VERFAHREN ZUR|ANPASSUNG EINER HEIZFLÄCHE DES WÄRMEÜBERTRAGERS

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere zur Verflüssigung von Erdgas, oder z.B. zur Verwendung in Rectisolanlagen oder Petrochemieanlagen sowie ein Verfahren zum Anpassen einer Heizfläche des Wärmeübertragers an

unterschiedliche Betriebsfälle.

Ein solcher Wärmeübertrager kann rohrseitig einen oder mehrere Ströme führen. Diese rohrseitigen Ströme werden über Einlässe des Wärmeübertragers in den

Wärmeübertrager eingeleitet und jeweils auf ein oder mehrere Rohre verteilt. Die Einlässe sind somit eindeutig jeweils einem Strom zugeordnet.

Soll ein Wärmeübertrager für stark unterschiedliche prozessseitige Belastungen eingesetzt werden, bedeutet dies, den Wärmeübertrager für zwei oder mehr

Betriebsfälle auszulegen. In den meisten Betriebsfällen sind dann die für einen Fall passenden Heizflächen für die Ströme für den nächsten Fall zu klein oder zu groß. Es muss also die individuelle Heizfläche eines Stromes für den einen Fall angepasst werden und für die anderen Ströme für andere Fälle. Dies führt zu einer erheblichen Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche und damit auch zu deutlich höheren Kosten für den Wärmeübertrager.

Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine vergleichsweise kostengünstige Anpassung an unterschiedliche Betriebsfälle möglich ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.

Dieses Problem wird einerseits durch einen gewickelten Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 1 weist ein erfindungsgemäßer gewickelter Wärmeübertrager eine Mehrzahl an Einlässen auf, die jeweils mit zumindest einem zugeordneten Rohr des Wärmeübertragers verbunden sind, so dass zumindest ein Strom eines ersten

Mediums sowie ein Strom eines zweiten Mediums über zumindest einen zugeordneten Einlass in das jeweils zugeordnete, mindestens eine Rohr einleitbar sind, wobei der Wärmeübertrager einen Mantel aufweist, der einen Mantelraum umgibt, in dem die besagten Rohre angeordnet sind, so dass insbesondere ein im Mantelraum geführter Strom eines Mediums in einen indirekten Wärmetausch mit einem in dem jeweiligen Rohr geführten Strom eines Mediums tritt, und wobei die besagten Rohre jeweils um ein Kernrohr des Wärmeübertragers gewickelt sind. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Wärmeübertrager zur Anpassung der Heizfläche an unterschiedliche Betriebsfälle zumindest ein Umschaltmittel aufweist, das dazu ausgebildet ist, zumindest einen der Einlässe zwischen zumindest einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand hin- und her zu schalten bzw. umzuschalten, so dass im ersten Betriebszustand der Strom bzw. ein Teilstrom des ersten Mediums und im zweiten Betriebszustand der Strom bzw. ein Teilstrom des zweites Mediums über den mindestens einen Einlass in das mindestens eine zugeordnete Rohr des Wärmeübertragers einleitbar ist, um im ersten Betriebszustand dem Strom des ersten Mediums mehr Heizfläche zur Verfügung zu stellen (nämlich die des mindestens einen zugeordneten Rohres) und dem Strom des zweiten Mediums entsprechend weniger Heizfläche, und um im zweiten Betriebszustand dem Strom des zweiten Mediums mehr Heizfläche zur Verfügung zu stellen und dem Strom des ersten Mediums entsprechend weniger Heizfläche.

Die Erfindung ermöglicht also mit Vorteil die Umschaltbarkeit von Einlassen (bzw. entsprechenden Stutzen) und damit der jeweils zugeordneten Rohre und Heizflächen auf die verschiedenen, rohrseitigen Ströme. So kann z.B. mittels des Umschaltens die Wärmeübertragungsfläche (auch Heizfläche genannt) oder ein Teil der

Wärmeübertragungsfläche eines Mediums einem anderen Medium zur Verfügung gestellt werden. Durch das Umschalten wird also insbesondere die

Wärmeübertragungsfläche bzw. Heizfläche verändert, indem den einzelnen Medien jeweils eine unterschiedliche Anzahl an Rohren zugewiesen wird.

So ist z.B. eine Ausführungsform vorgesehen, in der dem Strom des ersten Mediums in einem ersten Betriebsfall drei Einlässe zur Verfügung stehen und dem weiteren Strom des zweiten Mediums nur einer. Für einen zweiten Betriebsfall soll aber die Heizfläche für den Strom des zweiten Mediums größer sein und die für den Strom des ersten Mediums kann kleiner sein. Entsprechend wird dann z.B. einer der drei Einlasse für den Strom des ersten Mediums auf den Strom des zweiten Mediums umgeschaltet und die daran gekoppelte Heizfläche dem weiteren Strom des zweiten Mediums zur Verfügung gestellt. Somit können unterschiedlichste Belastungen der Ströme für verschiedene Fälle mit einer deutlich kleineren Heizfläche abgedeckt werden.

