DE1551480B1 - Doppelrohr waermetauscher fuer hohe druecke - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit zwischen zwei Rohrböden angeordneten Doppelrohren, bei dem mindestens. einer der Rohrböden aus zwei hintereinanderliegenden, mit den Rohrbohrungen versehenen Platten besteht und hohem Innendruck widerstehen muß. Ein durch die Innenrohre der Dopelrohre strömendes Fluid wird dabei durch ein anderes über den Zwischenraum eines Doppelbodens in den Ringraum zwischen Innen-und Außenrohr eingeleitetes Fluid gekühlt oder erwärmt.
• Bei den bekannten Wärmetauschern dieser Art (britische Patentschrift. 568 804, deutsche Patent-Schrift 72 491, deutsche Auslegeschrift 1134 397, österreichische Patentschrift 17 097) sind die Außenrohre der Doppelrohre jeweils an der inneren und die Innenrohre an der äußeren Platte des Doppelbodens befestigt. Ein in den Doppelboden eingeleitetes Fluid hohen Druckes erfordert entweder sehr dicke Bodenplatten oder zusätzlich Zuganker, die die beiden Platten miteinander verbinden (deutsche Patentschriften 1021391 und 137 625). Auch Verbindungsrohre zwischen einer äußeren Kopfkammer und einem zwischen den jeweils inneren Platten zweier Doppelböden liegenden Mantelraum (deutsche Patentschriften 72 491 und 1134 397) können als Zuganker wirken. Daneben sind Wärmetauscher mit Doppelböden bekannt, die durch beide Böden durchgesteckte einfache Rohre aufweisen (deutsche Patentschriften 961089 und 1027 699). Der Zwischenraum zwischen den beiden Rohrbodenplatten dient dabei als Kontrollraum zur Überprüfung der Dichtheit. Bekannt ist auch schon (AD-Merkblatt B 5, Ausg. September 1954, S.4 und 5), daß durch Verschweißen beider Rohrenden mit den Rohrböden diese versteift werden können. Bei der Anwendung dieser Maßnahme bei Doppelrohr-Wärmetauschern treten jedoch gefährliche und nur schwierig auszugleichende Wärmespannungen auf (deutsche Auslegeschrift 1170 434), weil hier die beiden Platten eines Doppelbodens nicht über einen im Zwischenraum des Doppelbodens verlaufenden Rohrteil miteinander über Schweißstellen verbunden sind, sondern nur über die ganzen Längen beider Rohre mit dem Umweg über den jeweils anderen Doppelboden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmetauschern der eingangs bezeichneten Art eine Bauweise zu finden, durch die bei kleinem technischem Aufwand die Doppelböden dem hohen Innendruck gewachsen sind.
• Die Aufgabe wird, ausgehend. von der eingangs bezeichneten bekannten Art von Wärmetauschern erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Platten des Doppelbodens über mindestens einen im Zwischenraum der beiden Platten verlaufenden Teil der Doppelrohre gegen den im Zwischenraum herrschenden Überdruck kraftschlüssig über Schweißstellen miteinander verbunden sind.
• Es wird dadurch erreicht, daß die Platten der Doppelböden dünn gehalten werden können, ohne daß zusätzliche Zuganker zum Verspannen der Platten erforderlich sind, weil ein Teil der Doppelrohre selbst als Zuganker wirkt.
• Die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Platten wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch hergestellt, daß die Außenrohre der Doppelrohre mit der inneren Platte und im Bereich der inneren Platte, Fluid durchlassend, mit den Innenrohren sowie die Innenrohre ihrerseits mit der äußeren Platte verbunden sind.
• Die Verbindung der Innenrohre mit den Außenrohren erfolgt vorteilhafterweise über drei gleichmäßig auf den Umfang verteilte Stege.
• Die Stege können aus einem Teil konstanter Höhe und mindestens einem sich verjüngenden Ende bestehen, um die Fertigung des Wärmetauschers dadurch zu erleichtern, daß das sich verjüngende Ende des Steges wie ein Einfädler wirkt.
• Die kraftschlüssige Verbindung zwischen der inneren und äußeren Platte kann jedoch auch nur über die Außenrohre erfolgen, und zwar in der Weise, daß einige oder alle Außenrohre der Doppelrohre jeweils beide Platten durchdringen, jeweils der Ringspalt zwischen Außenrohr und Innenrohr im Bereich der äußeren Platte verschlossen ist und zwischen der äußeren und inneren Platte Öffnungen in der Wand der Außenrohre für den Durchtritt des zwischen äußerer und innerer Platte eingeleiteten Kühl- oder Heizfluids in den Ringraum der Doppelrohre vorgesehen sind.
