DE1811596A1 - Verfahren und Einrichtung zur Vergleichmaessigung des Waermeueberganges - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Vergleichmaessigung des Waermeueberganges

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Description

"Verfahren und Einrichtung zur Vergleichmäßigung des Wärmeüberganges"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vergleichmäßigung des Wärmeüberganges in Rohrbündeln, (| insbesondere im Schadensfall, wenn die Schadensstelle unzugänglich ist und ein Teil des Rohrbündels stillgelegt wird.
Es wurde bereits vorgeschlagen, defekte Rohre durch Abstoppelung stillzulegen. Durch das Abstoppein wirddem Heizmedium an bestimmten Stellen weniger Wärme entzogen. Es tritt Strähnenbildung auf, wobei die Rohre oder Rohrgruppen in der nächsten Umgebung des stillgelegten Rohres nunmehr stärker beheizt werden. Ein ähnlicher Effekt kann bereits
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beim Anfahren auftreten, wenn bei der Auslegung zu wenig auf die Erzielung gleicher Austrittstemperaturen in den einzelnen Rohren geachtet wurde, bzw. wenn während der Fertigung einzelne Rohre, zum Beispiel durch Schweißperlen lokal verengt wurden. Eine weitere Ursache für Abweichungen sind unterschiedliche Rohrinnendurchmesser, bedingt durch die üblichen j Toleranzen. Überdies können gewisse Abweichungen in der ι Auslegung nicht vermieden werden, insbesonders bei Bündeln aus Schraubenrohren, wo man Rohrzylindern mit verschiedenen Durchmessern ganzzahlige Rohrzahlen zuordnen muß, die ungleich den· theoretischen Rohrzahlen sind, die im allgemeinen nicht ganzzahlig sind.
Von besonderer Bedeutung ist das Verfahren beim Stillegen einzelner Rohre infolge von Rohrschäden, die aus Platzoder Radioaktivitätsgründen zur Reparatur nicht zugänglich sind. Das gilt insbesondere, wenn in den Rohren Hochdruck-Heißdampf erzeugt wird. Bei gewissen Durchlaufdampferzeuger-Bauarten, die mit Gasen, Flüssigkeiten oder flüsseigen Metallen aus Kernreaktoren beheizt werden, können Reparaturen im Rohrbündel nicht direkt oder erst nach längeren Wartezeiten durchgeführt werden. Auch bei konventionellen Einheiten mit besonders dicht gepaarten Rohrbündeln tritt der Mangel auf. Alle diese Effekte treten bei Durchlauf-Dampferzeugern ohne Zwischensammlung im verstärkten Maße auf.
Die Erfindung behebt die angeführten Mangel. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Versuchsanordnung, nach dem ersten Anfahren, bzw. nach dem Stillegen von einzelnen Rohren oder Rohrgruppen die durch jedes Rohr bzw. jede Rohrgruppe strömende Menge durch Anpassung von eintrittsseitig angebrachten Drosseleinrich-
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tungen, wie zum Beispiel Blenden, so eingestellt wird, daß die Austrittstemperaturen aus Jedem Rohr bzw. jeder Rohrgruppe etwa gleich sind. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die Temperaturen des Mediums am Austritt jedes einzelnen Rohres vorzugsweise nach dem Passieren der Austrittsrohrplatte in einem Stutzen, gemessen und zur Abstimmung der Drosseleinrichtung verwendet.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal werden die Drosseleinrichtungen der Rohre in der nächsten Umgebung des stillgelegten Rohres nach dem Stillegen absolut oder relativ zu den anderen Rohren größere Durchmesser erhalten. Im Falle eines Längsstrom-Wärmetausehers werden das die Rohre sein, welche um das stillgelegte Rohr angeordnet sind. Beim quer angeströmten Rohrbündel sind es die in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums liegenden Rohre, sowie im abgeschwächten Maße die unmittelbar benachbarten Rohrreihen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß am Eintritt in jedes Rohr oder jede Rohrgruppe eine j Drosseleinrichtung angeordnet ist, welche in Abhängigkeit j von der Austrittstemperatur des in den einzelnen Rohren strömen-l den Mediums auswechselbar oder nachstellbar ist. Gemäß einem j weiteren Erfindungsmerkmal ist die Drosseleinrichtung als Lochplatte ausgebildet und vor einer Eintrittsrohrplatte angeordnet. Nahe der Austrittsrohrplatte sind erfindungsgemäß Thermoelemente angeordnet, mit welchen die Temperaturen des ', die einzelnen Rohre verlassenden Mediums gemessen werden.
