DE1811596B2

DE1811596B2 - Verfahren zur vergleichmaessigung der waermeuebertragung von einem heizfluid auf ein stroemendes fluid

Info

Publication number: DE1811596B2
Application number: DE19681811596
Authority: DE
Inventors: Paul Viktor Dipl Ing Dr techn Roznovsky Walter Ing Wien Fritz Kurt Dipl Ing Dr techn Klosterneuburg GiIh, (Osterreich) F25j 3 08
Original assignee: Waagner Biro AG, Wien
Priority date: 1968-01-15
Filing date: 1968-11-29
Publication date: 1972-04-06
Also published as: AT278863B; US3563303A; CH496225A; DE1811596A1; GB1239854A

Description

2. Meßanordnung zur Durchführung des Ver- nen Rohre ist jedoch nicht vorgesehen.

fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Schließlich ist durch die Mit.eilungen der Vereininet, daß sie als Temperaturmesser Thermo- guiig der Großkesselbesitzer, 1952. S. 188 und 189, elemente (24) aufweist. ein Verfahren zur eintrittsseitigen Drosselung der

3. Meßanordnung njch A ,sprach 2, dadurch 30 Steigrohre eines Dampferzeugers bekanntgeworden, gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (24) in bei dem der Grad der Drosselung nach Maßgabe der kleinen Stutzen (23) an einer H.ifsplatte (22) an- Wasserbewegung in den Steigrohren festgelegt wurde, geordnet sind, die in Strömungsrichtung nach der Zwar kann im Naßdampfgebiet bekanntlich im all-Austrittsrohrplatte (12) an diese anschließend gemeinen an die Stelle der Fluidtemperatur dessen vorgesehen ist. 35 Dampigehalt treten, so daß eine Korrektur nach

4. Meßanordnung nach Ansprach 3. dadurch Maßgabe des Dampfgehalts sich ".icht wesentlich von gekennzeichnet, daß die Hilfsplatte (22) dicht auf einer Korrektur nach Maßgabe einer Temperatur des der Austrittsrohrplatte (12) aufliegt. Fluids unterscheidet. Das in den genannten Mit-

5. Meßanordnung nach Anspruch 3 oder 4, teilungen beschriebene Verfahren gibt jedoch keinen dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen (23) 40 Hinweis darauf, die Drosseleinrichtungen so einzu- und die Thermoelemente (24) mit einem Sam- stellen, daß das Fluid die Siederohre austrittsseitig melkammerdeckel abnehmbar verbunden sind mit einer untereinander gleichen Temperatur verläßt. (Fig. 4). Von besonderer Bedeutung ist das eingangs ge-

6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 3 schilderte Verfahren beim Stillegen einzelner Rohre bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß- 45 infolge von Rohrschäden, wenn die Rohre aus Platzkabel (26) für die Thermoelemente (24) von den oder Radioaktivitätsgründen zur Reparatin nicht zu-Stutzen (23) bis zur Durchführung durch einen gänglich sind. Das gilt insbesondere, \uiin in den Deckel in einem Schutzrohr (27) oder in einem Rohren Hochdruck-Heißdampf erzeugt wird. Bei gevon der Strömung durch einen Kasten (25) ab- wissen Durchlaufdampferzeuger-Bauarten, die mit geschirmten Raum geführt sind. 50 Gasen. Flüssigkeiten oder flüssigen 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 gepackten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergleich- 55 Rohrbundeln tritt diese Schwierigkeit auf. Alle diese

fnäßigung der Wärmeübertragung von einem Hei/- Effekte treten bei Durchlauf-Dampfer^eu η ohne

fluid auf ein in den Rohren eines Wärmetauscher- Zwischensammlung in verstärktem Maße ai>

Rohrbündels ohne Zwischensammlung strömendes Es wurde bereits vorgeschlagen, defekic Rohre

Fluid durch Verstellen von an jedem einzelnen Rohr durch Abstoppelung stillzulegen. Durch das Abstop-

angebrachten Drosseleinrichtungen nach Maßgabe 60 pein wird dem Heizfluid an bestimmten Stellen weni-

der am Austritt aus jedem Rohr bestimmten Tempe- ger Wärme entzogen. Es tritt Strähnenbildutig auf.

ratur des Fluids und eine Meßanordnung zur Durch- wobei die Rohre oder Rohrgruppen in der nächsten

führung des Verfahrens. Umgebung des stillgelegten Rohres nunmehr stärker

Bei einem durch die schweizerische Patentschrift beheizt werden.

