DE60116269T2

DE60116269T2 - Austauschbare stützstruktur mit mehreren leitungen für radiales strömungssystem

Info

Publication number: DE60116269T2
Application number: DE60116269T
Authority: DE
Inventors: M. Pierre HAM; M. Alain BLANCHON; O. Philippe LAVERNHE; A. Hossein NADERI
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: AU2001250809B2; US7226568B1; EP1265696B1; NO20024091L; WO2001066239A2; CA2402149C; AU5080901A; NO20024091D0; TW491727B; EP1265696A2; CA2402149A1; DE60116269D1; WO2001066239A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1) GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Fluidleitungen, welche die äußere Rückhaltewand für ein ringförmiges Partikelbett bilden, das in einem Radialströmungssystem verwendet wird, das in einem zylindrischen Behälter angebracht ist. In solchen Systemen wird ein Fluid typischerweise in Radialrichtung durch Öffnungen in den Innenflächen mehrerer äußerer, vertikal angeordneter Leitungselemente oder durch Öffnungen in einem zylindrischen Siebkorbelement, das einen kleineren Durchmesser hat als die Innenwand des Behälters, nach innen oder nach außen in das Partikelbett oder aus demselben geleitet. Das Fluid geht durch Öffnungen in einem vertikal angeordneten Mittelrohr, das die innere Rückhaltewand für das ringförmige Partikelbett bildet.
2) BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Der Behälter ist typischerweise ein Reaktor, der ein Bett aus Partikeln, wie beispielsweise Katalysator, Absorptionsmittel, Harze oder Aktivkohle, enthält. Das Fluid, das in einer Radialrichtung durch das Partikelbett hindurchgeht, ist üblicherweise ein Gas, aber es könnte ebenfalls eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch sein. Bei Systemen des Standes der Technik ist die Außenwandstütze für das ringförmige Partikelbett häufig ein Ring aus einzelnen Bogenkanten, die konvexe Innenflächen und Außenflächen haben, die sich der Wand des Behälters anpassen. Die Bogenkanten können aus Metallplatten geformt sein, die Perforierungen mit kleinerem Durchmesser als die Größe der Partikeln enthalten. Sie können ebenfalls so geformt sein, daß ihre konvexe Innenfläche ein Siebelement umfaßt, das mehrere mit engem Zwischenraum an Stützstäbe geschweißte Drähte hat. Solche Bogenkanten sind of so bemessen, daß sie durch Heben derselben durch eine Öffnung im Oberteil des Behälters eingebaut oder ausgetauscht werden können. Obwohl die konvexe Fläche der Bogenkanten, die das Partikelbett stützt, ziemlich stark ist, bewirkt die konvexe Form, daß die Dicke des ringförmigen Betts ungleichförmig ist. Folglich ist die Strömungsverteilung durch das Bett ungleichförmig, und es wird an der Position der Bogenkanten, wo die konvexe Fläche dem Mittelrohr am nächsten ist und der Druckabfall am geringsten ist, mehr Strömung auftreten. Da das Bett üblicherweise eine vorher festgelegte Mindestdicke haben muß, bedeutet die konvexe Form der Bogenkanten, daß zusätzliche Partikelteilchen bereitgestellt werden müssen, um den gesamten Raum zu füllen, der in Radialrichtung außerhalb eines Kreises liegt, der den in Radialrichtung innersten Abschnitt der Bogenkanten enthält. Wenn die Partikel solche sind, die ein Edelmetall, wie beispielsweise Platin, enthalten, kann der Bedarf an zusätzlichem Material sehr teuer sein. Außerdem führt die Neigung, daß die Strömung dort auftritt, wo die Strömungsentfernung am kürzesten ist, zu einem ungleichmäßigen Kontakt zwischen dem zur Reaktion zu bringenden Fluid und den Partikeln in dem Bett. Diese ungleichmäßige Strömung kann zu der Notwendigkeit führen, die Partikel eher auszutauschen, als wenn die Strömung vollständig gleichförmig wäre.
Eine andere Art von System nach dem Stand der Technik schließt ein zylindrisches Siebkorbelement ein, das mit Zwischenraum nach innen von der Außenwand des Behälters angeordnet ist. Ein solches zylindrisch geformtes Siebkorbelement wirkt mit einem inneren Siebrohrelement zusammen, um zu bewirken, daß das zwischen solchen Außen- und Innenelementen angeordnete Partikelbett eine gleichförmige Dicke hat. Jedoch ist das System ziemlich teuer, weil das Sieb mit dem großen Durchmesser nicht, wie es das Bogenkantensieb kann, durch eine kleine obere Öffnung in dem Behälter eingebaut oder entfernt werden kann.
