CH645713A5

CH645713A5 - Waermeuebertrager.

Info

Publication number: CH645713A5
Application number: CH244482A
Authority: CH
Inventors: Max Weber
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1984-10-15
Also published as: DE3219297A1; US4552211A; FR2530797A1; FR2530797B1; DE3219297C2; JPS58190697A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Wird ein solcher Wärmeübertrager während eines genügend langen Zeitabschnitts mit heissem Medium von unten beschickt, so ergeben sich bei plötzlichem Abstellen des die Wärmeübertragerrohre umströmenden Mediumstroms durch die Temperaturschichtung im Ringraum zwischen Zentralrohr und Mantelrohr instabile Ver-hältnisse, da schon bei einer geringen Störung einzelne von den Tragplatten gebildete Sektorräume zu Steigzonen und andere zu Fallzonen werden können. Durch die dabei auftretende Zirkulation entstehen unsymmetrische Temperaturverteilungen, die insbesondere im Zentralrohr und Mantelrohr zu sehr hohen Wärmespannungen führen können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die durch solche Instabilität heraufbeschworene gefährliche Temperaturverteilung zu verhindern. Diese Aufgabe wird nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die Trennplatten werden, selbst wenn die durch die Tragplatten gebildeten Räume nicht völlig dicht voneinander abgeschlossen werden, doch Widerstände eingeführt, die der Instabilität entgegenwirken und eine Zirkulation mindestens so stark bremsen, dass ihre Gefahren vernachlässigbar werden.

Besonders wirkungsvoll werden die Trennplatten, wenn sie nach Anspruch 2 in den Raum zum Abfuhrkanal hin verlängert werden.

Die Anordnung nach Anspruch 3 wirkt zusätzlich der Instabilität entgegen.

Die Erfindung wird in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, die in schematischer Darstellung einen Vertikalschnitt durch einen Wärmeübertrager für Gase zeigt.

Der Wärmeübertrager enthält ein vertikales Zentralrohr 1, das mit einem oberen Flansch 2 auf einer Schulter 4 einer zylindrischen Öffnung 6 einer Betonkonstruktion 7 sitzt. Am Zentralrohr 1 sind in fünf Radialebenen je acht Tragplatten 10 befestigt, von denen in der Zeichnung nur vier sichtbar sind. Die einzelnen Tragplatten weisen, in je fünf vertikalen Reihen angeordnet,

eine Vielzahl von Bohrungen 12 auf. Durch die Bohrungen 12 verlaufen auf fünf Zylinderflächen 14, in denen die genannten Reihen Mantellinien bilden, eine Vielzahl von um das Zentralrohr 1 sich schraubenlinienförmig herumwindenden Wärmeübertragerrohren 16. Die Wärmeübertragerrohre 16 sind über von den Schraubenlinien abweichend gebogene, untere Rohrabschnitte 18 mit dem unteren Ende des Zentralrohrs 1 dicht verbunden, das hier eine Sammelkammer 1' bildet. Im weiteren ist das Zentralrohr 1 unten verschlossen.

Oben sind die Wärmeübertragerrohre 16 ebenfalls über von den Schraubenlinien abweichend gebogene Rohrabschnitte 19 mit einer ringförmigen Verteilkammer 22 verbunden, die unten durch denFlansch2undsonst durch einen Ring 23 etwa Eiförmigen Querschnitts begrenzt ist. Die Verteilkammer 22 weist, über ihren Umfang verteilt, vier Gaszufuhrstutzen 24 auf.

Das Zentralrohr 1 ist mitsamt dem von den Tragplatten 10 getragenen Bündel von Wärmeübertragerrohren 16 von einem Mantelrohr 30 umgeben, das über eine Laterne 32, die Öffnungen 34 aufweist, am Flansch 2 aufgehängt ist. Im Bereich des unteren Endes des Zentralrohrs 1 ist das Mantelrohr 30 konisch eingezogen und an einen Gaszufuhrkanal 86 angeschlossen.

