Разделительное устройство для змеевиковых теплообменников для отделения газовой фазы от жидкой фазы двухфазной среды, подаваемой со стороны обшивки Российский патент 2020 года по МПК F28B9/08 F28D7/02 

Изобретение относится к змеевиковому теплообменнику согласно пункту 1 формулы изобретения.

Такие змеевиковые теплообменники используются, например, в физических газоочистителях для удаления кислотного газа (например, процессы Rectisol) при производстве этилена или при производстве сжиженного природного газа (СПГ).

В типичных приложениях таких теплообменников часто необходимо разделение среды, вводимой в пространство корпуса в двух фазах, на жидкую фазу и газовую фазу для обеспечения возможности раздельной подачи двух фаз к пучку труб теплообменника, и в каждом случае с обеспечением их равномерного распределения, насколько это возможно, по поперечному сечению корпуса с обеспечением, как следствие, возможности косвенного теплообмена между двумя фазами первой среды и второй средой, проходящей в пучке труб.

Змеевиковые теплообменники, имеющие распределители жидкости, или разделительные устройства для отделения газовой фазы от жидкой фазы, известны, например, из следующих документов: DE 102012000146 Al, DE 102011017030 Al, DE102010055452 А1 и DE 102004040974 А1, ЕР 2818821 А1.

В документе DE 102012000146 А1 отделение газовой фазы от жидкой фазы выполняется с помощью направления двухфазного потока к ударной пластине соответствующей формы. В ЕР 2818821 двухфазный поток проходит через центральную трубку теплообменника в предраспределительный контейнер, где он стабилизируется и дегазируется. В DE 102011017030 А1 отделение газовой фазы от жидкой фазы осуществляют сначала, когда двухфазный поток вводят в канал кольцевой формы, и затем, посредством плеч распределительного устройства, которые соединены по потоку с центральной трубой для дегазации жидкости. Далее, техническая идея DE 102010055452 А1 относится к направляющему поток устройству для впускных отверстий наклоненных вниз каналов для жидкости, которое обеспечивает возможность подъема газовой фазы в канале для жидкости. Наконец, документ DE 102004040974 А1 раскрывает использование ударной пластины для дегазации двухфазного потока.

Принимая вышеуказанное за отправную точку, целью предложенного изобретения является создание змеевикового теплообменника, имеющего разделяющее устройство, которое обеспечивает возможность улучшенного отделения газовой фазы от жидкой фазы простым способом.

Эта цель достигается с помощью теплообменника, содержащего признаки, раскрытые в пункте 1 формулы изобретения. Дополнительные возможные конфигурации изобретения приводятся в зависимых пунктах и описаны ниже.

Согласно пункту 1, предложен змеевиковый теплообменник для косвенного теплообмена между двухфазной первой средой и второй средой, имеющий: корпус, который окружает пространство корпуса и проходит вдоль продольной оси, впускное отверстие для подачи двухфазной первой среды в пространство корпуса, пучок труб, расположенный в пространстве корпуса и имеющий множество труб для второй среды, которые спирально навиты вокруг продольной оси, и разделяющее устройство для отделения газовой фазы от жидкой фазы двухфазной первой среды, причем разделяющее устройство имеет поддон, который расположен выше пучка труб и служит для сбора жидкой фазы, причем поддон имеет множество патрубков для разделения двух фаз, причем соответствующий патрубок выступает из поддона со стороны поддона, обращенной в сторону от пучка труб, закрыт крышкой и открывается в проходное отверстие в поддоне, при этом, кроме того, между соответствующей крышкой и верхним концом соответствующего патрубка выполнено впускное отверстие, через которое газовая фаза может протекать в соответствующий патрубок, с обеспечением, в результате, возможности стекания, в частности, жидкой фазы с соответствующей крышки, мимо соответствующего впускного отверстия, на поддон, и с обеспечением возможности прохождения газовой фазы через впускное отверстие, расположенное под соответствующей крышкой, в соответствующий патрубок и оттуда через соответствующее проходное отверстие, через поддон, к пучку труб.

В результате направления жидкой фазы к поддону, обеспечивается возможность достижения необходимого времени задержки жидкой фазы, которое является достаточно долгим и которое, таким образом, позволяет газовой фазе покинуть двухфазную смесь. Кроме того, отклонение газовой фазы на пути потока через соответствующий патрубок обеспечивает, в результате, возможность дальнейшего отделения капель от газовой фазы, еще больше улучшая разделение фаз. Кроме того, предпочтительно, возможно выполнение патрубков так, что, даже в случае высокого содержания жидкости, жидкость не протекает в патрубки через впускные отверстия, при этом гарантируется надежное разделение двух фаз.

