用于盘管式热交换器的用于从壳侧上传输的两相介质的液相分离气相的分离装置的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1所述的螺旋盘管式热交换器。

背景技术

这种螺旋盘管式热交换器例如被用在酸性气体去除的物理洗涤器(例如rectisol工艺)、乙烯设备或用于制造液化天然气的设备(lng)中。

在这种热交换器的典型应用中，以两相状态引入罩壳空间的介质通常有必要分离成液相和气相，以将两相单独地施加给热交换器的管束并在罩壳空间横截面上分别尽可能均匀地分配，以使得第一介质的两相与引导在管束中的第二介质间接地换热。

具有用于从液相分离气相的液体分配器或分离装置的螺旋盘管式热交换器例如从de102012000146a1、ep2818821a1、de102011017030a1、de102010055452a1和de102004040974a1知晓。

对此，在de102012000146a1中，从液相分离气相通过下述方式得以辅助：两相流被施加给形状对应地设置的冲击板。在ep2818821中，两相流通过热交换器的芯管被引导到预分配器容器中并在预分配器容器中被稳定化和去除气体。在de102011017030a1中，从液相分离气相通过下述方式实现：首先，两相流被引入环状通道内，其次，借助于与芯管流动连接以对液体去除气体的分配器臂来实现。此外，de102010055452a1的技术教导涉及一种用于向下倾斜的液体通道的输入开口的流动引导装置，所述流动引导装置允许气相在液体通道中上升。最后，de102004040974a1提供将冲击板用于对两相流去除气体。

技术实现要素：

将这作为出发点，本发明所基于的目的是：提供具有分离装置的螺旋盘管式热交换器，所述分离装置允许以简单的方式改进气相从液相的分离。

该目的通过具有权利要求1的特征的热交换器来实现。本发明的更多的构造具体限定在从属权利要求中并在下文中予以描述。

根据权利要求1，用于两相的第一介质与第二介质之间的间接换热的螺旋盘管式热交换器被提供，该热交换器具有：罩壳，所述罩壳围出罩壳空间并沿着纵向轴线延伸；入口，其用于允许两相的第一介质进入罩壳空间；管束，其布置在罩壳空间内并具有用于接收第二介质的多个管，所述管绕着纵向轴线螺旋地盘绕；和，用于从两相的第一介质的液相分离气相的分离装置；分离装置具有盘，所述盘布置在管束上方并用于收集液相，其中，盘具有多个气道以用于分离两相，相应的气道从盘的背向管束的一侧突出并被顶棚遮挡并且通向盘中的通道开口；此外，在相应的顶棚与相应的气道的上端之间设置有输入开口，气相可以经由所述输入开口流入相应的气道，由此，尤其液相可以流动离开相应的顶棚并绕过相应的输入开口流动至盘上，并由此气相能够经由位于相应的顶棚下方的输入开口被引导到关联的气道中并从所述关联的气道经由关联的通道开口穿过盘地被引导向管束。

由于液相被施加给盘，因而使得液相具有这样的停留时间：该停留时间足够长并由此允许气相离开两相混合物。此外，气相在流动路径上通过相应的气道的偏转使得液滴从气相的进一步分离变为可能，这进一步提高了分离效果。此外，有利地可能的是，将气道设计成使得：即使在高液体负载的情况下，液体也不会经由输入开口流入气道，并且此外还确保了两相的可靠分离。

此外，还可能在管侧上提供多个互相不同的流或介质，尤其两个或三个不同的流，这些流与壳侧的第一介质或第一流间接地换热。为此，管束中的管可以分成对应数量的管组，以使得每个管侧(第二)介质关联有一个管组。

根据本发明的一个实施例，分离装置也可以同时承担实际液体分配器的功能。在这种情况下，可以例如设置成：盘具有多个开口，已经收集在盘上的液相通过所述开口可以直接地、也即没有经过另外的流动引导构件地落在管束上。