Die Öffnung 6 ist mit einem Futter 40 ausgekleidet, wobei zwischen dem Futter 40 und der Öffnung 6 eine Isolation 42 vorgesehen ist. Das Futter 40 ist unten eingezogen und an einem Gasabfuhrkanal 44 angeschweisst.

Das Zentralrohr 1 trägt eine innere Isolation 50 und das Mantelrohr 30 ist mit einer äusseren Isolation 52 versehen.

Je acht Tragplatten 10 sind in einer vertikalen Ebene fluchtend angeordnet, wobei fünf solcher Ebenen von der Achse des Zentralrohres 1 aus sich radial erstrecken. Durch die Tragplatten wird somit der Ringraum zwischen dem Zentralrohr 1 und dem Mantelrohr 30 in fünf ringsektorartige Räume gegliedert. Diese Räume münden oberhalb der fünf obersten wie unterhalb der fünf untersten Tragplatten 10 in einen Ringraum 54 beziehungsweise 56. Es sind fünf Trennplatten 60 vorgesehen, die sich in Fortsetzung der fünf obersten Tragplatten 10 zwischen deren Oberkante, dem Zentralrohr 1, dem Flansch 2 und der Laterne 32 erstrecken. Aussen stossen die Trennplatten 60 jeweils an einen Steg zwischen zwei Öffnungen 34 der Laterne 32. Sie werden durch Flügelbleche 62 verlängert, die - aussen an die genannten Stege anschliessend-im Raum zwischen der Isolation 52 des Mantelrohrs 30 und dem Futter 40 in den vertikalen Ebenen der Tragplatten 10 nach unten sich erstrecken. Das untere Ende 64 der Flügelbleche 62 liegt im Höhenbereich der untersten Tragplatte 10.

Der Wärmeübertrager funktioniert wie folgt:

Im Betrieb tritt Helium von 950° C durch den Gaszufuhrkanal 86, eine Abdeckkappe 66 umströmend, über eine Verbindungsöffnung 36 in den untern Ringraum 56 zwischen dem Zentralrohr 1 und dem Mantelrohr 30. Die Wärmeübertragerrohre 16 quer umströmend, steigt das Helium, Wärme abgebend, gegen den Flansch 2 und tritt dort, auf350° C abgekühlt, durch die Öffnungen 34 aus und strömt durch den Ringraum zwischen der Isolation 52 des Mantelrohrs 30 und dem Futter 40 nach unten. Über den Ringraum zwischen dem Gaszufuhrkanal 86 und dem Gasabfuhrkanal 44 strömt dann das Helium ab.

Ein Prozessgas strömt mit einer Temperatur von 300° C über die Gaszufuhrstutzen 24 und die Verteilkammer 22 in die Wärmeübertragerrohre 16 ein. Auf 900° C erhitzt, tritt das Prozessgas in die Sammelkammer V am unteren Ende des Zentralrohrs 1 ein und strömt im Zentralrohr nach oben ab.

Wird der Betrieb plötzlich unterbrochen, so würde - ohne Trennplatten 60 - die Temperaturschichtung im gesamten Ring-raum zwischen dem Zentralrohr 1 und dem Mantelrohr 30 instabil. Das unten spezifisch leichtere Gas drängt nach oben und

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

645 713

das oben spezifisch schwere Gas hat die Tendenz zu sinken. Es können sich somit Zirkulationsströmungen entwickeln, durch welche Umschichtungen und schliesslich ein gewisser Temperaturausgleich eintritt. Bis ein solcher Temperaturausgleich aber erreicht wäre, könnten unterschiedliche Temperaturverteilun-gen auftreten, die zu Wärmespannungen, insbesondere im Zentralrohr 1 und Mantelrohr 30 führen würden. Schwerwiegend können derartige Störungen dann sein, wenn in einem durch zwei benachbarte Trennplattenebenen begrenzten Sektor das Gas aufwärts und im benachbarten Sektor abwärts strömt, da die Tragplatten eine seitliche Vermischung und damit einen Temperaturausgleich zwischen dem aufsteigenden wärmeren und dem fallenden kälteren Gasstrom verhindern. Durch die erfindungs-gemässe Anordnung der Trennplatten 60 wird im Ringraum 54 ein so starker Widerstand gegen eine solche Zirkulationsströmung geschaffen, dass sie im allgemeinen nicht anlaufen wird. Werden diese Trennplatten, wie in der Zeichnung dargestellt, auch in den Ringraum zwischen Mantelrohr 30 und Futter 40 bis zum mit 64 bezeichneten unteren Ende gezogen, so wird der Ausbildung einer solchen Zirkulationsströmung zusätzlich entgegengewirkt, weil die Sektorräume im Ringraum zwischen der

