带有旁路的壳管式设备的制作方法

本发明涉及一种壳管式设备，且更特别地涉及一种工艺气体冷却器或pgc。

背景技术：

工艺气体冷却器是安装在化学反应器的下游的特殊热交换器。工艺气体冷却器接收高温和高压下的工艺气体，且借助于冷却流体来提供用于气体冷却，该冷却流体可为汽化水、过冷水、蒸汽或任何其它液体或气体。通常，工艺气体包含可腐蚀或侵蚀高温和高压下的标准结构钢的化学物质，比如一氧化碳、氢和氨。工艺气体的一些示例是从蒸汽甲烷重整反应器、自热重整反应器、高温水变换反应器和氨合成反应器排出的那些。

最多数的工艺气体冷却器是壳管型热交换器，带有直的或u形类型的管，且可竖直或水平安装。热工艺气体可在管侧或壳侧上分配。如果气体在管侧上流动，冷却流体在壳侧上流动；在冷却流体为汽化水的情况下，它优选地在自然循环下流动。由于严峻且特定的工况，工艺气体冷却器通常具有特征在于特殊管束布局、壳侧挡板构造和结构材料的设计。

由于工艺气体经历化学合成，工艺气体冷却器出口处的气体温度通常必须保持在恒定值处。结果，许多工艺气体冷却器的主要操作问题是控制气体出口温度以克服热交换性能的波动。例如，交换表面上的污垢增长可显著地增加热传递阻力，且因此减小工艺气体的冷却。而且，负载的改变和调低操作可导致偏离标称操作条件，带有对气体出口温度的影响。最后，关于上游和下游设备的计划外问题可迫使设备在不同的操作条件下工作。

当必须控制出口气体温度时，工艺气体冷却器通常配备有旁路系统，该旁路系统允许绕过工艺气体的一部分，以便改变传递到冷却流体的热量。因此，热工艺气体分成平行布置的两股流。一股流(“旁路流”)不参与或不完全参与热交换，而另一股流(“主流”)参与热交换。在热交换之后，两股流在不同温度下，且重新组合和混合。如果组合流或出口工艺气体的温度不在目标值处，旁路系统允许分别改变主流和旁路流的量。

在图1和图2中，示出两个典型的工艺气体冷却器，其在管侧上带有工艺气体且带有旁路系统。这些工艺气体冷却器代表相应技术领域中的现有技术。

工艺气体冷却器100包括：入口通道102，其中热工艺气体104进入工艺气体冷却器100中；出口通道106，其中冷却的工艺气体108从工艺气体冷却器100离开；入口管板110，入口管板110液压地连接到入口通道102；以及出口管板112，出口管板112液压地连接到出口通道106。工艺气体冷却器100还包括：多个管114，该多个管114在它们的端部处连接到管板110和112且使入口通道102和出口通道106连通；以及壳116，壳116包围管114且连接到入口管板110和出口管板112。在备选的可能布置中，壳116可连接到入口通道102和出口通道106。在该情况下，入口管板110和出口管板112分别连接到入口通道102和出口通道106或连接到壳116。对管侧提供多个入口喷嘴118和出口喷嘴120，而对壳侧提供多个入口喷嘴和出口喷嘴122。

图1中示出的工艺气体冷却器100的旁路系统包括带有内部隔热材料126的旁路管124，旁路管124包括于壳116中且在其端部处连接到入口管板110和出口管板112。壁128包括于出口通道106中，壁128设有至少一个第一导管或开口130且将出口通道106分成两个室132和134。旁路管124的管道延伸部136容纳于出口通道106中。管道延伸部136从出口管板112延伸直至到或超过分隔壁128，且设有至少一个第二开口138。用于在管114中流动的工艺气体主流142的第一调节阀140设在出口通道106中，且更特别地安装在相应的导管或开口130上。用于在旁路管124中流动的工艺气体旁路流146的第二调节阀144也设在出口通道106中，且更特别地安装在管道延伸部136上，优选地在第二开口138上。

如图1中示出的工艺气体冷却器100可设有不同的旁路系统构造。例如，可不存在分隔壁128、第一开口130和第一调节阀140，且因此仅旁路管124、管道延伸部136和第二调节阀144安装在工艺气体冷却器100中。

根据图1中示出的现有技术，入口通道102中的热工艺气体104分成两股流：入口主流142，该入口主流142进入管114中；以及旁路流146，该旁路流146进入旁路管124中。入口主流142与在壳侧上循环的冷却流体间接地交换热量，且因此在管114的出口处，出口主流148是冷的。相反，由于安装在旁路管124中的隔热材料126用作热传递屏障，旁路流146与冷却流体不交换或较少地交换热量。结果，两股流146和148在管114的出口处具有不同的温度，且特别地，出口主流148比旁路流146更冷。

出口主流148和旁路流146的量由调节阀140和144的开口来确定。由于调节阀140和144分别安装在两股流146和148上，调节阀140和144优选地根据互补逻辑来作用。当第一调节阀140打开时，第二调节阀144闭合，且反之亦然。

在管114的出口处的冷却的主流148排出到室132中。该出口主流148不与旁路流146直接接触。出口主流148因此横跨第一开口130和第一调节阀140从室132移动到室134。然后，出口主流148排出到室134中。旁路流146沿着旁路管126和管道延伸部136流动，然后它穿过第二开口138和第二调节阀144。比出口主流148更热的旁路流146排出到室134中。

在室134中，出口主流148和旁路流146直接接触，混合在一起，且组合的工艺气体108由出口喷嘴120从工艺气体冷却器100离开。出口工艺气体108的温度在出口喷嘴120附近测量。如果出口气体温度不在目标值处，调整调节阀140和144的位置，且随后调整主流和旁路流的量。流量的调整具有对从工艺气体传递到冷却流体的总热量的影响，且因此具有对出口气体温度的影响。进行调整，直至达到出口喷嘴120处的目标温度。

