DE69104607T2 - Plattenwärmetauscher. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher vom Plattentyp. Diese unterscheiden sich im allgemeinen von Rohrtauschern dadurch, daß die Fluids während des Wärmeaustausches in Längsrichtung von beiden Seiten um Platten zirkulieren, die so angeordnet sind, daß sie parallel aneinanderliegen.
• Die Austauscher des Typs, welche beispielsweise in FR-A- 2 471 569 oder FR-A-2 638 226 beschrieben sind, umfassen einen Satz von parallelen Plattenflächen, die aus Feinblechen bestehen, die am häufigsten aus rostfreiem Stahl hergestellt sind und Wellen aufweisen, durch die sie in Kontakt miteinander sind und durch die sie die Zirkulation der Fluids in Längsrichtung von einem Ende des Wärmetauschers zum anderen (im allgemeinen miteinander im Gegenstrom) ordnen, indem sie bevorzugte Turbulenzen beim Wärmetausch erzeugen, die zwischen den Fluids durch jede Platte hindurch vorkommen. Auf ihren Längskanten sind die Platten untereinander über dazwischenliegende Zapfen oder Distanzstücke, die den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Platten aufrechterhalten, aneinandergeschweißt. Der Plattenstapel ist von zwei relativ dicken Blechen eingefaßt, die das Gewicht des Satzes auf einen Träger übertragen.
• Die Dicke der Platten hängt davon ab, ob in gleicher Weise hierdurch die mechanische Festigkeit des Satzes hergestellt werden muß oder nicht.
• Im Gebiet der Tauscher sind spezielle Probleme mit der Haltbarkeit und Sicherheit der Betriebsfähigkeit bekannt, die von denen verschieden sind, die man für Rohrtauschern zu lösen gewußt hat, insbesondere solchen, wo die Wärmetauscherelemente zylindrische Rohre sind, die als Satz paralleler Rohre montiert sind, die an ihren Enden durch die Querplatten hindurchführen, wo sie festgeschweißt sind.
• Das in Einklang bringen der Wärmeausdehnung und der mechanischen Beanspruchung erfordert aber radikal andere Lösungen. Insbesondere die große erwünschte Leistung durch die Verwendung der Wärmetauscherelemente, die aus Feinblechen mit großen Abmessungen gebildet sind, insbesondere in der Länge, die durch die Wellenform aufeinander liegen, welche für den Durchgang der zirkulierenden Fluids sorgt, gehen zusammen mit einer schwachen mechanischen Beständigkeit dieser Elemente, während außerdem alle Verbindungen der Aufstapelung der Feinbleche mit den Bauelementen ausreichend verstärkt werden, um unter Einbeziehung der Unterschiede des Wärmeleitwiderstandes oder einer Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen mechanisch beständig zu sein.
• In den klassischen Ausführungen der Plattenwärmetauscher des Standes der Technik sind vorzugsweise verstärkte und mechanisch beständige Bleche vorgesehen, die den Satz der Wärmetauscherplatten umgeben und dazu dienen, den Aufbau in einer Einfassung gegen den Druck der Fluids oder des Mantels zu stützen, mit der sie starr in dem Mittelteil des Tauschers durch querliegende Befestigungsplatten verbunden sind. Eine dieser Ausführungen ist beispielsweise in dem Schriftstück FR-A-2 238 237 beschrieben.
• Die Notwendigkeit der Verwendung ausreichend verstärkter Einfassungsbleche, um die Summe der mechanischen Beanspruchungen, die von dem Satz getragen werden, aufzunehmen und sie auf Tragarme oder andere Stützen auf der Einfassung selbst weiterzugeben, bringt Schwierigkeiten auf der Höhe der Verbindungen mit den Feinblechen des Satzes mit sich, da die Schweißstellen empfindlich gegenüber Wärmeausdehnung sind. Zudem ist zu beklagen, daß der Satz ein Biegemoment auf Höhe der Längsseiten aushalten muß, die im Mittelteil des Stützbereiches nicht mit verstärkten Stützblechen ausgestattet sind.
• Um diese Unzulänglichkeiten zu beseitigen, schlägt die Erfindung einen Wärmeplattentauscher entsprechend einer neuen Montage des Satzes in seiner Einfassung vor, die besser als die früheren Plattentauscher auf unterschiedliche Bedürfnisse der Praxis anspricht, insbesondere in der Leichtigkeit der Herstellung, den Kosten und der Betriebssicherheit.
• Sie hat zur Aufgabe, einen Plattenwärmetauscher zu schaffen, der einen Satz Wärmetauscherplatten inmitten der zwischen diesen zirkulierenden Fluids umfaßt, der im Inneren einer druckbeständigen Einfassung angeordnet und dadurch gekennzeichnet ist, daß er starre Aufhängemittel dieses Satzes in der Einfassung auf Höhe von mindestens einer ersten Sammelleitung umfaßt, die ein erstes Verbindungsgehäuse am oberen Ende des Satzes umfaßt und ein erstes der Fluids zwischen diesem Ende und der Außenseite der Einfassung hindurchführt.
• Die Aufhängung des Satzes wird erfindungsgemäß auf Höhe des oberen Sammlers des Tauschers bewirkt, der gestattet, daß die Verstärkung der Bleche um den Satz herum bedeutend in ihrem Ausmaß begrenzt werden, da sie nicht mehr die Beanspruchungen der Aufhängung des Aufbaus aufnehmen müssen. So wird in jedem Fall das Auftreten von Kräften vermindert, die dazu neigen, diese Bleche im tiefergelegenen Teil des Satzes zu trennen.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die erste Sammelleitung ein Leitungsrohr, das Aufhängemittel bildet dadurch, daß es sich in starrer Verbindung mit dem Verbindungsgehäuse befindet, um diese an einer oberen Kuppe aufzuhängen, die die Einfassung abschließt.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfassen diese Aufnahmemittel mindestens eine erste starre Verbindungsplatte von dem ersten Verbindungsgehäuse mit einem Mantel, der die Einfassung um den Satz herum begrenzt.
• Vorteilhaft wird in dieser Ausführungsform die Tatsache genutzt, daß das Verbindungsgehäuse aus dickeren Blechen besteht als die Platten, die den Satz bilden, um sie zur Aufhängung der Platten zu verwenden.
• Gemäß den Sekundärcharakteristika der Erfindung haben die beiden Ausführungsformen der Aufnahmemittel dieses gemeinsam:
• - Der Austauscher umfaßt außerdem eine zweite Sammelleitung, die ein zweites Verbindungsgehäuse am oberen Ende des Satzes umfaßt und ein zweites dieser Fluids zwischen dieses Ende und die Außenseite der Einfassung führt.
• - Die Verbindungsgehäuse am oberen Ende des Satzes sind in Form von genau halbzylindrischen Gehäusen gefertigt, die axial eine in der anderen montiert sind.
• In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Sammelleitungen der Fluids wie unten definiert in Bezug auf die Eigenschaften geplant und dimensioniert, die sie befördern sollen. In den bevorzugten Ausführungsformen sind die Sammelleitungen dazu vorgesehen, im Fall des innernen Sammlers ein Fluid aufzunehmen, um den Tauscher mit einem relativ schwachen Druck zu extrahieren, und im Fall des äußeren Sammlers, um ein Fluid mit relativ höherem Druck des Fluids nahe dem Druck des Fluids, das die Einfassung an ihrem Eintritt in den Tauscher auffüllt, aufzunehmen. In Kombination mit dem zuvor gesagten oder nicht, sind sie vorzugsweise vorgesehen, um Fluids mit benachbarten Temperaturen aufzunehmen, wie es sich aus den Charakteristika der Wirksamkeit des Geräts herleitet.
