[发明专利]卷绕式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种卷绕式换热器，它具有多个围绕一芯管卷绕的管和一个壳，该壳构成了围绕着这些管的一个外腔的边界。

背景技术

在LNG基荷型设备中，天然气被大量地连续液化。天然气的液化通常通过与卷绕式换热器中的冷却剂的热交换来进行。但是也公开了卷绕式换热器的很多其他应用，不仅在低于环境温度直到最低温度的温度下而且在远高于环境温度的高温度下应用。原则上，卷绕式换热器可以在所有对于其材料合适的温度下使用。

在卷绕式换热器中，多个管层螺旋形地卷绕在一个芯管上。一种介质被引导穿过各个管，该介质与一种在这些管和一个围绕的壳之间的腔中流动的介质进行热交换，这些管在该换热器的上端部和下端部上聚集成一个或多个组。

这种卷绕式换热器及其应用、例如用于天然气的液化、在以下每个公开文件中都有所描述：

-Hausen/Linde，低温技术，1985年第二版，第471-475页

-W.Scholz，“绕管式换热器”，林德技术和经济报告，编号33(1973)，第34-39页

-W.Bach，“具有氮冷的离岸天然气液化——绕管式换热器和板式换热器的工艺设计和比较”，林德技术和经济报告，编号64(1990)，第31-37页

-W.et al.，“新式LNG基荷工艺和主换热器的制造，林德技术和经济报告“，编号78(1999)，第3-11页(英语文本：W.et al.，“新式LNG基荷工艺和主换热器的制造，林德科学和技术报告，编号61(1999)，第3-11页)

-DE 1501519A

-DE 1912341A

-DE 19517114A

-DE 19707475A

-DE 19848280A

卷绕式换热器以其大的内弹性公知。通过形成为螺旋弹簧的管，这些卷绕式换热器弹性非常大，并且特别是适合于补偿由热膨胀或收缩引起的应力，从而允许特别高的运行可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，进一步提高卷绕式换热器的可靠性。

该目的通过以下方式来解决，即在卷绕式换热器中使用至少一个不传热的弹性部件，该弹性部件设置在所述壳的内部和束的径向外部并且具有金属材料。

迄今为止人们认为，卷绕的管的固有弹性、必要时与管在其端部上的弹性支承相关联地、给予卷绕式换热器一种用于补偿热应力的卓越能力，使得在该方向上无需其他措施。但是在本发明的范围内明确提出，即使在卷绕式换热器中热应力也可降低运行时的可靠性。现在，本发明不采用通常的参数、例如管的固有弹性的提高或者管端部支承的改变的参数，而是通过使用处于所述束的径向外部的不传热的部件来解决上述目的。由此，不仅可补偿由于温度改变而出现的应力，而且也可平衡整个束相对于外腔或内腔的较大的定常温度差和温度梯度。

在此，“不传热”是指这样一种部件，其表面在运行中与这样两个流体不直接接触：在这两个流体之间进行想要的传热。当然，每个部件都具有通过导热引起的传热效应。这在所述“不传热”的概念中不被排除。

在此，“束”是指空心圆柱体形式的几何空间，其由管绕组的圆柱对称的区段形成。其包括管的螺旋形卷绕的区段并且在内部一直延伸到一个圆柱周面该圆柱周面接触最内部管层的管内侧——而不包括芯管本身——并且向外一直延伸到一个圆柱周面，该圆柱周面接触最外部管层的管外侧。如果在所述壳和最外部的管层之间设置一个衬(Hemd)，那么该“束”不再包括该衬。

当一个部件至少部分地位于由该束构成的空心圆柱体的径向外部、即位于最外部的管层与壳之间的或者最内部的管层与芯管之间的空间之一中或者位于该芯管内部时，则认为该部件设置在“束的径向外部”。那些仅仅设置在所述束的轴向端部的上方或者下方的部件、即例如那些用于支承管端部的部件不是设置在“束的径向外部”。本发明意义上的该弹性部件例如可以设置在两个同心的管束之间(参见德国专利申请102006033697以及与其相关的申请)、设置在最外部的管层与所述衬之间或者设置在最内部的管层与芯管之间。

在此，当一个部件的刚度(弹性常数)小于传热部件、特别是管和管束的刚度时，该部件称为是“弹性的”。这个或这些“不传热的弹性部件”的弹性常数特别是小于管束的80％、最好小于50％、小于10％或者小于1％。其布置和弹性被这样构成，使得在换热器运行时管中的由于热膨胀引起的热应力保持低于这些管的拉伸极限，特别是低于该拉伸极限的三分之二，最好低于这些管的拉伸极限的5％。