Beispiele von Systemen nach dem Stand der Technik, die Bogenkanten um die Innenfläche der äußeren Behälterwand haben, schließen Hansen, Jr., US-Patent Nr. 3167399, und Koves et al., US-Patent Nr. 5209908, ein. Farnham, US-Patent Nr. 4374094, zeigt vertikale, ein ringförmiges Katalysatorbett umschließende, Siebsegmente, die mit Zwischenraum zur Seitenwand des Behälters angeordnet sind. Schuurman, US-Patent Nr. 4540547, zeigt einen Bewegtbettreaktor, bei dem ein Ring von Siebsegmenten ein mittig angeordnetes Katalysatorbett umschließt und den Katalysator von der äußeren ringförmigen Kammer trennt, die den Ablauf aufnimmt, nachdem er durch die Siebflächen hindurchgeht. Nagaoka, EP-Veröffentlichung 0483975A1, zeigt eine Vorrichtung zum Halten eines Partikelkatalysators in einem Radialströmungsreaktor, die einen Ring von vertikal angeordneten Behältern umfaßt, die aneinanderstoßende Seitenwände und gesiebte Innenwände haben, wobei die Behälter mit einem Katalysator gefüllt und zwischen einer ringförmigen äußeren Fluidkammer und einer zylindrischen inneren Fluidkammer angeordnet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine äußere Stützstruktur für das Partikelbett in einem Radialströmungssystem bereitzustellen, die anfangs oder, wenn ein Austausch notwendig ist, verhältnismäßig einfach einzubauen ist dadurch, daß sie in einzelnen Segmenten hergestellt wird, die so bemessen sind, daß jedes Segment leicht entfernt werden kann und durch eine verhältnismäßig kleine Einlaßöffnung in einem Ende des Behälters hindurchgehen kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Tragen und Zurückhalten von Partikeln in einem radialen Strömungsbehälter nach Anspruch 1 bereit. Bevorzugte oder wahlweise Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Bei dem Montagesystem der vorliegenden Erfindung werden mehrere in Vertikalrichtung verlaufende Leitungselemente angrenzend aneinander in einem Ring um den Innenumfang der Außenwand des Behälters angeordnet. Die Innenwände der Leitungselemente umfassen eine Siebfläche, welche die äußere Stützstruktur für das Partikelbett definiert und Strömungsöffnungen einschließt, die eine Weite haben, die geringer ist als der Durchmesser der Partikel. Das Sieb ist vorzugsweise aus parallelen, mit engem Zwischenraum angeordneten Drähten hergestellt, die an darunterliegende Stützstäbe geschweißt sind. Die Siebe, welche die Innenwände bilden, sind vorzugsweise flach oder leicht konkav, so daß das Partikelbett, das sich zwischen ihnen und einem kreisförmigen Mittelrohrsiebelement erstreckt, eine wesentlich gleichbleibende Dicke in Radialrichtung hat. Wenigstens einige der Leitungselemente haben eine allgemein trapezförmige Gestalt. Die Leitungselemente haben vorzugsweise eine Außenwand, die an der inneren Behälterwand anliegt und einen Radius hat, der dem der inneren Behälterwand gleicht. Allgemein in Radialrichtung verlaufende Seitenwandabschnitte der Leitungen haben solche Winkel und Freiraum zwischen benachbarten Leitungen, daß jede einzelne Leitung mit nur einer kleinen Gleitverschiebung von benachbarten Leitungen oder durch Entfernen höchstens einer benachbarten Leitung nach innen bewegt werden kann.
Eine solche äußere Stützstruktur ist stark und in der Lage, eine durch das Partikelbett auf sie ausgeübte äußere Belastung unmittelbar an die Wände des Behälters weiterzuleiten, ohne verformt zu werden. Die Struktur gewährleistet eine gleichförmige Bettdicke. Jedes einzelne Segment hat eine große Strömungsquerschnittsfläche, um niedrige Strömungsgeschwindigkeiten für das Fluid und weniger Turbulenz zu ermöglichen. Der Behälterdurchmesser kann, verglichen mit einem Behälter, der Bogenkanten einschließt, für eine gegebene Dicke des Partikelbetts verringert werden.