为了分配液相，根据一替代实施例可能的是，一单独的液体分配器被设置，所述液体分配器与盘流动连接，以使得盘上已经收集的液相可以进入分配器。分配器构造成将液相分配在管束上。例如，可能的是，液相通过罩壳上的环绕的间隙或者通过管被引导到环状通道内，所述环状通道位于环绕的间隙下方并具有分配器臂。替代地，液相可以通过中央开口被引入芯管中并随后被引导至呈压力分配器形式的分配器中。这种液体分配器具体被描述在例如de102004040974a1中。其它分配器同样是可想到的。

根据本发明的一优选实施例，设置成：相应的气道通过环绕的圆柱壁形成，所述环绕的圆柱壁从限界相应的通道开口的边缘区域突出，由此盘的相应的通道开口形成相应的气道的输出开口，所述输出开口沿向下方向面向管束。

根据本发明的一优选实施例，设置成：管束的管绕着热交换器的芯管盘绕或在所述芯管上盘绕，所述芯管在罩壳空间中沿着罩壳的纵向轴线延伸并优选地关于所述纵向轴线同轴地布置，其中，芯管优选地承受管的载荷。管束中的各管优选地以多个管层盘绕在芯管上，其中，各管层通过间隔件彼此支承。

根据本发明的一优选实施例，此外还设置成：相应的气道的顶棚具有环绕的边缘区域，所述边缘区域具有指向下的底部边缘，所述底部边缘在相应的气道的环绕的且向上指向的端侧的高度处或该端侧下方延伸，所述端侧限界相应的气道的输入开口。

根据本发明的一优选实施例，此外还设置成：气道中的每个沿着相应的轴线延伸，所述轴线垂直于盘并尤其平行于热交换器的罩壳的纵向轴线或圆柱轴线地延伸，所述纵向轴线或所述圆柱轴线优选地平行于竖直方向地延伸。

根据本发明的一优选实施例，此外还设置成：相应的气道的顶棚以所述环绕的边缘区域垂直于相应的气道的轴线地突出于关联的气道之外。相应的顶棚的采用这种方式垂直于相应的气道的轴线地突出于相应的气道或所述圆柱壁之外的环绕的部分或边缘区域在此也被称作相应的顶棚的突出部分。

根据本发明的一尤为优选的实施例，设置成：在至少一个或多个或全部气道中(相应的气道在下文中被称作外气道)分别布置有一个内气道，所述内气道延伸穿过相应的外气道的顶棚并且以上部分从相应的外气道的顶棚突出，其中，相应的内气道的上部分具有输入开口，所述输入开口继而被相应的内气道的顶棚遮挡，以使得液相可以流动离开相应的内气道的顶棚并绕过内气道的相应的输入开口地流动至关联的外气道的顶棚上并且从所述顶棚流动至分离装置的盘上，并且以使得气相附加地能够通过相应的内气道的位于相应的内气道的顶棚下方的输入开口被引导至相应的内气道中并从内气道被引导向管束。

而且，对于内气道，进而优选地设置成：相应的内气道的顶棚具有环绕的边缘区域，所述环绕的边缘区域具有指向下的底部边缘，所述底部边缘在相应的内气道的上部分的环绕的且指向上的端侧的高度处或该端侧下方延伸，所述端侧限界相应的内气道的输入开口。

由于内气道，分离装置能够以尤为节约结构空间的方式构造。采用这种方式，分离装置还可以布置在罩壳的或罩壳空间的部分中，在所述部分中罩壳的周长或直径朝向顶部连续地减小，由此包围分离装置的对应的罩壳部可以呈例如截头圆锥罩壳的形式。由此，根据本发明的一实施例罩壳具有一罩壳部，所述罩壳部在垂直于罩壳的纵向轴线的横截面上环绕分离装置的至少一部分、尤其是气道的至少一部分并且所述罩壳部沿着纵向轴线的方向朝向顶部窄缩并尤其呈截头圆锥罩壳的形式。

此外，根据本发明的一优选实施例，设置成：相应的内气道分别沿着关联的外气道的轴线延伸，相应的内气道至少部分地布置在关联的外气道中。

此外，对于相应的内气道的顶棚，设置成：所述顶棚以环绕的边缘区域垂直于相应的内气道的轴线地突出于相应的内气道之外，由此进而在顶棚下方形成顶棚的位于内气道之外的环绕的突出部分。

