DE1401658A1

DE1401658A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE1401658A1
Application number: DENDAT1401658
Authority: DE
Inventors: Richards William Gwynfab; Burton Robin Sydney
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1961-11-16
Publication date: 1968-10-24
Also published as: US3195624A; GB944772A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING.VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD ^401658 DtntttSttrUHDMggtiDR.-lNG.TH.MEYER DR.FUES- Dr. Egg er t KOLNl, DEICHMANNHAUS

THE BRITISH TETROIiJUM COMPANY LIMITED, Britannic House, Finsbury Circus, London E.G. 2, England.

Wärmeaustauscher.

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Wärmeaustauscher, insbesondere einen verbesserten Abschlußdeckel für einen Wärmeaustauscher mit Rücklaufrohren und einem Mantel. Die Bezeichnung "Wärmeaustauscher" umfaßt auoh Kondensatoren.

Wärmeaustauscher dieser Art sind bekannt und bestehen gewöhnlich aus einem zylindrischen Mantel, der ein Rohrbündel umschließt, Das Rohrbündel besteht aus einer Anzahl von Rohren, die in Reihen angeordnet sind. Die Rohre werden durch Absohlußplatten in Stellung gehalten, in welche die Enden der Rohre eingreifen. Auf die Absohlußplatten sind mit Vertiefungen versehene Abschlußdeckel aufgesetzt. Die Einlasse und Auslässe des Mantels und der Abschlußplatten sind derart angeordnet, daß ein Medium durch die Rohre des Bündels hindurchgeht, während ein anderes Medium durch den Mantel hindurchgeht und die Rohre des Bündels bestreicht.

■

Ein üblicher Wärmeaustauscher dieser Art ist der sogenannte Rücklauf-Wärmeaustauscher, in welchem das durch die Rohre hindurchgehende Medium zuerst in einer Richtung durch eine erste Reihe von Rohren hindurchgeht, welche ale Vorlaufreihe bezeichnet wird, dann aus den Rohren austritt, wobei seine Strömungsrichtung durch Berührung mit einem Abschlußdeokel umgekehrt wird, der als Rücklaufdeckel bezeichnet wird, dabei

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in eine zweite Reihe von Rohren abgelenkt wird, die als Rüoklaufreihe "bezeichnet wird, und in dieser zweiten Reihe in entgegengesetzter. Richtung zur Durchgangsrichtung durch die erste Reihe zurückströmt. Tor dem Eintritt in die zweite Reihe der Rohre muß das Medium notwendigerweise auf die Abschlußplatte auftreffen, in welche die Einlaßenden der Rohre eingreifen, welche die zweite Reihe bilden. Diese Platte wird als Rücklaufplatte bezeichnet. Gewöhnlich sind mehrere · Vorlauf- und Rücklaufreihen vorgesehen.

Wenn der Temperaturunterschied zwischen den Rohren und dem Mantel beträchtlich ist, müssen Vorkehrungen für die Ausdehnur der einen relativ zum anderen getroffen werden. Dies wird im allgemeinen durch die Verwendung eines beweglichen Abschlußdeckels ermöglicht. Bei Wärmeaustauschern dieser Art ist eine der Deckelplatten am Mantel starr befestigt, während die andere Deckelplatte, die als beweglicher Abschlußdeckel bezeichnet wird, sich innerhalb des Mantels -in der Längsrichtung frei bewegen kann und gewöhnlich von einem weiteren Deckel Tims chlo ssen wird.

²^ Im allgemeinen werden Wärmeaustauscher aus Rohren, Abschlußdeckeln, Abschlußplatten und einem Mantel aus weichem Stahl zusammengesetzt. Pur bestimmte Zwecke, z.B. für die Wärmeübertragung zwischen Öl und Meerwasser, wobei Meerwasser durch die Rohre hindurchgeht, ist weicher Stahl nicht zufriedenstellend, weil derselbe stark korrodiert. Pur solche Zwecke werden die Rohre, Abschlußplatten und Abschlußdeokel aua · nicht eisenhaltigen Materialien hergestellt, z.B. aus Messing.