Bei einer ersten Ausführungsform haben alle Leitungen einen allgemein trapezförmigen Querschnitt, was ermöglicht, daß eine beliebige Leitung in Radialrichtung nach innen bewegt wird, ohne irgendeine andere Leitung zu beeinträchtigen. Bei einer zweiten Ausführungsform sind abwechselnde Leitungen allgemein trapezförmig und allgemein rechteckig, und die aneinanderstoßenden Seitenwände von benachbarten Leitungen sind allgemein parallel. Diese Beziehung gewährleistet einen inneren Strömungsquerschnitt, der größer ist als derjenige, der bei der ersten Ausführungsform möglich ist, bei der die Innenwandflächen benachbarter Leitungen in Umfangsrichtung mit einem Zwischenraum zueinander angeordnet sein müssen, der ausreicht, um zu ermöglichen, daß eine Leitung in Radialrichtung bewegt wird, ohne benachbarte Leitungen zu beeinträchtigen. Bei der zweiten Ausführungsform muß eine allgemein rechteckig geformte Leitung in Radialrichtung nach innen bewegt werden, bevor eine benachbarte, allgemein trapezförmig gestaltete, Leitung entfernt werden kann. Alle Leitungen sind so bemessen, daß ihre Querschnittsfläche und Form geringer sind als diejenigen der Öffnung im Oberteil des Behälters, so daß einzelne Leitungen durch die Öffnung eingesetzt oder entfernt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun, nur als Beispiel, detaillierter beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein horizontaler Querschnitt eines typischen Behälters nach dem Stand der Technik ist, bei dem die äußeren Abschnitte des Partikelbetts durch einen Siebkorb in der Form eines zylindrischen Siebelements gestützt werden, das mit Zwischenraum zur Außenwand des Behälters angeordnet ist,
2 ein horizontaler Querschnitt eines typischen Behälters nach dem Stand der Technik ist, bei dem die äußeren Abschnitte des Partikelbetts durch mehrere hohle Bogenkantenelemente gestützt werden, die in Berührung mit der Außenwand des Behälters sind und konvexe Innenflächen in Berührung mit dem Partikelbett haben,
3 eine teilweise aufgebrochene isometrische Ansicht ist, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung illustriert, bei der die äußeren Abschnitte des Partikelbetts durch einen Ring von Leitungen gestützt werden, die in Berührung mit der Außenwand des Behälters sind,
4 eine fragmentarische horizontale Querschnittsansicht ist, aufgenommen innerhalb des Behälters von 3 an einer Stelle oberhalb der Leitungen,
5 eine vergrößerte isometrische Ansicht ist, die drei der Leitungselemente in 3 zeigt, wobei obere Dichtungsplatten deren obere Flächen abdecken,
6 eine isometrische Ansicht ist, die einen vergrößerten Abschnitt des Siebs zeigt, das die Innenwand jedes der in 5 gezeigten Leitungselemente bildet,
7 eine horizontale Querschnittsansicht längs der Linie 7-7 von 5 ist,
8 eine Querschnittsansicht eines modifizierten Leitungsquerschnitts ist, der dem in 7 gezeigten Leitungsquerschnitt ähnelt, mit Ausnahme der Weise, auf die das Siebelement, das die Innenwand bildet, an den Seitenwänden angebracht ist, und
9 eine horizontale Querschnittsansicht ähnlich 7 ist, die eine modifizierte Auslegung zeigt, bei der abwechselnde Leitungen einen allgemein trapezförmigen und einen allgemein rechteckig geformten Querschnitt haben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine Querschnittsansicht ähnlich 2 und 4, die eine für einen Radialströmungsreaktorbehälter (nicht gezeigt) des Stands der Technik verwendete Bauart illustriert. Ein vertikales, allgemein zylindrisches Außenwandelement 10 wirkt mit einem zylindrischen äußeren Siebkorbelement 12 zusammen, um eine äußere ringförmige Öffnung 14 zu definieren. Das Siebkorbelement 12 ist konzentrisch im Verhältnis zu einem mittig angebrachten vertikalen Siebrohr 16 angeordnet, um die Außen- und die Innenwand eines inneren Ringspaltbereichs 18 zu definieren, der mit einem kreisförmigen Bett aus Partikeln 19, wie beispielsweise einem Katalysator, gefüllt ist. Bei normaler Anwendung tritt das zu bearbeitende Fluid zu einer Einlaßöffnung (nicht gezeigt) am Oberteil des Behälters ein und geht in die äußere ringförmige Öffnung 14 hindurch. Danach geht das Fluid in Radialrichtung durch Öffnungen (nicht gezeigt) in dem Siebkorb 12, durch das ringförmige Bett aus Partikeln 19, durch Öffnungen (nicht gezeigt), die in dem mittig angebrachten Siebrohr 16 geformt sind, nach innen hindurch und bewegt sich danach durch das Siebrohr nach unten zu einem Auslaßabschnitt (nicht gezeigt) des Behälters. Obwohl die Bewegung des Fluids als von oben nach unten verlaufend beschrieben worden ist, könnte es sich ebenfalls in der umgekehrten Richtung bewegen. Die radiale Dicke des Partikelbetts 19 ist ziemlich gleichförmig. Da der äußere Siebkorb 12 jedoch einen sehr großen Durchmesser hat, könnte er nicht eingebaut oder aus einem Behälter entfernt werden, der die übliche Einlaßöffnung mit kleinem Durchmesser hat, es sei denn, der Oberteil des Behälters wäre an die Seitenwände geschweißt oder so hergestellt, daß er mit den Seitenwänden verbolzt sein könnte, eine sehr teure Bauart.