图2中示出的工艺气体冷却器200包括：入口通道202，其中热工艺气体204由多个入口喷嘴218进入工艺气体冷却器200中；以及出口通道206，其中冷却的工艺气体208由多个出口喷嘴220从工艺气体冷却器200离开。出口通道206和入口通道202布置成使得出口通道206包围入口通道202。工艺气体冷却器200还包括：管板212，该管板212液压地连接到入口通道202和出口通道206；多个u形管214，该多个u形管214在它们的端部处连接到管板212；以及壳216，该壳216包围管214且在出口通道206的相反侧上连接到管板212。壳216设有多个入口和出口喷嘴222。管214在一端处与入口通道202流体连通，且在另一端处与出口通道206流体连通。

图2中示出的工艺气体冷却器200的旁路系统包括旁路导管或开口238，其安装在入口通道202上且包围到出口通道206中。壁228包括于出口通道206中，出口通道206设有至少一个第一开口230且将出口通道206分成两个室232和234。旁路导管或开口238从入口通道202延伸直至到或超过分隔壁228。用于在管214中流动的工艺气体主流242的第一调节阀240设在出口通道206中，且更特别地安装在相应的导管或开口230上。用于在旁路导管或开口238中流动的工艺气体旁路流246的第二调节阀244也设在出口通道206中。

如图2中示出的那一个的工艺气体冷却器200可设有不同的旁路系统构造。例如，可不存在分隔壁228、第一开口230和第一调节阀240，且因此仅旁路导管或开口238安装在工艺气体冷却器200中。

根据图2中示出的现有技术，入口通道202中的热工艺气体204分成两股流：入口主流242，该入口主流242进入管214中；以及旁路流246，该旁路流246进入旁路导管或开口238中。入口主流242与在壳侧上循环的冷却流体间接地交换热量，且因此在管的出口处，出口主流248是冷的。相反，旁路流246不与冷却流体交换热量。结果，两股流246和248在出口通道206中具有不同的温度，且特别地，出口主流248比旁路流246更冷。出口主流248和旁路流246的路径、混合和组合以及对于出口工艺气体208的温度的相关逻辑控制与对于图1中示出的工艺气体冷却器所描述的那些类似。

公开了与图1和图2的现有技术类似的工艺气体冷却器的若干实施例。这些实施例覆盖带有旁路的壳管式热交换器，特别是用于冷却热工艺气体的。例如，文献wo90/12993公开一种旁路系统，该旁路系统由包括于壳中的旁路管、用于旁路流的控制装置以及用于收集包括于出口通道中的主流的箱构成。文献wo90/12993描述用于旁路流的不同类型的控制装置以及还有用于主流的控制装置。

文献wo2012/041344描述一种箱，该箱带有调节阀，安装在出口通道中，收集旁路流和主流的一部分。两股流在达到调节阀之前在箱中混合。在穿过阀之后，混合流与出口通道中主流的其余部分重新组合。

文献gb2036287描述一种用于控制旁路流量的塞型调节阀以及一种用于混合旁路流和主流的壁，其安装在出口通道中。文献ep1498678公开一种旁路系统，该旁路系统由包围于壳中的旁路管构成且在出口通道中设有导管，其中活塞沿着导管的轴线移动，闭合和空出旁路管截面。

文献ep0617230描述一种用于冷却在管中流动的热工艺气体的热交换器，其中两个不同的管束包围于相同的壳中，且每个管束具有安装在出口通道中的其控制装置。管侧工艺气体与壳侧冷却水之间的间接热交换对于两束是不同的，且可由控制装置调整，该控制装置允许改变在两束中流动的工艺气体的量。

文献ep0690262公开一种旁路系统，该旁路系统包括隔热的旁路管和在出口通道中的喷嘴，该喷嘴朝旁路管的端部注射流体，以便控制旁路流量。文献wo2013/167180公开一种旁路系统，该旁路系统带有包围于壳中的至少一个旁路管以及在出口通道中的分别将旁路流和主流传送到旋流混合器的两个管道。

文献us4294312描述一种壳管式热交换器，该壳管式热交换器用于通过在壳中流动的冷却介质来间接地冷却在管中流动的高温介质。热交换器由管在它们端部处所连接到的入口管板和出口管板以及分别连接到入口管板和出口管板的入口通道和出口通道构成。该热交换器的特征在于，安装在入口通道中的中间管板或第三管板，以及同心地插入管中的插入管，以便在管与插入管中间形成对于管的整个长度的环形空间。此类插入管连接到中间管板且延伸超过入口管板和出口管板到相应的通道中。注射到入口通道中的热介质进入插入管中且沿着插入管流动，而不与管直接接触，该管在壳侧上由冷却介质冷却。结果，减小在管的入口部分与入口管板处的热负载。在插入管的出口处带有少量或适度热交换的沿着插入管流动的入口热介质可用安装在出口通道中的装置绕过，或具有u形转弯且沿相对于插入管中的流的相反方向在环形空间中流动。

