlen oder Erwärmen, eines Fluids sind entsprechend mehrere rohrseitige Kanälen und wenigstens ein mantelseitiger Kanal vorhanden, wobei ein Medium durch die rohrseitigen Kanäle führbar ist. Neben einer ersten Eintrittsöffnung an einem einem ersten Ende des Rohrbündelwärmetauschers, durch die ein Strom des Fluids in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal einbringbar ist, und einer Austrittsöffnung an einem zweiten Ende des Rohrbündelwärmetauschers durch die das Fluid aus dem wenigstens einen mantelseitigen Kanal herausführbar ist, ist dabei eine zweite Eintrittsöffnung vorhanden, die zwischen der ersten Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung angeordnet ist und durch welche ein von dem Strom des Fluids vor Einbringung in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal abgezweigter Teilstrom in den wenigstens einen manteilseitigen Kanal einbringbar ist. Im Falle einer Abkühlung des Fluids im mantelseitigen Kanal kann als erstes Ende ein warmes Ende und als zweites Ende ein kaltes Ende des Rohrbündelwärmetauschers vorgesehen sein. Entsprechend kann bei einer Erwärmung des Fluids im mantelseitigen Kanal als erstes Ende ein kaltes Ende und als zweites Ende ein warmes Ende des Rohrbündelwärmetauschers vorgesehen sein.In a tube bundle heat exchanger according to the invention for changing the temperature, that is to say in particular for cooling or heating a fluid, a plurality of tube-side channels and at least one jacket-side channel are accordingly provided, wherein a medium can be guided through the tube-side channels. In addition to a first inlet opening at a first end of the tube bundle heat exchanger, through which a flow of the fluid in the at least one shell-side channel can be introduced, and an outlet opening at a second end of the tube bundle heat exchanger through which the fluid from the at least one shell-side channel can be brought out is In this case, there is a second inlet opening, which is arranged between the first inlet opening and the outlet opening and through which a branched off from the flow of fluid before introduction into the at least one shell-side channel partial flow into the at least one manteilseitigen channel can be introduced. In the case of cooling of the fluid in the shell-side channel may be provided as a first end of a hot end and a second end of a cold end of the tube bundle heat exchanger. Accordingly, when the fluid is heated in the shell-side channel, a cold end may be provided as the first end, and a hot end of the shell-and-tube heat exchanger as the second end.

Zur Einstellung oder Regelung des abzuzweigenden Teilstroms und damit der Temperaturänderung des Fluids kann dabei ein entsprechendes Ventil, wie es bereits näher erläutert wurde, vorgesehen sein. Eine solche Einstellung bzw. insbesondere die Regelung kann dabei auch automatisiert ablaufen.To set or control the diverted part flow and thus the change in temperature of the fluid can be provided a corresponding valve, as already explained in more detail. Such a setting or in particular the control can also be automated.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche verschiedene Anlagenteile zeigt, anhand derer die erfindungsgemäßen Maßnahmen erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which shows various parts of the installation, by means of which the measures according to the invention will be explained.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt einen Rohrbündelwärmetauscher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. 1 shows a tube bundle heat exchanger according to an embodiment of the invention in a schematic representation.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist ein Rohrbündelwärmetauscher 100 in einer Schnittansicht schematisch dargestellt, der zur Temperaturänderung eines Fluids (in diesem Beispiel gezeigt als Abkühlung des Fluides), das dem Rohrbündelwärmetauscher 100 zugeführt werden kann, verwendet werden kann. Das Grundprinzip des Rohrbündelwärmetauschers 100 entspricht dabei einem herkömmlichen Rohrbündelwärmetauscher, wie es zum Teil auch in den eingangs genannten Dokumenten beschrieben wird.In 1 is a tube bundle heat exchanger 100 schematically shown in a sectional view, the temperature change of a fluid (shown in this example as cooling of the fluid), the tube bundle heat exchanger 100 can be supplied, can be used. The basic principle of the tube bundle heat exchanger 100 corresponds to a conventional tube bundle heat exchanger, as it is partly described in the documents mentioned above.

