DE1451198A1 - Tube bundle heat exchanger - Google Patents
Tube bundle heat exchangerInfo
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- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
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Description
Badische Anilin- & Soda-Fabrik AGBadische Anilin- & Soda-Fabrik AG
HS 1198HS 1198
P 14 51 I98.9 Ludwigshafen am Rhein, denP 14 51 I98.9 Ludwigshafen am Rhein, den
(B 77 44? Ia/I7f)(B 77 44? Ia / I7f) 26# Juni# 26 June
0,z. 23 106 31; Oktober 1968 0, e.g. 23 106 31 ; October 1968
Rohrbündel-WärmeaustauscherShell and tube heat exchanger
Bekannt sind Rohrbündel-Wärmeaustauscher, die von einem weiteren Mantel als dem mittleren Durchmesser des Rohrbündels umgeben sind, wobei das Rohrbündel in einem an den Enden verschlossenen meist drucktragenden Behälter angeordnet ist. Das Rohrbündel endet beidseitig in je einem Rohrboden und für den Raum außerhalb jedes Rohrbodens ist mindestens ein Stutzen für die Zu- und Abführung des durch die Rohre geführten Mediums vorgesehen. Für das die Rohre außen umspülende wärme- tauschende Mittel befinden sich die entsprechenden Rohrstutzen im Mantel innerhalb des durch den axialen Abstand beider Rohrboden bestimmten Bereichs.Shell and tube heat exchangers are known from another Jacket as the mean diameter of the tube bundle are surrounded, the tube bundle in a closed at the ends mostly pressure-bearing container is arranged. The tube bundle ends on both sides in a tube sheet and for the space outside each tube sheet is at least one nozzle for the supply and discharge of the medium passed through the tubes intended. For the heat-exchanging process that flows around the outside of the pipes Means are the corresponding pipe socket in the jacket within the determined by the axial distance between the two tube sheets Area.
Der Wirkungsgrad eines solchen Rohrbündel-Wärmeaustauschers ist, insbesondere beim Wärmetausch zweier gasförmiger Medien, vor allem von den Strömungsverhältnissen des die Rohre außen umspülenden Mediums abhängig. Für die Rohrleitung sind regelmäßige Vielecke üblich, so daß zwischen dem Rohrbündel und dem Wärrneaus t aus chermant el Segmenträume freibleiben, welche zu einer bevorzugt randgängigen Strömung des die Rohre um-The efficiency of such a tube bundle heat exchanger is, especially when exchanging heat between two gaseous media, mainly dependent on the flow conditions of the medium flowing around the outside of the pipes. For the pipeline are regular Polygons usual, so that between the tube bundle and the Wärrneaus t from chermant el segment spaces remain free, which to a preferably marginal flow of the pipes around
909820/0234909820/0234
Unterlagen (Art.7 *i Abs.2 NraSatrades Anderungsge«. V.4.9.1^/yDocuments (Article 7 * i Paragraph 2 NraSatrades amendment «. V .4.9.1 ^ / y
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gebenden Mediums führen, d.h. das wärmeaustauschende Mittel, ström.t:. mit nur geringem Wärmetausch praktisch nur an der Außenseite des Rohrbündels vorbei. Diese nachteiligen ■Verhältnisse wirken sich dann besonders ungünstig aus, wenn man im Wärmeaustauscher nur einen geringen Druckverlust zulassen kann und deshalb zur Anwendung größerer Rohrdurchmesser gezwungen ist.supplying medium, i.e. the heat-exchanging medium, ström.t :. with little heat exchange practically only at the Outside of the tube bundle. These disadvantageous ■ conditions have a particularly unfavorable effect if only a small pressure loss is allowed in the heat exchanger can and therefore to use larger pipe diameters is forced.