• Gemäß den sekundären Charakteristika der Erfindung trägt insbesondere die erste Form der Ausführungsform Aufhängemittel, wobei
• - die erste Sammelleitung eine äußere Sammelleitung bildet, in der axial die zweite Sammelleitung montiert ist, die eine innere Sammelleitung bildet, und das erste Verbindungsgehäuse für das erste Fluid axial das zweite Verbindungsgehäuse für das zweite Fluid enthält, wobei die Aufhängung des Satzes durch die Rohrleitung des ersten äußeren Sammlers sichergestellt ist, die die Führung des ersten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe, die die Einfassung abschließt, sicherstellt und coaxial mit einer innernen Rohrleitung des zweiten Sammlers ist, die die Führung des zweiten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe sicherstellt.
• In dieser Ausführungsform ist das erste Fluid das Fluid mit relativ erhöhtem Druck und das zweite Fluid ist das Fluid mit relativ niedrigem Druck.
• - Die erste Sammelleitung bildet eine innere Sammelleitung, die axial in der zweiten Sammelleitung montiert ist, die eine äußere Sammelleitung bildet; und dadurch, daß das zweite Verbindungsgehäuse für das zweite Fluid axial das erste Verbindungsgehäuse für das erste Fluid enthält, ist die Aufhängung des Satzes durch eine dazwischenliegende äußere Rohrleitung sichergestellt, die die Führung des zweiten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe, die die Einfassung abschließt, sichergestellt und starr an einem Teil der oberen Kuppe befestigt ist, und der andere Teil der Rohrleitung des inneren Sammlers stellt die Führung des ersten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe sicher.
• Bei dieser Ausführungsvariante ist das erste Fluid das Fluid mit relativ schwachem Druck und das zweite Fluid ist das Fluid mit relativ erhöhtem Druck.
• Gemäß den sekundären Charakteristika trägt die Erfindung speziell in der zweiten bevorzugten Ausführungsform Aufhängemittel, wobei
• - die zweite Sammelleitung eine innere Sammelleitung bildet, die axial im Inneren der ersten Sammelleitung montiert ist, die eine äußere Sammelleitung für das erste Fluid bildet;
• - die Aufhängemittel mindestens zwei Verbindungsplatten in Form einer ungefähr halbkreisförmigen Scheibe umfassen, die jeweils starr über ihren gradlinigen Abschnitt auf einer ebenen Fläche befestigt sind, die ein Ende des halben Zylinders bildet, der das erste äußere Verbindungsgehäuse bildet;
• - die Aufhängemittel mindestens zwei Stützplatten in Form einer ungefähr halbkreisförmigen Scheibe umfassen, die mit ihrem kreisförmigen Abschnitt entsprechend auf der Innenfläche des Mantels angeschweißt sind, der die Einfassung des Satzes begrenzt, wobei die Stützplatten zur Aufnahme der Verbindungsplatten, die an dem ersten äußeren Verbindungsgehäuse befestigt sind, vorgesehen sind;
• - die Sammelleitungen jeweils eine Rohrleitung umfassen, die die Führung der Fluids sicherstellen, wenn sie sich auf dem Weg von einer oberen Kuppe bewegen, die die Einfassung begrenzt, wobei jede Rohrleitung mittels einer dazwischenliegenden Wellrohrfeder, die eine Ausgleichsrohrverbindung bildet, an einem Verbindungsgehäuse befestigt ist;
• - jede Verbindungsplatte ein längliches Loch umfaßt, das zur Befestigung mittels quer hindurchgeführter Befestigungsmittel auf der Stützplatte vorgesehen ist, auf der sie aufliegt, und die Einstellung der Ausrichtung des Satzes gestattet, wobei die Befestigungsmittel bevorzugt aus einer Schraubenbolzen/Mutter-Konstruktion gebildet sind, die durch das längliche Loch und ein in dieser Stützplatte ausgespartes rundes Loch hindurchgeht.
• Weitere Sekundärcharakteristika der Erfindung stimmen mit beiden Ausführungsformen der Aufhängemittel überein, wobei
• - die Sammelleitungen eine äußere Rohrleitung beziehungsweise eine innere Rohrleitung umfassen, die aus zylindrischen coaxialen Rohren bestehen und die Führung der Fluids auf ihrem Weg von einer oberen Kuppe, die die Einfassung abschließt, sicherstellen;
• - die äußere Sammelleitung eine äußere Nebenrohrabzweigung außen an der Einfassung auf der äußeren Rohrleitung umfaßt, und die innere Rohrleitung starr und abdichtend an einer Verschlußkappe, die die äußere Rohrleitung abschließt, durch die sie axial hindurchgeht, befestigt ist;
• - die Sammelleitungen vorgesehen sind, ein erstes Fluid mit relativ erhöhtem Druck zum Extrahieren des Austauschers aufzunehmen, das die Einfassung an ihrem Eintritt in den Tauscher wieder auffüllt, beziehungsweise ein zweites Fluid mit einem relativ niedrigen Druck aufzunehmen;
• - daß die Sammelleitungen vorgesehen sind, beim Wärmeaustausch ein erstes Fluid mit einer relativ niedrigen Temperatur beziehungsweise ein zweites Fluid mit einer relativ erhöhten Temperatur aufzunehmen.
• Wenn die allgemeine Verwendung von unterschiedlichen Materialien bei der Herstellung des Satzes und bei der Herstellung der Einfassung, die ihn umhüllt, bekannt ist, insbesondere ein rostfreier Stahl für die Wärmetauscherplatten und die Einfassung des Satzes und ein Chromstahl für die Einfassung, ist es vorteilhaft, die inneren und äußeren Rohrleitungen jeweils aus mindestens zwei Rohrstücken auszuführen, die gemäß der ersten Ausführungsform Endstück an Endstück aneinandergeschweißt sind, oder gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform über eine dazwischenliegende Ausgleichsfeder aneinandergeschweißt sind, wobei ein an die Einfassung grenzendes äußeres Stück aus dem gleichen Material wie diese gefertigt ist und ein an den Satz angrenzendes inneres Stück aus dem gleichen Material wie dieser gefertigt ist. Zudem ist das innere Stück der äußeren Rohrleitung aufzumindest einem Teil seiner Länge aus zwei halbzylindrischen Wänden zusammengesetzt ist, die bei der Herstellung des Tauschers nach Zusammenfügen der inneren Rohrleitung zusammen auf die gegenüberliegenden Mantellinien geschweißt werden.
• Gemäß den Ausführungsformen des Typs mit den Druckbedingungen bedecken von beiden Seiten die Wände jede der Sammelleitungen, was vorteilhafterweise zur mechanischen Realisierung der Aufhängung des Satzes durch die innere Sammelleitung führt, da die Wände relativ dick sind, während die Konstruktion der äußeren Sammelleitung relativ schwache Wände verwendet, die die Aufgabe des dichten Abschließens und keine der mechanischen Aufhängung hat.