267196 bekanntgewordenen, nach einem solchen 63 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der

Verfahren arbeitenden Erhitzer mit mehreren par- Benutzung des eingangs genannten bekannten Ver-

allelgeschalteten Röhren sind an der Austrittsslelle fahrens zum Ausgleich der in Schadensfällen nach

rkr Heizflächen in den Sammler Drosseleinrichtun- dem Stillegen einzelner Rohre oder Rohrgruppen

auftretenden Temperaturunterschiede diesen Ausgleich mit kleinerem Aufwand in dauerhafterer und sehr betriebssicherer Weise und unter Vermeidung zusätzlicher Dmckverluste zu erreichen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs bezeichneten bekannten Verfahren, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Schadensfall nach dem Stilllegen von einzelnen Rohren oder Rohrgruppen die rohreiatrittsseitig angebrachten Drosseleinrichtungen der Rohre in der nächsten Umgebung des stillgelegten Rohres bzw. der stillgelegten Rohrgruppe größere Durchströmquerschnitte als die übrigen Rohre erhalten und anschließend beim ersten Anfahren die durchwegs rolireintrittsseitig angebrachten Drosselejnrichtungen der Rohre des Rohrbündels so nachgestellt werden, daß die mittels einer vorübergehend angebrachten Meßanordnung gemessenen Fluid-Austrittstemperaturen aller Rohre im wesent'ichen untereinander gleich sind.

In Weiterbildung der Erfindung wird eine Meßanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die als Temperaturmesser Thermoelemente aufweist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Meßanordnung besteht darin, daß die Thermoelemente in kleinen Stutzen an einer Hilfsplatte angeordnet sind, die in Strömungsrichtung nach der Austrittsrohrplatte an diese anschließend vorgesehen ist.

Die gemäß dem erfindungsgi_mäßen Verfahren angeordneten Drosseleinrichtungen erfordern einen wesentlich geringeren Aufwand als diejenigen bei den bekannten Verfahren, da sie weder hochtemperaturfest noch kontinuierlich nachstellbar sein müssen. Sie sind deshalb dauerhafter und betriebssicherer. Fm weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die empfindliche Temperatur-Meßanordnung nach dem erfolgten Ausgleich aus dem Wärmetauscher entfernt wird und somit für andere Anwendungsfälle zur Verfügung steht. Durch das Entfernen der Meßanordnung entfiillt auch der durch sie verursachte Druckverlust im Huie¹.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Wärmetauscher mit schraubenförmig angeordneten Wärmetauschrohren im Aufriß.

F i g. 2 einen Wärmetauscher, in welchem die Heizflächen schottenförmig angeordnet sind, ebenfalls im Aufriß.

F i g. 3 und 4 die Meßanordnung zur Bestimmung der Austrittstemperatur des Fluids in zwei Varianten im Aufriß.

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher mit schrauben-

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dem 1 bis 4 etwa gleich groß sind. Das Speisewasser tritt aus der Speisewasserleitung 15 in die Bintrittssammelkammer 13 und gelangt dort durch -lie Eintrittsrohrplatte 11, vor welcher erfindungsgemäß die

Drosseleinrichtung vorgesehen ist, in die Verbindungsrohre 9, an welche sich das Rohrbündel, in welchem das Wasser vorgewärmt, erhitzt, verdampft und überhitzt wird, anschließt. Der Frischdampf tritt aus dem Rohrbündel in die Frischdampfverbindungs-

xo rohre 10 ein und gelangt durch die Frischdampfrohrplatte 12 in den Frischdampfsammler 14 und dann in die Frischdampfleitung 16. Aus dem zylindrischen Druckgefäß 8 des Wärmetauschers ist zu entnehmen, daß derselbe für Hochdruckgase, insbesondere aus einem Kernreaktor, geeignet ist.