Rücklauf-Warmeaustauscher, deren Rohre, Abschlußplatten und Abschlußdeckel.aus nicht eisenhaltigen Materialien hergestellt ^Q sind," werden "im allgemeinen verwendet, wenn eine Flüssigkeit abgekühlt oder ein Gas kondensiert werden soll, wobei Meerwasser als Kühlmittel verwendet wird. Solche Wärmeaustauscher",

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die zwar weniger einer ausgedehnten Korrosion unter der Wirkung des Meerwassers unterworfen sind als die vollständig aua weichem Stahl hergestellten Wärmeaustauscher, sind aber im Batrieb noch immer nicht zufriedenstellend, weil sie dem sogenannten Beaufschlagungseinfluß ausgesetzt sind.

Der BeaufsGhlagungseinfluß zeigt sich in der Form des Anfressens oder der Hohlraumbildung der Rücklaufplatte an den Einlassen oder in der Mhe der Einlasse der Rücklaufreihen des Wärmeaustauschers, sowie in der Form des Anfressens oder der Hohlraumbildung der Snden der Rohre der Rücklaufreihen an den Einlassen oder in der Nähe der Einlasse.

Eine solche Korrosion von zwar nur örtlicher Wirkung ist aber selbstverständlich unerwünscht und kann zur Verunreinigung und/oder zum Verlust von wertvollen Produkten führen. Sie wird in den meisten Fällen bewirken, daß eine kostspielige Anlage während eines beträchtlichen Zeitraumes stillgesetzt werden muß, bis die Reparaturen ausgeführt werden können.

Um diese Korrosion zu verringern, ist es allgemein üblich, eine für die Zerstörung bestimmte Anode mit der Innenseite des Deckels zu verbinden. Die Anode besteht aus einem Block eines Metalls, das stärker elektronegativ ist als die Metalle des Wärmeaustauschers. Infolgedessen korrodiert dieser Block vor dem Wärmeaustauscher. Anoden, die für aus Eisen oder Eiser und Messing hergestellte Wärmeaustauscher verwendet werden sollen, werden vorzugsweise aus Magnesium oder Zink hergestell

Pür die Zerstörung bestimmte Anoden verringern den Beaufschlagungseinfluß, sind aber in gewissem Maße sehr unwirtr schaftlich, weil kleine Mengen wertvollen Materials unwiederbringlich verloren gehen. Diese Anoden weisen außerdem den ' wichtigen Nachteil auf, daß die Wärmeaustauscher, in denen sie verwendet werden, von Zeit zu Zeit außer Betrieb gesetzt

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und geöffnet werden müssen, damit eine neue Anode eingesetzt werden kann.

Nach Ansicht der Anmelderin ist der Beaufschlagungseinfluß zum Teil darauf zurückzuführen, daß der Geschwindigkeitsverlauf des auf die Rücklaufplatte auftreffenden Wassers nicht gleichmäßig ist.

Die Anmelderin hat gefunden, daß es durch Änderung der Form des Rücklaufdeckeis möglich ist, den Geschwindigkeitsverlauf des durch die Rücklaufreihen strömenden Wassers zu verändern, und demzufolge des Wassers, das auf die Rücklaufplatte des Wärmeaustauschers auftrifft.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Rücklaufdeckel für einen Wärmeaustauscher vorgesehen, der eine Innenfläche aufweist, von welcher ein Teil eine konkave Fläche und ein Teil . eine konvexe Fläche ist.

Die konkave Fläche ist vorzugsweise haltkugelförmig oder parabolisch.

Die konvexe Fläche enthält zweckmäßig zwei halbkugelförmige Flächen, die symmetrisch angeordnet sind.