• Ein unterer Teil des Tauschers an dem Ende, das dem darüberliegenden Aufbau der Aufhängung gegenüberliegt, können Sammelleitungen für die Zuführung und Extraktion der Fluids in beliebiger Weise, wie in klassischer Weise, ausgeführt werden. In den bevorzugten Ausführungsformen erkennt man so einen Ausgleich der Wärmeausdehnung bei einer Sammelleitung, die die Wege des Fluids zwischen den Platten in der Mitte des Satzes mit der Außenseite des Tauschers durch die Einfassung hindurch verbindet, und andererseits eine Direktzufuhr des Fluids mit relativ erhöhtem Druck in die Einfassung.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der erfindungsgemäße Tauscher außerdem Ausrichtungsvorrichtungen für den Wärmetauschersatz in Bezug auf einen zylindrischen Mantel, der die Einfassung nach Außen begrenzt, die außerdem so dimensioniert sind, daß sie den Satz vor einem Betrieb außerhalb der horizontalen Längsposition bewahren können.
• Die vorliegende Erfindung bietet erkennbare Vorteile bei der Herstellung der Plattenwärmetauscher und bei ihrer Funktionssicherheit.
• Tatsächlich gelingt so insbesondere in Bezug auf den Stand der Technik, die Verwendung der dicken Trägerbleche in den Flanken des Satzes zu beseitigen, die insbesondere im Fall des schroffen Temperaturwechsels eine Wärmebrücke zwischen kalten und warmen Teilen bilden; die gesamte Scherbeanspruchung in der Wand der Schweißverbindung zu beseitigen, die allgemein die Platen zwischen ihnen einbindet; die gesamte Spannung zu beseitigen, die mit dem Gewicht des Satzes in den heterogenen Schweißstellen der Verbindung Satz/Einfassung verknüpft ist, wo die Materialien im allgemeinen unterschiedlich sind; und nicht die Ausdehnung des Satzes infolge des Betriebs des Tauschers zu behindern.
• Es wird jetzt die Erfindung detaillierter beschrieben und es werden Geräte mit anderen Sekundärcharakteristika sowie diversen Vorteilen im Rahmen von speziellen Beispielen von Ausführungsformen dargestellt. Ohne in irgendeiner Weise eingrenzend wirken zu wollen, wird zur Verdeutlichung der Darstellung auf eine Anwendung der Erfindung Bezug genommen, wo der Plattenwärmetauscher verwendet wird, um den Wärmetausch zwischen der Beschickung und dem Ausfluß einer katalytischen Reformieranlage in einer Erdölraff inerieanlage sicherzustellen.
• Diese Beschreibung wird durch die Figuren 1 bis 4 in den angefügten Zeichnungen illustriert, in denen
• - die Figur 1 den Tauscher schematisch im Längsschnitt entlang der Durchmesserebene A-A der Figur 2 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt,
• - die Figur 2 einen schematischen Querschnitt des Tauschers gemäß dieser ersten Ausführungsform zeigt,
• - die Figur 3 schematisch einen anderen Längsschnitt entlang B-B der Figur 2 zeigt, wo lediglich ein oberer Teil des Tauschers gezeigt wird,
• - die Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Auf den Zeichnungen sind die gleichen Elemente zur Verdeutlichung durch die gleichen Bezugszahlen wiedergegeben.
• Gemäß den Figuren umfaßt der erfindungsgemäße Tauscher im wesentlichen einen Satz 1 von rechteckigen Wärmetauscherplatten 2 zwischen zwei Fluids, die den Satz in Längsrichtung passieren, und eine äußere, gegen den Druck der Fluids beständige Einfassung 3, die den Satz einschließt. Für den in dem speziellen betrachteten Fall angestrebten Zweck ist der Tauscher für den Betrieb in Längsrichtung vertikal vorgesehen, die Eintritte und Austritte der Fluids befinden sich an zwei Enden, die sich im Tauscher in Längsrichtung gegenüberliegen, am Kopf und am Boden der äußeren Einfassung. Allerdings ist vorgesehen, daß die Vorrichtung leicht in die Horizontalstellung transportiert werden kann.
• Zwei Fluids zirkulieren im Gegenstrom von beiden Seiten in dem Satz 1 in den Wegen, die zwischen zwei benachbarten Platten ausgespart sind, derart, daß sie sich durch eine Platte hindurch, die sie trennt, in einer Wärmetauschsituation befinden. Ein erstes der Fluids ist die Beschickung (Charge), die aus Naphtha und Wasserstoff besteht, und gibt das relativ kalte Fluid wieder, das durch den Ausfluß in dem Tauscher vorgeheizt werden muß. Das zweite wird durch den relativ heißen Ausfluß gebildet. Er befindet sich auf einem anderen Weg als die Naphthabeschickung, die im Wärmetauscher unter einem höheren Druck als der Ausfluß emporkommt, deshalb dringt er am unteren Teil des Tauschers direkt in Einfassung 3 ein, die er, bevor er durch den Satz hindurchgeht, wieder auffüllt.
• Die Einfassung oder das Gehäuse 3 ist im wesentlichen durch einen zylindrischen Mantel 10, der über seine gesamte Länge den Satz 1 umhüllt, und durch zwei halbkugelige Kuppen 4 und 5, die den oberen und unteren Teil des Wärmetauschermantels abschließen, begrenzt. Unter Berücksichtigung der individuellen Abmessungen der Platten 2 und ihrer Anzahl ist der Parallelepipedsatz 1 axial in der Einfassung 3 enthalten. Die Sammelleitungen zur Zufuhr und zur Extraktion führen die beiden Fluids zwischen den Satz und die Außenseite der Einfassung, queren der Einfassung 3, wie er nachfolgend beschrieben ist. Die Figuren zeigen außerdem einen Stutzen 8, der die untere Kuppe 5 umfaßt, um ein Rückführungsgas in die Einfassung einzubringen, und ein Arbeitsloch (Mannloch) 9, das durch eine Platte 40 verschlossen ist, das zum Eindringen in die Fassung zur Montage der inneren Elemente des Tauschers und seiner Wartung dient.
• Die eigentliche Ausführungsform des Wärmetauschers entspricht der, die in FR-A-2 638 226 beschrieben ist, in der insbesondere auf die Ausführung der Platten 2 sowie die Öffnungen für die Eintritte und Austritte der Fluids auf der Höhe der Satzenden Bezug genommen wird. Die Platten 2 erscheinen mit ihrem Abschnitt in Figur 2 in einem Maßstab, der nicht gestattet, zu sehen, wie sie gegenseitig durch Wellenform aufeinanderliegen, die gleichläufig ist, um die Wege zwischen den Platten auszusparen, die die Fluids zu den Eintrittssammlern oder den Austrittssammlern des Satzes führen. Diese Platten werden mit ihren Wellenformen durch Bildung durch Ausdehnung der Feinbleche aus nicht oxidierendem Metall hergestellt. Sie werden mit dazwischengesetzten Metallzapfen, die anstelle der Streben an ihre Kanten geschweißt sind, miteinander aufgestapelt, um den Satz zu bilden, wobei die Metallzapfen die Wege zwischen Platten auf beiden sich gegenüberliegenden Längsseiten 12 und 13 des Satzes 1 abschließen.
• Auf den beiden anderen Längsseiten ist der Satz von zwei dicken Blechen 6 und 7, üblicherweise aus rostfreiem Stahl, derart eingeschlossen, um ein Gestell für den mechanischen Erhalt des Stapel aus den Platten zu bilden. Die Feinbleche, die die Platten 2 bilden, haben im Fall dieses Beispiels eine Dicke in der Größenordnung von 1 mm. Die dicken Bleche 6 und 7 haben eine Dicke von 3 bis 5 mm, obgleich im Stand der Technik aufgrund der Tatsache, daß die Platten alle mechanischen Belastungen und die Stütze des vertikalen Aufbaus des Satzes in dem Mantel 10 des Gehäuses aushalten mußten, eine Dicke von 10 mm notwendig war.