Далее, в трубах может быть обеспечено множество взаимно различных потоков или сред, в частности, два или три различных потока, которые косвенно обмениваются теплом с первой средой или потоком в корпусе. Для этой цели трубы из пучка труб могут быть разделены на соответствующее количество групп труб, так что одна группа труб связана с одной (второй) средой для труб.

Согласно варианту изобретения, разделяющее устройство может в то же время выполнять также функцию фактического распределителя жидкости. В этом случае может быть обеспечено, например, наличие в поддоне множества отверстий, через которые жидкая фаза, собранная на поддоне, может протекать вниз непосредственно к пучку труб, то есть без какого-либо обхода через другие направляющие поток компоненты.

Для распределения жидкой фазы может быть обеспечен, согласно альтернативному варианту, отдельный распределитель жидкости, который проточно соединен с поддоном с обеспечением возможности прохождения жидкой фазы, собранной на поддоне, в распределительное устройство. Распределительное устройство выполнено с возможностью распределения жидкой фазы относительно пучка труб. Например, жидкая фаза может проходить через круговой зазор в корпусе или через трубы в кольцевой канал, который расположен ниже и имеет распределительные плечи. В альтернативном варианте жидкая фаза может вводиться через центральное отверстие в центральную трубу и затем проводиться к распределителю в виде распределителя давления. Такие распределители жидкости описаны подробно, например, в документе DE 102004040974 А1. Другие распределители также возможны.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, соответствующий патрубок образован круговой цилиндрической стенкой, которая выступает из краевой области, ограничивающей соответствующее проходное отверстие, с обеспечением, в результате, формирования соответствующим проходным отверстием поддона выпускного отверстия соответствующего патрубка, которое обращено к пучку труб в направлении вниз.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, трубы из пучка труб спирально навиты вокруг центральной трубы теплообменника или навиты на нее, при этом центральная труба проходит в пространстве корпуса вдоль его продольной оси и, предпочтительно, расположена соосно с упомянутой продольной осью, причем центральная труба, предпочтительно, удерживает нагрузку от труб. Отдельные трубы из пучка труб, предпочтительно, спирально навиты во множество слоев труб на центральной трубе, причем отдельные слои труб расположены один на другом через прокладки.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, крышка соответствующего патрубка имеет круговую краевую область с направленной вниз нижней кромкой, которая проходит по высоте до круговой обращенной вверх концевой стороны соответствующего патрубка или ниже нее, причем указанная концевая сторона ограничивает впускное отверстие соответствующего патрубка.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, каждый патрубок проходит вдоль оси, проходящей перпендикулярно поддону и, в частности, параллельно продольной или цилиндрической оси корпуса теплообменника, которая, предпочтительно, проходит параллельно вертикали.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, крышка соответствующего патрубка выступает круговой краевой областью за соответствующий патрубок в направлении перпендикулярном оси патрубка. Круговая часть или краевая область соответствующей крышки, которая выступает таким образом за соответствующий патрубок или упомянутую цилиндрическую стенку в направлении перпендикулярном оси соответствующего патрубка, также называется в настоящем документе как выступ соответствующей крышки.

Согласно особенно предпочтительному варианту изобретения, в каждом случае один внутренний патрубок расположен в по меньшей мере одном, или множестве, или всех патрубках (соответствующие патрубки тогда называются внешними патрубками), при этом внутренний патрубок проходит через крышку соответствующего внешнего патрубка и выступает верхней частью из крышки соответствующего внешнего патрубка, причем верхняя часть соответствующего внутреннего патрубка имеет впускное отверстие, которое, в свою очередь, закрыто крышкой соответствующего внутреннего патрубка с обеспечением возможности стекания жидкой фазы с крышки соответствующего внутреннего патрубка мимо соответствующего впускного отверстия внутреннего патрубка на крышку соответствующего внешнего патрубка и, оттуда, на поддон разделяющего устройства, и дополнительно с обеспечением возможности прохождения газовой фазы через впускное отверстие соответствующего внутреннего патрубка, выполненное под крышкой соответствующего внутреннего патрубка, в соответствующий внутренний патрубок, и оттуда - в пучок труб.