Die konvexe Fläche kann auch eine zylindrische Fläche enthalten, die sich quer zur konvexen Fläche erstreckt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher vorgesehen, der gekennzeichnet ist durch

1) einen äußeren i-iantel, der ein inneres Rohrbündel umschließt, das aufweist:

a) wenigstens eine Vorlaufreihe, die wenigstens ein Rohr enthält,

b) eine Rücklaufplatte und

c) mehrere Rücklaufreichen von Rohren, sowie

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2) einen Rücklaufdeckel, der auf die Rügklaufplatte aufgesetzt und so geformt ist, daß im Betrieb die flüssigkeit aus der Vorlaufreihe oder den Vorlaufreihen austritt, auf den Rücklaufdeckel auftrifft, auf die Rücklaufplatte abgelenkt wird und durch die Rücklaufreihen hindurchgeht, wobei die Flüssigkeit auf den Rücklaufdeckel derart auftrifft, daß der Gesohwindigkeitsverlauf der durch die Rücklaufreihen des Rohrbündels strömenden Flüssigkeit gleichmäßiger gemacht wird als es bei Verwendung eines in üblicher Weiee geformten Rücklaufdeckeis der Fall wäre.

Unter einem "in üblicher Weise geformten Rücklaufdeckel" ist ein Deckel zu verstehen in der Form eines kleinen Segments einer Kugel, deren Halbmesser beträchtlich größer ist als ²^ der Halbmesser der Rücklaufplatte.

Vorzugsweise ist die dem inneren Rohrbündel gegenüberliegende Fläche des Rücklaufdeckels konkav mit Ausnahme des Bereichs der Rücklaufreihen, in welchem Bereich die Fläche konvex ist. Die konkave Fläche ist vorzugsweise halbkugelförmig oder parabolisch.

Die konvexe Fläche kann auch eine zylindrische Fläche ent-, halten, die sieh quer zum Bereich der Rücklaufreihen erstreckt.

Der Rücklaufdeckel ist vorzugsweise beweglich ausgebildet.

Der Rücklaufdeckel, die Rücklaufplatte und die Rohre der Rücklaufreihen werden zweckmäßig aus nicht eisenhaltigem Material hergestellt.

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Vorzugsweise wird als nicht eisenhaltiges Material Messing verwendet.

In den Zeichnungen sind beispielsweise Aueführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Versuchs-Wärmeaustauschers,

Fig. 2 eine Endansicht dieses Wärmeaustauschers. Die Fig. 3A, 3B und 30 sind schaubildliohe Ansichten einer Ausführungsform eines Bücklaufdeckeis gemäß der Erfindung.

Die Fig. 4A, 4B und 40 sind schaubildliohe Ansichten einer abgeänderten Ausführungsform eines Rücklaufdeckeis gemäß der Erfindung.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Wärmeaustauscher besteht aus einem Mantel 1, der auf Füßen 2 angeordnet ist und der ein Bohrbündel umschließt. Dieses besteht aus mehreren Rohren 3, die in fünf Vorlaufreihen (nicht dargestellt) und in fünf Rücklaufreihen a,b,c,d,e angeordnet sind. Die Rohrenden greifen in eine Vorlaufplatte 4 und in eine Rücklaufplatte ein. Auf die Rücklaufplattβ 5 ist ein üblicher Rücklaufdeckel 6 aufgesetzt. Durch einen Einlaß 7 kann den Vorlaufreihen Flüssigkeit zugeführt werden. Die Bücklauf reihen a,b,o,d,e sind an ihren Auslässen unbedeckt und münden in die Außenluft.

In den Fig. 3A, 3B und 30 ist ein abgeänderter Rücklaufdeckel 8 dargestellt¹, der erhalten wurde, indem eine hohle Halbkugel aus nicht eisenhaltigem Material mit zwei kugelförmigen Vertiefungen 9 und 10 versehen wurde.

In den Fig. 4A, 4B und 40 ist ein weiterer abgeänderter Rücklaufdeckel 11 dargestellt, der erhalten wurde, indem eine hohle Halbkugel aus nicht eisenhaltigem Material mit einer zylindrischen Vertiefung 12 versehen wurde.

