[发明专利]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

说明书

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)。

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。