Die Erfindung lässt sich natürlich auf eine beliebige Anzahl von mehreren Einlässen bzw. Strömen anwenden. Insbesondere können auch mehrere Einlässe in der vorstehend ausgeführten Weise umschaltbar sein bzw. es können mehrere

Umschaltmittel vorgesehen sein. Des Weiteren können ein oder mehrere Einlässe mittels einer entsprechenden Zahl an Umschaltmitteln auch zwischen mehr als zwei Betriebszuständen bzw. Strömen hin- und her geschaltet werden. So kann z.B. das mindestens eine Umschaltmittel dazu ausgebildet sein, zumindest einen der Einlässe zwischen zumindest einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand hin- und her zu schalten, so dass im ersten Betriebszustand der Strom bzw. ein Teilstrom des erstes Mediums und im zweiten Betriebszustand der Strom bzw. ein Teilstrom des zweiten Mediums über den mindestens einen Einlass in das mindestens eine zugeordnete Rohr einleitbar ist, so dass im zweiten Betriebszustand ein Rohr, mehrere Rohre oder alle Rohre des Stromes des ersten Mediums dem Strom des zweiten Mediums zugeordnet sind, so dass diesem entsprechend mehr Heizfläche zur Verfügung steht und dem Strom des ersten Mediums entsprechend weniger

Heizfläche. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das

Umschaltmittel zum Umschalten des mindestens einen Einlasses ein erstes Ventil zum Absperren einer mit jenem Einlass verbundenen ersten Rohrleitung sowie ein zweites Ventil zum Absperren einer mit jenem Einlass verbundenen zweiten Rohrleitung aufweist, wobei der Wärmeübertrager dazu ausgebildet ist, den Strom des ersten Mediums über die erste Rohrleitung und den Strom des zweiten Mediums über die zweite Rohrleitung jenem Einlass zuzuführen. Ist zum Beispiel das zweite Ventil geschlossen und das erste Ventil offen, wird lediglich der Strom des ersten Mediums über den besagten Einlass auf die zugeordneten Rohre des Wärmeübertragers aufgegeben. Für den Fall, dass das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil offen ist, wird lediglich der Strom des zweiten Mediums über den besagten Einlass auf die zugeordneten Rohre des Wärmeübertragers aufgegeben.

Ein dem jeweiligen umschaltbaren Einlass zugeordneter Auslass, der mit dem Einlass über eines oder mehrere Rohre des Wärmeübertragers verbunden ist, weist ebenfalls ein weiteres Umschaltmittel auf, so dass der Auslass entsprechend dem zugeordneten Einlass umgeschaltet werden kann. Hierzu kann das weitere Umschaltmittel ebenfalls zwei Ventile aufweisen, so dass der jeweils aus dem Auslass abgezogene Strom einer zugeordneten Auslass-Rohrleitung zugeführt werden kann.

Andere Vorrichtungen, mittels derer jeweils einer von mehreren Strömen auf einen Einlass bzw. einen dem Einlass zugeordnetem Auslass gelegt werden kann, sind auch denkbar. Bevorzugt sind die besagten Einlässe und/oder die jeweils zugeordneten Auslässe jeweils als Stutzen des Wärmeübertragers ausgebildet. Derartige Stutzen stehen vorzugsweise von einem drucktragenden Mantel des Wärmeübertragers ab, können jedoch auch innenliegend ausgeführt bzw. im Mantelraum angeordnet sein. Der Mantel umgibt des Weiteren einen Mantelraum des Wärmeübertragers, in dem die besagten Rohre des Wärmeübertragers angeordnet sind, so dass insbesondere ein im

Mantelraum geführtes Medium in einen indirekten Wärmetausch mit einem in dem jeweiligen Rohr geführten Medium treten kann.

Bevorzugt ist der jeweilige Einlass des Wärmeübertragers mit einer Mehrzahl an zugeordneten Rohren verbunden, wobei jene Rohre in einem dem jeweiligen Einlass bzw. Stutzen zugeordneten Rohrboden verankert sind.

Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Wärmeübertrager, wie bereits erwähnt, als ein gewickelter Wärmeübertrager ausgebildet, bei dem die besagten Rohre jeweils insbesondere helixförmig um das Kernrohr des Wärmeübertragers gewickelt sind, das im Mantelraum angeordnet ist und sich insbesondere entlang einer Längsachse des Mantels bzw. Wärmeübertragers erstreckt, die - bezogen auf einen

bestimmungsgemäß angeordneten Wärmeübertrager - mit der Vertikalen

zusammenfällt. Der Wärmeübertrager könnte jedoch theoretisch auch liegend installiert werden. Es ist auch möglich, die Erfindung auf andere Wärmeübertrager, wie z.B. Geradrohrwärmeübertrager, Plattenwärmeübertrager oder sonstige Wärmeübertrager anzuwenden.

Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager wird bevorzugt zur Verflüssigung von Erdgas verwendet, wobei insbesondere das Umschaltmittel dazu ausgebildet ist, einen der Einlässe bzw. Stutzen von einem Erdgasstrom auf einen Kühlmittelstrom oder umgekehrt umzuschalten. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager ist natürlich nicht auf die Verwendung zur Verflüssigung von Erdgas beschränkt, sondern kann z.B. auch bei Rectisolanlagen oder Anlagen der Petrochemie eingesetzt werden.

Weiterhin wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Danach ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager eine Mehrzahl an Einlässen aufweist, die jeweils mit zumindest einem zugeordneten Rohr des Wärmeübertragers verbunden sind, wobei jedes der dem jeweiligen Einlass zugeordneten Rohre eine Heizfläche definiert, wobei zumindest einer der Einlässe aus einem ersten

Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand geschaltet wird, so dass im ersten Betriebszustand der Strom bzw. ein Teilstrom des erstes Mediums und im zweiten Betriebszustand der Strom bzw. ein Teilstrom des zweiten Mediums über den mindestens einen Einlass in das mindestens eine zugeordnete Rohr eingeleitet wird, um im zweiten Betriebszustand dem Strom des zweiten Mediums mehr Heizfläche zur Verfügung zu stellen und dem Strom des ersten Mediums entsprechend weniger Heizfläche.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der erfindungsgemäße Wärmeübertrager verwendet.

Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass im zweiten Betriebszustand ein Rohr, mehrere Rohre oder alle Rohre des Stromes des ersten Mediums dem Strom des zweiten Mediums zugeordnet sind, so dass diesem entsprechend mehr Heizfläche zur Verfügung steht und dem Strom des ersten Mediums entsprechend weniger Heizfläche (siehe auch oben). Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen

Wärmeübertragers entlang einer quer zur Vertikalen bzw. Längsachse des Wärmeübertragers verlaufenden Querschnittsebene; und

Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines umschaltbaren

Einlasses und eines zugeordneten umschaltbaren Auslasses sowie eines den Einlass mit dem Auslass verbindenden helixförmigen Rohres eines Wärmeübertragers nach Art der Figur 1.

Figur 1 zeigt im Zusammenhang mit Figur 2 einen erfindungsgemäßen

Wärmeübertrager 1 in Form eines gewickelten Wärmeübertragers 1. Der

Wärmeübertrager 1 weist einen drucktragenden Mantel 10 auf, dessen Längsachse Z sich entlang der Vertikalen Z erstreckt. Alternativ hierzu kann die Längsachse Z bei einer liegenden Anordnung des Wärmeübertragers 1 auch entlang der Horizontalen verlaufen. Der Mantel 10 definiert einen Mantelraum 1 1 , in dem ein Kernrohr 12 angeordnet ist, das sich entlang der Längsachse Z erstreckt, wobei eine Mehrzahl an Rohren 20 in mehreren Lagen helixförmig um das Kernrohr 12 gewickelt sind. In der Figur 2 ist der Einfachheit halber lediglich ein derartiges Rohr 20 dargestellt. Jeweils mehrere Rohre 20 sind in einem zugeordneten Rohrboden 40 verankert und können über einen zugeordneten Einlass 30-36 in Form eines Stutzens mit einem rohrseitigen Strom S, S', S" beschickt werden. In der Figur 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein derartiger Stutzen 30 eingezeichnet. Die Rohre 20 erstrecken sich ausgehend vom jeweiligen am unteren Ende des Mantels 10 des Wärmeübertragers 1 vorgesehenen Einlass bzw. Stutzen 30-36 in der vorgenannten Art zu einem zugeordneten Auslass 50 in Form eines Stutzens, von denen einer in der Figur 2 exemplarisch dargestellt ist. Auch hier werden die einzelnen Rohre 20 bevorzugt in einem Rohrboden 60 zusammengefasst. Die besagten Einlässe 30-36 können auch an einem oberen Bereich des Wärmeübertragers 1 angeordnet sein und die zugeordneten Auslässe 50 an einem unteren Ende; die rohrseitige Strömung verläuft dann von oben nach unten und die mantelseitige von unten nach oben.