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Ein Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung kann aus dem in Verbindung mit fig. 1 beschriebenen Versuchs-Wärmeaustaueeher erhalten werden,

a) indem der übliche Rücklaufdeckel 6 entfernt und durch einen der Rücklaufdeekel 8 oder 11 ersetzt

wird und

b) indem der Einlaß 7 entfernt und durch einen üblichen Abschlußdeckel eines Wärmeaustauschers ersetzt wird, der mit einem Auslaß für die durch die Rücklaufreihen a,b,c,d,e hindurchgehende Flüssigkeit versehen ist.

Die Erfindung wird außerdem durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, ohne auf dieselben beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Der Gesohwindigkeitsverlauf in den Rücklaufreihen der Rohre des in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Wärmeaustauschers wurde untersucht. Dem Wärmeaustauscher wurde Wasser in solcher Menge zugeführt, daß in den Rohren der Rücklaufreiehen eine durchschnittliche Wassergeschwindigkeit von 2,4 m/s erzeugt wurde. Die Geschwindigkeit des aus einer Reihe austretenden Wassers wurde nach Messungen berechnet, die an den Strahlprofilen der austretenden Strömungen vorgenommen wurden.

Die einzelnen Rohrgeschwindigkeiten konnten nicht gemessen werden infolge des geringen Abstandes der Strahlen in jedem Behälter. Es wurden daher Messungen des Profils der Strahlen in jeder Reihe vorgenommen und es wurde vermerkt, ob alle Strahlen ausgerichtet waren. Wenn einer der Strahlen in einer Reihe eine Geschwindigkeit hatte, die größer oder kleiner war

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als die der benachbarten Strahlen, wurde versucht, diese Geschwindigkeit zu berechnen.

Die nachstehende Tafel 1 gibt den Geschwindigkeitsverlauf des durch die Rücklaufreihen strömenden Wassers an, wenn auf den Wärmeaustauscher ein üblicher beweglicher Abschlußdeckel aufgesetzt war.

Tafel 1

Reihe ^{a b c} c.j d e

Wassergeschwindigkeit m/s 2,22 2,31 2,49 1,98 2,75 3,27

+) 1. Rohr in Reihe c.

Die in Tafel 1 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß ein Gesamtunterschied der Wassergeschwindigkeit von 1,29 m/s erzielt wurde, aber die Ergebnisse zeigen auch, daß im ersten Rohr ■ der Reihe c das Wasser mit einer um 0,51 m/s geringeren Geschwindigkeit strömte als in den benachbarten Rohren. Wenn dieses Rohr unbeachtet blieb, betrug der Gesamtunterschied 1,05 m/s.

Beispiel 2

Der übliche Rücklaufdeckel wurde dann durch einen parabolischen Deckel ersetzt und die in Tafel 2 angegebenen Ergebnisse wurden erzielt.

Tafel 2

Reihe a ^ai b c d e

Wassergeschwindigkeit m/s 1,95 1,89, 2,34 2,49 2,64 2,67

+) die beiden äußeren Rohre der Reihe a.

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Die in Tafel 2 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß der Gesamtunterschied der Wassergeschwindigkeit auf 0,78 m/s verringert wurde, bzw. auf 0,72 m/s, wenn die irreguläre Geschwindigkeit der beiden äußeren Rohre der Reihe a unbeachtet blieb.

Beispiel 3

i)s wurce ein halbkugelförmiger Rücklauf de ekel verwendet und die in Tafel 3 angegebenen Ergebnisse wurden erzielt.

Tafel 3

Reihe abc d e

Wassergeschwindigkeit m/s 2,01 2,28 1,62 2,58 2,40

Die in Tafel 3 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß der Gesamtunterschied der Wassergeschwindigkeit auf 0,96 m/s verringert wurde.

Beispiel 4

Hierauf wurde der unter Bezugnahme auf die Pig. 3A,3B,3C beschriebene Rücklaufdeekel verwendet und es wurden die in Tafel 4 angegebenen Ergebnisse erzielt.

Tafel 4

Reihe a a- ⁺ ' b c d e

Wassergeschwindigkeit m/s 2,37 2,31 2,37 2,37 2,46 2,46

+)die beiden äußeren Rohre der Reihe a.