• Erfindungsgemäß umfaßt der beschriebene Tauscher kein wirklich analoges Trägerstück, das ausreichend beständig ist und gleichzeitig an die Bleche 6 und 7 an den Mantel 10 geschweißt ist, um sie zu verbinden und eine starre, den Betriebsbedingungen gegenüber stabile Struktur zu bilden. Andererseits findet man anstelle der Streben solche wie die, die durch 18 und 19 wiedergegeben und beispielsweise in Form eines durchbrochenen Gitters oder in Sternform ausgeführt sind, die zum Halten des Satzes 1 in dem Mantel 10 des Gehäuses dienen, nicht, wenn er sich in vertikaler Stellung und im Betrieb befindet, sondern nur, wenn er sich zum Transport des gesamten Tauschers in horizontaler Stellung befindet. Während des Betriebs haben die Streben einfach die Aufgabe der Ausrichtung und halten den Satz auf der Achse der Einfassung 3.
• Wenn man es weiter betrachtet, wird der Satz am Kopf des Tauschers durch die Sammelleitungen der Fluids in der Einfassung aufgehängt gehalten. Der Aufbau des Tauschers wird von einem nicht dargestellten Sockel gehalten, auf dem die Einfassung 3 durch die Träger 16 und 17 ruht, die auf Höhe der runden Schweißverbindung an die Einfassung geschweißt sind, die die untere Kuppe 5 und den Mantel 10 in abdichtender Weise verbindet.
• Gemäß der ersten Ausführungsform, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, dringt die Beschickung, die aus Fluid mit hohem Druck besteht, am Boden des Tauschers durch einen Stutzen 11 direkt in Einfassung 3 ein. Sie füllt die Einfassung und wird durch den Weg zwischen den Platten am unteren Teil des Satzes wieder aufgenommen. Am oberen Teil des Satzes tritt sie in einen ersten Sammler ein, der ein erstes Verbindungsgehäuse 21 in Form eines ringförmigen halben Zylinders umfaßt, das mit einer äußeren Rohrleitung verbunden ist, die durch die obere Gehäusekuppe 4 in abdichtender Weise axial hindurchgeht und am Außenteil des Tauschers durch eine schräg ausgerichtete Nebenrohrabzweigung 14 herauskommt, die am Ende mit einer geeigneten Klammer ausgestattet ist, um sie mit dem Leitungssystem zu verbinden, was keinen weiteren Teil des Tauschers bildet. Die Rohrleitung 22, die Abzweigung 14 und das Gehäuse 21 bilden zusammen das, was hier als eine äußere Speisesammelleitung des Tauschers für die Naphthabeschickung angesehen wird.
• Der Ausfluß, der aus Fluid mit relativ niedrigem Druck besteht, dringt in die Wege zwischen den Platten am oberen Ende des Satzes ein. Er tritt am unteren Ende durch ein halbzylindrisches Verbindungsgehäuse 24 durch eine axiale Rohrleitung 35 aus, die eine Sammelleitung zur Extraktion des Ausflusses auf seinem Weg von der unteren Gehäusekuppe 5 vervollständigt. Ein zweites analoges oberes Verbindungsgehäuse 23 ist auf den Satz an seinem oberen Ende angeschweißt, um die Speisung des Satzes mit Ausfluß mittels einer innernen axialen Rohrleitung 26 sicherzustellen, die den Ausfluß auf dem Weg von der oberen Kuppe 4 führt und eine innere Sammelleitung bildet.
• Wie auf der Figur 1 zu sehen ist, ist die Rohrleitung 35 der Sammelleitung zur Extraktion des Ausflusses, die am unteren Teil des Tauschers angeordnet ist, durch eine Ausgleichsvorrichtung der Wärmeausdehnung unterbrochen, die hier durch eine Wellrohrfeder 25 gebildet ist. In diesem speziellen Teil ist sie analog zu den klassischen Plattenwärmetauschern, wo der Satz selbst quer aufgehängt sind, ohne daß die Solleigenschaften der Feder anders berechnet sind.
• Im Gegensatz dazu ist die Ausführungsform im oberen Teil des Tauschers gänzlich unterschiedlich, wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist. Die innere Sammelleitung des Ausflusses umfaßt ein zweites oberes Gehäuse 23, und die innere Rohrleitung 26 ist axial im Inneren der äußeren Sammelleitung zur Versorgung mit Beschickung auf der Höhe des ersten oberen Verbindungsgehäuses 21 und der äußeren axialen Rohrleitung 22 angeordnet. Sie besteht zudem aus einem starren Aufbau zur Aufhängung des Satzes 1 an der Einfassung 3 an seinem oberen Ende, wobei die Sammelleitung des Ausflusses, oder die innere Leitung, starr mit der Sammelleitung der Beschickung, oder äußeren Leitung, verbunden ist, die selbst starr mit der Einfassung verbunden ist. Die starren Verbindungen, um die es sich handelt, sind in der Praxis durch die Schweißstellen ausgeführt, die gleichzeitig die Fluiddichtheit sicherstellen.
• Die Verbindungsgehäuse und die Rohrstücke der äußeren Rohrleitung 22 und der inneren Rohrleitung 26, die sich im Inneren der Einfassung 3 unter der oberen Kuppe 4 befinden, sind vorteilhaft aus rostfreiem Stahl wie die Elemente des Satzes selbst ausgeführt. Die Einfassung ihrer Seitenwände kann relativ schwach sein, beispielsweise 25 mm für den inneren Sammler und 4 bis 6 mm für den äußeren Sammler. Die Rohrleitungen umfassen überdies die äußeren Rohrstücke 27 und 28, die entsprechend Endstück an Endstück an entsprechende innere Rohrstücke angeschweißt sind, die sich innen in der Einfassung 3 befinden. Auf der Höhe dieser Rohrstücke 27 und 28 queren sie mit abdichtender Schweißverbindung die Kuppe 4. Die Seitenwände sind dicker und sie sind beispielsweise aus Chromstahl ausgeführt, wie die Seitenwände der Einfassung. Das Rohrstück 28 des inneren Sammlers durchquert eine Verschlußkappe 29, die den äußeren Sammler an der Rohrabzweigung 14 abschließt und am Außenende mit einer Flanschkupplung 31 endet.
• Das Konzept des erfindungsgemäßen Tauschers beinhaltet einen Aufbau zur starren und mechanisch widerstandsfähigen Aufhängung, der so durchgeführt ist, daß im Gegensatz zum Stand der Technik während des Betriebs die von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und den Drücken der zirkulierenden Fluids resultierenden Beanspruchungen mehr auf Zug und Druck als auf Biegung beruhen. In dieser Ausführungsform finden sich zusätzlich die Vorteile einer Verringerung der Anzahl der Ausgleichsfedern und einer Vereinfachung der Herstellung mit Materialersparnis und Arbeitslohnersparnis, die sich daraus ableitet.
• Gemäß einer Variante dieser ersten Ausführungsform ist in der Praxis der innere Sammler mit seinem Verbindungsgehäuse verbunden, was mechanisch den Halt des Satzes an der Verschlußkappe 29 sicherstellt, die den äußeren Sammler abschließt. Obgleich dies nicht auf den Figuren zu sehen ist, haben die Seitenwände des Rohrstücks des unteren äußeren Sammlers an der Einfassung in diesem Fall eine deutlich geringere Dicke als die der Seitenwände des inneren Sammlers.
