DE19548688A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen insbesondere zur Abwärmenutzung in der chemischen Industrie bestimmten Wärmetauscher mit an ihren Enden in Bohrungen mindestens einer Rohrplatte druckdicht befestigten Wärme tauscherrohren aus ferritischem Werkstoff, die in einem von einem Kühl medium durchflossenen Wärmetauschergehäuse angeordnet sind.The invention relates in particular to the use of waste heat in the chemical industry determined heat exchangers with at their ends in Bores of at least one tube plate heat sealed pressure-tight exchanger tubes made of ferritic material, which are in one of a cooling medium-flow heat exchanger housing are arranged.
Bei derartigen Wärmetauschern besteht die Gefahr der Versprödung des ferritischen Rohrwerkstoffes, wenn das in den Rohren strömende gasförmige Medium, beispielsweise stickstoffhaltige Gase, Temperaturen oberhalb 350°C aufweist.With such heat exchangers there is a risk of embrittlement ferritic pipe material, if the gaseous flowing in the pipes Medium, for example nitrogenous gases, temperatures above 350 ° C having.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus ferritischem Werk stoff bestehenden Wärmetauscherrohre derartiger Wärmetauscher vor Ver sprödung zu schützen.The invention has for its object that from a ferritic work fabric existing heat exchanger tubes of such heat exchanger before Ver to protect brittleness.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest im hohen Temperaturbereich der Wärme tauscherrohre jeweils ein Schutzrohr aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl angeordnet ist, das durch hydrau lisches Aufweiten im Bereich der Rohrplatte im Wärmetauscherrohr befestigt ist.The solution to this problem by the invention is ge indicates that at least in the high temperature range of heat exchanger tubes each have a protective tube made of insensitive to embrittlement Material, such as chrome nickel steel is arranged by hydrau widening in the area of the tube plate attached in the heat exchanger tube is.
Durch die zumindest im hohen Temperaturbereich innerhalb der Wärme tauscherrohre angeordneten Schutzrohre aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl wird die Diffusion von Gasmolekülen des wärmeabgebenden Mediums in den ferritischen Werkstoff der Wärme tauscherrohre verhindert, so daß diese wirksam vor Versprödung geschützt sind. Durch hydraulisches Aufweiten der Schutzrohre im Bereich der Rohr platte werden diese auf besonders einfache, aber wirksame Weise im jeweili gen Wärmetauscherrohr befestigt.By at least in the high temperature range within the heat Exchanger tubes arranged protective tubes made of brittle Material, such as chrome nickel steel, is the diffusion of gas molecules of the heat-emitting medium in the ferritic material of heat exchanger tubes prevented, so that they are effectively protected against embrittlement are. By hydraulic expansion of the protective tubes in the area of the tube these are made in a particularly simple but effective manner in each case attached to the heat exchanger tube.
Auch die Wärmetauscherrohre können in an sich bekannter Weise durch hydraulisches Aufweiten in der Rohrplatte befestigt werden. Hierdurch erfolgt eine zuverlässige Befestigung der Wärmetauscherrohre in der Rohrplatte, ohne daß eine gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die stirnseitigen Enden der Wärmetauscherrohre mit der Rohrplatte verbindende Dichtschweißnaht mit axialen Rohrkräften belastet wird.The heat exchanger tubes can also pass through in a manner known per se hydraulic expansion can be attached in the tube plate. This is done a reliable fastening of the heat exchanger tubes in the tube plate without that one according to a further feature of the invention, the front ends of the heat exchanger tubes with the tube plate sealing weld seam axial pipe forces is loaded.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Schutzrohre im Bereich der hydraulischen Aufweitung der Wärmetauscherrohre hydraulisch aufgeweitet, wobei dieser Aufweitvorgang der Wärmetauscherrohre einerseits und der Schutzrohre andererseits entweder gleichzeitig oder zeitlich aufeinan derfolgend erfolgen kann.In a preferred embodiment of the invention, the protective tubes hydraulic in the area of hydraulic expansion of the heat exchanger tubes expanded, this expansion process of the heat exchanger tubes on the one hand and the protective tubes, on the other hand, either simultaneously or in time which can be done as follows.