Die Erfindung ist in den Figuren 1 bis 6 beispielsweise dargestellt. Figur 1 zeigt im Aufriß einen Wärmetauscher mit schraubenförmig angeordneten Wärmetauschrohren. Figur 2 zeigt einen Wärmetauscher, in welchem die Heizflächen schott-
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förmig angeordnet sind. Figur 3 und 4- zeigen die Anordnung einer Drosseleinrichtung vor einer'Eintrittsrohrplatte. In den Figuren 5 und 6 ist die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Austrittstemperatur des Mediums in zwei Varianten dargestellt.
Figur 1 offenbart einen Wärmetauscher mit schraubenförmig angeordneten Wärmetau's.chrohren. Die schraubenförmig gebogenen Rohre 5 sind in Rohrzylindern 1,2, 3 und 4 angeordnet.. In einem Rohrzylinder ist jeweils eine bestimmte Anzahl parallel geschalteter und gleich langer Rohre vorgesehen. Das Heizgas tritt bei 6 in den Dampferzeuger ein, gibt seine Wärme an die Schraubenrohre 5 ab und verläßt den Dampferzeuger bei 7. Die Anzahl der parallel geschalteten Rohre 5 in den einzelnen Rohrzylindern 1 ibs 4 ist unterschiedlich, j und zwar so, daß in den äußeren Zylindern mehr parallele Schraubenrohre als in den inneren angeordnet sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Längsteilungen aufeinander folgende Rohre in den einzelnen Rohrzylindern T bis 4 etwa gleich groß sind. Das Speisewasser tritt aus der Speisewasserleitung 15 in die EintrittssämmelkamnBr 13 und gelangt dort durch die Eintrittsrohrplatte 11, vor welcher die erfindungsgemäße Drosseleinrichtung vorgesehen ist, in die Verbindungsrohre 9, an welche sich das Rohrbündel, in welchen das Wasser vorgewärmt, erhitzt, verdampft und überhitzt wird, anschließt. Der Frischdampf tritt aus dem Rohrbündel in die Frischdampfverbindungsrohre 10 ein und gelangt durch die Frischdampfrohrplatte 12 in den Frischdampfsammler 14 und dann in die Frischfempfleitung 16. Aus dem zylindrischen Druckgefäß 8 des Wärmetauschers ist zu entnehmen, daß derselbe für Hochdruckgase, insbesondere aus einem Kernreaktor, geeignet ist.
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In Figur 2 ist ein Wärmetauscher mit schottenförmigen Geradrohrbündeln in einem Aufriß dargestellt. Das Rohrbündel 17 wird hierbei im Querstrom von den Heizgasen beheizt. Im übrigen gelten für dieselben Bauteile wie in Figur 1 dieselben Bezugszeichen. Die Betriebsweise des Wärmetauschers ist ähnlich jener der vorangegangenen Figur, mit dem Unterschied, daß sich diese Ausführungsform mit rechteckigem oder quadratischen Querschnitt vor allem für Niederdruckgase eignet.
Nehmen wir also beispielsweise an, daß im Rohrzylinder der Figur 1 - analoges gilt auch für Figur 2 - ein Rohr infolge eines Gebrechens stillgelegt werden muß. Das Stillegen eines Rohres beeinflußt, wie bereits erwähnt, die Wärmeaufnahme der benachbarten Rohre infolge von Strähnenbildung. Es , werden daher erfindungsgemäß die Rohre aus der nächsten Um- ; gebung des stillgelegten Rohres, also die Rohre in den Rohr- j zylindern 1, 2 und 3 nach dem Stillegen eines Rohres im Rohr- ' zylinder 2 absolut oder relativ zu den anderen Rohren im i Rohrzylinder 4 größere Durchströmmengen zugeordnet erhalten. Es wird also der Durchmesser der Drosseleinrichtungen dieser Rohre absolut und/oder relativ vergrößert.