• Um die Montage der Elemente des Tauschers während seiner Herstellung und insbesondere die Schweißverbindung der Sammelleitungen am oberen Ende des Satzes durch Zugriff durch das Mannloch 9 der Einfassung 3 zu erleichtern, ist das innere Rohrstück der Rohrleitung 22 an einem Teil seiner Länge zwischen den Querlinien 32 und 33 durch zwei halbzylindrische Verbindungsstücke gebildet, die an Ort und Stelle geschweißt werden, um die entsprechende Leitung abzuschließen. Der Schweißbereich zwischen zwei Rohrstücken aus unterschiedlichen Metallmaterialien auf den Rohrleitungen der inneren und äußeren Sammelleitungen kann in jeder speziellen Anwendung gemäß den vorgesehenen Betriebsbedingungen genau an ihrer berechnete Lage festgestellt werden. In allen Fällen wird bemerkt, daß die Temperaturunterschiede, denen die Seitenwände der Leitungen ausgesetzt sind, niedriger sind als bei den Aufbauten des Standes der Technik. Tatsächlich wird der ringförmige Zwischenraum zwischen der inneren Rohrleitung 26 und der äußeren Rohrleitung 22 von der bereits vorgewärmten Beschickung eingenommen, zwischen dem heißen Ausfluß, der in den Tauscher eindringt, und der relativ kalten Beschickung, die die Einfassung auffüllt. Die von der Wärmeausdehnung auf Höhe der Sammelleitungen resultierenden Beanspruchungen sind daher abgeschwächt.
• Schließlich und üblicherweise sind die Sammelleitungen, die hier durch den Begriff der Rohrleitung bezeichnet werden, im wesentlichen in Form von cylindrischen Rohren gefertigt, insbesondere auf der Höhe des Weges von der Einfassung 3, auf der sie in abdichtender Weise angeschweißt sind.
• Wir beschreiben nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die durch die Figur 4 illustriert ist:
• Bei den den Tauscher bildenden Elementen, die in dieser bevorzugten Ausführungsform wiedergegeben sind und mit der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, wird auf die Beschreibung der letzteren Bezug genommen.
• Die in der Figur 4 wiedergegebenen Aufhängemittel umfassen auf den beiden ebenen Seiten 15 und 20, die jeweils ein Ende des Halbzylinders bilden, der das erste äußere Verbindungsgehäuse 21 bildet, eine Verbindungsplatte 30, die ungefähr die Form einer halben Scheibe hat, um sich an die Krümmung des Mantels 10 anzupassen.
• Diese beiden Verbindungsplatten 30 sind über ihren rechteckigen Abschnitt und den Abschnitt der Verstärkungswinkel 34 auf die ebenen Seiten 15 und 20 geschweißt. Die Verbindungsplatten sind zur Auflage auf den ähnlich geformten Trägerplatten 36 vorgesehen, die selbst über ihren kreisförmigen Abschnitt beziehungsweise den Abschnitt ihrer Verstärkungswinkel 37 auf die Innenseite des Mantels 10 geschweißt sind.
• Die Befestigung der Verbindungsplatten 30 an den Stützplatten 36 wird mittels einer oder mehrerer Kombinationen von Schraubenbolzen/Mutter 41 bewirkt, die letztere durchdringen. Vorteilhaft kann zur Erleichterung der Ausrichtung des Satzes vorgesehen sein, daß der Durchgang der Befestigungsmittel durch die Verbindungsplatten 30 durch ein längliches Loch 42 geführt wird, das die Einstellung der Position auf der Trägerplatte 36 gestattet. Die länglichen Löcher 42 der beiden Verbindungsplatten 30 können jeweils in zueinander lotrechten Richtungen sein, um eine Einstellung in beiden Richtungen zu gestatten.
• Es wird auch Nutzen aus der Dicke der Bleche gezogen, die das äußere Verbindungsgehäuse 21 bilden, und des ebenen Charakters seiner beiden Außenseiten, um die Aufhängung des Satzes 1 sicherzustellen, ohne auf eine Erhöhung um die Dicke der den Satz einfassenden Bleche zurückzugreifen, um die Beanspruchung der Halterung aufzunehmen.
• Dies vermeidet in jeder Weise das Auftreten von Kräften, die die Neigung haben, die Trennung des Satzes unter Einwirkung der Aufhängekraft hervorzurufen, wie im Stand der Technik über die den Satz einschließenden Bleche berichtet wurde.
• In der durch die Figur 4 wiedergegebenen Ausführungsform sind die Rohrleitungen 22 beziehungsweise 26, die die Führung des ersten Fluids von dem äußeren Verbindungsgehäuse 21 zu der Außenseite der Einfassung 3 und des zweiten Fluids von der Außenseite der Einfassung 3 zu dem inneren Verbindungsgehäuse 23 sicherstellen, nicht mehr coaxial.
• Tatsächlich wird die Notwendigkeit der Ausrichtung, die besteht, um die Aufhängekräfte in der ersten Ausführungsform auf die innere oder äußere Rohrleitung zu übertragen, von nun an nicht mehr verspürt. Dennoch kann man geschickt eine Ausführungsform mit coaxialen Rohrleitungen für diese zweite Ausführungsform bewahren.
• Die Rohrstücke der Rohrleitungen 22 und 26, die sich im Inneren der Einfassung 3 unter der oberen Kuppe 4 befinden und die mit Verbindungsgehäusen 21 beziehungsweise 23 verbunden sind, sind entsprechend mit den Rohrabschnitten 27 und 28 verbunden, wobei diese außen auf der Höhe, wo eine Durchquerung der Kuppe 4 bewirkt wird, durch die Wellrohrfedern 38 und 39 einen Ausgleich der Wärmeausdehnung bilden.
• Die Rohrabschnitte 27 und 28 enden jeweils mit einer Flanschkupplung 31.
• Der untere Teil des Tauschers ist gegenüber der ersten Ausführungsform nicht verändert worden.
• Die Zirkulation der beiden Wärmetauscherfluids im Gegenstrom ist durch die Pfeile in Figur 4 symbolisiert worden, wobei das erste Fluid durch Stutzen 11 am unteren Teil des Tauschers eintritt und ihn am oberen Teil über Rohrleitung 22 wieder verläßt, und das zweite Fluid in den Tauscher über Rohrleitung 26 eintritt und diesen über Rohrleitung 35 wieder verläßt.
• Wie zuvor wird der Tauscher von einem Sockel gehalten, auf dem die Einfassung auf nicht dargestellten Trägern ruht, und der Satz wird, wenn der Tauscher sich zum Transport in horizontaler Lage befindet, durch nicht wiedergegebene Streben gehalten.
• Welcher Art die Ausführungsform ist, die Bemühungen zum Halten des Satzes 1 setzen an der Einfassung 3 über zwischenliegende Verbindungsgehäuse an, die vorzugsweise mit ihren Abschnitten, die die Längsseiten des Halbzylinders bilden, auf die Abschnitte der Platten 2 geschweißt sind, die den Satz 1 bilden.
• Um ein besseres Verhalten des Satzes sicherzustellen, ist vorgesehen, das jede Platte 2 individuell mit den Längskanten des inneren Verbindungsgehäuses 23 verbunden sein kann, die senkrecht zu der Ebene stehen, in der der Stapel ausgeführt ist.
• Wie die beiden Verbindungsgehäuse 21 und 23 starr miteinander über ihre Enden in Längsrichtung verbunden sind, sei es durch die Tatsache, daß sie die planen Seiten an beiden Verbindungsgehäusen 21 und 23 gemeinsam haben, oder daß sie passend füreinander sind, daß sie miteinander verschweißt sind, die Aufhängebelastung werden durch die beiden Sammler aufgenommen, um sie dann gemäß der Ausführungsform zu übertragen, sei es auf mindestens eine Sammelleitung, sei es auf die Verbindungsplatten.