Der Rohrbündelwärmetauscher 100 weist dabei mehrere Rohre bzw. rohrseitige Kanäle 110 auf, durch die ein Medium, hier als Kühlmedium, wie bspw. Wasser geführt wird. Hierzu wird das Medium als Strom a einer Einlasskammer 111 zugeführt und von dort aus durch die rohrseitigen Kanäle 110 in eine Auslasskammer 112 geführt. Über die Auslasskammer 112 kann das Medium dann wieder aus dem Rohrbündelwärmetauscher 100 herausgeführt werden.The tube bundle heat exchanger 100 has several tubes or tube-side channels 110 on, through which a medium, here as a cooling medium, such as, for example, water is performed. For this purpose, the medium is referred to as stream a of an inlet chamber 111 supplied and from there through the tube-side channels 110 in an outlet chamber 112 guided. About the outlet chamber 112 The medium can then again from the tube bundle heat exchanger 100 be led out.

Die rohrseitigen Kanäle 110 werden von einem Mantel 120 umgeben. In dem Mantel 120 wird ein mantelseitiger Kanal 121gebildet, durch den das, hier abzukühlende, Fluid geführt werden kann. Hierzu sind vorliegend Trennwände 122 vorgesehen, durch die der mantelseitige Kanal 121 in Art eines Labyrinths ausgebildet wird.The tube-side channels 110 be from a coat 120 surround. In the coat 120 a shell-side channel 121 is formed through which the fluid to be cooled can be passed. For this purpose, partitions are present 122 provided by the shell-side channel 121 is formed in the manner of a labyrinth.

Das Fluid wie bspw. ein Synthesegas, wird durch eine erste Eintrittsöffnung 131, die bspw. in Form eines Eintrittsstutzens ausgbildet sein kann, in den mantelseitgen Kanal 121 eingebracht. Das Fluid kann dann den mantelsetigen Kanal 121 durchströmen und durch eine Austrittsöffnung 133, die bspw. in Form eines Austrittsstutzens ausgebildet sein kann, wieder aus dem mantelseitigen Kanal 121 austreten.The fluid, such as a synthesis gas, passes through a first inlet 131 , which may be formed, for example, in the form of an inlet stub, in the mantelseitgen channel 121 brought in. The fluid can then the mantelsetigen channel 121 flow through and through an outlet opening 133 , which may be formed, for example, in the form of an outlet nozzle, again from the shell-side channel 121 escape.

Die erste Eintrittsöffnung 131 ist an einem ersten, hier einem warmen, Ende des Rohrbündelwärmetauschers 100 vorgesehen, also an einem Ende, an dem das Medium bereits die rohrseitgen Kanäle 110 durchströmt hat und daher aufgewärmt ist. Die Austrittsöffnung 133 ist dementsprechend an einem zweiten, hier einem kalten, Ende des Rohrbündelwärmetauschers 100 vorgesehen, an dem das Medium gerade erst in die rohrseitigen Kanäle 110 eintritt und daher noch kalt ist.The first entrance opening 131 is at a first, here a warm, end of the tube bundle heat exchanger 100 provided, ie at one end, where the medium already the tube-side channels 110 has flowed through and is therefore warmed up. The outlet opening 133 is accordingly at a second, here a cold end of the tube bundle heat exchanger 100 provided, on which the medium just in the tube-side channels 110 occurs and therefore is still cold.

Erfindungsgemäß ist nun eine zweite Eintrittsöffnung 132 vorgesehen, die zwischen der ersten Eintrittsöffnung 131 und der Austrittsöffnung 133 angeordnet ist und durch die ebenfalls, hier abzukühlendes, Fluid in den mantelseitigen Kanal 121 eingebracht werden kann. Die zweite Eintrittsöffnung 132 kann dabei, wie auch die erste Eintrittsöffnung 131, bspw. als Eintrittsstutzen ausgebildet sein.According to the invention is now a second inlet opening 132 provided between the first inlet opening 131 and the exit opening 133 is arranged and through the likewise, here to be cooled, fluid in the shell-side channel 121 can be introduced. The second entrance opening 132 can, as well as the first entrance opening 131 , For example, be designed as an inlet nozzle.