根据本发明的一个实施例，优选地设置成：相应的内气道分别与包围内气道的关联的外气道同轴地布置。

根据本发明的一替代实施例，设置成：气道形成一组第一气道和一组第二气道，其中，第二气道在它们的相应的轴线上在盘上方具有比第一气道高的高度。

对此，根据本发明的一个实施例，设置成：第二气道与相邻的第一气道的顶棚在垂直于第二气道的轴线的方向上的间距小于相邻的第一气道的顶棚的突出距离。

根据另一实施例，设置成：第一气道和第二气道沿着盘交替地布置，以使得优选地第二气道布置在每两个相邻的第一气道之间或者使得第一气道布置在每两个相邻的第二气道之间。

由于第一气道和第二气道具有不同高度并由于第一气道和第二气道的交替布置，因而增加了每单位面积的气道的数量，这进而提高了两相的分离性。

此外，本发明的目的通过一种通过利用根据本发明的螺旋盘管式热交换器来从两相的第一介质的液相分离气相并在第一介质与第二介质之间换热的方法来实现，其中，具有液体和气相的第一介质通过入口被供入罩壳空间中，在供入过程中撞击在顶棚上的液相绕过相应的输入开口地流动到盘上，其中，液相被收集在盘上并随后被分配在管束上，其中，气相通过位于相应的顶棚下方的输入开口被引入关联的气道(尤其是内气道、外气道、第一气道或第二气道)内并从关联的气道经由关联的通道开口穿过盘地被引导向管束。

根据根据本发明的方法的一个实施例，设置成：气道被设计成即使在高液体负载的情况下，液体也不会经由输入开口流入气道中。

附图说明

本发明的更多细节和优点将借助于示例性实施例的基于附图的下述对附图的描述予以解释。

在图中：

图1示出从要分配于管束上的两相的介质的气相分离液相的示意图；

图2示出根据本发明的螺旋盘管式热交换器的一实施例的示意性剖视图；

图3示出根据本发明的螺旋盘管式热交换器的另一实施例的示意性剖视图；

图4根据本发明的螺旋盘管式热交换器的又一实施例的示意性剖视图；并且

图5示例性地示出液体分配器，所述液体分配器可以用于分配通过根据本发明的分离装置分离出的液相。

具体实施方式

图1以示意性剖视图示出两相的第一介质m在螺旋盘管式热交换器1中的分配的基本任务。为此，根据本发明使用了分离装置2，所述分离装置2将第一介质m的气相g与液相f分离。此后，液相f和气相g能分别独立地施加给螺旋盘管式热交换器1的管束3并由此能够被均匀地分配，所述管束布置在分离装置2下方并且在所述第二介质m‘被引导在所述管束中，由此这两种介质m、m‘能够间接地换热。如上文已经提及的，也可以将多股介质独立地引导在管侧上，所述多股介质能够与第一介质m间接地换热。

在根据图2至4的实施例中，螺旋盘管式热交换器1均具有罩壳5，所述罩壳优选地至少部分地为圆柱形并围出热交换器1的罩壳空间6，热交换器1还具有管束3，所述管束布置在罩壳空间6中并且可以具有螺旋地盘绕在芯管300上的多个管30，其中，芯管300关于热交换器1的或罩壳5的纵向轴线z特别地同轴地布置，罩壳5沿着所述纵向轴线延伸。所述纵向轴线z优选地与竖直方向平行地延伸。此外，根据图2至4的螺旋盘管式热交换器1均具有入口7，所述入口允许两相的第一介质m于分离装置2的盘4上方进入罩壳空间6，所述分离装置2构造成用于分离第一介质m的气相g与液相f以使得这两个相f、g能够在管束3上被单独地分配。在此，盘4水平地延伸或垂直于纵向轴线z地延伸并且布置在管束3的上方，其中，所述盘优选地在罩壳空间6的垂直于纵向轴线z的整个横截面区域上延伸并且在这种情况下将罩壳空间6分成两个部分。