Um die Rohrplatte des Wärmetauschers während der An- und Abfahrvorgänge des Wärmetauschers vor thermoschockartigen Belastungen zu schützen, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, im Eintrittsbereich der Schutz rohre jeweils ein zusätzliches, auf seiner Außenseite mit einer Isolierung ver sehenes Einsatzrohr aus versprödungsunempfindlichem Material, beispiels weise Chromnickelstahl anzuordnen, dessen Isolierung vorzugsweise eine mindestens der Dicke der Rohrplatte entsprechende axiale Erstreckung hat und das außerhalb der Rohrplatte durch hydraulisches Aufweiten am Schutz rohr festgelegt ist. Mit diesem Vorschlag ergibt sich zusätzlich zum Schutz der Wärmetauscherrohre gegen Versprödung ein Schutz der Rohrplatte gegen thermoschockartige Belastungen, wobei die Festlegung der Einsatzrohre am Schutzrohr durch außerhalb der Rohrplatte erfolgendes hydraulisches Auf weiten sicherstellt, daß die gegen Belastungen empfindliche Isolierung zwischen Schutzrohr und Einsatzrohr nicht überbelastet wird.Around the tube plate of the heat exchanger during start-up and shutdown processes to protect the heat exchanger from thermal shock loads proposed in a further development of the invention, in the entrance area of protection pipes each an additional, on the outside ver with insulation See insert tube made of brittle-insensitive material, for example to arrange chrome nickel steel, the insulation of which is preferably a has at least the axial extension corresponding to the thickness of the tube plate and that outside of the tube plate by hydraulic expansion on the protection pipe is set. With this proposal, in addition to protecting the Heat exchanger tubes against embrittlement protect the tube plate against thermal shock-like loads, the definition of the insert tubes on Protective tube due to hydraulic opening outside the tube plate ensures that the insulation is sensitive to stress between protective tube and insert tube is not overloaded.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ragen die Schutzrohre und ggf. die Einsatzrohre einströmseitig aus der Rohrplatte und den Wärmetauscherrohren heraus und sind mit ihrem Ende an einem Zwischenboden eines Eintritt sammlers befestigt, vorzugsweise durch Schweißen. Auf diese Weise läßt sich eine zusätzliche Sicherung der Rohrplatte gegen eine zu hohe Temperaturbe lastung erzielen.In a preferred embodiment, the protective tubes and possibly the Insert tubes on the inflow side from the tube plate and the heat exchanger tubes out and are at their end at an intermediate floor of an entrance attached collector, preferably by welding. In this way additional protection of the tube plate against excessive temperature achieve load.
In an sich bekannter Weise kann die Rohrplatte einströmseitig mit einer Plattie rung aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chrom nickelstahl versehen sein, um bei einer direkten Beaufschlagung der Rohrplatte mit heißem Gas Versprödungen der Rohrplatte zu vermeiden.In a manner known per se, the tube plate can have a plate on the inflow side tion made of material that is insensitive to embrittlement, for example chrome nickel steel to be provided when the tube plate is directly loaded Avoid embrittlement of the tube plate with hot gas.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing are two embodiments of the invention Heat exchanger shown, namely show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kompletten Wärmetauschers, Fig. 1 is a schematic representation of a complete heat exchanger,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel anhand eines Schnittes durch ein in der Rohrplatte druckdicht befestigtes Wärmetauscherrohr und Fig. 2 shows a first embodiment based on a section through a pressure-tightly attached in the tube plate heat exchanger tube and
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels. Fig. 3 is a sectional view corresponding to FIG. 2 of a second embodiment.
Der in Fig. 1 nur schematisch dargestellte, beispielsweise zur Abwärmenut zung in der chemischen Industrie eingesetzte Wärmetauscher umfaßt eine Gasleitung 1, aus der das beispielsweise 480° C heiße, stickstoffhaltige Gas Gh einem Eintrittsammler 2 zugeführt wird. Aus diesem Eintrittsammler 2 ge langt das heiße Gas Gh in Wärmetauscherrohre 3, die beim Ausführungsbei spiel U-förmig ausgeführt und mit beiden Enden in einer Rohrplatte 4 druckdicht befestigt sind. Die Wärmetauscherrohre 3 sind hierbei von einem Gehäuse 5 umgeben, das mit auf der Zeichnung nicht dargestellten Anschlüssen für die Zufuhr und Abfuhr eines aus dem heißen Gas Gh Wärme aufnehmenden Mediums versehen ist.The heat exchanger shown only schematically in FIG. 1, for example for waste heat utilization in the chemical industry, comprises a gas line 1 from which the nitrogen-containing gas G h, for example 480 ° C., is fed to an inlet header 2 . From this inlet header 2 ge reaches the hot gas G h in heat exchanger tubes 3 , which are designed to be U-shaped in the embodiment and are attached pressure-tight with both ends in a tube plate 4 . The heat exchanger tubes 3 are surrounded by a housing 5 , which is provided with connections (not shown in the drawing) for the supply and discharge of a medium which absorbs heat from the hot gas G h .