Также, в отношении внутренних патрубков, в свою очередь, крышка соответствующего внутреннего патрубка, предпочтительно, имеет круговую краевую область с обращенной вниз нижней кромкой, которая проходит по высоте до круговой и обращенной вверх концевой стороны верхней части соответствующего внутреннего патрубка или ниже нее, при этом указанная концевая сторона ограничивает впускное отверстие соответствующего внутреннего патрубка.

Благодаря внутренним патрубкам, разделяющее устройство может быть выполнено, в частности, с компактной конструкцией. Таким образом, разделяющее устройство также может быть расположено в частях корпуса или пространстве корпуса, при этом в указанных частях окружность или диаметр корпуса непрерывно уменьшаются в направлении вершины, обеспечивая в результате возможность выполнения соответствующей части корпуса, окружающей разделяющее устройство, например, в форме усеченного конуса. Соответственно, корпус имеет, согласно одному варианту выполнения изобретения, часть корпуса, которая окружает по меньшей мере одну часть разделяющего устройства, в частности, по меньшей мере одну часть патрубков, в поперечном сечении перпендикулярную продольной оси корпуса и сужается кверху в направлении продольной оси, и имеет, в частности, форму усеченного конуса.

Кроме того, согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, соответствующий внутренний патрубок проходит вдоль оси соответствующего, в каждом случае, внешнего патрубка, в котором по меньшей мере частично расположен соответствующий внутренний патрубок.

Кроме того, также в отношении крышки соответствующего внутреннего патрубка, упомянутая крышка выступает круговой краевой областью за соответствующий внутренний патрубок в направлении перпендикулярном его оси с обеспечением формирования, в результате, кругового выступа крышки за пределами внутреннего патрубка, расположенного под крышкой.

Согласно одному варианту выполнения изобретения, особенно предпочтительно, соответствующий внутренний патрубок расположен соосно, в каждом случае, с соответствующим внешним патрубком, который окружает внутренний патрубок.

Согласно альтернативному варианту выполнения изобретения, патрубки формируют группу из первых патрубков и группу из вторых патрубков, причем вторые патрубки имеют, вдоль их соответствующей оси, большую высоту над поддоном, чем первые патрубки.

В этом отношении, согласно одному варианту выполнения изобретения, расстояние от второго патрубка до крышки соответствующего первого патрубка в направлении, перпендикулярном оси второго патрубка, меньше, чем выступ крышки соответствующего первого патрубка.

Согласно еще одному варианту выполнения, первые и вторые патрубки расположены поочередно вдоль поддона, так что, предпочтительно, второй патрубок расположен в каждом случае между двумя смежными первыми трубками, или первый патрубок расположен в каждом случае между двумя смежными вторыми патрубками.

Благодаря различным высотам первого и второго патрубков и чередующемуся размещению обеспечена возможность увеличения числа патрубков на единицу площади поверхности, что улучшает разделение двух фаз.

Кроме того, цель изобретения достигается с помощью способа отделения газовой фазы от жидкой фазы двухфазной первой среды и теплообмена между первой средой и второй средой с использованием предложенного змеевикового теплообменника, при этом первую среду, содержащую жидкую и газовую фазы, подают в пространство корпуса через впускное отверстие, причем жидкая фаза, когда ударяется о крышку во время подачи, протекает мимо соответствующего впускного отверстия на поддон, причем жидкую фазу собирают на поддоне и затем распределяют относительно пучка труб, и при этом газовую фазу вводят через впускное отверстие, расположенное под соответствующей крышкой, в соответствующий патрубок (в частности, внутренний патрубок, внешний патрубок, первый патрубок или второй патрубок), и оттуда проводят через соответствующее проходное отверстие через поддон к пучку труб.

Согласно одному варианту выполнения способа согласно изобретению, патрубки выполнены таким образом, что, даже в случае высокой нагрузки жидкостью, жидкость не протекает в указанные патрубки через впускные отверстия.

Дальнейшие подробности и преимущества предложенного изобретения будут обсуждаться посредством последующего описания чертежей примера варианта выполнения, на основе этих чертежей.

