CH634646A5 - Waermeaustauscher zur abkuehlung von unter hohem druck und hoher temperatur stehenden prozessgasen. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zur Abkühlung von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Prozessgasen, wobei die abgeführte Wärme zur Hochdruckdampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip verwendet wird, der Wärmeaustauscher in eine Platte eingelassene,30 hängende U-Rohre aufweist, oberhalb der Platte zwei voneinander getrennte Kammern für den Kühlmittel-Dampfkreislauf vorgesehen sind, an die sich nach unten ein das U-Rohrbündel umgebendes Gehäuse mit mindestens einem Prozessgaseintritt und mindestens einem Prozessgasaustritt anschliesst. 35

Es sind Wärmeaustauscher bekannt, bei denen die Rohre sämtlich als Doppelrohre ausgebildet sind. Dabei ist das eine Ende eines jeden Rohres in einer Rohrplatte eingelassen, während das andere Ende des Aussenrohres durch eine Kappe verschlossen ist. Dem Einsatz von Doppelrohren bei derartigen 40 Wärmeaustauschern liegt die physikalische Tatsache zugrunde, dass an das im Innenrohr-Fallrohr geführte Kühlmittel keine Wärme übertragen werden soll, um das verwendete Naturumlaufprinzip in allen Lastfällen sicherzustellen. Das im äusseren Ringkanal strömende Wasserdampfgemisch dient dem abwärts- 45 strömenden Kühlmittel-Fallrohr als absoluter Wärmeschutz, da bekanntlich bei fehlendem Temperaturgefälle kein Wärmefluss erfolgen kann.

Eine andere Wärmeaustauscherkonstruktion verwendet 50 hängende U-Rohre, die in einer Rohrplatte befestigt sind. Bei dieser Konstruktion wird das Fallrohr in gleicherweise wie das Steigrohr mit Wärme beaufschlagt. Beheizte Fallrohre führen bekanntlich bei Naturumlaufsystemen zumindest im Anfahrzustand des Systems und bei plötzlichen Druckänderungen zu 55 Umlaufstörungen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Wärmeaustauscher zu entwickeln, der unter Beibehaltung der einfachen U-Rohr-Führung den Kühlmittelfluss durch kosntruktive Massnahmen so zu beeinflussen, dass bei Anwendung des Na- 60 turumlaufprinzips Kühlmittel-Umlauf-Instabilitäten in der Anfahrphase und bei Druckschwankungen nicht mehr auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass ein Schenkel eines jeden U-Rohres als Doppelrohr ausgebildet ist, wobei das Innenrohr die Funktion eines 65 Fallrohres übernimmt, und der verbleibende Ringkanal sowie der restliche Teil eines jeden U-Rohres die Funktion von Steigrohren übernehmen.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass in der Rohrplatte die U-Rohr-Enden quadratisch angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei im Durchmesser grösseren Doppelrohranschlüssen ein im Durchmesser kleinerer Anschluss des anderen U-Rohr-Schen-kels angeordnet ist.

Die Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, bestehen darin, dass unter Beibehaltung der einfachen U-Rohr-Kon-struktion in Verbindung mit den konstruktiven Massnahmen -Verwendung eines Doppelrohres für einen U-Schenkel bei im Naturumlauf arbeitendem Wärmeaustauscher - Strömungsinstabilitäten gerade in der Anfahrphase und bei Druckschwankungen nicht mehr auftreten. Von der physikalischen Seite her gesehen, ist dieser Umstand der Tatsache zuzuschreiben, dass das Kühlmittel zunächst ohne Wärmeaufnahme in unmittelbare Nähe des tiefsten Punktes des Naturumlaufsystems geführt wird. Damit ist sichergestellt, dass alle vom Prozessgas beaufschlagten Rohre eindeutig die Funktion von Steigrohren haben. Dies gilt sowohl für den Einfachrohr-U-Schenkel als auch für den Ringkanal des Doppelrohres.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers beschrieben.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemässen Wärmeaustauscher im Längsschnitt,