文献us2015/0004552描述一种壳管式热交换器，该壳管式热交换器用于根据逆流构造(其设有旁路系统)在壳侧上流动的热介质与管侧上流动的冷却介质之间的间接热交换。按照us2015/0004552的图2和图3，旁路系统由旁路入口压室和主入口压室构成，旁路入口压室和主入口压室分别接收来自上游控制阀的旁路流和主流，该上游控制阀安装在交换器本体外侧，该交换器本体将入口冷管侧介质分成两股流。旁路入口压室终止于旁路管所连接到的第一管板处。主入口压室终止于主管所连接到的第二管板处，且主入口压室连接到第一管板，以便在第一管板与第二管板中间密封地包绕旁路管。对于主管的部分长度，旁路管同心地插入主管中，以便在主管与旁路管中间形成环形空间。旁路管具有在主管内侧开放的其末端，以便与主管连通。主管终止于出口区段处，超过旁路管。来自控制阀的冷旁路流注射到旁路入口压室中，且然后在旁路管内侧流动。来自控制阀的冷主流注射到主入口压室中，且然后在主管与旁路管中间的环形空间中流动。环形空间中的冷主流与主管直接接触，该主管在壳侧上与热介质直接接触。相反，在旁路管中流动的冷旁路流不与主管直接接触。结果，在环形空间中流动的冷主流具有比冷旁路流的热交换更大的热交换。两股流在旁路管的端部处重新组合，混合在一起，且组合流沿着主管的其余部分移动，在该处与壳侧热介质发生其余的热交换。在主管的出口处，如果组合流温度不在目标值处，调整上游分流阀，以便改变旁路流和主流的量，且随后改变从壳侧传递到管侧的热量。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目标是提供一种带有旁路的壳管式设备，其能够以简单、廉价且特别是功能性的方式解决现有技术的缺点。

详细地，本发明的一个目标是提供一种带有旁路的壳管式设备，其中在管束的管外侧，没有旁路管安装在相应的壳中，且因此可减小所得到的壳内径。

本发明的另一目标是提供一种带有旁路的壳管式设备，其中旁路流在管束中预冷却，使得整个旁路系统在较冷的条件下工作，且大大地减小由于工艺气体的腐蚀。

本发明的另外的目标是提供一种带有旁路的壳管式设备，其中旁路构件完全包围于壳管式设备本体中，使得它们不应分类为压力部分。

本发明的又一目标是提供一种带有旁路的壳管式设备，其中在壳管式设备外侧可容易地移除旁路系统，以用于全面检查和维护。

根据本发明，这些目标通过提供如所附权利要求书中阐述的带有旁路的壳管式设备以及控制来自带有旁路的壳管式设备的出口温度的方法来实现。

特别地，这些目标通过壳管式设备来实现，该壳管式设备包括：

-至少一个入口通道，该至少一个入口通道设有用于引入第一流体的至少一个管侧入口喷嘴；

-至少一个出口通道，该至少一个出口通道设有用于排出第一流体的至少一个管侧出口喷嘴；

-多个管束管，该多个管束管具有与入口通道流体连通的第一开放端和与出口通道流体连通的第二开放端；

-至少一个管板，该至少一个管板连接到所述多个管的第二开放端；

-壳，该壳密封地包围管束管周围的室，其中所述壳设有用于将第二流体引入所述室中的至少一个壳侧入口喷嘴，且设有用于将所述第二流体在通过所述管束管与所述第一流体间接热交换之后从所述室排出的至少一个壳侧出口喷嘴；以及

-旁路系统，该旁路系统用于将第一流体的出口温度控制在目标值处。

旁路系统包括：

-至少一个箱，该至少一个箱安装在出口通道内侧，所述箱设有至少一个开口或导管、调节阀和箱管板；

-多个旁路卡口管，该多个旁路卡口管通过箱管板与箱流体连通，其中每个卡口管从箱管板延伸到管束管的第一开放端与第二开放端中间的点，且部分地插入对应的管束管中，以便在每个管束管与对应的卡口管中间形成环形间隙，由此取决于所述调节阀的位置，第一流体流分成在所述环形间隙中流动的主流以及在所述卡口管中流动的旁路流，且所述主流在第一温度值下从所述管束管排出，而所述旁路流在不同于第一温度值的第二温度值下从所述旁路系统排出。

在一个实施例中，第一流体是待冷却的第一流体，第二流体是第二冷却流体，且第二温度值高于第一温度值。这意味着管侧入口喷嘴用于引入待冷却的第一流体，管侧出口喷嘴用于排出冷却的第一流体，旁路系统用于将冷却的第一流体的出口温度控制在目标值处。显然，这意味着上文目标通过壳管式设备来实现，该壳管式设备包括：

-至少一个入口通道，该至少一个入口通道设有用于引入待冷却的第一流体的至少一个管侧入口喷嘴；

-至少一个出口通道，该至少一个出口通道设有用于排出冷却的第一流体的至少一个管侧出口喷嘴；

-多个管束管，该多个管束管具有与入口通道流体连通的第一开放端和与出口通道流体连通的第二开放端；

-至少一个管板，该至少一个管板连接到所述多个管的第二开放端；

-壳，该壳密封地包围管束管周围的室，其中所述壳设有用于将第二冷却流体引入所述室中的至少一个壳侧入口喷嘴，且设有用于将所述第二冷却流体在通过所述管束管与所述第一流体间接热交换之后从所述室排出的至少一个壳侧出口喷嘴；以及

-旁路系统，该旁路系统用于将冷却的第一流体的出口温度控制在目标值处。

旁路系统包括：

-至少一个箱，该至少一个箱安装在出口通道内侧，所述箱设有至少一个开口或导管、调节阀和箱管板；

-多个旁路卡口管，该多个旁路卡口管通过箱管板与箱流体连通，其中每个卡口管从箱管板延伸到管束管的第一开放端与第二开放端中间的点，且部分地插入对应的管束管中，以便在每个管束管与对应的卡口管中间形成环形间隙，由此取决于所述调节阀的位置，第一流体流分成在所述环形间隙中流动的主流以及在所述卡口管中流动的旁路流，且所述主流在第一温度值下从所述管束管排出，而所述旁路流在第二温度值下从所述旁路系统排出，第二温度值高于第一温度值。