In dem Mantelraum 1 1 wird ferner ein mantelseitiger Strom S'" im Gegenstrom zu den rohrseitigen Strömen S, S', S" geführt, der über einen Einlass 71 in den Mantelraum 1 1 gegeben wird und über einen Auslass 72 aus dem Mantelraum 72 abgezogen wird. Die einzelnen rohrseitigen Ströme S, S', S" treten dabei untereinander sowie mit dem mantelseitigen Strom S'" in einen indirekten Wärmetausch. Gemäß Figur 1 weist der Wärmeübertrager 1 im Einzelnen drei Stutzen 30, 32, 36 auf, die mit Rohrleitungen 81 , 82, 83 und 84 verbunden sind, wobei über die Rohrleitungen 81 , 83 und 84 ein Strom S eines ersten Mediums in je eine Mehrzahl an mit den Stutzen 30, 32, 36 verbundenen Rohren 20 des Wärmeübertragers 1 gegeben wird. Des Weiteren weist der Wärmeübertrager 1 zwei Stutzen 35, 33 auf, die mit

Rohrleitungen 87, 88 verbunden sind, über die ein Strom S' eines zweiten Mediums in je eine Mehrzahl an mit den Stutzen 33, 35 verbundenen Rohren 20 gegeben wird, sowie ferner zwei Stutzen 31 , 34, die mit Rohrleitungen 85, 86 verbunden sind, über die ein Strom S" eines dritten Mediums in je eine Mehrzahl an mit den Stutzen 31 , 34 verbundenen Rohren 20 des Wärmeübertragers 1 eingespeist wird.

Um nun die einzelnen, durch die Rohre 20 definierten Heizflächen des

Wärmeübertragers 1 an unterschiedliche Betriebsfälle anpassen zu können, ist zumindest einer der Einlässe bzw. Stutzen 30 erfindungsgemäß umschaltbar ausgestaltet, d.h., dass vorliegend über den besagten Stutzen 30 in einem ersten Betriebszustand entweder der Strom S des ersten Mediums oder in einem zweiten Betriebszustand der Strom S' des zweiten Mediums in den Stutzen 30 eingespeist werden kann. Auf diese Weise kann die zur Verfügung stehende Heizfläche auf die vorhandenen, rohrseitigen Ströme S, S' aufgeteilt werden. Bei der Erdgasverflüssigung kann somit je nach Betriebsfall z.B. dem zu verflüssigendem Erdgasstrom S oder dem schweren Kühlmittelgemischstrom S' mehr Heizfläche (und dem jeweils anderen Strom entsprechend weniger Heizfläche) zugeordnet werden.

Die Umschaltung des Stutzens 30 kann z.B. realisiert werden, indem die den Strom S des ersten Mediums führende und mit dem Stutzen 30 verbundene erste Rohrleitung 81 ein erstes Ventil 101 aufweist, und indem die den Strom S' des zweiten Mediums führende und mit dem Stutzen 30 verbundene zweite Rohrleitung 82 ein zweites Ventil 102 aufweist. Entsprechend der Stellung der Ventile 101 , 102 kann dann entweder der eine oder der andere Strom S, S' in den Stutzen 30 eingespeist werden. Für den dem Stutzen 30 zugeordneten Auslass 50 ist ein weiteres Umschaltmittel 200 vorgesehen (vgl. Figur 2), so dass der jeweils aus dem zugeordneten Auslass 50 abgezogenen Strom S, S' in eine zugeordnete Auslass-Rohrleitung 91, 92 eingespeist werden kann. Das weitere Umschaltmittel 200 kann zur korrekten Verteilung der Ströme S, S' auf die Auslass-Rohrleitungen 91 , 92 ein erstes Ventil 201 an der ersten Auslass-Rohrleitung 91 und ein zweites Ventil 202 an der zweiten Auslass-Rohrleitung 92 aufweisen.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Prinzip lässt sich natürlich auf alle vorhandenen rohrseitigen Ströme bzw. Einlasse und jeweils zugeordnete Auslässe anwenden.

Mittels der Erfindung können also verschiedenste Belastungsfälle für unterschiedliche Rohrfraktionen ohne Vergrößerung der Heizfläche abgedeckt werden. Die Kosten für den Wärmeübertrager werden dadurch gesenkt und dessen Flexibilität erheblich erhöht.

Bezugszeichenliste

1 Gewickelter Wärmeübertrager

10 Mantel

11 Mantelraum

12 Kernrohr

20 Rohr

30-36 Einlasse bzw. Stutzen

40, 60 Rohrboden

50 Auslass bzw. Stutzen

71 Einlass Mantelraum

72 Auslass Mantelraum

80-88 Rohrleitungen

100 Umschaltmittel

101 , 102, 201 , 202 Ventile

200 Weiteres Umschaltmittel

S Strom erstes Medium

S' Strom zweites Medium

S" Strom drittes Medium

S'" Mantelseitiger Strom z Längsachse, Vertikale