Fluid, welches durch die zweite Eintrittsöffnung 132 in den mantelseitigen Kanal 121 eingebracht wird, vermischt bzw. vereinigt sich demnach mit Fluid, das durch die erste Eintrittsöffnung 131 eingebracht wurde, bereits einen gewissen Weg im mantelseitigen Kanal 121 zurückgelegt hat und demnach bereits zu einem gewissen Grad abgekühlt wurde.Fluid passing through the second inlet 132 in the shell-side channel 121 is introduced, mixed or thus combines with fluid, which passes through the first inlet opening 131 was introduced, already a certain way in the shell-side channel 121 has already cooled to a certain extent.

Im gezeigten Fall wird ein Ventil 140 verwendet, mittels welchem vom ursprünglichen Strom b des Fluids ein Teilstrom c abgezweigt werden kann, der durch die zweite Eintrittsöffnung 132 in den mantelseitigen Kanal 121 eingebracht wird. Der vom ursprünglichen Strom b verbleibende Reststrom b' hingegen wird durch die erste Eintrittsöffnung 131 in den mantelseitigen Kanal 121 eingebracht. In the case shown, a valve 140 used by means of which of the original stream b of the fluid, a partial flow c can be diverted through the second inlet opening 132 in the shell-side channel 121 is introduced. The one from the original stream b remaining residual current b ' however, it is through the first inlet opening 131 in the shell-side channel 121 brought in.

Je Verhältnis der beiden Ströme b' und c hinsichtlich ihres Volumenstroms ergibt sich daher gegenüber dem ursprünglichen Strom b eine unterschiedlich starke Temperaturänderung, hier Abkühlung, des Fluids, wenn es durch die Austrittsöffnung 133 aus dem Rohrbündelwärmetauscher 100 austritt.Depending on the ratio of the two currents b ' and c in terms of their volumetric flow is therefore given to the original stream b a different temperature change, here cooling, of the fluid when passing through the outlet opening 133 from the tube bundle heat exchanger 100 exit.

Das Ventil 140 kann hierzu kontinierlich verstellbar und insbesondere auch regelbar sein. Zur Einstellung bzw. Regelung kann bspw. eine geeignete Steuer- oder Recheneinheit 141 vorgesehen sein, mittels welcher das Ventil entsprechend bspw. einer vorgebenen Temperaturänderung, hier Abkühlung, bzw. einer zu erreichenden Temperatur eingestellt bzw. verstellt werden kann.The valve 140 can be continously adjustable and in particular also adjustable. For adjustment or regulation can, for example, a suitable control or computing unit 141 be provided, by means of which the valve can be adjusted or adjusted according to, for example, a predetermined temperature change, here cooling, or a temperature to be reached.

Alternativ zu dem hier gezeigten Drei-Wege-Ventil können auch gegebenenfalls geeignet verschaltete Regelventile für die jeweiligen Teilströme c und/oder b' zur Verwendung kommen.As an alternative to the three-way valve shown here, suitable control valves for the respective partial flows may also be suitably connected c and or b ' come for use.

Mit dem gezeigten Rohrbündelwärmetauscher 100 ist es also möglich innerhalb gewisser Grenzen, die unter Anderem durch die Länge des mantelseitigen Kanals sowie auch der Positionierung der zweiten Eintrittsöffnung in Bezug auf die erste Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung vorgegeben sind, eine Temperaturänderung, hier eine Abkühlung, beliebig einzustellen und insbesondere auch zu regeln. Dabei treten jedoch keine unerwünschten Kondensationen oder Verdampfungen auf.With the tube bundle heat exchanger shown 100 Thus, it is possible within certain limits, which are predetermined inter alia by the length of the shell-side channel as well as the positioning of the second inlet opening with respect to the first inlet opening and the outlet opening, a temperature change, here a cooling, arbitrarily set and in particular also to regulate , However, no unwanted condensations or evaporations occur.