На чертежах:

фиг. 1 схематически иллюстрирует отделение жидкой фазы от газовой фазы двухфазной среды для распределения относительно пучка труб;

фиг. 2 схематически изображает разрез варианта выполнения змеевикового теплообменника согласно изобретению;

фиг. 3 схематически изображает разрез еще одного варианта выполнения змеевикового теплообменника согласно изобретению;

фиг. 4 схематически изображает разрез другого варианта выполнения змеевикового теплообменника согласно изобретению; и

фиг. 5 показан в качестве примера распределитель жидкости, который может использоваться для распределения жидкой фазы, отделенной разделяющим устройством согласно изобретению.

Фиг. 1 иллюстрирует на схематическом разрезе основную задачу распределения двухфазной первой среды М в змеевиковом теплообменнике 1. Для этого используют, согласно изобретению, разделительное устройство 2, которое отделяет газовую фазу G от жидкой фазы F первой среды М. После этого жидкая фаза F и газовая фаза G могут быть направлены к пучку 3 труб змеевикового теплообменника 1 в каждом случае по отдельности и с обеспечением равномерного распределения, при этом пучок труб расположен ниже разделительного устройства 2, и в пучке труб проходит вторая среда М', при этом, в результате, обеспечивается возможность косвенного обмена теплом средами М, М'. Как уже указано выше, множество сред также могут отдельно проходить по трубам, при этом указанные среды могут косвенно обмениваться теплом с первой средой М.

В вариантах, показанных на фиг. 2-4, змеевиковый теплообменник 1 в каждом случае содержит корпус 5, который, предпочтительно, по меньшей мере частично цилиндрический и окружает пространство 6 корпуса теплообменника 1, и пучок 3 труб, который расположен в пространстве 6 корпуса и может иметь множество труб 30, которые могут быть спирально навиты на центральную трубу 300, причем труба 300 расположена, в частности, соосно по отношению к продольной оси z теплообменника 1 или корпуса 5, вдоль которой проходит продольная ось корпуса 5. Указанная продольная ось z проходит, предпочтительно, параллельно вертикали. Кроме того, змеевиковый теплообменник 1, как показано на фиг. 2-4, имеет в каждом случае впускное отверстие 7 для входа двухфазной первой среды М в пространство 6 корпуса выше поддона 4 разделительного устройства 2, которое выполнено с возможностью разделения газовой и жидкой фаз G, F первой среды М с обеспечением раздельного распределения двух фаз G, F относительно пучка 3 труб. В данном случае поддон 4 проходит горизонтально или перпендикулярно к продольной оси z и расположен выше пучка 3 труб, причем указанный поддон, предпочтительно, проходит по всей площади поперечного сечения пространства 6 корпуса, перпендикулярного к продольной оси z, и в этом случае подразделяет пространство 6 на две части.

Во всех вариантах, как показано на фиг. 2-4, поддон 4, предпочтительно, служит для сбора жидкой фазы F и, предпочтительно, соединен по потоку с распределителем 4а жидкости через подходящее соединение S по потоку, причем распределитель 4а жидкости выполнен с возможностью распределения жидкой фазы F относительно пучка 3 труб, при этом жидкая фаза F поступает к пучку труб, например, сверху.

Как распределитель 4а жидкости, можно использовать устройства, уже описанные выше. Из различных возможностей, на фиг. 5 показан, в качестве примера, вариант распределителя 4а жидкости, который может быть использован со всеми вариантами разделяющего устройства 2 согласно изобретению (например, согласно фиг. 2-4). Согласно фиг. 5, поддон 4 разделительного устройства 2 соединен с центральной трубой 300 теплообменника 1 посредством подходящего соединителя S потока с обеспечением возможности прохождения жидкой фазы F, собранной на поддоне 4, в центральную трубу 300. Патрубки 50, 60, 70 соответствующего варианта выполнения (как показано на фиг. 2-4, см. ниже) расположены на поддоне 4 согласно фиг. 5, при этом в данном случае патрубки не показаны для большей ясности. Распределитель 4а жидкости согласно фиг. 5 имеет, ниже поддона 4а разделительного устройства 2 и выше пучка 3 труб, множество плеч 4b, которые соединены по потоку с центральной трубой 300 и предназначены для распределения жидкой фазы F относительно пучка 3 труб, который расположен ниже плеч 4b. Выходящие из центральной трубы 300 плечи 4b проходят в каждом случае радиально наружу к корпусу 5, причем между смежными плечами 4b обеспечены зазоры, через которые трубы 30 из пучка 3 труб, собранные в так называемые кластеры 31, проходят вверх мимо плеч 4b и открываются, например ниже поддона 4, в соединительные детали 32, расположенные поперечно на корпусе 5.