这些目标也通过一种借助于旁路系统将来自壳管式设备的第一流体的出口温度控制在目标值处的方法来实现。该方法包括：

-通过设在入口通道上的管侧入口喷嘴来将第一流体引入入口通道中，

-将第一流体分配到多个管束管中，该多个管束管具有与入口通道流体连通的第一开放端以及与出口通道流体连通的第二开放端，该第二开放端连接到管板，

-取决于调节阀的位置，将第一流体分成在旁路系统的多个旁路卡口管中流动的旁路流以及在每个管束管与对应的旁路卡口管中间形成的环形间隙中流动的主流，该旁路系统包括设有开口或导管、调节阀和箱管板的箱，其中每个卡口管从箱管板延伸到管束管的第一开放端与第二开放端中间的点，且部分地插入对应的管束管中，多个旁路卡口管通过箱管板与箱流体连通，该箱安装在出口通道内侧；

-通过设在密封包围室的壳上的壳侧入口喷嘴来将第二流体引入管束管周围的室中，

-通过设在壳上的壳侧出口喷嘴来将第二流体在通过管束管与第一流体间接热交换之后从室排出，

-将主流在第一温度值下从管束管的环形间隙排出到出口室中，

-将旁路流在不同于第一温度值的第二温度值下从旁路系统排出到出口室中，

-通过设在出口通道上的管侧出口喷嘴来将第一流体在出口温度下从出口通道排出。

在一个实施例中，第一流体是待冷却的第一流体，第二流体是第二冷却流体，且第二温度值高于第一温度值。这意味着第一流体在壳管式设备中冷却，引入入口通道中的第一流体是待冷却的第一流体，从出口通道排出的第一流体是冷却的第一流体。显然，这意味着上文目标通过一种借助于旁路系统将在壳管式设备中冷却的第一流体的出口温度控制在目标值处的方法来实现。方法包括：

-通过设在入口通道上的管侧入口喷嘴来将待冷却的第一流体引入入口通道中，

-将第一流体分配到多个管束管中，该多个管束管具有与入口通道流体连通的第一开放端以及与出口通道流体连通的第二开放端，该第二开放端连接到管板，

-取决于调节阀的位置，将第一流体分成在旁路系统的多个旁路卡口管中流动的旁路流以及在每个管束管与对应的旁路卡口管中间形成的环形间隙中流动的主流，该旁路系统包括设有开口或导管、调节阀和箱管板的箱，其中每个卡口管从箱管板延伸到管束管的第一开放端与第二开放端中间的点，且部分地插入对应的管束管中，多个旁路卡口管通过箱管板与箱流体连通，该箱安装在出口通道内侧；

-通过设在密封包围室的壳上的壳侧入口喷嘴来将第二冷却流体引入管束管周围的室中，

-通过设在壳上的壳侧出口喷嘴来将第二冷却流体在通过管束管与第一流体间接热交换之后从室排出，

-将主流在第一温度值下从管束管的环形间隙排出到出口室中，

-将旁路流在高于第一温度值的第二温度值下从旁路系统排出到出口室中，

-通过设在出口通道上的管侧出口喷嘴来将冷却的第一流体在出口温度下从出口通道排出。

详细地，根据本发明的设备典型为用于间接冷却工艺气体的壳管型工艺气体冷却器，其设有用于控制冷却器的出口处的气体温度的旁路系统。工艺气体冷却器还设有交换管所连接到的至少一个管板。热工艺气体在管侧上流动，且冷却介质在壳侧上流动。热工艺气体可为来自化学反应器的任何气态介质，其中在冷却器的入口处，温度高于400°c且压力高于0.15mpa(abs)。冷却介质优选为在饱和条件或过冷条件下的水。热工艺气体和冷却介质根据错流、并流和/或逆流构造来间接地接触。热工艺气体和冷却介质可根据错流构造或并流和逆流构造来间接地接触。旁路系统完全包围到工艺气体冷却器本体的管侧中，且更准确地几乎完全安装在工艺气体冷却器的出口通道中。特别地，包括箱管板、开口或导管和调节阀的箱完全安装在出口通道中。旁路系统具有控制工艺气体的出口温度的基本目标。