2 zeigt eine typischere für einen Radialströmungsreaktorbehälter des Stands der Technik verwendete Bauart. Ein vertikales, allgemein zylindrisches Außenwandelement 20 trägt mehrere in Vertikalrichtung verlaufende Bogenkantenelemente 22, die in einem Ring um den Innenumfang des Außenwandelements 20 angebracht sind und mehrere hohle Innenöffnungsabschnitte 24 einschließen. Die Bogenkantenelemente 22 haben jeweils eine konvexe Fläche 23 in Berührung mit dem Partikelbett 29, die Öffnungen (nicht gezeigt) einschließt, die kleiner sind als die Teilchen in dem Bett. Bei normaler Anwendung tritt das zu bearbeitende Fluid zu der Einlaßöffnung (nicht gezeigt) des Behälters ein und geht in die offenen oberen Enden der mehreren, in den Bogenkantenelementen geformten, hohlen Innenöffnungsabschnitte 24 hindurch. Danach geht das Fluid in Radialrichtung durch die Öffnungen in den konvexen Flächen 23 der Bogenkantenelemente 22, durch das Bett aus Partikeln 29, durch die Öffnungen (nicht gezeigt), die in dem mittig angebrachten Siebrohr 26 geformt sind, und durch das Siebrohr nach unten und aus einem Auslaßöffnungsabschnitt (nicht gezeigt) am Boden des Siebrohrs 26. Obwohl die Bewegung des Fluids als von oben nach unten verlaufend beschrieben worden ist, könnte es sich ebenfalls in der umgekehrten Richtung bewegen. Ein Vorteil der Bogenkantenkonfiguration ist, daß man die einzelnen Bogenkantenelemente 22 während des anfänglichen Einbaus oder des Austauschs durch eine ziemlich kleine Einlaßöffnung (nicht gezeigt) im Oberteil des Behälters bewegen und folglich die Probleme vermeiden kann, die mit dem oben erwähnten Siebkorb mit großem Durchmesser zu bemerken waren. Ein bedeutender Nachteil ist, daß die radiale Dicke des Partikelbetts 29 nicht gleichförmig ist und die Strömung in und durch das Bett daher nicht gleichförmig ist. Zum Beispiel würde leicht an der Mitte der konvexen Flächen 23 der Bogenkanten, wo die Entfernung zu dem Mittelsiebrohr 26 am geringsten ist, eine größere Strömung auftreten. Obwohl eine gleichförmige Strömung immer wünschenswert ist, ist sie besonders wünschenswert, wenn die Partikel ein mit einem außerordentlich teuren Edelmetall beschichteter Katalysator ist. Die Verarbeitungskosten können auf ein Minimum verringert werden, falls alle Partikel in dem Partikelbett gleichermaßen durch das bearbeitete Fluid berührt werden. Bei einer konvexen Bogenkantenkonfiguration jedoch werden die Partikel, die angrenzend an die in Radialrichtung äußersten Kanten der konvexen Bogenkantenelemente liegen, in einer größeren Entfernung von dem Mittelsiebrohr liegen als die Partikel, die an der Mitte der konvexen Flächen liegen. Da der Druckabfall über das Partikelbett am niedrigsten ist, wo die Strömungsentfernung am kürzesten ist, wird in solchen Mittelbereichen leicht eine größere Strömung auftreten. Geringere Strömungen in anderen Bereichen werden zu eine Unternutzung der Partikel bei der Reaktion führen. Die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten können möglicherweise eine Erosion der Partikel verursachen, wo die Strömungsgeschwindigkeit am höchsten ist, und können sicher eine Situation erzeugen, in der die Partikel eher ausgetauscht werden müssen, als wenn die Strömung so gleichförmig wäre, daß alle Teilchen in dem Partikelbett gleichermaßen berührt würden.