Isolation 52 des Mantelrohrs 30 und dem Futter 40 siphonartig funktionieren.

Durch das Anordnen einer ungeradzahligen Anzahl, d. h. im beschriebenen Beispiel von fünf Tragplattenebenen wird 5 erreicht, dass das Muster aufeinanderfolgender Steigräume und Fallräume auf dem Umfang des Wärmeübertragers nicht aufgehen kann. Damit wird eine zusätzliche Dämpfung einer Instabilitätsströmung erzielt.

Je nach den Anschlussverhältnissen am unteren Ringraum 56 kann es zweckmässig sein, auch dort Trennplatten anzuordnen. Bei den gezeichneten Anschlussverhältnissen wäre das Anordnen von Trennplatten im Ringraum 56 jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass dadurch die Höhe der an der Zirkulation beteiligten Gassäulen vergrössert würde.

Im Beispiel der Flügelbleche 62 ist erkennbar, dass besonders günstige Verhältnisse dann geschaffen werden, wenn die durch den Ringraum 56 gebildete Querverbindung zwischen benachbarten Sektorräumen auf etwa gleicher Höhe liegt wie die 20 Querverbindung, die von dem Ringraum unterhalb der Kante 64 der Flügelbleche 62 gebildet wird.

M

1 Blatt Zeichnungen

Claims

645 713 PATENTANSPRÜCHE

1. Wärmeübertrager mit einem vertikal angeordneten Zentralrohr (1), mit von diesem in radialer Richtung ausgehenden und sich bis an ein das Zentralrohr koaxial umgebendes Mantelrohr (30) erstreckenden Tragplatten (10), mit mindestens einem von den Tragplatten getragenen Bündel von um das Zentralrohr (1) sich schraubenlinienförmig herumwindenden Wärmeübertragerrohren ( 16), mit mindestens einer Verbindungsöffnung (36 bzw. 34) im Bereich des unteren und des oberen Endes des Mantelrohres (30) von den Räumen zwischen Zentralrohr (1) und Mantelrohr (30) zu einem Zufuhrkanal (86) bzw. einem Abfuhrkanal (44) für ein erstes, die Wärmeübertragerrohre (16) umströmendes, an der Wärmeübertragung beteiligtes Medium, wobei in den Bereichen unterhalb und oberhalb der Tragplatten (10) die Wärmeübertragerrohre (16) über vom schraubenlinienförmigen Verlauf abweichende Rohrabschnitte (18 bzw. 19) zu Sammelbzw. Verteilmitteln (1' bzw. 22) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dassin der Flucht der Tragplatten (10), an diese anschliessend, Trennplatten (60) angeordnet sind zur Unterteilung des oberhalb und/oder unterhalb der Tragplatten (10) um das Zentralrohr (1) herum sich erstreckenden Ringraumes (54 bzw. 56).

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, mit mehreren Verbindungsöffnungen (34) am oberen Ende des Mantelrohres (30), dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trennplatten (60) durch die Verbindungsöffnungen (34) hindurch, oder an zwischen den Verbindungsöffnungen (34) befindlichen Stegen anschliessend, in den Raum zum Abfuhrkanal (44) hin erstrecken.

3. Wärmeübertragernach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Umweg des Zentralrohres (1) die Tragplatten (10) in ungeradzahliger Anzahl angeordnet sind.