Beim Ausführungsbeispiel ragen die zuströmseitigen Enden 3a der Wärme tauscherrohre 3 aus der Rohrplatte 4 heraus. Sie sind in einer als Zwischen boden 2a zur Rohrplatte 4 anzusehenden Wand des Eintrittsammlers 2 druck dicht befestigt, so daß das heiße Gas Gh aus dem Eintrittsammler 2 in die Enden 3a der Wärmetauscherrohre 3 eintritt. Bei der Durchströmung des heißen Gases Gh durch die im Gehäuse 5 angeordneten Wärmetauscherrohre 3 wird dem Gas Wärme entzogen, so daß es beim gewählten Ausführungsbeispiel die auf der Unterseite der Rohrplatte 4 enden den Wärmetauscherrohre 3 beispielsweise mit einer Temperatur von 330°C verläßt. Dieses abgekühlte Gas Gk ist durch einen Pfeil in Fig. 1 symbolisiert.In the embodiment, the inflow ends 3 a of the heat exchanger tubes 3 protrude from the tube plate 4 . You are in an intermediate floor 2 a to the tube plate 4 wall of the inlet header 2 pressure tightly attached so that the hot gas G h from the inlet header 2 enters the ends 3 a of the heat exchanger tubes 3 . When the hot gas G h flows through the heat exchanger tubes 3 arranged in the housing 5 , heat is extracted from the gas, so that in the selected exemplary embodiment it ends the heat exchanger tubes 3 which end on the underside of the tube plate 4 , for example at a temperature of 330.degree. This cooled gas G k is symbolized by an arrow in FIG. 1.
Um eine insbesondere durch die hohen Temperaturen begünstigte Ver sprödung der aus ferritischem Werkstoff bestehenden Wärmetauscherrohre 3 zu verhindern, ist bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2 und 3 im hohen Temperaturbereich der Wärmetauscherrohre 3 in jedem Wärme tauscherrohr 3 jeweils ein Schutzrohr 6 angeordnet, das aus einem ver sprödungsunempfindlichen Material, beispielsweise Chromnickelstahl besteht. Dieses Schutzrohr 6 ist im Bereich der Rohrplatte 4 durch hydraulisches Auf weiten im jeweiligen Wärmetauscherrohr 3 befestigt. Bei den beiden Aus führungsbeispielen sind auch die Wärmetauscherrohre 3 durch hydraulisches Aufweiten in entsprechende ringförmige Ausnehmungen in den Bohrungen der Rohrplatte 4 an dieser befestigt. Die sich hierbei ergebenden ringförmigen Vertiefungen im Inneren der Wärmetauscherrohre 3 wurden für das hydraulische Aufweiten der Schutzrohre 6 benutzt. Das hydraulische Aufweiten einerseits der Wärmetauscherrohre 3 und andererseits der Schutzrohre 6 kann zeitlich aufeinanderfolgend oder gleichzeitig erfolgen.In order to prevent brittleness of the heat exchanger tubes 3 made of ferritic material, particularly due to the high temperatures, a protective tube 6 is arranged in each embodiment according to FIGS. 2 and 3 in the high temperature range of the heat exchanger tubes 3 in each heat exchanger tube 3 , which consists of a material that is insensitive to embrittlement, for example chrome nickel steel This protective tube 6 is fastened in the area of the tube plate 4 by hydraulic expansion in the respective heat exchanger tube 3 . In the two exemplary embodiments, the heat exchanger tubes 3 are also fastened to the tube plate 4 by hydraulic expansion into corresponding annular recesses in the bores of the tube plate 4 . The resulting annular depressions in the interior of the heat exchanger tubes 3 were used for the hydraulic expansion of the protective tubes 6 . The hydraulic expansion of the heat exchanger tubes 3 , on the one hand, and the protective tubes 6 , on the other hand, can take place sequentially or simultaneously.
