DD290045A5

DD290045A5 - HEAT TRANSFER WITH SOLID TUBE

Info

Publication number: DD290045A5
Application number: DD33572689A
Authority: DD
Inventors: Klaus Meyer; Thomas Kopp
Original assignee: Veb Bergmann-Borsig,De
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1991-05-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Waermeuebertrager mit festen Rohrboeden und mehreren mantel- und rohrraumseitigen Stroemungswegen. Das Merkmal der Erfindung besteht darin, dasz das Rohrbuendel in konzentrischen Abschnitten eingeteilt ist und dasz parallel zu den Rohrboeden in durch stroemungs- und schwingungstechnisch erforderlichen Abstaenden zu den Rohrboeden scheibenfoermige Trennbleche und auf den dem Rohrbuendel gegenueberliegenden Seiten vorzugsweise zylinderfoermige und/oder halbellipsoide Bauteile an den Rohrboeden angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal besteht darin, dasz in Abhaengigkeit von der Stroemungsfuehrung und der Art der verwendeten Werkstoffe die konzentrisch angeordneten Rohrwege mit Rohren unterschiedlicher Wandstaerke ausgeruestet sind. Fig. 1{Waermeuebertrager; Rohrboeden; Rohrbuendel; Trennbleche; Rohrwege; Rohre; Wandstaerke; Stroemungswege; konzentrierter Abschnitt; halbellipsoide Bauteile}The invention relates to a heat exchanger with fixed Rohrboeden and several coat and tube side flow paths. The feature of the invention is that the tube bundle is divided into concentric sections and diesz parallel to the Rohrboeden in strokes and vibration technically required distances to the Rohrboeden scheibenfoermige dividers and on the Rohrbuendel opposite sides preferably cylindrical and / or semi-ellipsoidal components to the Rohrboeden are arranged. Another feature is that, depending on the flow guide and the type of materials used, the concentrically arranged tube paths are equipped with tubes of different wall thicknesses. Fig. 1 {heat transferer; Rohrboeden; Rohrbuendel; Partitions; Pipe routes; Tube; Wall thickness; Stroemungswege; concentrated section; semi-ellipsoidal components}

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft Wärmeübertrager mit festen Rohrböden und mehreren mantel- und rohrraumseitigen Strömungswegen.The invention relates to heat exchangers with solid tube sheets and several jacket and tube side flow paths.

Characteristic of the known state of the art

Bei Wärmeübertragern mit geraden Rohren treten in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Primär- und Sekundärmedium Wärmespannungen im Mantel, im Rohrboden und in den Rohren auf.In heat exchangers with straight tubes, depending on the temperature difference between the primary and secondary medium, thermal stresses occur in the jacket, in the tubesheet and in the tubes.

Verstärkt ist diese Erscheinung bei Wärmeübertragern mit festen Rohrböden zu beobachten. Bei rohr- und mantelraumseitig mehrwegigen Apparaten kommt es zu einer Spannungsverteilung am Rohrboden, die in der Regel von konservativen Berechnungsmethoden nicht erfaßt wird.Increasingly, this phenomenon is observed in heat exchangers with solid tube sheets. In the case of apparatuses that are multi-pathed on the shell side and on the shell side, there is a stress distribution on the tube bottom, which is generally not detected by conservative calculation methods.

Die bekannten technischen Lösungen zur K jmpensation unterschiedlicher Wärmedehnungen von Rohren und Mantel im Rohrbündelwärmeübertrager mit geraden Rohren sind im wesentlichen Schwimmkopf, Stopfbuchse und Dehnungskompensator im Mantel.The known technical solutions for K jmpensation different thermal expansion of pipes and mantle in shell and tube heat exchanger with straight pipes are essentially floating head, stuffing box and expansion compensator in the jacket.