Den erwähnten Effekt der Randgähgigkeit von Rohrbündel-Wärmeaustauschern vermeidet man bei bekannten Vorrichtungen bisher z.B, durch den Einbau von Umlenkblechen oder durch die Umhüllung des Rohrbündels mit einem eng anliegenden Hemd. Zwischen dem Hemd und dem drucktragenden Mantel ist dann ein etwa ringförmiger StrömungBkanal gegeben. Das Hemd enthält Je nach der gewünschten Strömung an bestimmten Stellen Aussparungen oder Stutzen, die in die Hohlräume zwischen den,Rohren hineinführen. Der Nachteil dieser Maßnahme ist eine Erhöhung des Druckverlustes und ein unterschiedlicher Wärmeaustausch infolge der unterschiedlichen Weglängen des die Rohre umspülenden Mediums. Zur Unterbindung der Randgähgigkeit hat man ferner schon Füllkörper in die Segmenträume eingeschüttet, die Jedoch ebenfalls einen sehr hohen Druckverlust zur Folge haben.The mentioned effect of the marginal permeability of tube bundle heat exchangers has been avoided so far with known devices, e.g. by installing baffles or by sheathing of the tube bundle with a tight-fitting shirt. Between the shirt and the pressure-bearing coat is then approximately ring-shaped Flow channel given. The shirt contains depending on the desired flow at certain points recesses or nozzles that lead into the cavities between the pipes. The disadvantage of this measure is an increase in the pressure loss and a different heat exchange as a result of the different path lengths of the medium flowing around the pipes. To the Furthermore, there is already packing material to prevent the marginal ductility Poured into the segment spaces, which however also result in a very high pressure loss.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion besteht darin, daß die Lage der Zu- und Abführungsstutzen für das die Rohre außen umspülende:- Medium nicht beliebig gewählt werden kann. Es ergeben sich dann bei der Zusammenschaltung des WärmetauschersAnother disadvantage of the known construction is that the position of the inlet and outlet connections for the pipes Outside rinsing: - Medium cannot be chosen arbitrarily. It then results from the interconnection of the heat exchanger
■■.■■-. :· ■,. ~ 3 - 909820/0234 ■■. ■■ -. : · ■ ,. ~ 3 - 909820/0234
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mit anderen Apparaten verhältnismäßig lange und ungünstige Verbindungsleitungen. In Anlagen der chemischen Verfahrenstechnik sind jedoch bei der Verbindung eines Wärmetauschers mit anderen Apparaten, insbesondere beim Wärmeaustausch zwischen zwei gasförmigen Medien, möglichst kurze Leitungen anzustreben. Ein axialer Gegenstrombetrieb im Rohrbündel muß dabei dennoch gewährleistet sein.with other devices it is relatively long and inconvenient Connecting lines. In chemical engineering plants, however, a heat exchanger is used when connecting with other apparatus, especially when exchanging heat between two gaseous media, the shortest possible lines should be aimed for. Axial countercurrent operation in the tube bundle must nevertheless to be guaranteed.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe, zugrunde, sowohl die nachteilige Randgängigkeit von Rohrbündel-Wärmeaustauschern ohne einen wesentlich erhöhten Druckverlust zu unterdrücken, als auch einen unmittelbaren Wärmetausch durch das Hemd des Rohr-BJndels zu vermeiden und gleichzeitig eine für vielfältige betrieblicheTwlinafungs fähige Konstruktion zu schaffen, die eine weitgehend beliebige Wahl der Lage der Zu- und Abführungsstutzen für das die Rohre außen umspülende Medium gestattet.The invention is therefore based on the object, both the disadvantageous edge accessibility of tube bundle heat exchangers without suppressing a significantly increased pressure loss than also a direct heat exchange through the shirt of the tube bundle to be avoided and at the same time a training for a variety of operational twins capable construction to create a largely arbitrary choice of the location of the inlet and outlet nozzles for the medium flowing around the pipes outside.
Diese Aufgabe wird an einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher für rein axialen Gegenstrombetrieb im Rohrbündel erfindungsgemäß gelöst durch folgende Kombinationj Die wärmetauschenden !Medien werden nur in der Nähe der Rohrböden in das Rohrbündel eingeführt, die Lage der Zu- und Abführungsstutzen und des dazwischenliegenden ein- oder mehrteiligen Steges ist im axialen Bereich zwischen den Rohrboden beliebig wählbar und das Hemd Ist doppelwandig als warffleisolierender Hohlraum ausgeführt.This task is performed on a shell and tube heat exchanger for Purely axial countercurrent operation in the tube bundle achieved according to the invention by the following combination: The heat-exchanging media are only inserted into the tube bundle near the tube sheets, the position of the inlet and outlet nozzles and the one in between one-piece or multi-piece web is in the axial area between the tube sheet can be chosen as desired and the shirt is double-walled as a throw-away insulating cavity.