根据本发明的壳管式设备基本上不同于us4294312的设备，由于us4294312的设备：

-具有避免在管的入口部分处和入口管板处的高热负载的基本目标；

-具有插入管，该插入管对于管的整个长度插入管中，且延伸超过管板和管的两端；

-具有插入管所连接到的第三中间管板，其安装在入口通道中且形成中间室；

-在管的出口处具有反向室；

-具有成逆流构造的在插入管中的流和在环形空间中的流。

根据本发明的壳管式设备也基本上不同于us2015/0004552的设备，由于us2015/0004552：

-意在减小热交换器的内部构件的过热；

-涉及纯逆流的壳管式热交换器；

-具有在壳侧上的热介质和在管侧上的冷却介质；

-控制阀不包围到交换器本体中；

-控制阀为3通型的；

-旁路压室或箱不包围到交换器本体或主压室中；

-旁路系统安装在热交换器的管侧入口处；

-旁路流和主流的重新组合发生在管中。

本发明的另外的特征通过作为本描述的组成部分的从属权利要求来突出。

附图说明

参照所附示意图，根据本发明的带有旁路的壳管式设备的特征和优点将从以下示例性且非限制性的描述中更清楚，在所附示意图中：

图1和图2示意性地示出根据现有技术的带有旁路的相应壳管式设备；

图3示意性地示出根据本发明的带有旁路的壳管式设备的第一优选实施例；

图4是图3的壳管式设备的局部视图，其中示出流体流；

图5示意性地示出根据本发明的带有旁路的壳管式设备的第二优选实施例；

图6是图5的壳管式设备的局部视图，其中示出流体流；以及

图7示意性地示出根据本发明的带有旁路的壳管式设备的第三优选实施例。

具体实施方式

参照图3和图4，示出根据本发明的带有旁路的壳管式设备10的优选实施例。

壳管式设备10(典型为工艺气体冷却器)包括：至少一个入口通道12，其中待冷却的第一流体14(典型为热工艺气体)进入壳管式设备10中；以及至少一个出口通道16，其中第一冷却流体18从壳管式设备10离开。壳管式设备10还包括：入口管板20，该入口管板20在所述入口通道12的下游与入口通道12流体连通；以及出口管板22，该出口管板22在所述出口通道16的上游与出口通道16流体连通。出口管板22可表示成主管板。

壳管式设备10还包括管束的多个管24，管24在其第一或入口开放端处连接到入口管板20，且在其第二或出口开放端处连接到出口管板22。换句话说，每个管24的第一开放端与入口通道12流体连通，而每个管24的第二开放端与出口通道16流体连通，使得入口通道12通过管束管24与出口通道16流体连通。壳26密封地包围管束管24周围的室。在图3和图4中示出的特定实施例中，壳26密封地连结在入口管板20与出口管板22之间。在备选实施例中，壳26可直接地连接到入口通道12和出口通道16。

至少一个管侧入口喷嘴28设在入口通道12上，以用于将其中的第一流体14引入，而至少一个管侧出口喷嘴30设在出口通道16上，以用于排出其第一流体14。类似地，至少一个壳侧入口喷嘴32设在壳26上，以用于将第二冷却流体引入由所述壳26包围的室中，而至少一个壳侧出口喷嘴34设在壳26上，以用于将第二冷却流体从由所述壳26包围的室排出。第二流体典型为与待冷却的第一流体14间接交换热量的冷却介质。

根据第一优选实施例，至少一个箱36、多个旁路卡口管38、分隔壁40、至少一个第一调节阀42和至少一个第二调节阀44安装在出口通道16内侧。箱36设有放置在对应的第二调节阀44处的至少一个开口或导管46，且设有箱管板48。卡口管38通过箱管板48与箱36流体连通。

每个卡口管38从箱管板48向后延伸到入口管板20与出口管板22中间的点，且理想地根据同心布局来部分地插入对应的管束管24中，以便在每个管束管24与对应的卡口管38中间形成环形间隙。换句话说，每个卡口管38的外径总是小于对应的管束管24的内径，以便允许卡口插入且形成上述环形间隙。插入管束管24内侧的卡口管端50是开放的，以便与所述管束管24流体连通。

分隔壁40将出口通道16分成第一室52和第二室54，第一室52包围与出口管板22流体连通的出口通道16的一部分，第二室54包围与管侧出口喷嘴30流体连通的出口通道16的另一部分。分隔壁40设有使第一室52与第二室54连通的至少一个开口或导管56。第一室52与管束管24连通，且收集从所述管束管24离开的第一量58(“主流”)的第一流体。第二室54通过开口或导管56与第一室52连通，通过开口或导管46与箱36连通，且与管侧出口喷嘴30连通。因此，第二室54收集来自箱36的第二量60(“旁路流”)的第一流体和来自第一室52的第一量58的第一流体，且然后将组合量18的第一流体输送到管侧出口喷嘴30。开口或导管46设有第二调节阀44，第二调节阀44调节可用于第一流体的旁路流60的所述开口或导管46的空出的截面积。开口56设有第一调节阀42，第一调节阀42调节可用于第一流体的主流58的所述开口或导管56的空出的截面积。

第一流体14(热工艺气体)通过管侧入口喷嘴28进入入口通道12中。热工艺气体14然后分配到管束管24中，其中它与壳侧第二流体(冷却介质)交换热量。根据错流构造、并流构造和/或逆流构造来使热工艺气体和冷却介质间接接触。当工艺气体14达到卡口管端50时，取决于调节阀42和44的位置，所述工艺气体14可分成两股流，主流58在管束管24与卡口管38之间的环形间隙中流动，且旁路流60在卡口管38中流动。

主流58与管束管24直接接触，管束管24继而与壳侧上的冷却介质直接接触。相反，旁路流60不与管束管24直接接触。结果，主流58具有比旁路流60更大的热交换。主流58在第一温度值t1下从管束管24或更特别地从环形间隙排出到出口通道16的第一室52中，而旁路流60在高于第一温度值t1的第二温度值t2下从卡口管38排出到箱36中。换句话说，在管束管24之后，主流58比旁路流60更冷。

主流58横跨第一调节阀42从第一室52移动到第二室54。旁路流60横跨第二调节阀44从箱36移动到第二室54。分别从阀42和44排出的主流58和旁路流60在第二室54中重新组合，混合在一起，且然后在t1与t2中间的第三温度值t3下的组合流18通过管侧出口喷嘴30离开出口通道16。

在管侧出口喷嘴30下游测量出口工艺气体18的温度。如果出口气体18温度不在目标值处，调整调节阀42和44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量。因此，改变在容纳卡口管38的管束管24的部分中的总热交换，且将出口工艺气体18的温度t3调整到目标值。阀42和44优选地按照逻辑方案来调节：当第一调节阀42闭合时，第二调节阀44打开，且反之亦然。

根据壳管式设备10的第二实施例，可不存在放置于分隔壁40的开口或导管56处的第一调节阀42。在该实施例中，在管侧出口喷嘴30下游测量出口工艺气体18的温度，且如果所述温度不在目标值处，仅调整调节阀44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量。因此，改变在容纳卡口管38的管束管24的部分中的总热交换，且将出口工艺气体18的温度调整到目标值。