• Der Vorteil dieser Ausführung ist darin zu sehen, daß lediglich die Außenrohre den aus dem Betriebsdruck des Heiz- oder Kühlfluids resultierenden Zug-Spannungen unterworfen und entsprechend zu dimensionieren sind. -Bei dieser Ausführung der Erfindung hat die Verbindung der Innenrohre mit den Außenrohren lediglich die Funktion, den Ringraum zwischen den Doppelrohren zu verschließen, und zwar kann dies dadurch geschehen, daß das Ende des Innenrohres aufgeweitet und mit dem Außenrohr verschweißt ist, wobei der Außendurchmesser des aufgeweiteten Teiles des Innenrohres ein geringeres Maß aufweist als der Innendurchmesser des Außenrohres und dieser Spalt durch die Schweißnaht überbrückt ist.
• Die Verbindung von Innenrohr und Außenrohr kann aber auch über eine aufgeschweißte Kappe erfolgen oder über einen.- in den Ringraum - eingeschweißten Ring.
• Die Schweißverbindung zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr wird dabei vorteilhafterweise derart angeordnet, daß sie zwischen der inneren und äußeren, jedoch näher der äußeren Platte liegt. Es wird dadurch unnötiger toter Raum zwischen Innenrohr und Außenrohr vermieden.
• Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die die Platten des Doppelbodens kraftschlüssig verbindenden Rohre eine höhere Festigkeit auf als die übrigen Rohre des Wärmetauschers.
• Bei Wärmetauschern, die sehr heißen Medien ausgesetzt sind, eignet sich eine Ausführung der Erfindung, bei der äußere und innere Platte am Rande mit einem gemeinsamen Flansch verbunden sind. Mit dieser bei Spaltgaskühlem bevorzugten Ausführung können die auftretenden Wärmespannungen gut beherrscht werden. Bei Spaltgaskühlern, die z. B. bei der Erzeugung der Olefine zum Einsatz kommen, hat das eintretende Spaltgas eine Temperatur von über 750° C und wird durch siedendes Wasser von etwa 1_00 bis 150 At Druck gekühlt.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine der Platten des Rohrbodens gekrümmt. Diese wird in der Regel die vom heißen Fluid, z. B. vom heißen Spaltgas angeströmte und die äußere Platte des anderen Rohrbodens sein. Eine derartige Form begünstigt einmal das gleichmäßige Einströmen der Spaltgase in die Rohre, zum anderen das Abströmen des gegebenenfalls verdampfenden, unter hohem Druck stehenden Kühlfluids.
• In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt A b b. 1 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher, bei dem die Innenrohrenden die Doppelbodenplatten verbinden, A b b. 2 eine Einzelheit aus A b b. 1, A b b. 3 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher, bei dem die Enden einzelner Außenrohre die Doppelbodenplatten verbinden, A b b. 4 bis 9 Ausführungsformen der Verschweißung des Innenrohres mit dem Außenrohr.
• Bei dem Wärmetauscher nach A b b.1 ist die bevorzugte kraftschlüssige Verbindung zwischen den Platten des Rohrbodens gewählt. Dieser Wärmetauscher besteht im wesentlichen aus den beiden Rohrböden 1 mit einer inneren (11) und einer äußeren (12) Platte, die an ihrem Rand an einem gemeinsamen Flansch 13 angeschweißt sind. Zwischen den Rohrböden 1 sind Doppelrohre 2 aus je einem Innenrohr 21 und Außenrohr 22 angeordnet. Zwischen den Innenrohren 21 und Außenrohren 22 verbleibt ein Ringraum 23, der vom Kühl- oder Heizfluid durchströmt wird. Die Außenrohre 22 sind mit der inneren Platte 11, die Innenrohre 21 mit der äußeren Platte 12 dicht verschweißt und über Stege 24 miteinander kraftschlüssig verbunden.
• Diese Verbindung ist vergrößert in A b b. 2 dargestellt. Die Stege 24 weisen einen Teil 241 konstanter und ein Ende 242 abnehmender Höhe auf. Bei dieser Ausführung werden zunächst die Stege 24 in die Außenrohre 22 eingeschweißt und die Innenrohre 21 von oben eingebracht, dabei dienen die Abschrägungen dem besseren Einfädeln.