Anhand der Zelebraang, die mehrere tasftalaraingsibeisipiele wiedergibt, ist die Erfindung nachfolgend naher !beschrieben.Based on the Zelebraang which reproduces several tasftalaraingsibeisipiele, the invention is below the near! Described.
- 4 - . O.Z. 23 106- 4 -. O.Z. 23 106
Die Fig. 1 zeigt einen axialen Querschnitt durch einen Rohr- bündel-Wärmeaustauscher. Der entsprechende Querschnitt ist in Pig. 1a wiedergegeben. Die das Rohrbündel bildenden Rohre enden in der üblichen Weise in den beiden Rohrböden 2 und 3, die ihrerseits mit der Umfarigsflache in Stopfbüchsen 4 und eintreten, um bei'hoher thermischer Belastung des Apparates ,einen Dehnungsausgleich gegenüber dem Mantel 6 des Wärmeaustauschers sicherzustellen.· Das "Rohrbündel 1 ist in ein doppelwandiges Hemd 7 eng eingehüllt. Zur Festlegung des isolierenden Hohlraumes 7a zwischen beiden Wandungen des liemdes 7 dienen mehrere ringförmige Abstandshalter 8. Das um die Rohre gehüllte Hemd 7 besitzt ein axiales Maß, das kleiner ist als der gegenseitige Abstand der Rohrböden 2 und 3, so daß nur in der Nähe der Rohrböden das wärmetauschende Medium an das Rohrbündel herantreten kann. Mit Bezug auf die Figuren 1-3 fließt also das durch'den Stutzen 9 eintretende wärmetauschende Medium am linksseitigen Ende zwischen die Rohre 1 ein und tritt am äußeren rechtsseitigen Ende heraus. Dieser Weg wird bestimmt durch den ein- oder mehrteiligen Steg 10, der abdichtend zwischen der äußeren Wandung des doppelwandigen Hemdes 7 und dem Mantel 6 des Wärmeaustauschers gelegen ist. Dieser Steg 10 unterbindet die direkte Verbindung vom £in<trittsstutzen 9 zum Austrittsstuitzen 1T auf dem neben dem Rohrbündel liegenden Strömungsweg,. Zur Anpassung an unterschiedliche axiale Dehnungen zwischen Rohrbündel 1 und dem Märmetausehersantel 6 muiB #ejr -Steg W ^ei ejjiteiliger Ausführung ulk Wellring «usfefföhrl; äpeln^, Pa Jedoch H1 shows an axial cross section through a tube bundle heat exchanger. The corresponding cross-section is in Pig. 1a reproduced. The tubes forming the tube bundle end in the usual way in the two tube sheets 2 and 3, which in turn enter with the surrounding area in stuffing boxes 4 and in order to ensure expansion compensation with respect to the jacket 6 of the heat exchanger in the event of a high thermal load on the apparatus "Tube bundle 1 is tightly wrapped in a double-walled shirt 7. To define the insulating cavity 7a between the two walls of the liemdes 7, several annular spacers 8. The shirt 7 wrapped around the tubes has an axial dimension that is smaller than the mutual distance between the Tube sheets 2 and 3, so that the heat exchanging medium can only approach the tube bundle in the vicinity of the tube sheets emerges at the outer right-hand end. This path is determined by the one-part or multi-part web 10, the abdi is located right between the outer wall of the double-walled shirt 7 and the jacket 6 of the heat exchanger. This web 10 prevents the direct connection from the inlet connection 9 to the outlet support 1T on the flow path located next to the tube bundle. In order to adapt to different axial expansions between the tube bundle 1 and the Märmetausehersantel 6 muiB #ejr -steg W ^ ei ejjiteiliger execution ulk corrugated ring «usfefföhrl; apples ^, Pa However H
U51198U51198
- 5 - O.Z. 23 106- 5 - O.Z. 23 106
Wärmeaustauscher der oben beschriebenen Art mit den Stopfbüchsen 4 lind 5 meist ein ausziehbares Rohrbündel besitzen, ist der Steg 10 vorzugsweise mehrteilig gestaltet und solcherart mit seinen am Hemd 7 und dem Mantel 6 befestigten Teilen als labyrinthdichtung ausgebildet. Die in die Wärmeaustauscherräume außerhalb der Rohrböden 2 und 3 einmündenden Rohrstutzen 12 und 13 für das durch die Bohre 1 zu führende wärmetauschende Kedium sind in der üblichen bzw. bekannten Weise angeordnet. Heat exchanger of the type described above with the stuffing boxes 4 and 5 usually have an extendable tube bundle, the web 10 is preferably designed in several parts and in such a way attached to the shirt 7 and the jacket 6 Parts designed as a labyrinth seal. The ones in the heat exchanger rooms outside of the tube sheets 2 and 3 opening pipe sockets 12 and 13 for leading through the hole 1 heat-exchanging media are arranged in the usual or known manner.