根据壳管式设备10的第三实施例，在所述壳管式设备10上不存在分隔壁40和相应的开口或导管56以及第一调节阀42。在该实施例中，出口通道16不再分成两个室且收集从管束管24离开的主流58和从箱36离开的旁路流60。主流58和旁路流60在出口通道16中重新组合和混合。在管侧出口喷嘴30下游测量出口工艺气体18的温度t3，且如果所述温度不在目标值处，仅调整调节阀44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量。因此，改变在容纳卡口管38的管束管24的部分中的总热交换，且将出口工艺气体18的温度调整到目标值。

不管壳管式设备10的特定实施例，卡口管38可：

-具有彼此不同的形状和尺寸，但其中外径小于管束管24的内径；

-在它们之中不同；

-仅插入第一组的管束管24中，而其余组的管束管24没有卡口管38。

旁路系统可拆成若干构件，且然后这些构件可通过设在出口通道16上的至少一个出入孔62来从壳管式设备10移除。备选地，旁路系统可通过设在出口通道16上的可移除的主凸缘64以单个块或若干块来移除。旁路系统可由任何结构材料制成。

参照图5和图6，示出根据本发明的带有旁路的壳管式设备11的第二优选实施例。壳管式设备11(典型为工艺气体冷却器)包括：至少一个入口通道71，其中待冷却的第一流体14(典型为热工艺气体)进入壳管式设备11中；以及至少一个出口通道70，其中第一冷却流体18从壳管式设备11离开。出口通道70和入口通道71布置成使得出口通道70包围入口通道71，且使得入口通道71和出口通道70不彼此直接连通。壳管式设备11还包括单个管板72，其与入口通道71和出口通道70流体连通。单个管板72可表示成主管板。

壳管式设备11还包括管束的多个u形管74，u形管74在其第一开放端处或入口端处连接到管板72且与入口通道71流体连通，且在其第二开放端处或出口端处连接到管板72且与出口通道70流体连通。换句话说，每个管74的第一开放端与入口通道71流体连通，而每个管74的第二开放端与出口通道70流体连通，使得入口通道71通过管束管74与出口通道70流体连通。壳73密封地包围管束管74周围的室。在图5和图6中示出的特定实施例中，壳73密封地连结到管板72。在备选实施例中，壳73可直接连接到出口通道70。

至少一个管侧入口喷嘴28设在出口通道70上，以用于将其中的第一流体14引入入口通道71，而至少一个管侧出口喷嘴30设在出口通道70上，以用于排出其第一流体14。类似地，至少一个壳侧入口喷嘴32设在壳73上，以用于将第二冷却流体引入由所述壳73包围的室中，而至少一个壳侧出口喷嘴34设在壳73上，以用于将第二冷却流体从由所述壳73包围的室排出。第二流体典型为与待冷却的第一流体14间接交换热量的冷却介质。

根据该实施例，至少一个箱36、多个旁路卡口管38、分隔壁40、至少一个第一调节阀42和至少一个第二调节阀44安装在出口通道70内侧。箱36设有放置在对应的第二调节阀44处的至少一个开口或导管46，且设有箱管板48。卡口管38通过箱管板48与箱36流体连通。

每个卡口管38从箱管板48向后延伸到管束管74的第一端与第二端中间的点，且理想地根据同心布局来部分地插入对应的管束管74中，以便在每个管束管74与对应的卡口管38中间形成环形间隙。换句话说，每个卡口管38的外径总是小于对应的管束管74的内径，以便允许卡口插入且形成上述环形间隙。插入管束管74内侧的卡口管端50是开放的，以便与所述管束管74流体连通。

分隔壁40将出口通道70分成第一室52和第二室54，第一室52包围与管束管74的第二端流体连通的出口通道70的一部分，第二室54包围与管侧出口喷嘴30流体连通的出口通道70的另一部分。分隔壁40设有使第一室52与第二室54连通的至少一个开口或导管56。第一室52与管束管74的第二端连通，且收集从所述管束管74离开的第一量58(“主流”)的第一流体。第二室54通过开口或导管56与第一室52连通，通过开口或导管46与箱36连通，且与管侧出口喷嘴30连通。因此，第二室54收集来自箱36的第二量60(“旁路流”)的第一流体和来自第一室52的第一量58的第一流体，且然后将组合量18的第一流体输送到管侧出口喷嘴30。开口或导管46设有第二调节阀44，第二调节阀44调节所述开口或导管46的可用于第一流体的旁路流60的空出的截面积。开口或导管56设有第一调节阀42，该第一调节阀42调节可用于第一流体的主流58的所述开口56的空出的截面积。

第一流体14(热工艺气体)通过管侧入口喷嘴28进入入口通道71中，该入口通道71包围到出口通道70中。热工艺气体14然后分配到管束管74中，其中它与壳侧第二流体(冷却介质)交换热量。热工艺气体和冷却介质根据错流、并流和/或逆流构造来间接地接触。当工艺气体14达到卡口管端50时，取决于调节阀42和44的位置，所述工艺气体14可分成两股流，主流58在管束管74与卡口管38之间的环形间隙中流动，且旁路流60在卡口管38中流动。

主流58与管束管74直接接触，管束管74继而与壳侧上的冷却介质直接接触。相反，旁路流60不与管束管74直接接触。结果，主流58具有比旁路流60更大的热交换。主流58在第一温度值t1下从管束管74或更特别地从环形间隙排出到出口通道70的第一室52中，而旁路流60在高于第一温度值t1的第二温度值t2下从卡口管38排出到箱36中。换句话说，在管束管74之后，主流58比旁路流60更冷。