Claims (18)

1. Plattenwärmetauscher, der einen Satz (1) von Wärmetauscherplatten (2) zwischen Fluids, die zwischen ihnen zirkulieren, welcher im Inneren einer druckbeständigen Einfassung (3) angeordnet ist, und Aufhängemittel des Satzes (1) an dieser Einfassung (3) mindestens auf der Höhe eines ersten Sammelleitung umfaßt, die ein erstes Verbindungsgehäuse (21;23) am oberen Ende des Satzes (1) umfaßt und das erste der Fluids zwischen dieses Ende und die Außenseite der Einfassung (3) führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängemittel mindestens zwei ungefähr halbkreisförmigen Stützplatten (36) umfassen, die jeweils mit ihrem kreisförmigen Abschnitt auf die Innenseite eines Mantels (10) geschweißt sind, der die Einfassung (3) um den Satz (1) begrenzt, und zur Aufnahme von jeweils mindestens einer ersten starren Verbindungsplatte (30) des ersten Verbinungsgehäuses (21) mit dem Mantel (10) vorgesehen ist, wobei die erste Sammelleitung eine äußere Sammelleitung bildet.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sammelleitung ein Leitungsrohr (22; 26) umfaßt, das die Aufhängemittel bildet dadurch, daß es sich in starrer Verbindung mit dem ersten Verbindungsgehäuse (21;23) befindet, um diese so an eine obenliegende Kuppe (4) zu hängen, die die Einfassung (3) abschließt.