Die in Fig. 2 wiedergegebene Ausführungsform eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers mit den erfindungsgemäßen Merkmalen lehrt," daß die lage des Steges 10 und die der Stutzen 9 und 11 für die Zu» und Abführung des die Rohre 1 außen umspülenden wärmetauschenden Mediums im axialen Bereich zwischen den Rohrboden 2 und 3 weitgehend beliebig gewählt werden kann.The embodiment of a tube bundle heat exchanger shown in FIG. 2 with the features according to the invention teaches "that the position of the web 10 and that of the nozzle 9 and 11 for the supply and discharge of the heat-exchanging medium which flows around the outside of the tubes 1 in the axial area between the Tube sheets 2 and 3 can be chosen largely arbitrarily.
Bei der Zusammenschaltung ζ. B. von Reaktoren mit solchen Wärmeaustauschern sind dann die gewünschten kurzen Verbindungen ohne Schwierigkeiten herzustellen. ·When interconnecting ζ. B. of reactors with such Heat exchangers can then produce the desired short connections without difficulty. ·
Ein Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach der Erfindung läßt sich ferner auch ohne die Stopfbüchsen 4 und 5 aufbauen. Fig. 3 zeigt eine Bauweise, bei der der rechte Rohrboden 3 einen zylindrischen Aufsatz 14 mit einem Kragen 15 besitzt. Der letztgenannte Kragen wird zusammen mit dem Planschpaar zur Festlegung des Rohrbundeis verspannt. Am linksseitigen EndeA tube bundle heat exchanger according to the invention can be also build up without the stuffing boxes 4 and 5. Fig. 3 shows a construction in which the right tube sheet 3 a cylindrical attachment 14 with a collar 15 has. Of the The latter collar is braced together with the paddling pair to fix the tube bundle. At the left end
'9098 20/02 3 4 BAD '9098 20/02 3 4 BAD
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des Rohrbündels ist der Rohrboden 2 über einen Wellrohrkompensator
17, der in diesem Fall unterschiedliche axiale Dehnungen der Bauelemente ausgleicht, mit dem Wärmeaustauschermantel 6 verbunden.- In noch anderer Weise kann
bei mit dem Mantel 6 fest verbundenen Rohrboden 2 und 3,
also bei einer einfachen Ausführung ohne ausziehbares
Rohrbündel, ein Wellrohrkompensator auch unmittelbar in den Mantel 6 im axialen Bereich zwischen den beiden Rohrböden
2 und 3 eingeschweißt sein.of the tube bundle, the tube sheet 2 compensates a Wellrohrkompensator 17, the different in this case, axial expansions of the components, with the heat exchanger shell 6 verbunden.- In yet another example, simple in fixedly connected to the casing 6 tubesheet 2 and 3, that is at a Version without pull-out
Tube bundle, a corrugated tube compensator, can also be welded directly into the jacket 6 in the axial area between the two tube sheets 2 and 3.
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
90982 0/0 2 3490982 0/0 2 34
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