DE102011114326A1 - Piggable system of collapsible endless heat exchanger, has tubular casing and jacket tube whose length and diameter are set differently so that heat exchange of heat exchanger system is not interrupted - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der Technik:State of the art:
Das Übertragen von Wärme auf oder aus zur Verschmutzung neigenden Medien stellt besondere Anforderungen an die technischen Voraussetzungen zur Reinhaltung der wärmetauschenden Oberflächen.Transferring heat to or from media prone to contamination places special demands on the technical requirements for keeping the heat-exchanging surfaces clean.
Grundsätzlich wird bislang bei fast jeder Bauart von Wärmetauschern eine Verringerung der Übertragungsleistung sowie eine damit einhergehende notwendige Vergrößerung der Übertragungsfläche durch Einbeziehung eines Verschmutzungsfaktors in die Auslegungsberechnung berücksichtigt. Die Vergrößerung der Übertragungsflächen über das eigentlich erforderte Maß hinaus führt dabei in der Regel zu wirkungsgradminimierenden Strömungs- und Wärmeübertragungsverhältnissen, da die Vergrößerung der Übertragungsflächen entweder durch Anordnung zusätzlicher paralleler Übertragungsflächen, meistens in Form von Platten oder Rohren oder auch z. B. durch Vergrößerung einzelner Rohrquerschnitte technisch realisiert wird. In beiden Fällen sinkt die Strömungsgeschwindigkeit durch Zunahme des Gesamtquerschnitts und somit der spezifische Wärmeübergang. Bei Vergrößerung einzelner Rohrquerschnitte nimmt zusätzlich die Durchmischung des Mediums durch Verringerung der Strömungsturbulenzen ab, so dass der spezifische Wärmeübergang pro Einheit Tauscherfläche nochmals sinkt.Basically, so far in almost every type of heat exchangers, a reduction of the transmission power and a concomitant necessary increase in the transmission area by including a pollution factor in the design calculation is taken into account. The enlargement of the transfer surfaces on the actually required level addition usually leads to efficiency-minimizing flow and heat transfer ratios, since the enlargement of the transfer surfaces either by arranging additional parallel transfer surfaces, usually in the form of plates or tubes or z. B. is technically realized by enlarging individual pipe sections. In both cases, the flow rate decreases by increasing the total cross section and thus the specific heat transfer. When enlarging individual tube cross-sections, the mixing of the medium also decreases by reducing the turbulence of the flow, so that the specific heat transfer per unit exchanger surface decreases again.
Einhergehend mit der Vergrößerung der Tauscherflächen steigen der konstruktive Aufwand und der Materialeinsatz, was zu höheren Herstellungskosten und dadurch verringerter Wirtschaftlichkeit führt.Along with the enlargement of the exchanger surfaces increase the design effort and the use of materials, which leads to higher manufacturing costs and thus reduced efficiency.
Diesem Umstand wird versucht auf zwei unterschiedliche Arten zu begegnen. Zum Einen werden die Wärmetauscher so konstruiert, dass die wärmetauschenden Flächen zu Reinigungszwecken leichter zugänglich sind und zum Anderen werden Reinigungssysteme eingesetzt, die die wärmeübertragenden Flächen ohne aufwändige Teildemontage der Wärmetauscher idealerweise während des laufenden Betriebs reinigen können. Bei der Reinigung während des laufenden Betriebs können teure Stillstandzeiten minimiert und unter Umständen kann auf den Einsatz redundanter Systeme verzichtet werden. Die wohl bekannteste Variante zur Reinigung von wärmeübertragenden Flächen in Wärmetauschern besteht darin, kleine runde Reinigungskörper mit dem Fluidstrom, wie in dem