Как альтернатива отдельному распределителю 4а жидкости (например, как показано на фиг.5, или как показано на фиг. 2-4), также возможно во всех вариантах выполнения, чтобы разделительное устройство 2 само работало в качестве распределителя жидкости. Для этого поддон 4 может иметь множество отверстий 40а, которые распределены, в частности, равномерно по поддону 4, и через которые в каждом случае жидкая фаза F подается к пучку 3 труб. Отдельный распределитель 4а жидкости тогда может быть исключен.

Согласно примерному варианту выполнения изобретения, показанному на фиг. 2, для разделения двух фаз F, G первой среды М поддон 4 содержит множество проходных отверстий 40, через которые газовая фаза G может распределяться относительно пучка 3 труб. Для этого в каждом случае проходные отверстия 40 соединены по потоку с соответствующим патрубком 50, причем соответствующий патрубок 50, предпочтительно, сформирован круговой цилиндрической стенкой 50, которая, предпочтительно, является закрытой стенкой, не имеющей отверстий и выступающей из круговой краевой области соответствующего проходного отверстия 40 вверх в направлении оси L соответствующего патрубка 50 со стороны поддона 4, обращенной в сторону от пучка 3 труб, так что соответствующее проходное отверстие 40 формирует направленное вниз выпускное отверстие 40, обращенное к пучку 3 труб, соответствующего патрубка 50. Оси L патрубков 50 являются, предпочтительно, осями L цилиндров, проходящими параллельно продольной оси z теплообменника 1 или корпуса 5.

Соответствующий патрубок 50, кроме того, имеет на верхнем конце впускное отверстие 51, которое является противоположным соответствующему выпускному отверстию 40 в направлении соответствующей оси L, и которое, в то же время, в каждом случае закрыто крышкой 52 с формированием кругового зазора между соответствующей крышкой 52 и патрубком 50, расположенным ниже. Жидкая фаза F, которая подается на поддон 4 разделительного устройства 2 сверху, может стекать с соответствующей крышки 52 мимо соответствующего впускного отверстия 51 или соответствующего кругового зазора на поддон 4, где она собирается для дальнейшего распределения относительно пучка 3 труб отдельно от газовой фазы G, например, посредством распределителя 4 а жидкости, который, более конкретно, может быть сформирован, например как на фиг. 5, в то время как газовая фаза G входит в соответствующий патрубок 50 через соответствующий зазор или впускное отверстие 51, расположенное под соответствующей крышкой 52, и оттуда может быть направлена через соответствующее проходное отверстие или выпускное отверстие 40 через поддон 4 к пучку 3 труб. Как уже указано, распределитель 4а жидкости может быть исключен. В этом случае жидкая фаза F может быть распределена относительно пучка 3 труб через отверстия 40а в поддоне 4.

Как, кроме того, показано на фиг. 2, крышки 52, предпочтительно, расположены на одинаковой высоте в направлении продольной оси z змеевикового теплообменника 1 или корпуса 5, и каждая имеет круговую краевую область 52а с круговой кольцевой нижней кромкой 52b, которая, по отношению к продольной оси z, проходит по высоте до круговой концевой стороны 50а соответствующего патрубка 50 или ниже нее, при этом концевая сторона ограничивает впускное отверстие 51 соответствующего патрубка 50. В этом случае, кроме того, крышка 52 соответствующего патрубка 50 выступает круговой краевой областью 52а за соответствующий патрубок 50 в направлении перпендикулярном оси L соответствующего патрубка 50. Это обеспечивает, где это возможно, то, что жидкая фракция первой среды М не может пройти в соответствующий патрубок 50. В результате этого, газовая фаза G множество раз отклоняется по пути потока в направлении к пучку 3 труб, что улучшает отделение жидкой фазы F от газовой фазы G.