Fig. 2 zeigt die Einzelheit A in Fig. 1 vergrössert,

Fig. 3 zeigt die Einzelheit B in Fig. 1 vergrössert,

Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher besitzt ein Gehäuse 1 mit einem Prozessgaseintritt 2 und einem Prozessgasaustritt 3 sowie einem Bypassanschluss 4. Mit den über letzteren austretenden heisseren Prozessgasen kann die Prozessgasaus-trittstemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt werden. Das Gehäuse 1 ist innen mit einer Ausmauerung 5 versehen, die zu den Wärmeaustauscherrohren hin mit einer dichtanliegenden Blechhaut 6 abgedeckt ist. In den freien Raum 7 des Behälters 1 ist ein aus U-Rohren gebildetes Rohrbündel 8 eingesetzt. Die U-Rohre sind in die Rohrplatte 9 eingelassen und dort gehalten. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges sind oberhalb des Bypassanschlusses 4 Schikanen 10 eingebaut. Eine zusätzliche Blechhaut 11, die gegenüber der Rohrplatte 9 und dem Prozessgasaustritt 3 abgedichtet ist, vermeidet Bypas-störungen. Oberhalb der Rohrplatte 9 schliessen sich zwei Kammern 12 und 13 an, von denen die Kammer 12 als Sammler für das erzeugte Flüssigkeitsdampfgemisch dient, während die Kammer 13 als Verteiler für das Kühlmittel dient. Die Kammer 12 ist mit Austrittsstutzen 14 und die Kammer 13 mit Eintrittsstutzen 15 versehen. Die Stutzen 14 und 15 sind als Fall- und Steigrohre mit einer über dem Wärmeaustauscher angeordneten Dampftrommel verbunden. Das jeweilige Innenrohr 16 eines Doppelrohr-U-Schenkels 17 ist durch die Kammer 12 nach oben fortgeführt und in einer weiteren Rohrplatte 18 gehalten.

Der als Doppelrohr 17 ausgebildete eine U-Schenkel geht kurz vor der U-förmigen Umbiegung in ein Einfachrohr 19 über, wobei der fortgeführte Rohrquerschnitt zweckmässigerweise geringer gehalten ist. Um die an der Einschnürstelle sich einstellende Steigrohrwirkung, sowohl für das weitergehende Rohr 19 als auch für den Ringkanal 20 sicherzustellen, ist zusätzlich am Ende eines jeden Innenrohres des Doppelrohres eine Prallplatte 21 vorgesehen (siehe insbesondere Fig. 3).

Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, wie z.B. bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die im Durchmesser grösseren Rohre des Doppelrohr-U-Schenkels und die im Durchmesser kleineren Rohre des anderen U-Rohr-Schenkels zueinander an-

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geordnet sind. Diese Anordnung ist auch in der Rohrplatte 9 beibehalten, und zwar derart, dass zwischen jeweils zwei im Durchmesser grösseren Doppelrohranschlüssen ein im Durch-

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messer kleinerer Anschluss des anderen U-Rohr-Schenkels angeordnet ist. Dadurch kann hinsichtlich des Verschwächungs-faktors die Rohrplatte 9 optimal ausgenutzt werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Wärmeaustauscher zur Abkühlung von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Prozessgasen, wobei die abgeführte Wärme zur Hochdruckdampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip verwendet wird, der Wärmeaustau- 5 scher in eine Platte (9) eingelassene, hängende U-Rohre (8) aufweist, oberhalb der Platte (9) zwei voneinander getrennte Kammern (12,13) für den Kühlmittel-Dampfkreislauf vorgesehen sind, an die sich nach unten ein das U-Rohrbündel (8) umgebendes Gehäuse (1) mit mindestens einem Prozessgasein- io tritt (2) und mindestens einem Prozessgasaustritt (3) anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel eines jeden U-Roh-res als Doppelrohr (17) ausgebildet ist, wobei das Innenrohr (16) die Funktion eines Fallrohres übernimmt, und der verbleibende Ringkanal (20) sowie der restliche Teil (19) eines jeden 15 U-Rohres die Funktion von Steigrohren übernehmen.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrplatte (9) die U-Rohrenden quadratisch angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei im Durchmesser grösseren Doppelrohranschlüssen (17) ein im 20 Durchmesser kleinerer Anschluss (19) des anderen U-Rohr-schenkels angeordnet ist.

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