• A b b. 3 veranschaulicht eine andere Möglichkeit der kraftschlüssigen Verbindung der inneren (11) mit der äußeren Platte 12 des Rohrbodens 1. Hierbei durchdringen einige der Außenrohre 22 auch die äußere Platte 12 und sind sowohl mit dieser wie auch mit der inneren Platte dicht verschweißt. Der Ringraum 23 ist im Bereich der äußeren Platte durch Verschweißen des aufgeweiteten Innenrohres 21 mit dem Außenrohr 22 dicht verschlossen. Ein Primärfluid, dessen Strömungsrichtung durch Pfeile 3 angegeben ist, durchströmt die Innenrohre 21. Das Sekundärfluid, dessen Strömungsrichtung durch Pfeile 4 gekennzeichnet sein soll, gelangt durch Öffnungen 25 vom Doppelboden 1 in den Ringraum 23 der Doppelrohre 2.
• Einzelheiten der Verbindung des Innenrohres 21 mit dem Außenrohr 22 durch Aufweiten des Innenrohres zeigen die A b b. 4, 5 und 6. Besonders vorteilhaft ist bei der Ausführung nach A b b. 6, bei der die Schweißverbindung 28 zwischen der inneren (11) und der äußeren Platte 12 liegt, daß von der Strömung nicht bestrichene tote Räume weitgehend vermieden werden.
• Diesen Vorteil weist auch die Verbindungsart nach A b b. 7 auf, bei der das Innenrohr 21 mit dem Außenrohr 22 über einen Ring 26 verschweißt ist.
• Schließlich ist bei den A b b. 8 und 9 jeweils eine Kappe 27 als Abschluß des Ringraumes 23 vorgesehen.
• Die Art der Verbindung der Einzelrohre, d. h. des Innenrohres mit dem Außenrohr, für Wärmetauscher entsprechend der Ausführung nach A b b. 3 ist nicht nur von den jeweils vorliegenden konstruktiven Gegebenheiten abhängig, sondern auch von den verwendeten Werkstoffen bzw. auch von einem für den jeweiligen Werkstoff geeigneten Schweißverfahren.

Claims (12)

1. Patentansprüche: 1. Wärmetauscher mit zwischen zwei Rohrböden angeordneten Doppelrohren, bei dem mindestens einer der Rohrböden aus zwei hintereinanderliegenden, mit den Rohrbohrungen versehenen Platten besteht und hohem Innendruck widerstehen muß, dadurch gekennzeichn e t, daß die beiden Platten (11, 12) des Doppelbodens über mindestens einen hauptsächlich im Zwischenraum der beiden Platten verlaufenden Teil der Doppelrohre (2) gegen den im Zwischenraum herrschenden Überdruck kraftschlüssig über Schweißstellen (31, 32, 33, 34; 41, 42) miteinander verbunden sind.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außenrohre (22) der Doppelrohre (2) mit der inneren Platte (11) und im Bereich der inneren Platte, Fluid durchlassend, mit den Innenrohren (21) sowie die Innenrohre ihrerseits mit der äußeren Platte (12) verbunden sind.
3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (21) mit dem Außenrohr (22) über drei auf den Umfang verteilte Stege (24) verbunden ist.
4. 4. Steg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Stegteil (241) konstanter Höhe und mindestens einem sich verjüngenden Ende (242) besteht.
5. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außenrohre (22) der Doppelrohre (2) jeweils beide Platten (11, 12) durchdringen, jeweils der Ringspalt zwischen Außenrohr und Innenrohr im Bereich der äußeren Platte (12) verschlossen ist und zwischen der äußeren und inneren Platte Öffnungen (25) in der Wand der Außenrohre für den Durchtritt des zwischen äußerer und innerer Platte eingeleiteten Kühl-oder Heizfluids in den Ringraum (23) der Doppelrohre (2) vorgesehen sind.
6. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Innenrohres (21) aufgeweitet und mit dem Außenrohr (22) verschweißt ist, wobei der Außendurchmesser des aufgeweiteten Teiles des Innenrohres ein geringeres Maß aufweist als der Innendurchmesser des Außenrohres und dieser Spalt durch die Schweißnaht überbrückt ist (A b b. 4, 5, 6).
7. 7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (22) mit dem Innenrohr (21) über eine Kappe (27) verschweißt ist (A b b.
8. 8, 9). B. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (22) mit dem Innenrohr (21) über einen in den Ringraum (23) eingelegten Ring (26) verschweißt ist (A b b. 7).
9. 9. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißverbindung (28) zwischen Außenrohr (22) und Innenrohr (21) zwischen der inneren (11) und äußeren (12) Platte liegt (A b b. 6).
10. 10. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Platten (11, 12) des Doppelbodens kraftschlüssig verbindenden Rohre eine höhere Festigkeit aufweisen als die übrigen Rohre.
11. 11. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß äußere und innere Platte am Rande durch einen gemeinsamen angeschweißten Flansch (13) verbunden sind.
12. 12. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte des Doppelbodens gekrümmt ist.