На фиг. 3 показан еще один вариант змеевикового теплообменника 1 согласно изобретению, в котором отдельные патрубки 50, 70 сформированы, в целом, как показано на фиг. 2, при этом в данном случае, в отличие от фиг. 2, выполнены первые патрубки 50, которые вдоль соответствующей оси L имеют меньшую высоту над поддоном 4, чем вторые патрубки 70. В данном случае первые и вторые патрубки 50, 70 расположены поочередно, обеспечивая, в результате, возможность размещения на поддоне 4 большего количества патрубков 50, 70 на единицу площади благодаря разной высоте соответствующих крышек 52, 72. Понятно, в частности, что при таком размещении патрубков 50, 70 разной длины расстояние А от второго патрубка 70 до крышки 52 смежного первого патрубка 50 в направлении перпендикулярном оси L второго патрубка 70 меньше, чем выступ А' крышки 52 смежного первого патрубка 50 за упомянутый первый патрубок 50. В случае крышек 52, 72 на одинаковой высоте, расстояние между двумя соседними патрубками 50, 70 в направлении, перпендикулярном их осям L, соответственно, было бы больше. Кроме различной длины, первые и вторые патрубки 50, 70 сформированы, в остальном, согласно примеру варианта выполнения, показанному на фиг. 2.

Наконец, на фиг. 4 показан еще один пример варианта выполнения змеевикового теплообменника 1, согласно изобретению, в котором патрубки 50 сформированы, как показано на фиг. 2, при этом в данном случае, дополнительно, внутренний патрубок 60 расположен в соответствующем патрубке 50, сформированном в данном случае, как внешний патрубок, при этом внутренний патрубок проходит через крышку 52 соответствующего внешнего патрубка 50 и выступает верхней частью 63 из соответствующей крышки 52, причем верхняя часть 63 соответствующего внутреннего патрубка 60 имеет впускное отверстие 61, которое, в свою очередь, закрыто крышкой 62 соответствующего внутреннего патрубка 60 с обеспечением наличия кругового зазора между соответствующей крышкой 62 и внутренним патрубком 60, расположенным под ней.

Каждый внутренний патрубок 60 также может быть сформирован круговой цилиндрической стенкой 60, которая, в каждом случае окруженная внешним патрубком 50, может проходить вниз до высоты соответствующего проходного отверстия 40 поддона 4, с обеспечением, в результате, расположения нижнего выпускного отверстия 41 соответствующего внутреннего патрубка 60, которое обращено к пучку 3 труб, в плоскости отверстия соответствующего проходного отверстия 40.

Соответственно, жидкая фаза F первой среды М, которая подается к разделительному устройству 2 или поддону 4 сверху, может затем стекать с крышки 62 соответствующего внутреннего патрубка 60 мимо зазора или впускного отверстия 61 соответствующего внутреннего патрубка 60 на крышку 52 соответственного связанного внешнего патрубка 50 и оттуда на поддон 4, где она может быть собрана и затем распределена относительно пучка 3 труб. В отличие от этого, газовая фаза G может быть направлена через кольцевые впускные отверстия 51 в соответствующий внешний патрубок 50 вдоль соосного внутреннего патрубка 60 через соответствующий проход или выпускное отверстие 40 к пучку 3 труб, при этом благодаря внутренним патрубкам 60, один дополнительный проточный тракт для газовой фазы G обеспечен во внешнем патрубке 50, так как газовая фаза G также может проходить через впускное отверстие 61 соответствующего внутреннего патрубка 60, выполненной под крышкой 62 соответствующего внутреннего патрубка 60, в соответствующий внутренний патрубок 60 и оттуда через выпускное отверстие 41 соответствующего внутреннего патрубка к пучку 3 труб.

Как уже указано выше, крышка 62 соответствующего патрубка 60, предпочтительно, также имеет круговую краевую область 62а с кольцевой, обращенной вниз нижней кромкой 62b, которая проходит по высоте до круговой обращенной вверх концевой стороны 60а верхней части 63 соответствующего патрубка 60 или ниже нее, при этом указанная концевая сторона ограничивает впускное отверстие 61 соответствующего патрубка 60.

Благодаря соосному расположению внешних патрубков 50 и внутренних патрубков 60, как это показано на фиг. 4, обеспечена преимущественная возможность расположения разделительного устройства 2 также в частях 5а корпуса 5, диаметр или окружность которых непрерывно уменьшается к верху, в направлении продольной оси z.