In Fig. 2 ist ein Wärmetauscher mit schottenförrnigen Rohrbündeln in eir.'-n Aufriß dargestellt. Das Rohrbündel 17 wird hierbu >m Querstrom von den Heizgasen beheizt. Im übrigen gelten für dieselben Bauteile wie in Fig. 1 dieselben Bezugszeichen. Die Betriebsweise des Wärmetauschers ist ähn^:'.ch jener des vorangegangenen Ausführungsbeispieles, mit dem Unterschied, daß sich diese Ausführungsform mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt des Heizgaskanals vor allem für Niederdruckgase eignet.

Man nehme nun beispielsweise an, daß im Rohrzylinder der Fig. 1 — analoges gilt für Fig. 2 — ein Rohr infolge eines Bruchs stillgelegt werden muß.

Pas Stillegen eines Rohres beeinflußt, wie bereits erwähnt, die Wärmeaufnahme der benachbarten Rohre infolge von Heizgas-Strähnenbildung. Es werden daher die Rohre aus der nächsten Umgebung des stillgelegten Rohres, also die Rchre in den Rohrzylindern 1, 2 und 3 nach dem Stillegen eines Rohres im Rohrzylinder 2 absolut oder relativ zu den Rohren im Rohrzylinder 4 größere Durchströmmengen zugeordnet erhalten. Fs wird also der Durchmesser der Drosseleinrichtung dieser Rohre absolut und oder relativ vergrößert.

Bei Rohrbündeln im Querstrom. wie Geradrohrbündeln. Schotten (Fig. 2) oder Evolventenbündein. 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 Rohrroihe. Schotte. Evolventenreihe oder im selben Rohrzylinder 2 des Schraubenrohrbündels liegen. Bei den unmittelbar benachbarten Rohrreihen. Schotten, Hvolventenreihen oder Rohrzylindern 1 und 3 (in Fig. I) wird die Verringerung nur in geringerem Maße vorgenommen. Die Beeinflussung der icwcüs richtigen, d. h. jeweils zu gleicher Austrittsenthalpie

" führenden Menge des in den einzelnen Rohren ströiikMilen Fluids erfolgt durch eintrittsseitig ,inge<
11. ■ Drosseleinrichtungen, welche in den \ 1
n-i.i 2 nicht dargestellt sind. Zum leichteren 1 n
ή,11 um die Möglichkeit einer nachträglichen
I'. --ling an die wahren Verhältnisse 711 «.rmögli«.
.im'Hehlt es sich, die Rohre des Wiirmetaiisc
i'iiiittsseitig in einer Rohrplatte ms.immen/ut,'·
likv gilt auch sinngemäß bei einer größeren \n
> mi 1 mtrittssammlcrn. Die Drosseleinrichtin
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-pt Rohrplatte \orteilhaft in Form einer Hkn
i'l.iiiL- angeordnet. I.ine nachträgliche \ml<
'».ι..η dann leicht durch Aufbohren einzelner IiK

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bzw. durch Auswechseln der gesamten Blendenpialte erfolgen. Zur Abdichtung der Blendenpiatte gegen-¹ über der Rohrplatte ist eine Dichtungseinrichtüngj insbesondere in Form von plangeschliffenen Flächen, angeordnet. Durch den Differenzdruck — des Drukkes vor und nach der Blendenpiatle — ergibt sich eine zusätzliche Abdichtung. Gegebenenfalls kann die Dichtung entfallen. In diesem Fall werden die Blenden derart dimensioniert, daß die Durchströmmeneen durch die Blenden zusammen mit den Leckstromen /wischen den Blenden die richtigen Massenstrnme ergeben.

In I ig. 3 ist ein Frischdampfsammler dargestellt, der die Messung der Dampftemperatur in jedem Einzelrohr beim Austritt des Dampfes in den Sammler ermiielicht. Die Frischdampf-Verbindungsrohre 10 sind in der Austrittsrohrplatte 12 mit Hilfe einer Rohrmnenschsveißung 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 Bnhrungsdurchmesser der Rohrplatte ist. In den Stutzen 23 sind Thermoelemente 24 in Bohrungen eingesetzt, welche die Temperatur des austretenden Frischdampfes messen. Auf die Hilfsplatte 22 ist ein Kasten 25 aufgeschraubt, der die Anschlußkabel 26 von der Strömung abschirmt.