Die Herstellung der oben genannten Wärmeübertrager ist relativ aufwendig und kostenungünstig. Die Auswahl der Art des Dehnungsausgleiches ist abhängig von der Größe und von den technischen Anforderungen an den Wärmeübertrager. Die Dichtheit von Stopfbuchsen kann nicht in jedem Fall gewährleistet werden.The preparation of the above heat exchanger is relatively expensive and cost-effective. The selection of the type of expansion compensation depends on the size and the technical requirements of the heat exchanger. The tightness of glands can not be guaranteed in every case.

Bei den bekannten technischen Lösungen kommt es zu einer unsymmetrischen Temperaturverteilung an den Rohrböden, die zu einer Vergrößerung der Wärmespannungen im Rohrbodenbereich führt.In the known technical solutions, there is an asymmetrical temperature distribution at the tube sheets, which leads to an increase in the thermal stresses in the tube plate area.

Bei Wärmeübertragern mit festen Rohrböden ist der Material- und Fertigungsaufwand am geringsten. Bei der Berechnung derartiger Wärmeübertrager wird zwar die Verschwächung des Querschnittes de. Rohrböden durch Bohrlöcher, nicht aber eine Stützwirkung des Rohrfeldes berücksichtigt, was bei den bekannten technischen Lösungen zu einei Überdimensionierung im Rohrbodenbereich führt.For heat exchangers with solid tubesheets, the material and production costs are the lowest. In the calculation of such heat exchanger, although the weakening of the cross section de. Tube bottoms through holes, but not considered a support effect of the tube field, resulting in the known technical solutions to ani oversizing in the tube bottom area.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die auftretenden Temperaturdifferenzen zwischen Rohr- und Mantelraum nicht zu unzulässigen Wärmespannungen führen zu lassen.The aim of the invention is not to let the occurring temperature differences between pipe and shell space lead to unacceptable thermal stresses.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Strömungswege im Rohr- und Mantelraum im Rohrbündel so anzuordnen, daß die Temperaturdifferenz zwischen Primär- und Sekundärmedium möglichst gering ist und damit Wärmespannungen minimiert werden und darüberhinaus durch eine elastische Wirkung des Systems Mantel/Rohr/Rohrböden auftretende Wärmespannungen kompensiert werden.The object of the invention is to arrange the flow paths in the tube and shell space in the tube bundle so that the temperature difference between the primary and secondary medium is minimized and thus thermal stresses are minimized and beyond by an elastic effect of the system sheath / tube / tube plates occurring thermal stresses be compensated.

Weiterhin wird durch die Anordnung der Strömungswege eine Vergleichmäßigung der Temperatur am Rohrboden und damit eine Wärmespannungsreduzierung in diesem selbst erreicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Führung der Medien im Gegenstrom das Rohrbündel in konzentrischen Abschnitten angeordnet ist und daß parallel zu den Rohrböden in durch strömungs- und schwingungstechnisch erforderlichen Abständen zu den Rohrböden scheibenförmige Trennbleche angebracht sind.Furthermore, by the arrangement of the flow paths equalization of the temperature at the tube sheet and thus a thermal stress reduction in this itself achieved. According to the invention the object is achieved in that for guiding the media in countercurrent, the tube bundle is arranged in concentric sections and that disk-shaped dividers are mounted parallel to the tube plates in by flow and vibration technically required distances to the tube plates.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß auf den dem Rohrbündel gegenüberliegenden Seiten zylinderförmige oder halbellipsoide Bauteile an den Rohrböden angeordnet sind.Another feature of the invention is that on the opposite sides of the tube bundle cylindrical or semi-ellipsoidal components are arranged on the tubesheets.

Weiterhin ist es zweckmäßig, in Abhängigkeit von der Strömungsführung und der Art der verwendeten Werkstoffe die konzentrisch angeordneten R 'irwege mit Rohren unterschiedlicher Wandstärke auszurüsten.Furthermore, it is expedient, depending on the flow guidance and the type of materials used, to equip the concentrically arranged passages with tubes of different wall thickness.

