用于操作热交换器的方法、具有热交换器的排布结构以及具有对应排布结构的系统
阅读说明：本技术 用于操作热交换器的方法、具有热交换器的排布结构以及具有对应排布结构的系统 (Method for operating a heat exchanger, arrangement with a heat exchanger and system with a corresponding arrangement ) 是由 斯特凡·洛克纳 R·斯波里 莱茵霍尔德·霍尔兹尔 阿克塞尔·莱马赫 亚历山大·沃塔尔卡 S 于 2020-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于操作热交换器(1)的方法,其中：在第一时间段内执行第一操作模式,并且在与该第一时间段交替的第二时间段内执行第二操作模式；在该第一操作模式中,第一流体流(A)以第一温度形成,以该第一温度馈送到该热交换器(1)的第一区域(2)中,并且在该热交换器(1)中部分或完全冷却；在该第一操作模式中,第二流体流(B)以第二温度形成,以该第二温度馈送到该热交换器(1)的第二区域(3)中,并且在该热交换器(1)中部分或完全加热；并且在该第二操作模式中,部分或完全停止该第一流体流(A)和该第二流体流(B)到该热交换器(1)中的该馈送。在该第二时间段内或在介于这些第二时间段中的至少一个第二时间段和随后的该第一时间段之间的第三时间段内,将热供应给该第一区域(2),借助于布置在该热交换器(1)外部的加热装置(7)提供该热,并且该热经由位于该热交换器(1)外部的气体室(5)传递到该第一区域(2)。本发明也涵盖对应排布结构(10)和具有此类排布结构(10)的系统(100,200)。(The invention relates to a method for operating a heat exchanger (1), wherein: performing a first mode of operation for a first period of time and performing a second mode of operation for a second period of time alternating with the first period of time; in the first operating mode, a first fluid stream (a) is formed at a first temperature, fed into the first region (2) of the heat exchanger (1) at the first temperature, and partially or completely cooled in the heat exchanger (1); in the first operating mode, a second fluid stream (B) is formed at a second temperature, is fed into the second region (3) of the heat exchanger (1) at the second temperature, and is partially or completely heated in the heat exchanger (1); and in the second mode of operation, the feeding of the first fluid stream (a) and the second fluid stream (B) into the heat exchanger (1) is partially or completely stopped. During the second time period or during a third time period between at least one of the second time periods and the subsequent first time period, heat is supplied to the first region (2), the heat is provided by means of a heating device (7) arranged outside the heat exchanger (1), and the heat is transferred to the first region (2) via a gas chamber (5) located outside the heat exchanger (1). The invention also covers a corresponding arrangement (10) and a system (100,200) having such an arrangement (10).)
说明书
本发明涉及一种用于操作热交换器的方法、一种具有对应的可操作热交换器的排布结构以及一种具有根据前序相应独立权利要求的对应排布结构的系统。
现有技术
在许多应用领域中，采用低温流体操作热交换器(技术上更准确：热传递装置)，低温流体即温度显著低于0℃，具体地讲显著低于-100℃的流体。下文主要参考空气分离系统的主热交换器来描述本发明，但本发明原则上也适用于在其他应用领域中使用，例如用于使用液态空气储存和回收能量或用于天然气液化的系统或石油化学中的系统。
出于下文说明的原因，本发明还尤其适用于液化气态空气产物(例如气态氮)的系统。具体地，对应的系统可从空气分离系统获得气态氮供应并使其液化。在这种情况下，液化之后不像在空气分离系统中那样进行精馏。因此，当克服下文说明的问题时，这些系统可完全关闭，例如当不需要对应的液化产物时，并且维持待机直至下次使用。
关于空气分离系统的主热交换器和其他热交换器的构造和操作，参考相关技术文献，例如H.-W.(ed.),Industrial Gases Processing,Wiley-VCH,2006，具体章节为2.2.5.6的“Apparatus(设备)”。关于热交换器的大致细节可见于例如出版物“TheStandards of the Brazed Aluminium Plate-Fin Heat Exchanger Manufacturers'Association”(第二版，2000年)，具体章节为1.2.1的“Components of an Exchanger(热交换器的部件)”。
在没有附加措施的情况下，空气分离系统的热交换器和其他热交换器，当相关联系统静止并且热交换器因此脱离操作时，热介质流和低温介质流通过这些热交换器执行温度均衡和升温，或者在这种情况下，不能维持在稳态操作期间对应的热交换器中形成的温度分布。例如，当热交换器恢复操作时，如果随后将低温气体馈送到受热的热交换器中，或者反过来，则由于温差差异引起的不同热膨胀而产生高热应力，这可导致热交换器损坏或在材料或制造上需要不成比例的高支出，以便避免此类损坏。
具体地，当热交换器完全升温之前脱离操作时，由于金属材料自身中的良好热传导(纵向热传导)先前热端处和先前冷端处的温度均衡。换言之，热交换器的先前热端随时间推移变得更冷并且热交换器的先前冷端变得更热，直到所述温度处于或接近平均温度。这也在附图1中再次示出。在脱离操作时，温度(此处分别为大约-175℃和+20℃)在若干小时内变得彼此相等，并且几乎达到平均温度。
当以冷绝缘方式容纳的主热交换器与精馏单元一起被堵塞时，即当不再从外部供应气体时，当关闭空气分离系统时，观察到这种现象。在这种情况下，通常只有由隔热损耗产生的气体被吹冷。如果关闭用于液化气态空气产物(例如液氮)的系统，这也同样适用。
当热交换器恢复操作时，如果将热流体随后馈送到热交换器的冷却的热端处，则那里的温度突然升高。当热交换器恢复操作时，如果将相应的冷流体馈送到热交换器的加热的冷端处，则那里的温度相应地突然降低。这导致上述材料应力，并且因此可能导致热交换器损坏。
DE 42 07 941 A1公开了一种在用于处理流体的不连续操作系统中操作热交换器的方法，其中，在被停滞时间中断的操作时间期间，至少一种制冷剂在热交换器的第一通道中从其冷端流动到其热端，并且至少一种放热流体或待冷却流体在热交换器的第二通道中从其热端流动到其冷端。在停滞时间期间，将热供应给热端并且将冷供应给冷端，使得这两个端在操作期间维持在相对接近对应温度的温度处，并且至少通过存在于系统中的流体递送所供应的冷或所供应的热。
本发明的目的是指定进一步改善的措施，这些措施允许对应的热交换器(特别是在上述系统中的一个系统中)在停止操作相对长的时间之后恢复操作，而不会发生上述不利影响。