3 ist eine teilweise aufgebrochene isometrische Ansicht, welche die, allgemein bei 38 angezeigte, verbesserte äußere Stützstruktur in Berührung mit der inneren Wandfläche 39 der Außenwand 40 eines Radialströmungsreaktorbehälters 42 zeigt. Der Behälter 42 hat eine Einlaßöffnung an seinem Oberteil und eine Auslaßöffnung 46 an seinem Unterteil. Die Stützstruktur 38 umfaßt mehrere allgemein trapezförmig gestaltete vertikale Leitungselemente 50. Die Leitungselemente 50 haben Innenwandflächen 52 in der Form eines Siebs, durch das eine radiale Fluidströmung erfolgen kann. Eine erste Seitenwandfläche 54 und eine zweite Seitenwandfläche 56 erstrecken sich zu der Außenwand 40 hin und haben hintere Endabschnitte 54' und 56' in Berührung mit der Innenfläche 39 der Außenwand 40. Ein Außenwandabschnitt 58 wird vorzugsweise zwischen den Seitenwandflächen 54, 56 und integral mit denselben bereitgestellt. Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die hinteren Endabschnitte 54' und 56' nicht miteinander verbunden. Ein Mittelsiebrohrelement 60 ist in einer Aussparung 62 am Boden des Behälters 42 angebracht. Das Mittelsiebrohrelement 60 schließt einen Mittelrohrabschnitt 64 ein, der längs wenigstens eines großen Teils seiner Länge perforiert ist, wobei die Perforierungen durch einen äußeren Siebabschnitt 66 abgedeckt werden. An seinem oberen Ende ist das Siebrohrelement 60 durch ein Endkappenelement 68 verschlossen. Ein ringförmiges Bett 70 aus Partikel, wie beispielsweise einem Katalysator, ist zwischen dem Siebabschnitt 66 an dem Mittelrohrelement 60 und den Innenwandflächen 52 der Leitungselemente 50 angeordnet und durch dieselben getragen. Obere Plattenelemente 72 sind in einem Ring um die oberen Flächen der Leitungselemente 50 und in Berührung mit denselben angebracht. Die oberen Plattenelemente 72 schließen Einlaßöffnungsabschnitte 74 ein, die ermöglichen, daß durch die Einlaßöffnung 44 in dem Behälter 42 nach unten hindurchgehendes Fluid in das Innere der Leitungselemente 50 eintritt, während sie eine Abwärtsströmung zwischen benachbarten Leitungen abdichten. Flache Stützabschnitte 76, welche die Öffnungsabschnitte 74 umschließen, liegen oben auf den Leitungen 50 auf und können auf eine beliebige geeignete Weise an denselben befestigt werden. Um zu verhindern, daß die Einlaßströmung durch die Einlaßöffnung 44 das Partikelbett 70 berührt, bevor sie in die Leitungen 50 eintritt, wird eine Reihe von tortenförmigen Abdeckplatten 78 auf eine beliebige geeignete Weise aneinander und an den Innenkantenabschnitten 72' der oberen Plattenelemente 72 befestigt. Die Fluidströmungsbahn durch den Behälter 42 wird durch Pfeile 80 angezeigt und zeigt, daß die Strömung die hohlen Innenseiten der Leitungen 50 in Vertikalrichtung nach unten, in Radialrichtung durch das Partikelbett 70, durch die Öffnungen in dem inneren Siebabschnitt 66 und den perforierten Mittelrohrabschnitt 64 und nach unten durch die Auslaßöffnung 46 hindurchgeht.
4 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht, gesehen von einer Stelle, gerade oberhalb der Abdeckplatten 78 in 3, nach unten, und illustriert, wie gleichförmig die radiale Dicke des ringförmigen Partikelbetts 70 ist, verglichen mit der veränderlichen Dicke des in 2 gezeigten Betts 29 nach dem Stand der Technik.
5 und 6 sind vergrößerte Ansichten, die Einzelheiten des Aufbaus der Leitungen 50 und der oberen Platten 72 zeigen. Diese Ansichten zeigen insbesondere den bevorzugten Aufbau des Siebs, das die Fläche der Leitungsinnenwandfläche 52 bildet. Mehrere vertikale Siebdrähte 82 sind an mehrere Stützstäbe 84 geschweißt, mit einem Zwischenraum, der Strömungsschlitze oder -öffnungen 86 bildet, die eine durch die Pfeile gezeigte Breite haben, die geringer ist als die Größe der Partikel, die das Bett 70 bilden. Winklige Eckelemente 88 halten die Innenwandflächen- oder Siebelemente 52 dadurch fest, daß sie an die Seitenwände 54, 56 geschweißt und an die Siebelemente 52 heftgeschweißt sind. Obwohl gezeigt wird, daß die Innenwandfläche 52 leicht konkav ist, um so zu bewirken, daß die radiale Dicke des Partikelbetts 70 wesentlich gleichbleibend ist, würde eine flache Oberfläche eine sehr enge Annäherung gewährleisten und würde ebenfalls eine wesentlich gleichbleibende radiale Bettdicke erzeugen. Die Innenwandfläche 52 wird als längs ihrer vertikalen Länge in gleichem Abstand von der Außenwandfläche 58 befindlich gezeigt, sie könnte aber ebenfalls verjüngt sein.