Für eine Erwärmung anstatt einer Abkühlung des Fluids kann beispielsweise eine entsprechend höhere Ausgangstemperatur des Mediums verwendet werden, die höher als dienjenige des Fluids ist.For a heating instead of a cooling of the fluid, for example, a correspondingly higher starting temperature of the medium, which is higher than that of the fluid, can be used.

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Claims (15)

Verfahren zur Temperaturänderung eines Fluids (b) mittels eines Rohrbündelwärmetauschers (100) mit mehreren rohrseitigen Kanälen (110) und wenigstens einem mantelseitigen Kanal (121), bei dem ein Medium (a) durch die rohrseitigen Kanäle (110) geführt wird, wobei ein Strom (b') des Fluids durch eine erste Einrittsöffnung (131) an einem ersten Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) eingebracht und durch eine Austrittsöffnung (133) an einem zweiten Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) aus dem wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) herausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung oder Regelung einer Temperaturänderung des Fluids (b) entsprechend einer gewünschten Temperaturänderung von dem Strom (b) des Fluids vor Einbringung in den wenigstens einen mantelseitigen (121) Kanal ein entsprechender Teilstrom (c) abgezweigt und über eine zweite Eintrittsöffnung (132), die zwischen der ersten Eintrittsöffnung (131) und der Austrittsöffnung (133) angeordnet ist, in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) eingebracht wird.A method of changing the temperature of a fluid (b) by means of a shell and tube heat exchanger (100) having a plurality of tube-side channels (110) and at least one shell-side channel (121), wherein a medium (a) is passed through the tube-side channels (110), wherein a current (B ') of the fluid through a first inlet opening (131) at a first end of the tube bundle heat exchanger (100) in the at least one shell-side channel (121) and introduced through an outlet opening (133) at a second end of the tube bundle heat exchanger (100) of the at least one shell-side channel (121) is led out, characterized in that for adjusting or regulating a temperature change of the fluid (b) corresponding to a desired temperature change of the stream (b) of the fluid prior to introduction into the at least one shell-side (121) channel a corresponding Partial flow (c) branched off and via a second inlet opening (132), which is between the first inlet Opening (131) and the outlet opening (133) is arranged, is introduced into the at least one shell-side channel (121). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teilstrom (c) von dem Strom (b) unter Verwendung wenigstens eines einstell- und/oder regelbaren Ventils (140) abgezweigt wird.Method according to Claim 1 wherein the substream (c) is branched off from the stream (b) using at least one adjustable and / or controllable valve (140). Verfahren nach Anspruch 2, wobei als das wenigstens eine Ventil (140) ein kontinuierlich verstellbares Ventil verwendet wird.Method according to Claim 2 wherein as the at least one valve (140) a continuously variable valve is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Fluid (b) ein Synthesegas und/oder als Medium (a) Wasser verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as the fluid (b) a synthesis gas and / or as the medium (a) water is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Rohrbündelwärmetauscher (100) ein Rohrbündelwärmetauscher mit Gegenstromführung verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a tube bundle heat exchanger with countercurrent flow is used as a tube bundle heat exchanger (100). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zur Abkühlung des Fluids (b), wobei als erstes Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) ein warmes Ende und als zweites Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) ein kaltes Ende verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, for cooling the fluid (b), wherein a hot end is used as the first end of the tube bundle heat exchanger (100) and a cold end as the second end of the tube bundle heat exchanger (100). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Erwärmung des Fluids (b), wobei als erstes Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) ein kaltes Ende und als zweites Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) ein warmes Ende verwendet wird.Method according to one of Claims 1 to 5 for heating the fluid (b), wherein a cold end is used as the first end of the tube bundle heat exchanger (100) and a warm end is used as the second end of the tube bundle heat exchanger (100). Rohrbündelwärmetauscher (100) zur Temperaturänderung eines Fluids (b) mit mehreren rohrseitigen Kanälen (110) und wenigstens einem mantelseitigen Kanal (121), bei dem ein Medium (a) durch die rohrseitigen Kanäle (110) führbar ist, mit einer ersten Eintrittsöffnung (131) an einem ersten Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100), durch die ein Strom (b) des Fluids in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) einbringbar ist, mit einer Austrittsöffnung (133) an einem zweiten Ende des Rohrbündelwärmetauschers (100) durch die das Fluid aus dem wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) herausführbar ist, gekennzeichnet durch eine zweite Eintrittsöffnung (132), die zwischen der ersten Eintrittsöffnung (131) und der Austrittsöffnung (133) angeordnet ist und durch welche ein von dem Strom (b) des Fluids vor Einbringung in den wenigstens einen mantelseitigen Kanal (121) abgezweigter Teilstrom (c) in den wenigstens einen manteilseitigen Kanal (121) einbringbar ist.Tube bundle heat exchanger (100) for changing the temperature of a fluid (b) having a plurality of tube-side channels (110) and at least one shell-side channel (121), in which a medium (a) through the tube-side channels (110) can be guided, with a first inlet opening (131 ) at a first end of the tube bundle heat exchanger (100), through which a stream (b) of the fluid in the at least one shell side channel (121) can be introduced, with an outlet opening (133) at a second end of the tube bundle heat exchanger (100) through the Fluid from the at least one shell-side channel (121) can be brought out, characterized by a second inlet opening (132) which is arranged between the first inlet opening (131) and the outlet opening (133) and through which one of the stream (b) of the fluid before introduction into the at least one shell-side channel (121) branched partial stream (c) in the at least one manteilseitigen channel (121) can be introduced. Rohrbündelwärmetauscher (100) nach Anspruch 8, der weiterhin mit wenigstens einem einstell- und/oder regelbaren Ventil (140) ausgeführt ist, mittels welchem der Teilstrom (c) von dem Strom (b) abzweigbar ist.Tube bundle heat exchanger (100) according to Claim 8 which is further designed with at least one adjustable and / or controllable valve (140), by means of which the partial flow (c) of the stream (b) is branched off. Rohrbündelwärmetauscher (100) nach Anspruch 9, der dazu eingerichtet ist, zur Einstellung oder Regelung einer Temperaturänderung des Fluids (b) entsprechend einer gewünschten Temperaturänderung und unter Verwendung des wenigstens einen Ventils (140) den Teilstrom (c) entsprechend von dem Strom (b) des Fluids abzuzweigen.Tube bundle heat exchanger (100) according to Claim 9 apparatus adapted to divert the partial flow (c) from the flow (b) of the fluid to adjust or regulate a temperature change of the fluid (b) according to a desired temperature change and using the at least one valve (140). Rohrbündelwärmetauscher (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das wenigstens eine Ventil (140) als kontinuierlich verstellbares Ventil ausgebildet ist.Tube bundle heat exchanger (100) according to Claim 9 or 10 wherein the at least one valve (140) is designed as a continuously adjustable valve. Rohrbündelwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, der zur Verwendung eines Synthesegases als Fluid (b) und/oder von Wasser als Medium (a) eingerichtet ist.Tube bundle heat exchanger (100) according to one of Claims 8 to 11 which is adapted to use a synthesis gas as a fluid (b) and / or water as the medium (a). Rohrbündelwärmetauscher (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der als Rohrbündelwärmetauscher mit Gegenstromführung ausgebildet ist.Tube bundle heat exchanger (100) according to one of the preceding claims, which is designed as a tube bundle heat exchanger with countercurrent flow. Rohrbündelwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, zur Abkühlung des Fluids, wobei das erste Ende ein warmes Ende und das zweite Ende ein kaltes Ende umfasst.Tube bundle heat exchanger (100) according to one of Claims 8 to 13 , for cooling the fluid, wherein the first end comprises a warm end and the second end comprises a cold end. Rohrbündelwärmetauscher (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, zur Erwärmung des Fluids, wobei das erste Ende ein kaltes Ende und das zweite Ende ein warmes Ende umfasst.Tube bundle heat exchanger (100) according to one of Claims 8 to 13 for heating the fluid, wherein the first end comprises a cold end and the second end comprises a warm end.
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