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine zweite Sammelleitung umfaßt, die ein zweites Verbindungsgehäuse (23;21) am oberen Ende des Satzes (1) umfaßt und ein zweites der Fluids zwischen das Ende und die Außenseite der Einfassung (3) leitet.

4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsgehäuse (21,23) am oberen Ende des Satzes (1) in Form von genau halbzylindrischen Gehäusen gefertigt sind, die axial eine in der anderen montiert sind.

5. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sammelleitung eine äußere Sammelleitung bildet, in welcher axial die zweite Sammelleitung montiert ist, die eine innere Sammelleitung bildet, und daß das erste Verbindungsgehäuse (21) für das erste Fluid axial das zweite Verbindungsgehäuse (23) für das zweite Fluid enthält, wobei die Aufhängung des Satzes durch das Leitungsrohr (22) des ersten äußeren Sammlers sichergestellt ist, der die Führung des ersten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe (4) sicherstellt, die die Einfassung (3) abschließt, und coaxial mit einem inneren Leitungsrohr (26) des zweiten Sammlers ist, der die Führung des zweiten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe (4) sicherstellt.

6. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sammelleitung eine innere Sammelleitung bildet, die axial in der zweiten Sammelleitung montiert ist, und daß das zweite Verbindungsgehäuse (21) für das zweite Fluid axial das erste Verbindungsgehäuse (23) für das erste Fluid enthält, die Aufhängung der Einfassung durch eine dazwischenliegende äußere Rohrleitung (22) sichergestellt ist, die die Führung des zweiten Fluids auf seinem Weg durch die obere Kuppe (4) sicherstellt, die die Einfassung (3) abschließt, und starr an einem Teil der oberen Kuppe (4) befestigt ist, und der andere Teil der Rohrleitung (26) des inneren Sammlers (22,26) die Führung des ersten Fluids auf seinem Weg von der oberen Kuppe (4) sicherstellt.