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-IU-

Die in Tafel 4 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß der Gesamt-

unterschied der Wassergeschwindigkeit auf 0,15 m/e verringert wurde, bzw. auf 0,09 m/s, wenn die irreguläre Geschwindigkeit der beiden äußeren Bohre der Reihe a unbeachtet blieb.

Beispiel 5

Sodann wurde der unter Bezugnahme auf die Fig. 4A,4B,4C beschriebene Rücklaufdeckel verwendet und es wurden die in Tafel 5 angegebenen Ergebnisse erzielt.

Tafel 5

Reihe a a^ b ο d e

Wassergeschwindigkeit m/s 2,46 2,22 2,46 2,37 2,40 2,40

+) der Strahl aus dem ersten Rohr der Reihe a pendelte etwas hin und her.

Die in Tafel 5 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß der Gesamtunterschied der Wassergeschwindigkeit in diesem Fall 0,24 m/s betrug, bzw. 0,09 m/s, wenn die irreguläre. Geschwindigkeit des ersten Rohres der Reihe a unbeachtet blieb.

Daraus ergibt sich, daß durch Verwendung von nicht in üblicher Weise geformten Rücklaufdeckein der vorstehend beschriebenen •Ä-rt der Geschwindigkeitsverlauf des durch die Reihen der. Rücklaufrohre des Wärmeaustauschers hindurchgehenden Wassere · gleichmäßiger gemacht werden konnte.

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Claims

Ansprüche

1. Rücklaufdeekel für einen Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch eine Innenfläche, von welcher ein Teil eine konkave Fläche und ein Teil eine konvexe Fläche ist.

2. Rücklaufdeekel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die konkave Fläche halbkugelförmig oder parabolisch ist.

3. Rücklaufdeekel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die konvexe Fläche zwei halbkugelförmige Flächen enthält, die symmetrisch angeordnet sind.

4. Rücklaufdeekel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die konvexe Fläche eine zylindrische Fläche enthält, die sich quer zur konvexen Fläche erstreckt.

Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch

1) einen äußeren Mantel, der ein inneres Rohrbündel umschließt, das aufweist:

a) wenigstens eine Vorlaufreihe, die wenigstens ein Rohr enthält,

b) eine Rücklauf platte und

c) mehrere Rücklaufreihen von Rohren, sowie

2) einen Rücklaufdeekel, der auf die Rücklaufplatte aufgesetzt und so geformt ist, daß im Betrieb die Flüssigkeit aus der Yorlaufreihe oder den Vorlaufreihen austritt, auf den Rücklaufdeekel auftrifft, auf die Rücklaufplatte abgelenkt wird und durch die Rücklaufreihen hindurchgeht, wobei die Flüssigkeit auf den Rücklauf de ekel derart auf trifft, daß der G-eschwindigkeitsverlauf der durch die Rücklaufreihen des Rohrbündels strömenden Flüssigkeit gleichmäßiger gemacht wird als es bei Verwendung eines in üblicher Weise geformten Rücklaufdeckeis der Fall wäre.

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6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem inneren Rohrbündel gegenüberliegende Fläche des Rücklaufdeckeis konkav ist mit Ausnahme des Bereichs der Rücklaufreihen, in welchem Bereich die Fläche konvex ist.

· 1. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche halbkugelförmig oder parabolisch ist.

8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Fläche zwei hablkugelförmige Flächen enthält, die symmetrisch angeordnet sind.

9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Fläche eine zylindrische Fläche enthält, die sich quer zum Bereich der Rücklaufreihen erstreckt.

• 10. Värmeaustauseher nach einem der Ansprüche 5 uis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf deckel beweglich ist.

11. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche Z uis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufdeckel, die Ru cL-laufplatte und die Rohre der Rücklaurreili^n r?uc uiolrc eisenhaltigem Ilatorial hergestellt sind.

12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht eisenhaltiges Haterial !leasing verwendet wird.

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