主流58横跨第一调节阀42从第一室52移动到第二室54。旁路流60横跨第二调节阀44从箱36移动到第二室54。分别从阀42和44排出的主流58和旁路流60在第二室54中重新组合，混合在一起，且然后在t1与t2中间的第三温度值t3下的组合流18通过管侧出口喷嘴30离开出口通道70。

在管侧出口喷嘴30下游测量出口工艺气体18的温度。如果出口气体18温度不在目标值处，调整调节阀42和44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量。因此，改变在容纳卡口管38的管束管74的部分中的总热交换，且将出口工艺气体18的温度t3调整到目标值。阀42和44优选地按照逻辑方案来调节：当第一调节阀42闭合时，第二调节阀44打开，且反之亦然。

根据壳管式设备11的另一实施例，可不存在放置于分隔壁40的开口或导管56处的第一调节阀42。在该实施例中，在管侧出口喷嘴30下游测量出口工艺气体18的温度，且如果所述温度不在目标值处，仅调整调节阀44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量。因此，改变在容纳卡口管38的管束管74的部分中的总热交换，且将出口工艺气体18的温度调整到目标值。

根据壳管式设备11的另一实施例，在所述壳管式设备11上不存在分隔壁40和相应的开口或导管56以及第一调节阀42。在该实施例中，出口通道16不再被分成两个室且收集从管束管74离开的主流58和从箱36离开的旁路流60。主流58和旁路流60在出口通道70中重新组合和混合。在管侧出口喷嘴30下游测量出口工艺气体18的温度t3，且如果所述温度不在目标值处，仅调整调节阀44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量。因此，改变在容纳卡口管38的管束管74的部分中的总热交换，且将出口工艺气体18的温度调整到目标值。

不管壳管式设备11的特定实施例，卡口管38可：

-具有彼此不同的形状和尺寸，但其中外径小于管束管74的内径；

-在它们之中不同；

-仅插入第一组的管束管74中，而其余组的管束管74没有卡口管38。

旁路系统可拆成若干构件，且然后这些构件可通过设在出口通道70上的至少一个出入孔62来从壳管式设备11移除。备选地，旁路系统可通过设在出口通道70上的可移除的主凸缘64以单个块或若干块来移除。旁路系统可由任何结构材料制成。

参照图7，示出根据本发明的带有旁路的壳管式设备13的第三优选实施例。除了管束管79不设有图5中示出的u形弯头75之外，壳管式设备13(典型为工艺气体冷却器)与图5的壳管式设备11类似。壳管式设备13包括管束管79，该管束管79在连接到管板72的它们的第一开放端与它们的第二开放端中间设有与中间管板76的中间连接。壳管式设备13还包括中间通道77，该中间通道77连接到中间管板76或壳73，与管束管79流体连通。每个卡口管38从箱管板48向后延伸到中间管板76与管板72中间的点，且部分地插入对应的管束管79中。对于图6所描述的旁路系统对于图7的壳管式设备13也有效。该管板72可表示成第一管板或主管板。

按照图3至图7的上文描述，清楚的是，本文中公开的旁路系统对于带有直管(两个管板)和u形管(一个管板)的壳管式设备在概念上是相同的。对于上文描述的所有实施例，为了减小或消除在旁路流60与主流58之间横跨卡口管38的热传递，卡口管38可设计有热屏障，该热屏障可为安装在卡口管38的一侧或两侧上的隔热层，或卡口管38由双壁构成，其中间隙由停滞的气体或隔热材料填充。旁路管38部分地安装在出口通道16；70内侧，且部分地插入管束管24；74；79中。箱36的调节阀44是2通阀。壁40的调节阀42也是2通阀。

根据错流、并流和/或逆流构造，第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。根据错流构造或根据并流和逆流构造，该方法的第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。根据错流构造，第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。根据并流和逆流构造，第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。

出口通道16；70可设有至少一个出入孔62，以执行旁路系统构件(一旦拆除)的抽出。

出口通道16；70可设有可移除的主凸缘64，以在一单个块或若干块中执行旁路系统的抽出。

根据一个方面，本发明涉及一种借助于旁路系统将壳管式设备10；11；13中冷却的第一流体的出口温度控制在目标值处的方法。方法包括如下步骤：

-通过设在入口通道12；71上的管侧入口喷嘴28来将待冷却的第一流体14引入入口通道12；71中，

-将第一流体14分配到多个管束管24；74；79中，该多个管束管24；74；79具有与入口通道12；71流体连通的第一开放端和与出口通道16；70流体连通的第二开放端，该第二开放端连接到管板22；72，

-取决于调节阀44的位置，将第一流体14分成在旁路系统的多个旁路卡口管38中流动的旁路流60和在每个管束管24；74；79与对应的旁路卡口管38中间形成的环形间隙中流动的主流58，旁路系统包括设有开口或导管46、调节阀44和箱管板48的箱36，其中每个卡口管38从箱管板48延伸到管束管24；74；79的第一开放端与第二开放端中间的点，且部分地插入对应的管束管24；74；79中，多个旁路卡口管38通过箱管板48与箱36流体连通，箱36安装在出口通道16；70内侧；