Bei Rohrbündeln im Querstrom, wie Geradrohrbündeln, Schotten (Figur 2) oder Evolventenbündeln oder im überwiegenden Querstrom, wie bei Schraubenrohrbündeln, erfolgt die relative und/oder absolute Verringerung der Eintrittsdrosselung bei allen Rohren, die in Richtung des Gasstromes direkt hinter dem stillgelegten Rohr, also in derselben Rohrreihe, Schotte Evolventenreihe oder im selben Rohrzylinder (2) des Schraubenrohr bündeis liegen. Bei den unmittelbar benachbarten Rohrreihen, Schotten, Evolventenreihen oder Rohrzylindern (in Figur 1 Bezugszeichen 1 und 3) wird die Verringerung nur in geringerem Maße vorgenommen. Die Beeinflussung der jeweils
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richtigen, das heißt jeweils au gleicher Austrittsenthalpie führenden Menge des in den einzelnen Rohren strömenden Mediums erfolgt durch eintrittsseitig angeordnete Drosselorgane, welche in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt sind. Zum leichteren Einbau und um die Möglichkeit einer nachträglichen Anpassung an die wahren Verhältnisse zu ermöglichen, empfiehlt es sich, die Rohre des Wärmetauschers eintrittsseitig in einer Rohrplatte zusammenzufassen. Dies gilt auch sinngemäß
bei einer größeren Anzahl von Eintrittssammlern. Die Drossel- j organe werden bei einer Ausführung des Wärmetauschers mit j Rohrplatte vorteilhaft in Form einer Blendenplatte angeordnet. Eine nachträgliche Änderung kann dann leicht durch Aufbohren einzelner Blenden bzw. durch Auswechseln der gesamten Blendenplatte erfolgen. Zur Abdichtung der Blendenplatte gegen- ; über der Rohrplatte ist eine Dichtungseinrichtung, insbe- ! sondere in Form von plangeschliffenen Flächen, angeordnet. Durch den Differenzdruck - des Druckes vor und nach der j Blendenplatte - ergibt sich eine zusätzliche Abdichtung. Ge- ] gebenenfalls kann die Dichtung entfallen. In diesem Fall werden die Blenden derart dimensioniert, daß die Durchströmmengen j durch die Blenden zusammen mit den Leckströmen zwischen den Blenden die richtigen Massenströme ergeben.
In Figur 3 ist ein Detail des Speisewassereintrittes mit ; einer Blendenplatte 19 dargestellt. Die Verbindungsrohre 9
sind in die Speisewasser-Rohrplatte 11 eingeschweißt. Die ι Blendenplatte mit den Blenden 20 ist auf die Rohrplatte 11 ; aufgeschraubt. Zur besseren Abdichtung ist die Rohrplatte 11 ' und die Blendenplatte 19 an ihrer gemeinsamen Auflage geschlif- [ fen. .
j : Figur 4 zeigt die Ausführung einer Speisewasser-Rohrplatte :
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mit Einzeldüsen 21. In die.Verbindungsrohre 9 bzw. in die Speisewasser-Rohrplatte 11 sind Einzeldüsen 21 eingeschraubt.
Bei den festgestellten Abweichungen der Austrittsenthalpien bzw. der Austrittstemperaturen des aus den einzelnen Rohren austretenden Mediums wird die Blendenplatte bzw. werden die Einzeldrosseln in vorberechneter Weise ausgeführt, so daß in den einzelnen Rohren oder Rohrsträngen etwa gleiche Austrittsbedingungen erzielt werden. Im allgemeinen werden die auftretenden Abweichungen durch Messung der Austrittstemperaturen des aus den einzelnen Rohren austretenden Mediums bestimmt. Hierauf wird in an sich bekannter Weise die Drosselung der einzelnen Rohre abgeschätzt oder neu berechnet. Unter Umständen empfiehlt sich, eine Abschätzung der Drosseleinrichtung vorzunehmen, die Austrittstemperaturen nachzumessen und gegebenenfalls die Drosseleinrichtung ein zweites Mal zu ändern. Es wird also eine Probiermethode angewendet.
In Figur 5 ist ein Frischdampfsammler dargestellt, gemäß welchem man die Dampftemperatur in jedem Einzelrohr beim Austritt des Dampfes in den Sammler messen kann. Die Frischdampf-Verbindungsleitungen 10 sind in der Frischdampf-Rohrplatte 12 mit Hilfe einer Rohrinnenschweißung fixiert. Auf die Rohrplatte 12 ist eine Hilfsplatte 22 aufgeschraubt, in die oberhalb jeder Bohrung der Rohrplatte 12 in Verlängerung der Achse der Verbindungsrohre 10 Stutzen 23 eingeschweißt sind, deren lichter Durchmesser gleich dem Bohrungsdurchmesser der Rohrplatte ist. In den Stutzen 23 sind Thermoelemente 24 in Bohrungen eingesetzt, welche die Temperatur des austretenden Frischdampfes messen. Auf die Hilfsplatte ist ein Kasten 25 aufgeschraubt, der die Thermoelementkabel 26 von der Strömung abschirmt.
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In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform des Frischdampfsammlers 14 dargestellt. Die Frischdampf-Verbindungsleitungen 10 sind in der Rohrplatte 12 mittels einer Stegschweißung eingeschweißt. Die Hilfsplatte 22 ist in einem Abstand von der Rohrplatte 12 angeordnet und an den Deckel des Frischdampf Sammlers angeschraubt. Die Hilfsplatte trägt wie in Figur 5 Verlängerungsstutzen 23, in welchen Thermoelemente angeordnet sind. Die Thermoelementkabel 26 werden durch Rohre 27 entlang der Stützen 28 aus dem Frischdampfströmungsbereich geführt. Gegebenenfalls ist zur weiteren Abschirmung noch ein Strömungsblech 29 angeordnet.