在根据图2至4的所有实施例中，盘4优选地用于收集液相f并且优选地通过合适的流动连接部s流动连接至液体分配器4a，其中，液体分配器4a构造成在管束3上分配液相f，其中，液相f例如从上方作用在管束上。

作为液体分配器4a，可以利用上文描述的装置。在多种可能中，图5示例性示出液体分配器4a的一实施例，所述液体分配器4a可以与根据本发明(例如根据图2至4)的分离装置2的所有实施例一起使用。根据图5，分离装置2的盘4借助于合适的流动连接部s连接至热交换器1的芯管300，以使得已经收集在盘4上的液相f可以进入芯管300中。相应的实施例的气道50、60、70(如图2至4所述，参见下文)设置在根据图5的盘4上，其中，为了清楚起见在图5中没有示出气道。根据图5的液体分配器4a在此在分离装置2的盘4下方和管束3上方具有多个臂4b，所述多个臂与芯管300流动连接并且设计成在布置于臂4b下方的管束3上分配液相f。从芯管300出发，臂4b尤其分别径向向外地延伸向罩壳5，其中，在相邻的臂4b之间设置有间隙，管束3的汇集成所谓的集管31的管30向上经过臂4b地延伸穿过所述间隙，所述集管31例如在盘4下方通向侧向地设置在罩壳5上的连接件32。

作为单独的液体分配器4a(例如图5或图2-4)的替代，还可能的是，在所有实施例中分离装置2本身用作液体分配器。为此，盘4可以具有多个开口40a，所述开口尤其均匀地分布在盘4上并且液相f通过所述开口分别施加给管束3。此时可以省去单独的液体分配器4a。

根据本发明的如图2所示的示例性实施例，盘4为了分离第一介质m的两相f、g而具有多个通道开口40，气相g能够通过所述通道开口分配在管束3上。为此，通道开口40分别与一个关联的气道50流动连接，其中，相应的气道50优选地由环绕的圆柱壁50形成，所述圆柱壁优选地是没有开孔的闭合壁并且从环绕相应的通道开口40的边缘区域沿着相应的气道50的轴线l的方向从盘4的背向管束3的一侧向上突起，以使得相应的通道开口40形成相应的气道50的面向管束3的向下指向的输出开口40。气道50的轴线l优选地是平行于热交换器1的或罩壳5的纵向轴线z延伸的圆柱轴线l。

相应的气道50此外在上端处具有输入开口51，所述输入开口51在相应的轴线l的方向上与相应的输出开口40相反地设置并且同时分别被相应的顶棚52遮挡，以在相应的顶棚52与布置于相应的顶棚52下方的气道50之间形成环绕的间隙。从上方施加给盘4或分离装置2的液相f可以流动离开相应的顶棚52并绕过相应的输入开口51或相应的环绕间隙地流至盘4上，所述液相被收集在所述盘上以然后例如借助于液体分配器4a(所述液体分配器4a更具体地是例如根据图5而形成)与气相g独立地被分配在管束3上，而气相g通过相应的间隙或定位在相应的顶棚52下方的输入开口51进入关联的气道50并能够从气道50通过关联的通道开口或输出开口40穿过盘4地被引导至管束3。如上文所述，还可以省去液体分配器4a。在这种情况下，液相f可以通过盘4中的开口40a被分配在管束3上。

此外，如图2所示，各顶棚52优选地在螺旋盘管式热交换器1的或罩壳5的纵向轴线z的方向上布置在相同的高度处并且每个顶棚具有环绕的边缘区域52a，边缘区域52a具有环绕的环状底部边缘52b，所述底部边缘52b在纵向轴线z的方向上在相应的气道50的环绕的端侧50a的高度处或在端侧50a下方延伸，所述端侧限界相应的气道50的输入开口51。在这种情况下，还设置成：相应的气道50的顶棚52以环绕的边缘区域52a垂直于相应的气道50的轴线l地突出于关联的气道50之外。这确保了：在可能的情况下，没有第一介质m的液体组分f进入相应的气道50。此外，这还使得：气相g沿着它的朝向管束3的流动路径被多次偏转，这提高了液相f与气相g的分离。