Список обозначений

1 Теплообменник

2 Разделительное устройство

3 Пучок труб

4 Поддон

4а Распределитель жидкости

4b Плечи

5 Корпус

6 Пространство корпуса

7 Впуск

30 Трубы

31 Кластеры

32 Соединительная деталь

40 Проходные отверстия

40а Дополнительные отверстия для распределения жидкой фазы

41 Выпускное отверстие

50, 70 Патрубок

50а, 70а Концевая сторона

51, 61, 71 Впускное отверстие

52, 62, 72 Крышка

52а, 62а, 72а Краевая область

52b, 62b, 72b Нижняя кромка

60 Внутренний патрубок

63 Верхняя часть

300 Центральная труба

А Зазор

А' Выступ

F Жидкая фаза

G Газовая фаза

М Первая среда

М' Вторая среда

L Ось

S Соединение потока

Z Продольная ось

Предложен змеевиковый теплообменник (1) для косвенного теплообмена между двухфазной первой средой (М) и второй средой (М'), имеющий корпус (5), который окружает пространство (6) корпуса и проходит вдоль продольной оси (z), впуск (7) для подачи двухфазной первой среды (М) в пространство (6) корпуса, пучок (3) труб, который расположен в пространстве (6) корпуса и имеет множество труб (30) для прохождения второй среды (М'), которые спирально навиты вокруг продольной оси (z), и разделяющее устройство (2) для отделения газовой фазы (G) от жидкой фазы (F) двухфазной первой среды (М). Согласно изобретению разделительное устройство (2) имеет поддон (4), который расположен выше пучка (3) труб и служит для сбора жидкой фазы (F), причем поддон (4) имеет множество патрубков (50, 70), предназначенных для разделения двух фаз (F, G), причем соответствующий патрубок (50, 70) выступает из поддона со стороны поддона (4), обращенной в сторону от пучка (3) труб, закрыт крышкой (52, 72) и открывается в проходное отверстие (40) в поддоне (4), и при этом между соответствующей крышкой (52, 72) и верхним концом соответствующего патрубка (50, 70) выполнено впускное отверстие (51, 71), через которое газовая фаза (G) может протекать в соответствующий патрубок (50, 70). Изобретение также относится к соответствующему способу работы теплообменника. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Змеевиковый теплообменник (1) для косвенного теплообмена между двухфазной первой средой (М) и второй средой (Μ'), имеющий

корпус (5), который окружает пространство (6) корпуса и проходит вдоль продольной оси (z),

впуск (7) для подачи двухфазной первой среды (М) в пространство (6) корпуса,

пучок (3) труб, который расположен в пространстве (6) корпуса и содержит множество труб (30) для размещения второй среды (Μ'), при этом указанные трубы спирально навиты вокруг продольной оси (z), и

разделительное устройство (2) для отделения газовой фазы (G) от жидкой фазы (F) двухфазной первой среды (М),

отличающийся тем,

что разделительное устройство (2) содержит поддон (4), который расположен выше пучка (3) труб и служит для сбора жидкой фазы (F), причем поддон (4) имеет множество патрубков (50, 70), предназначенных для разделения двух фаз (F, G), при этом соответствующий патрубок (50, 70) выступает из поддона (4) со стороны поддона, обращенной в сторону от пучка (3) труб, закрыт крышкой (52, 72) и открывается в проходное отверстие (40) в поддоне (4), при этом между соответствующей крышкой (52, 72) и верхним концом соответствующего патрубка (50, 70) выполнено впускное отверстие (51, 71), через которое газовая фаза (G) может протекать в соответствующий патрубок (50, 70).

2. Змеевиковый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что поддон (4) имеет, дополнительно к проходным отверстиям (40), множество отверстий (40а) для равномерного распределения жидкой фазы (F) относительно пучка труб.

3. Змеевиковый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что содержит распределитель (4а) жидкости, расположенный ниже поддона (4) и предназначенный для распределения жидкой фазы (F) относительно пучка (3) труб, при этом поддон (4) проточно соединен с распределителем (4а) жидкости, расположенным под ним, с обеспечением возможности прохождения жидкой фазы (F) из поддона (4) в распределитель (4а) жидкости.

4. Теплообменник по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что крышка (52, 72) соответствующего патрубка (50, 70) имеет круговую краевую область (52а, 72а), нижняя кромка (52b, 72b) которой проходит на высоте круговой концевой стороны (50а, 70а) соответствующего патрубка (50, 70) или ниже нее, при этом указанная концевая сторона ограничивает впускное отверстие (51, 71) соответствующего патрубка (50, 70).

5. Теплообменник по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что каждый патрубок (50, 70) проходит вдоль оси (L), которая проходит перпендикулярно поддону (4).