7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie 7-7 von 5, welche die Beziehung zwischen benachbarten Leitungen 50 illustriert. Die Leitungen haben einen Außenwandabschnitt 58 mit einer Breite W_o, der eine Breite haben muß, die ausreichend größer ist als die Breite W_i des inneren Wandabschnitts 52, um so zu ermöglichen, daß eine einzelne Leitung 50 in Radialrichtung nach innen zu einer Stelle bewegt wird, an der sie zum Austausch durch die Öffnung 44 (3) bewegt werden könnte. Die Seitenwandabschnitte 54, 56 jeder Leitung 50 sind vorzugsweise in einem Winkel α angeordnet, der geringer ist als der Winkel β, den die Seitenwandabschnitte hätten, falls die Seitenwände 56, 54 benachbarter Leitungen parallel zueinander und senkrecht zu der inneren Wandfläche 39 der Behälteraußenwand 40 angeordnet wären. Die benachbarten Leitungen 50 sind vorzugsweise mit einem geringfügigen Zwischenraum zueinander angeordnet, um so einen kleinen Spalt W_g bereitzustellen, der sowohl Fertigungstoleranzen als auch eine mögliche thermische Ausdehnung des äußeren Wandabschnitt 58 im Verhältnis zu der Außenwand 40 während des Betriebs des Reaktors ermöglichen wird. Zum Beispiel hat sich in einer Situation, in der W_o 256 mm beträgt und der Innendurchmesser der Außenwand 40 2,345 m beträgt, ein Spalt, bei dem W_g 4,5 mm entspricht, als zufriedenstellend erwiesen. Vorzugsweise beträgt W_g 1,5–2% von W_o. Um das Innenvolumen der Leitungen 50 auf ein Maximum zu steigern und unter Vernachlässigung der Breite des Spalts W_g sollte die Breite W_i der inneren Wandfläche 52 der Breite W_o der äußeren Wandfläche 58 minus der Breite W_s, die der Abstand zwischen den in Radialrichtung innersten Eckabschnitten 88 von benachbarten Seitenwänden 56, 54 ist, entsprechen. Die Eckabschnitte 88, die als Winkelelemente gezeigt werden, sind vorzugsweise an die Seitenwandflächen 54, 56 geschweißt und an die inneren Wand- oder Siebelemente 52 heftgeschweißt. Die Eckabschnitte 88 halten die Siebelemente 52 in Berührung mit Flanschabschnitten 90, die sich von den Seitenwänden 54, 56 erstrecken. Um zu verhindern, daß Partikel in den dreieckigen offenen Raum 69 zwischen benachbarten Leitungen eintreten, wird eine Dichtungsplatte 7l vorzugsweise an jeder Leitung an den gleichen einzelnen Eckabschnitt 88 geschweißt. Die Dichtungsplatten sind vorzugsweise aus einem dünneren Material als die Wandabschnitte der Leitung und von einer Breite, die ausreicht, um den offenen Raum 69 abzudecken und auf dem Eckabschnitt 88 des benachbarten Leitungselements aufzuliegen. Der durch das Gewicht der Partikel auf die Dichtungsplatten 71 ausgeübte Druck wird eine dichte Abdichtung gewährleisten. Zum Zweck der Klarheit wird in 7 nur eine Dichtungsplatte 71 gezeigt.
8 zeigt eine modifizierte Leitung 150, ähnlich 7 insofern, als die Seitenwandabschnitte 154, 156 integral mit einem hinteren Wandabschnitt 158 geformt sind. Statt jedoch gesonderte Winkelelemente zu haben, die dazu dienen, die innere Wandfläche 152 festzuhalten, kann die innere Wandfläche 152 bei dieser Ausführungsform durch Bohren von Löchern (nicht gezeigt) in die Seitenwandabschnitte an Stellen, an denen die Stützstäbe 184 mit den Löchern ausgerichtet werden können, durch Endstopfenverschweißung an die Seitenwandabschnitte 154, 156 geschweißt werden. Durch Schweißen an die Stützstäbe statt an die Siebdrähte kann die Integrität der Sieboberfläche erhalten werden.
9 zeigt eine modifizierte Auslegung, bei der abwechselnde Leitungen 250, 260 einen allgemein trapezförmigen bzw. einen allgemein rechteckig geformten Querschnitt haben. Die Kombination von Formen steigert die gesamte innere Durchflußquerschnittsfläche des Rings von Leitungen auf ein Maximum und bewirkt, daß sie geringfügig größer ist als die durch die Ausführungsform von 7 bereitgestellte und wesentlich größer als die durch die in 2 illustrierten bogenkantenförmigen Leitungen des Stands der Technik. Diese Kombination von komplementären Formen beseitigt außerdem den kleinen leeren Raum 69 zwischen Leitungen, der bei der Ausführungsform von 7 vorhanden ist, und beseitigt dadurch die Möglichkeit, das Partikel an einer Stelle verschwendet werden können, wo sie keinem Zweck dienen. Die Seitenwände 254, 256, die Außenwand 258 und der innere Wandabschnitt 252 der trapezförmig gestalteten Leitungen 250 entsprechen den ähnlich numerierten Elementen 50–58 in 7. Die allgemein rechteckig geformten Leitungen 260 haben Seitenwandabschnitte 264, 266, die parallel zueinander sind und ebenfalls parallel zu den abgewinkelten Seitenwandabschnitten 254, 256 benachbarter trapezförmig geformter Leitungen 250 sind. Wie in der Beschreibung von 7 bemerkt, wird zwischen den benachbarten Leitungen 250, 260 vorzugsweise ein kleiner Spalt W_g bereitgestellt, um eine Toleranz beim Fertigen zu gewährleisten, und um außerdem eine thermische Ausdehnung zu ermöglichen, die während der Anwendung auftreten könnte. Falls gewünscht, kann jede der rechteckig geformten Leitungen 260 eine an ihren Eckabschnitt 278 geschweißte Dichtungsplatte 271 haben, um zu sichern, daß Partikel nicht in die Spalte W_g eintreten können. Die Dichtungsplatten 271 sind nur an den rechteckig geformten Leitungen befestigt und haben eine ausreichende Breite, um die Eckabschnitte 288 der trapezförmig gestalteten Leitungen 250 abzudecken. Sie sind vorzugsweise von geringerer Dicke als die Wandabschnitte 264, 266 und 268, so daß der in Radialrichtung nach außen gerichtete Druck, der durch das ringförmige Bett aus Partikeln 70 auf deren Oberflächen ausgeübt wird, eine dichte Abdichtung gegenüber den Eckabschnitten 288 erzeugen wird.