图3示出根据本发明的螺旋盘管式热交换器1的另外的实施例，在该实施例中，各气道50、70基本上以图2的方式形成，其中，在此，与图2不同的是，设置有第一气道50，第一气道50沿着相应的轴线l在盘4上方具有比第二气道70低的高度。在这种情况下，第一气道50和第二气道70交替地布置，以使得由于相应的顶棚52、72处于不同的高度处，而可以在盘4上每单位面积布置更多的气道50、70。这点尤其从下述方面变得清楚：在具有不同长度的气道50、70的布置中，第二气道70与相邻的第一气道50的顶棚52在垂直于第二气道70的轴线l的方向上的间距a小于相邻的第一气道50的顶棚52超出所述第一气道50的突出距离a‘。在顶棚52、72具有相同高度的情况下，两个相邻的气道50、70之间在垂直于它们的轴线l的方向上间距将相应地变大。除了高度不同以外，第一气道50和第二气道70根据图2的示例性实施例具体地形成。

最后，图4示出根据本发明的螺旋盘管式热交换器1的另外的示例性实施例，在该实施例中，气道50采用图2的方式形成，其中，此时，附加地，内气道60布置在相应的气道50中，气道50在此形成为外气道，所述内气道延伸穿过相应的外气道50的顶棚52并以上部分63从相应的顶棚52突出，其中，相应的内气道60的上部分63具有输入开口61，所述输入开口继而被相应的内气道60的顶棚62遮挡，以再次在相应的顶棚62与布置于相应的顶棚62下方的内气道60之间形成环绕的间隙。

还可能的是，每个内气道60通过环绕的圆柱壁60形成，圆柱壁60分别在环绕的外气道50中向下延伸至盘4的相应的通道开口40所在的高度处，以使得相应的内气道60的面向管束3的下输出开口41位于相应的通道开口40的开口面内。

由此，从上方施加给分离装置2或盘4的第一介质m的液相f可以流动离开相应的内气道60的顶棚62并绕过相应的内气道60的间隙或输入开口61流动至相应地关联的外气道50的顶棚52上并从顶棚52流动到盘4上，液相f可以被收集在盘上并进一步被分配在管束3上。与之不同的是，气相g可以经由环状输入开口51在相应的外气道50中顺着同轴的内气道60经由相应的通道开口或输出开口40被引导向管束3，其中，由于内气道60，在每一个外气道50中具有用于气相g的附加的流动路径，这是因为气相g还能够通过相应的内气道60的位于相应的内气道60的顶棚62下方的输入开口61被引导到相应的内气道60中并从内气道60通过相应的内气道的输出开口41被引导向管束3。

如上所述，相应的内气道60的顶棚62优选地也具有环绕的边缘区域62a，边缘区域62a具有环状的向下指向的底部边缘62b，所述底部边缘62b在相应的内气道60的上部分63的环绕的向上指向的端侧60a的高度处或该端侧60a下方延伸，所述端侧限界相应的内气道60的输入开口61。

由于外气道50与内气道60同轴布置，因而根据图4有利地可能的是，分离装置2也能够容置在罩壳5的罩壳部5a内，所述罩壳部的直径或周长沿着纵向轴线z的方向朝向顶部连续地减小。

附图标记列表

1热交换器

2分离装置

3管束

4盘

4a液体分配器

4b臂

5罩壳

6罩壳空间

7入口

30管

31集管

32连接件

40通道开口

40a用于分配液相的可选的开孔

41输出开口

50，70气道

50a，70a端侧

51，61，71输入开口

52，62，72顶棚

52a，62a，72a边缘区域

52b，62b，72b底部边缘

60内气道

63上部分

300芯管

a间距

a‘突出距离

f液相

g气相

m第一介质

m‘第二介质

l轴线

s流动连接部

z纵向轴线