Die mantelraumseitigen Rohrbodenseiten werden jeweils durch das Mantelraummedium mit möglichst gleichmäßiger Temperatur beaufschlagt. Die äußeren mantelraumseitigen Strömungswege werden durch Bleche vom Rohrboden getrennt. Um Leckströmverluste zu vermeiden, werden die Spalte zwischen Trennblechbohrungen und Rohren in bekannter Weise durch Aufweiten der Rohre beseitigt.The coat space-side tube bottom sides are each acted upon by the jacket space medium with a temperature that is as uniform as possible. The outer shell-side flow paths are separated by sheets from the tube sheet. To avoid leakage losses, the gaps between the parting holes and pipes are eliminated in a known manner by widening the tubes.

Durch den erfindungsgemäß entstandenen Raum zwischen Rohrboden und Trennblech kann das mantelraumseitige Medium in den Apparat eingeleitet bzw. aus dem Apparat ausgeleitet werden.By virtue of the space created according to the invention between tube sheet and separating plate, the shell-side medium can be introduced into the apparatus or be discharged from the apparatus.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show

Fig. 1: einen rohr· und mantelraumseitig 4wegigen Wärmeübertrager mit waagerechtem Rohrbündel und erfindungsgernäßerFIG. 1: a heat exchanger with a horizontal tube bundle and a tube wall according to the invention, with a 4-way tubular and jacket space side

rohr- und mantelseitiger Strömungsführung, Fig. 2: einen Schnitt durch den Wärmeübertrager nach Fig. 1,2 shows a section through the heat exchanger according to FIG. 1, FIG.

Fig. 3: eine Teilansicht von Fig. 1, die die Strömungsführung im Bereich des Rohrbodens verdeutlicht, Fig. 4: einen Wärmeübertrager mit einer Fig. 1 entgegengesetzter Strömungsführung, Fig. 5: einen rohr- und mantelraumseitig 3wegigen Wärmeübertrager mit waagerechtem Rohrbündel und erfindunsgemäßer rohr- und mantelseitiger Strömungsführung.Fig. 3: a partial view of Figure 1, which illustrates the flow control in the region of the tube bottom, Fig. 4: a heat exchanger with a Fig. 1 opposite flow guide, Fig. 5: a tubular and shell space side 3wegigen heat exchanger with horizontal tube bundle and erfindunsgemäßer pipe and shell-side flow guidance.

In dem in Fig. 1 dargestellten Wärmeübertrager wird das wärmeabgebende Medium im Rohrraum und das wärmeaufnehmende Medium im Mantelraum geführt.In the heat exchanger shown in Fig. 1, the heat-emitting medium in the tube space and the heat-absorbing medium is guided in the jacket space.