Die trapezförmige Gestalt der Leitungen 50 bei der in 7 gezeigten Ausführungsform und die Kombination von trapezförmig und rechteckig geformten Leitungen 250 und 260 bei der in 9 gezeigten Ausführungsform gewährleisten, verglichen mit dem in 1 gezeigten Aufbau nach dem Stand der Technik, eine Verbesserung bei den Kosten und der Leichtigkeit des Austauschs, während sie sich eng der Gleichförmigkeit der Strömungsverteilung annähern, die mit einem zylindrischen äußeren Siebkorbelement möglich ist. Die offenbarten Leitungsformen bieten ebenfalls die Leichtigkeit von Einbau und Austausch, die mit der konvexen Bogenkantenanordnung von 2 möglich ist, während eine sehr gleichförmige Strömungsverteilung durch das Partikelbett 70 erreicht wird, die mit der konvexen Bogenkantenanordnung nicht möglich ist. Außerdem kann bei Leitungen 50, 250 oder 260, welche die gleiche Breite W_o haben wie die Bogenkantenelemente 22 von 2, die innere Querschnittsfläche für die gleiche radiale Tiefe viel größer sein. Diese größere Fläche führt zu einer niedrigeren vertikalen Strömungsgeschwindigkeit, weniger Turbulenz und einer viel gleichförmigeren Strömung durch die gesamte innere Siebfläche 52. Dies gilt insbesondere für die in 9 gezeigte Ausführungsform. Alternativ dazu könnte die radiale Dicke der Leitungen 50, 250 oder 260 auf eine Strecke verringert werden, die beträchtlich geringer ist als die Tiefe der Bogenkanten 22, während sie noch eine gleiche oder größere innere Querschnittsfläche haben. In der letzteren Situation könnte der Behälter 42 für eine gegebene radiale Dicke des Partikelbetts 70 einen kleineren Außendurchmesser haben und folglich für niedrigere Kosten gefertigt werden.
Während die Erfindung besonders unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben worden ist, wird es sich für Fachleute auf dem Gebiet verstehen, daß daran Veränderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Tragen und Zurückhalten von Partikelstoffen (70) in einem radialen Strömungsbehälter (42), der Einlaß- (44) und Auslaßöffnungen (46) für ein Fluid (80), das geeignet ist, durch den Behälter hindurchzugehen, wobei eine der Einlaß- und Auslaßöffnungen in Verbindung mit einem ringförmigen Raum steht, der an seiner Außenseite durch die Innenwand (39) des Behälters definiert wird, und die andere der Einlaß- und Auslaßöffnungen in Verbindung mit dem Inneren eines in Axialrichtung angebrachten Elements (60) steht, dessen Außenfläche (66) in derselben Öffnungen aufweist, die kleiner sind als die dadurch getragenen Partikeln, und einen Ring (38) aus gesonderten, hohlen Leitungselementen (50, 250, 260) hat, die an der Innenwand des zylindrischen Behälters positioniert und in einer Vertikalrichtung angeordnet sind, um den ringförmigen Raum zu Rillen, wobei die Leitungselemente wenigstens einen Abschnitt ihrer Oberfläche durch Siebelemente (82, 84) ausgebildet haben, welche Strömungsöffnungen (86) haben, die Abmessungen kleiner als der Durchmesser der Partikelteilchen haben, welche ein Partikelbett (70) gleichförmiger Dicke bilden und welche sich in einem ringförmigen Raum zwischen den Leitungselementen und der Außenwand (66) des in Axialrichtung angebrachten Elements befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten hohlen Leitungselemente jeweils eine innere Querschnittsfläche aufweisen, definiert durch ein Paar von allgemein in Radialrichtung verlaufenden Seitenwandabschnitten (54, 56, 254, 256, 264, 266) und einen integral mit jedem des Paars von allgemein in Radialrichtung verlaufenden Seitenwandabschnitten verbundenen Innenwandabschnitt (52,, 252, 262), wobei die Außenenden (54', 56') der allgemein in Radialrichtung verlaufenden Seitenwandabschnitte von benachbarten Leitungselementen in Berührung mit der Innenwand sind, das Paar von allgemein in Radialrichtung verlaufenden Seitenwandabschnitten an wenigstens einigen der Leitungselemente (50, 250) in einer Richtung allgemein radial nach außen voneinander abgewinkelt ist, aber mit einem Winkel (α), der geringer ist, als wenn sie im Verhältnis zur Achse des Behälters wirklich radial wären, wobei der Winkel ausreichend klein ist, um zu ermöglichen, daß einzelne Leitungselemente während eines Einbau- oder Austauschvorgangs im Verhältnis zu benachbarten Leitungselementen nach innen bewegt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Endabschnitte (54', 56') der in Radialrichtung nach außen verlaufenden