In F' g. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Frischdampfsainmlers 1.4 dargestellt. Die Frisch^ dampf-Verbindüngsrohre 10 sind in der Rohrplatte 12 mittels eitler Sfegschweißü'ng eingeschweißt. Die Hilfsplatte 22 ist in einem Abstand von der Rohfplatte 12 angeordnet und an den Deckel des Frisch-· dafnpfsariirnlers angeschraubt. Die Hilfsplatte trägt wie in F i g. 3 Verlängeriingsstutzen 23, in welchen Thermoelemente 24 angeordnet sind. Die Anschlußkabel 26 werden durch Schutzrohre 27 entlang der

ίο 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 Fluids durch die Austrittsrohrplatte 12. Die zur Temperaturmessung verwendeten Thermoelemente können auch an den Verbindungsrohren 10 angeordnet sein.

Die vorliegende Erfindung kann auch bei Flüssigmetall-Wärmetauschern und Wärmetauschern 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 Kühlfluid erhalten und die in weiterer Umgebung angeordneten Rohre nur im geringeren Maß größere Mengen an Kühlfluid zugeteilt erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2

gen vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Tempe-

Patentansprüclie; ratur des austretenden Fluids die Purchsclmittsqwer-

P schnitte der Röhren verändern. Dieses Regelverfah-

P₁ 1, Verfahren zur Vergleichmäßigung der ren am Austritt einer Heizfläche besitzt u'w zwei

r - Wärmeübertragung von einem Heizfjujd auf ein 5 wesentliche Nachteile, Zum einen neigt dieses Ver-

V in den Rohren sines Wärmetauscher-Rohrbündels fahren mindestens in gewissen Fällen zu InstabiH-

[_-' ' ohne Zwischensammlung strömendes Fluid durch täten beim gleichmäßigen Durchsatz durch das

r Verstellen von an jedem einzelnen Rohr ange- Einzelrohr, und zwar sowohl bei Dampt-Wasser-

t - brachten Drosselcinrichtungen nach Maßgabe Wärmetauschern als auch bei Gas-Gas-Wärme-

k, der am Austritt aus jedem Rohr bestimmten io tauschem. Zum anderen ist die Anordnung von

E, Temperatur des Fluids, dadurch gekenn- Temperaturmeßeinrichtungen und Drosseleinrich-

f zeichnet, daß im Schadensfall nach dem tungen auf der heißen Weite der Heizfläche ungünstig,

|; Stillegen von einzelnen Rohren oder Rohrgrup- ca dadurch mehr hochhitzebeständiges Material ver-

pen die rohreintrittsseitig angebrachten Drossel- wendet werden muß, was die Einrichtung teurer

¹I; einrichtungen der Rohre in der nächsten Um- 15 macht und zu einer schnelleren Abnutzung mit ent-·

gebung des stillgelegten Rohres bzw. der still- sprechender Störungsanfällifkeit führt.

gelegten Rohrgruppe größere Durchströmquer- Durch die deutsche Patentschrift 736 602 ist fer-

schnitte als u.; übrigen Rohre erhalten und an- ner eine Einrichtung zum Verteilen des Arbeits-

schließend beim ersten Anfahren die durchwegs mittels auf mehrere parallelgeschaltete beheizte

rohreintrittsseitig angebrachten Drosseleinrich- 20 Rohre bekanntgeworden. Zur gleichmäßigen Ver-

tungen der Rohre des Rohrbündels so nach- teilung des Fluids auf die parallelgeschalteten Rohre

gestellt werden, daß die mittels einer vorüber- ist bei dieser Einrichtung eine eintrittsseitig angeord-

gehend angebrachten Meßanordnung gemessenen nete zweiteilige Drosseleinrichtung vorgesehen. Eine

Fluid-Austrittstemperaturen .'.Her Rohre im Regelung der Drosseieinrichtung >n Abhängigkeit

wesentlichen untereinander gleich sind. 25 von der Temperatur an der Austrittsseite der einzel-