7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sammelleitung eine innere Sammelleitung (23,26) bildet, die axial im Inneren der ersten Sammelleitung montiert ist, die eine äußere Sammelleitung (21,26) für das erste Fluid bildet.

8. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängemittel mindestens zwei starre Verbindungsplatten (30) in Form einer ungefähr halbkreisförmigen Scheibe umfassen, die jeweils starr über ihren gradlinigen Abschnitt auf einer ebenen Fläche (15;20) befestigt sind, die ein Ende des halben Zylinders bildet, der das erste äußere Verbindungsgehäuse (21) bildet.

9. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängemittel mindestens zwei Stützplatten (36) in Form einer ungefähr halbkreisförmigen Scheibe umfassen, die mit ihrem kreisförmigen Abschnitt entsprechend auf der Innenfläche des Mantels (10) angeschweißt sind, der die Einfassung (3) des Satzes (1) begrenzt, wobei die Stützplatten (36) zur Aufnahme der Verbindungsplatten (30), die an dem ersten äußeren Verbindungsgehäuse (21) befestigt sind, vorgesehen sind.

10. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 7, 8, 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen jeweils eine Rohrleitung (22;26) umfassen, die die Führung der Fluids sicherstellen, wenn sie sich auf dem Weg von einer oberen Kuppe (4) bewegen, die die Einfassung (3) begrenzt, wobei jede Rohrleitung (22;26) mittels einer dazwischenliegenden Wellrohrfeder (38;39), die eine Ausgleichsrohrverbindung bildet, an einem Verbindungsgehäuse (21;23) befestigt ist.

11. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbindungsplatte (30) ein längliches Loch (42) umfaßt, das zur Befestigung mittels quer hindurchgeführter Befestigungsmittel (41) auf der Stützplatte (36) vorgesehen ist, auf der sie aufliegt, und die Einstellung der Ausrichtung des Satzes (1) gestattet, wobei die Befestigungsmittel (41) bevorzugt aus einer Schraubenbolzen/Mutter- Konstruktion gebildet sind, die durch das längliche Loch (42) und ein in dieser Stützplatte (36) ausgespartes rundes Loch hindurchgeht.

12. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen eine äußere Rohrleitung (22) beziehungsweise eine innere Rohrleitung (26) umfassen, die aus zylindrischen coaxialen Rohren bestehen und die Führung der Fluids auf ihrem Weg von einer obenliegenden Kuppe (4), die die Einfassung (3) abschließt, sicherstellen.

13. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Sammelleitung (21,22) eine äußere Nebenrohrabzweigung (14) außen an der Einfassung (3) auf der äußeren Rohrleitung (22) umfaßt, und daß die innere Rohrleitung (26) starr und abdichtend an einer Verschlußkappe (29), die die äußere Rohrleitung (22) abschließt, durch die sie axial hindurchgeht, befestigt ist.

14. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (22;26) jeweils aus mindestens zwei Rohrstücken bestehen, die Endstück an Endstück aneinandergeschweißt sind, wobei ein Stück innen in der Einfassung aus dem gleichen Material wie der Satz (1) gefertigt ist und ein äußeres Stück (27;28), das durch die Einfassung (3) hindurchgeht, aus dem gleichen Material wie diese gefertigt ist.

15. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohrstück der äußeren Rohrleitung (22) zu mindestens einem Teil seiner Länge aus zwei halbzylindrischen Wänden zusammengesetzt ist, die zusammen auf die gegenüberliegenden Mantellinien geschweißt sind.

16. Tauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (21,22; 23,26) vorgesehen sind, ein erstes Fluid mit relativ erhöhtem Druck zum Extrahieren des Austauschers aufzunehmen, das die Einfassung (3) an ihrem Eintritt (11) in den Tauscher wieder auffüllt, beziehungsweise ein zweites Fluid mit einem relativ niedrigen Druck aufzunehmen.

17. Tauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (21,22; 23,26) vorgesehen sind, beim Wärmeaustausch ein erstes Fluid mit einer relativ niedrigen Temperatur beziehungsweise ein zweites Fluid mit einer relativ erhöhten Temperatur aufzunehmen.

18. Tauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er Ausrichtungsvorrichtungen (18,19) für den Wärmetauschersatz (1) in Bezug auf einen zylindrischen Mantel (10), der die äußere Einfassung (3) begrenzt, umfaßt, die außerdem so dimensioniert sind, daß sie den Satz (1) vor einem Betrieb außerhalb der horizontalen Längsposition bewahren können.