6. Теплообменник по одному из пп. 4 и 5, отличающийся тем, что крышка (52, 72) соответствующего патрубка (50, 70) выступает круговой краевой областью (52а, 72а) за соответствующий патрубок (50, 70) в направлении, перпендикулярном оси (L) соответствующего патрубка (50, 70).

7. Теплообменник по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что по меньшей мере один патрубок (50) сформирован как внешний патрубок (50), причем внутренний патрубок (60) расположен в указанном по меньшей мере одном внешнем патрубке (50), проходит вверх через крышку (52) внешнего патрубка (50) и проходит верхней частью (63) за крышку (52) внешнего патрубка (50), причем верхняя часть (63) внутреннего патрубка (60) имеет впускное отверстие (61), которое, в свою очередь, закрыто крышкой (62) внутреннего патрубка (60) с обеспечением возможности стекания жидкой фазы (F) с крышки (62) внутреннего патрубка (60) мимо впускного отверстия (61) внутреннего патрубка (60) на крышку (52) указанного по меньшей мере одного внешнего патрубка (50) и оттуда на поддон (4) и дополнительно с обеспечением возможности прохождения газовой фазы (G) через впускное отверстие (61) внутреннего патрубка (60), расположенного под крышкой (62) внутреннего патрубка (60), во внутренний патрубок (60) и оттуда к пучку (3) труб.

8. Теплообменник по п. 7, отличающийся тем, что крышка (62) внутреннего патрубка (60) имеет круговую краевую область (62а), нижняя кромка (62b) которой проходит на высоте круговой концевой стороны (60а) верхней части (63) внутреннего патрубка (60) или ниже нее, при этом указанная концевая сторона ограничивает впускное отверстие (61) внутреннего патрубка (60).

9. Теплообменник по одному из пп. 7 и 8, отличающийся тем, что внутренний патрубок (60) проходит вдоль оси (L) указанного по меньшей мере одного соответствующего внешнего патрубка (50).

10. Теплообменник по одному из пп. 8 и 9, отличающийся тем, что крышка (62) внутреннего патрубка (60) выступает круговой краевой областью (62а) за внутренний патрубок (60) в направлении, перпендикулярном оси (L) внутреннего патрубка (60).

11. Теплообменник по п. 7 или одному из пп. 8-10, когда они зависят от п. 7, отличающийся тем, что внутренний патрубок (60) расположен соосно с указанным соответствующим по меньшей мере одним внешним патрубком (50).

12. Теплообменник по п. 5 или 6, отличающийся тем, что патрубки (50, 70) образуют группу первых патрубков (50) и группу вторых патрубков (70), при этом высота вторых патрубков (70) вдоль их соответствующей оси (L) над поддоном (4) больше высоты первых патрубков (50).

13. Теплообменник по п. 12, отличающийся тем, что расстояние (А) от второго патрубка (70) до крышки (52) смежного первого патрубка (50) в направлении, перпендикулярном оси (L) второго патрубка (70), меньше, чем выступ (Α') крышки (52) смежного первого патрубка (50) за пределы указанного первого патрубка (50) в направлении, перпендикулярном оси (L) упомянутого первого патрубка (50).

14. Теплообменник по п. 10 или 11, отличающийся тем, что первые и вторые патрубки (50, 70) расположены поочередно вдоль поддона (4), так что, предпочтительно, второй патрубок (70) расположен в каждом случае между двумя соседними первыми патрубками (50) или первый патрубок (50) расположен в каждом случае между двумя соседними вторыми патрубками (70).

15. Способ отделения газовой фазы (G) от жидкой фазы (F) двухфазной первой среды (М) и теплообмена между первой средой (М) и второй средой (Μ') с использованием змеевикового теплообменника (1) по одному из пп. 1-14, при этом первую среду (М), имеющую жидкую и газовую фазы (F, G), подают в пространство (6) корпуса через впуск (7), причем жидкая фаза (F) при столкновении с крышкой (52, 72) во время подачи стекает мимо соответствующего впускного отверстия (51, 71) на поддон (4), и жидкую фазу (F) собирают на поддоне (4) и затем распределяют по пучку (3) труб, а газовую фазу (G) вводят через впускное отверстие, расположенное под соответствующей крышкой (52, 62, 72), в соответствующий патрубок (50, 60, 70) и оттуда проводят через соответствующее проходное отверстие (40) через поддон (4) к пучку (3) труб.