-通过设在密封包围室的壳26；73上的壳侧入口喷嘴32来将第二冷却流体引入管束管24；74；79周围的室中，

-通过设在壳26；73上的壳侧出口喷嘴34来将第二冷却流体在通过管束管24；74；79与第一流体14间接热交换之后从室排出，

-将主流58在第一温度值t1下从管束管24；74；79的环形间隙排出到出口室16；70中，

-将旁路流60在高于第一温度值t1的第二温度值t2下从旁路系统排出到出口室16；70中，

-通过设在出口通道16；70上的管侧出口喷嘴30来将冷却的第一流体14在出口温度t3下从出口通道16；70排出。

方法还可包括如下步骤：

-将主流58和旁路流60重新组合成(冷却的)第一流体的组合流18，其在出口温度t3下，该步骤在排出主流和旁路流的步骤之后和在排出(冷却的)第一流体的步骤之前执行。主流58和旁路流60在出口通道16；70中重新组合和混合。出口温度是主流和旁路流重新组合的结果。当重新组合主流和旁路流时，主流和旁路流混合。

在该方法中，第一流体14分成的主流58的量和旁路流60的量可通过调节阀44来调节。这可通过调节第一流体14由调节阀44所分成的主流58的量和旁路流60的量来实现。

方法还可包括如下步骤：

-如果(冷却的)第一流体的出口温度t3不在目标值处，调整调节阀44的位置，以便改变主流58和旁路流60的量，这在排出冷却的第一流体的步骤之后执行。在工艺气体冷却器的情况下，如果出口温度t3高于目标值，主流58的量增加，且旁路流60的量减小。对应地，如果出口温度t3低于目标值，主流58的量减小，且旁路流60的量增加。

将主流58在第一温度值t1下从管束管24；74；79的环形间隙排出到出口室16；70中的步骤可通过将主流58排出到第一室52中来执行，第一室52包围与管束管24；74；79的第二端流体连通的出口通道16；70的第一部分。出口通道16；70可由旁路系统的分隔壁40分成第一室52和第二室54，该第一室52包围与管束管24；74；79的第二端流体连通的出口通道16；70的第一部分，该第二室54包围与管侧出口喷嘴30流体连通的出口通道16；70的第二部分。

排出主流58的步骤可包括：

-将主流58收集在第一室52中。

排出主流58的步骤还可包括：

-将主流58和旁路流60收集在第二室54中。

分隔壁40可设有使第一室52与第二室54连通的开口或导管56。第二室54可通过开口或导管56与第一室52连通，与箱36连通，且与管侧出口喷嘴30连通。

排出主流58的步骤可通过将主流58通过开口或导管56排出到出口室16；70的第二室54中来执行。主流58可从第一室52排出到第二室54中。

排出旁路流60的步骤可通过将旁路流60排出到出口室16；70的第二室54中来执行。旁路流60可通过开口或导管46排出到出口室16；70中。旁路流60可从箱36排出到出口室16；70中。旁路流60可从箱36排出到第二室54中。

排出冷却的第一流体的步骤可包括将组合流18输送到管侧出口喷嘴30。

分隔步骤可包括：

-借助于设在开口或导管46中的调节阀44来调节可用于旁路流60的开口或导管46的空出的截面积，第二室54通过该开口或导管46与箱36连通。

在提供壁40的调节阀42的情况下，分隔步骤可包括：

-借助于设在开口或导管56中的调节阀42来调节可用于主流58的开口或导管56的空出的截面积，第一室52通过该开口或导管56与第二室54连通。

在提供壁40的调节阀42的情况下，方法可包括如下步骤：

-如果冷却的第一流体的出口温度t3不在目标值处，调整箱36的调节阀44和壁40的调节阀42的位置，以便改变主流58和旁路流60的量，这在排出冷却的第一流体的步骤之后执行。

根据错流、并流和/或逆流构造，该方法的第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。根据错流构造，第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。备选地，根据并流和逆流构造，第一流体14可为使其与第二冷却流体间接接触的热工艺气体。

因此看到，根据本发明的带有旁路的壳管式设备以及控制来自带有旁路的壳管式设备的出口温度的方法实现先前概述的目标。

应强调的是，箱36安装在出口通道16；70内侧。箱设有调节阀44和箱管板48。因此，调节阀44安装在出口通道16；70内侧。箱管板48也安装在出口通道16；70内侧。此外，调节阀42以及壁40安装在出口通道16；70内侧。

实际上，壳管式设备具有以下主要优点：

-壳管式设备在管束管外侧不具有安装在壳中的旁路管，且因此所得到的壳内径可相对于类似的现有技术壳管式设备(图1)减小；

-旁路流在管束管的第一部分中(即，其中不存在卡口管)预冷却。因此，相对于类似的现有技术壳管式设备(图1和图2)，整个旁路系统在较冷的条件下工作，且腐蚀和磨损大大地减少。

-旁路构件不再是压力部分，而从机械计算的观点，它们分类为内部件；

-旁路系统可在壳管式设备外侧移除，以用于全面检查和维护。

由于箱36、箱管板48和旁路系统的开口或导管46和调节阀44以及其调节阀42、开口或导管56和壁40安装在出口通道16；70内侧，这些部分可分类为内部构件，且不是压力部分。这些部分在内侧和外侧上经受相同的压力，且因此这些部分不必设计成承受外部或内部压力。因此，简化这些部分的设计(例如带有较小的厚度)，且减小对这些部分的结构和维护的需求。这降低成本。此外，由于这些部分安装在出口通道中，它们将通过冷却的主流来冷却，使得它们在较低温度下工作，这降低过热和腐蚀的风险。这延长设计寿命且降低成本。由于这些部分安装在出口通道内侧，热旁路流限制在壳管式设备内且在离开壳管式设备之前与冷主流混合。因此，由于压力部分的适度操作温度，确保可靠性和安全性。

带有旁路的壳管式设备以及如此构思的本发明的方法在许多改变和变型全都落入相同的发明构思内的任何情况下易受影响；另外，所有细节可由技术上等同的元素替代。实际上，所使用的材料以及形状和尺寸可根据技术要求为任何类型的。

本发明的保护范围因此由所附权利要求书限定。