Alle bislang beschriebenen Konstruktionen sind allerdings nur begrenzt einsetzbar wenn das zur Verschmutzung neigende Medium, das zur Wärmeübertragung hindurch fließen soll, z. B. faserige Bestandteile enthält. Hierfür wurden Wärmetauscher entwickelt, die sich unter dem Oberbegriff „Rohr in Rohr” – oder auch Doppelrohrwärmetauscher zusammenfassen lassen. Hierbei wird ein Rohr in einem Mantelrohr so parallel angeordnet, dass das zur Verschmutzung neigende Medium durch das Innenrohr und das saubere Medium durch den Raum zwischen dem Innenrohr und dem außen liegenden Mantelrohr geleitet wird. Diese Konstruktionen weisen prinzipbedingt nur kleinere wärmeübertragende Flächen auf, da eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche mit einer Vergrößerung der Rohrquerschnittsfläche und somit Verschlechterung der wärmeübertragenden Eigenschaften des Systems eingangs beschriebener Art einhergeht. Um eine ausreichend große wärmeübertragende Fläche zur Verfügung zu stellen, werden mehrere dieser einzelnen Doppelrohrwärmetauschermodule in Reihe angeordnet und durchströmt. Bei dieser modularen Anordnung werden sowohl das Innenrohr als auch das Mantelrohr der einzelnen Module über spezielle außen liegende Rohrverbindungen mit dem nachfolgenden Modul verbunden. Die Rohrverbindungen sind demontierbar, so dass zumindest die Innenrohre nach dem Entfernen der Rohrverbindungen gereinigt werden können. Eine Weiterentwicklung der Doppelrohrwärmetauscher stellt der „Mehrfachrohr in Rohr” Wärmetauscher dar. Hierbei werden bei gleichem Konstruktionsprinzip mehrere Innenrohre zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche und Verbesserung der Strömungsverhältnisse in einem Mantelrohr angeordnet. Bei einem modularen Aufbau werden die einzelnen Module wiederum hydraulisch über spezielle Rohrverbindungen in Reihe geschaltet. Die Innenrohrbündel werden an ihren Enden in konventionellen Kopfplatten zusammengefasst und eingelötet oder eingewalzt, während das Verbindungsrohr zum darauf folgenden Modul aus einem einzigen Rohr größeren Querschnitts besteht. Diese Anordnung erwies sich allerdings ebenfalls als störanfällig und bei faserigen Inhaltstoffen des durchströmenden Mediums zur Verstopfung neigend. Ebenfalls nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass bei einer auftretenden Leckage durch eine defekte Rohrleitung des Rohrbündels das gesamte Bündel entnommen und aufwändig repariert werden muss. Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des „Mehrfachrohr in Rohr„ Systems, bei der jedem Innenrohr des Innenrohrbündels ein eigenes Verbindungsrohr zugeordnet ist, wurde in 2004 in einem Wellpappenwerk der Fa. Klingele in Delmenhorst im Rahmen eines Projekts zur thermischen Aufbereitung von Prozesswasser der Fachwelt vorgestellt. Eine ähnliche Weiterentwicklung ist in
In
Alle bekannten Doppelrohr- und „Mehrfachrohr in Rohr” Wärmetauschersysteme nach dem Stand der Technik weisen prinzipbedingt diese modulare Anordnung mit einem Bypass zur hydraulischen Überbrückung der Verschraubungsvorrichtung der Innenrohrverbindung auf. Wodurch allerdings nachteilig zum einen die Wärmeübertragung unterbrochen und zum anderen der Strömungswiderstand insbesondere im Mantelrohr für das sie durchfließende Medium erhöht wird (siehe
Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass die Herstellung solcher Rohrsysteme wie in
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einen unterbrechungsfreien Wärmeaustausch eines molchbaren „Mehrfachrohr in Rohr” Wärmetauschers über eine beliebige Länge, bei gleichzeitiger Optimierung der Strömungs- und Wärmeübertragungsverhältnisse und minimierten Druckverlusten ermöglicht und gleichzeitig zu Reinigungs- und Wartungszwecken vollständig zerlegbar ist.It is an object of the present invention to provide an arrangement of the generic type, which allows uninterrupted heat exchange of a piggable "multiple tube in tube" heat exchanger over any length, while optimizing the flow and heat transfer conditions and minimized pressure losses and at the same time for cleaning and maintenance purposes is completely dismantled.
Die Konstruktion des modular aufgebauten, molchbaren Endloswärmetauschers ist derart aufgebaut, dass durch die Aneinanderreihung von Einzelmodulen, wie in einem Ausführungsbeispiel in
Die Zerlegbarkeit der Einzelmodule, ein Ausführungsbeispiel ist in (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- AT 212339 [0004] AT 212339 [0004]
- GB 2181810 A [0004] GB 2181810 A [0004]
- EP 1097348 B1 [0004] EP 1097348 B1 [0004]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- DIN 2430 Teil I und II [0004] DIN 2430 Part I and II [0004]
- DIN 2430 I, II [0008] DIN 2430 I, II [0008]
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