Seitenwandabschnitte (54, 56, 254, 256, 264, 266) jedes Leitungselements (50, 250, 260) durch einen Außenwandabschnitt (58, 258, 268) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Seitenwandabschnitte (54, 56, 254, 256, 264, 266) und der Außenwandabschnitt (58, 258, 268) jedes der Leitungselemente (50, 250, 260) aus einem einzigen Metallblech hergestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die in Radialrichtung äußeren Enden der allgemein in Radialrichtung verlaufenden Seitenwandabschnitte, welche die Innenwand des Behälters berühren, nicht miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siebelemente mit Zwischenraum angeordnete parallele Drähte (82) umfassen, um Schlitze (86) zu bilden, wobei die parallelen Drähte in einer vertikalen Richtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenwandabschnitte (52, 252, 262) längs ihrer Länge mit gleichem Abstand von den Außenwandabschnitten (58, 258, 268) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siebelemente, die wenigstens einen Abschnitt der Innenwandabschnitte bilden, zwischen Flanschabschnitten (90), die sich von jedem der Seitenwandabschnitte erstrecken, und einem Winkelelement (88, 278, 288) gehalten werden, das an den Seitenwandabschnitten befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitungen (50, 250, 260) eine Querschnittsfläche und eine Form haben, die kleiner sind als eine Öffnung (44) im Oberteil des Behälters, wodurch einzelne Leitungen durch die Öffnung in den Behälter eingesetzt oder daraus entfernt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring von gesonderten hohlen Leitungselementen (50, 250, 260), die an der Innenwand (39) des zylindrischen Behälters positioniert sind, mit geringfügigem Zwischenraum zueinander angeordnet sind, ausreichend, um Fertigungstoleranzen oder thermische Ausdehnung während des Betriebs des radialen Strömungsbehälters aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Leitungselemente mit einem Zwischenraum (W_g) zueinander angeordnet sind, der weniger als 2% des Abstands zwischen den Außenenden der Seitenwandabschnitte jedes der Leitungselemente beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbarte Leitungselemente ihre Paare von allgemein in Radialrichtung verlaufenden Seitenwandabschnitten mit unterschiedlichen Winkeln haben.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die benachbarten Seitenwandabschnitte (254, 264 und 256, 266) benachbarter Leitungselemente allgemein parallel zueinander sind, wodurch die Gesamtinnenquerschnittsfläche aller Leitungselemente auf ein Maximum gesteigert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei abwechselnde Leitungselemente (250, 260) allgemein trapezförmige und allgemein rechteckige Querschnitte haben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an wenigstens einem Seitenkantenabschnitt des Innenwandabschnitts wenigstens einiger der Leitungselemente (50, 250, 260) vertikale Dichtungsplatten (71, 271) befestigt sind, um zu verhindern, daß sich Partikel in den Raum zwischen benachbarten Leitungselementen bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 13 und 14, wobei an jeder Seitenkante (264, 266) des Innenwandabschnitts (262) der Leitungselemente (260), die einen allgemein rechteckigen Querschnitt haben, vertikale Dichtungsplatten (271) befestigt werden, wobei die vertikalen Dichtungsplatten Dichtungsabschnitte haben, die sich über die Seitenkanten der Innenwandabschnitte benachbarter Leitungselemente (250) erstrecken, die eine trapezförmige Gestalt haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei alle Leitungen (250) einen allgemein trapezförmigen Querschnitt und allgemein in Radialrichtung verlaufende Seitenwandabschnitte (54, 56) haben, die in einem Winkel (α) voneinander abgewinkelt sind, der geringer ist, als wenn sie im Verhältnis zur Achse des Behälters wirklich radial wären.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei an der gleichen Seitenkante des Innenwandabschnitts jedes der Leitungselemente, die einen allgemein trapezförmigen Querschnitt haben, eine vertikale Dichtungsplatte (71) befestigt ist, wobei jede der vertikalen Dichtungsplatten eine ausreichende Breite hat, um einen Dichtungsabschnitt bereitzustellen, der sich über die Seitenkante der Innenwandabschnitte eines benachbarten Leitungselements (50) erstreckt, wodurch der Spalt zwischen benachbarten Leitungselementen abgedeckt wird.