Die Messung der Frischdampftemperatur erfolgt in jedem einzelnen Rohr bzw. Jeder Rohrgruppe nach dem Durchtritt des Mediums durch die Austrittsrohrplatte 12.-Die zur Temperaturmessung verwendeten Thermoelemente können im Gasstrom oder außen an den Wärmetauscherrohren, insbesondere den Verbindungsrohren 10, angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung bei Dampferzeugern beschränkt. Sie kann auch bei Wärmetauschern, wie zum Beispiel Flüssigmetall-Wärmetauschern, Regeneratoren in MHD-Kreisläufen, verwendet werden. Desgleichen ist die Erfindung nicht auf querangeströmte oder vorwiegend querangeströmte Rohrbündel beschränkt. Sie kann auch auf längsangeströmte Rohrbündel angewendet werden, indem die Rohre in unmittelbarer Umgebung des stillgelegten Rohres größere Mengen an Kühlmedium erhalten und die in weiterer Umgebung angeordnete Rohre nur im geringeren Maß größere Mengen an Kühlmedium zugeteilt erhalten.
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Claims (6)

27. Not. 1968 Pu 1 Patentansprüche
1. Verfahren zur Vergleichmäßigung des Wärmeüberganges in Rohrbündeln, insbesondere im Schadensfall, wenn die Schadensstelle unzugänglich ist und ein Teil des Rohrbündels stillgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Versuchsanordnung nach dem ersten Anfahren, bzw. nach dem Stillegen von einzelnen Rohren oder Rohrgruppen, die durch jedes Rohr bzw. jede Rohrgruppe strömende Menge durch Anpassung von eintrittsseitig angebrachten Drosseleinrichtungen, wie zum Beispiel Blenden, so eingestellt wird, daß die Austrittstemperaturen ; aus jedem Rohr bzw. jeder Rohrgruppe etwa gleich sind.
■'
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ! die Durchströmmengen durch die Drosseleinrichtung zuj
sammen mit eventuellen Leckströmen die erforderliche Strömungsmenge im Rohr ergeben.
;
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ' die Temperaturen des Mediums am Austritt jedes einzelnen Rohres gemessen und zur Abstimmung der Drosseleinrichtung verwendet werden.
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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Temperatur des Mediums am Austritt aus jedem Rohr nach dem Passieren der Austrittsrohrplatte in je einem Stutzen erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den beheizten Rohren ohne Zwischensammlung Wasser verdampft und der entstehende Dampf überhitzt wird.
ι
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drosseleinrichtungen der Rohre in der nächsten Umgebung des stillgelegten Rohres nach dem Stillegen absolut ocKr relativ zu den anderen Rohren größere Durchmesser erhalten.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative und/oder absolute Verringerung der Eintrittsdrosselung bei allen Rohren, die in Richtung des wärmeabgebenden Stromes direkt hinter dem stillgelegten Rohr liegen, und im verringerten Maße bei den unmittelbar benachbarten Rohrreihen vorgenommen wird. . . -
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An-
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Sprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Eintritt in Jedes Rohr oder Jede Rohrgruppe eine Drosseleinrichtung angeordnet ist, welche in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des in den einzelnen Rohren strömenden Mediums auswechselbar oder nachstellbar ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung als Lochplatte ausgebildet ist und vor einer Eintrittsrohrplatte angeordnet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lochplatte und der Rohrplatte eine Dichtung oder Dichtungseinrichtung, wie zum Beispiel plangeschliffene Auflageflächen, angeordnet ist.
hl. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Austrittsrohrplatte Thermoelemente angeordnet sind, mit- denen die Temperaturen des die einzelnen Rohre verlassenden Mediums gemessen werden.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente in kleinen Stutzen angeordnet sind, die nach der Austrittsrohrplatte in Strömungsrich-
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tung liegen.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen in einer Hilfsplatte angeordnet sind, welche auf der Austrittsrohrplatte dicht aufliegt.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen und die Thermoelemente durch eine geeignete Einrichtung mit einem Sammlerdeckel abnehmbar verbunden sind. ,
15. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung der Anschlußkabel für die Thermoelemente von den Stutzen bis zur Durchführung
durch das Druckgehäuse in einem Schutzrohr oder in
einem von der Strömung durch einen Kasten abgeschirmten Raum erfolgt.
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