Durch ein Eintrittsrohr 1 gelangt das Rohrraummedium in das innere Gebiet des Rohrbodens 2 mit den konzentrisch angeordneten Strömungswegen, wie aus Fig.2 zu ersehen ist. Die Umlenkung erfolgt nach dem gegenüberliegenden Rohrboden 2' durch die Umlenkkammern 3' und 3. Dadurch werden die jeweils weiter außen liegenden Rohrraumwege, wie in Fig. 2 gezeigt, vom Rohrraummiidium durchströmt, das auf diese Weise seine Wärme an das Mantelraummedium abgibt. Im Ausführungsbeispiel sind vier rohr- und vier mantelraumseitige Strömungswege dargestellt. Das Rohrraummedium verläßt die Wasserkammer 4 durch Schlitze 5, die über den Umfang der Wasserkammer 4 verteilt sind oder ohne diese Schlitze 5 direkt über den rohrraumseitigen Austrittsstutzen. Dabei strömt das zu erwärmende Medium durch die Schlitze 5', die über den Umfang des Wärmeübertragers veiteilt sind, in den äußersten kreisringförmigen Strömungsweg ein und umströmt die Rohre 6. Die Mantelwege sind durch zylinderförmige Bleche 7 voneinander getrennt. An den Enden der zylinderförmigen Bleche 7 sind Öffnungen, durch die die Umlenkung des mantelseitigen Mediums in den nächstinneren Strömungsweg, wie aus Fig. 2 ersichtlich, erfolgt. Durch die scheibenförmigen Trennbleche 8; 8', in deren Bohrungen die Rohre 6 fest anliegen, wird eine Berührung des mantelraumseit'gen Mediums in den äußeren konzentrischen Strömungswegen mit den Rohrboden 2; 2' verhindert. In den Zwischenräumen 9; 9' zwischen den Rohrboden 2; 2' und den scheibenförmigen Trennblechen 8; 8' befindet sich nur das mantelraumseitige Medium, das letztlich durch den innersten Strömungiweg strömt. Gleichzeitig kann das mantelraumseitige Medium den Wärmeübertrager über den Zwischenraum 9 durch Schlitze 5", die über den Umfang des Wärmeübertragers verteilt sind, verlassen.Through an inlet pipe 1, the pipe space medium enters the inner region of the tube plate 2 with the concentrically arranged flow paths, as can be seen from Fig.2. The deflection takes place after the opposite tube sheet 2 'by the deflection chambers 3' and 3. Thus, the respective outer tube space paths, as shown in Fig. 2, flows through the Rohrraummiidium, which in this way emits its heat to the jacket space medium. In the embodiment, four tubular and four lateral space-side flow paths are shown. The tubing medium leaves the water chamber 4 through slots 5, which are distributed over the circumference of the water chamber 4 or without these slots 5 directly over the pipe side outlet pipe. In this case, the medium to be heated flows through the slots 5 ', which are over the circumference of the heat exchanger, in the outermost annular flow path and flows around the tubes 6. The jacket paths are separated from each other by cylindrical plates 7. At the ends of the cylindrical plates 7 are openings through which the deflection of the shell-side medium in the next inner flow path, as shown in FIG. 2, takes place. Through the disc-shaped dividers 8; 8 ', in whose bores the tubes 6 firmly abut, a contact of the mantelraumseit'gen medium in the outer concentric flow paths with the tube sheet 2; 2 'prevented. In the spaces 9; 9 'between the tubesheet 2; 2 'and the disc-shaped separating plates 8; 8 'is only the shell-side medium, which ultimately flows through the innermost Strömungiweg. At the same time, the shell-side medium can leave the heat exchanger via the interspace 9 through slots 5 "which are distributed over the circumference of the heat exchanger.

Die einzelnen Rohrwege gemäß der Fig. 2 können mit Rohren 6 unterschiedlicher Wandstärke je nach den Beanspruchungen und der zu erzielenden Steifigkeit der Rohrbeden 2; 2' berohrt werden.2, with tubes 6 of different wall thickness depending on the stresses and the rigidity of the Rohrbeden 2 to be achieved; 2 'to be drilled.

Die Abdichtung der Strömungswege untereinander, insbesondere in der Wasserkammer 4, erfolgt auf konventionelle Art und Weise.The sealing of the flow paths with each other, in particular in the water chamber 4, takes place in a conventional manner.

Erfindungsgemäß kann auch das Primärmedium durch den Mantelraum und das Sekundärmedium durch den Rohrraum strömen.According to the invention, the primary medium can also flow through the tube space through the jacket space and the secondary medium.

Unterschiedliche Varianten der Strömungsführung, wie z. B. in Fig.4 dargestellt, sind unter Beachtung der Temperaturverhältnisse am Rohrboden möglich.Different variants of the flow guide, such. B. shown in Figure 4, are possible under consideration of the temperature conditions on the tube sheet.

Claims

1. Heat exchanger with solid tube sheets and several jacket and tube side flow paths, characterized in that the tube bundle (6) formed is divided into concentric sections and that parallel to the tube sheets (2, 2 ') in by flow and vibration technology disk-shaped separating plates (8; 8 ') and, preferably, cylindrical and / or semi-ellipsoidal components (1; 3; 3') on the tube sheets (2; 2 ') on the sides opposite the tube bundle. are arranged.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that, depending on the flow guide and the type of materials used, the concentrically arranged tube paths with tubes (6) are equipped with different wall thickness.