Durch die im hohen Temperaturbereich innerhalb der Wärmetauscherrohre 3 angeordneten Schutzrohre 6 aus versprödungsunempfindlichem Material wird die Diffusion von Gasmolekülen des wärmeabgebenden Mediums, insbeson dere eines stickstoffhaltigen Gases in den ferritischen Werkstoff der Wärme tauscherrohre 3 verhindert, so daß diese wirksam vor Versprödung geschützt sind. Die axiale Länge der Schutzrohre 6 hängt hierbei im wesentlichen vom Temperaturverlauf in axialer Richtung der Wärmetauscherrohre 3 und damit von der Intensität der Kühlung der Wärmetauscherrohre 3 ab. Beim darge stellten Ausführungsbeispiel ist die Kühlung derart intensiv, daß die Schutz rohre 6 mit einer nur geringfügigen axialen Erstreckung abströmseitig die Rohrplatte 4 überragen. Due to the arranged in the high temperature range within the heat exchanger tubes 3 protective tubes 6 made of embrittlement-insensitive material, the diffusion of gas molecules of the heat-emitting medium, in particular a nitrogen-containing gas in the ferritic material of the heat exchanger tubes 3 is prevented, so that these are effectively protected against embrittlement. The axial length of the protective tubes 6 essentially depends on the temperature profile in the axial direction of the heat exchanger tubes 3 and thus on the intensity of the cooling of the heat exchanger tubes 3 . In Darge presented embodiment, the cooling is so intense that the protective tubes 6 protrude on the downstream side of the tube plate 4 with only a slight axial extension.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ragt das Schutzrohr 6 einströmseitig aus der Rohrplatte 4 heraus. Dieses zuströmseitige Ende 6a der Schutzrohre 6 ist gemäß Fig. 2 in einem Zwischenboden 2a druckdicht befestigt, der gemäß Fig. 1 Teil eines Eintrittsammlers 2 sein kann. Die Befestigung des Schutz rohres 6 am Zwischenboden 2a erfolgt beim Ausführungsbeispiel durch eine Schweißnaht 7.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the protective tube 6 protrudes out of the tube plate 4 on the inflow side. This can inflow-side end 6a of the protective tubes 6 is shown in FIG. 2 in an intermediate bottom 2 is fastened a pressure-tight manner, which according to FIG. 1 part of an inlet header 2 in. The attachment of the protective tube 6 on the mezzanine floor 2 a is carried out in the embodiment by a weld 7th
Um auch die ungekühlte Oberfläche der Rohrplatte 4 vor einer unerwünschten Versprödung zu schützen, ist die Rohrplatte 4 einströmseitig mit einer Plattie rung 4a versehen. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um ein mit ferritischem Material verschweißbares Material, so daß zwischen Plattierung 4a und der Stirnseite jedes Wärmetauscherrohres 3 eine Dichtschweißnaht 8 gelegt werden kann. Aufgrund der Festlegung des Wärmetauscherrohres 3 an der Rohrplatte 4 durch hydraulisches Aufweiten ist diese insbesondere der besseren Abdichtung dienende Dichtschweißnaht 8 von axialen Rohrkräften entlastet.In order to protect the uncooled surface of the tube plate 4 from undesirable embrittlement, the tube plate 4 is provided on the inflow side with a plate 4 a. In the embodiment, this is a material that can be welded with ferritic material, so that a sealing weld seam 8 can be placed between the plating 4 a and the end face of each heat exchanger tube 3 . Due to the definition of the heat exchanger tube 3 on the tube plate 4 by hydraulic expansion, this sealing weld seam 8 , which is used in particular for better sealing, is relieved of axial tube forces.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im Eintrittsbereich der Schutzrohre 6 jeweils ein zusätzliches, auf seiner Außenseite mit einer Isolie rung 9 versehenes Einsatzrohr 10 angeordnet, das ebenfalls aus einem ver sprödungsunempfindlichen Material besteht. Die zwischen dem innenliegenden Einsatzrohr 10 und dem außenliegenden Schutzrohr 6 angeordnete Isolierung 9 schützt insbesondere bei Anfahr- und Abfahrvorgängen gegen thermo schockartige Belastungen. Die Isolierung 9 erstreckt sich vorzugsweise min destens über eine der Dicke der Rohrplatte 4 entsprechende axiale Länge. Um die empfindliche Isolierung 9 vor Beschädigungen oder Zerstörungen zu schützen, erfolgt die Festlegung jedes Einsatzrohres 10 am Schutzrohr 6 durch außerhalb der Rohrplatte 4 erfolgendes hydraulisches Aufweiten, d. h. durch ein Aufweiten in einem Bereich, in dem die Einsatzrohre 10 und Schutz rohre 6 unmittelbar, d. h. ohne zwischenliegende Isolierung 9 aneinanderliegen.In the second embodiment according to FIG. 3, an additional insert tube 10 , which is also provided on its outside with an insulation 9 , is arranged in the entry region of the protective tubes 6 and also consists of a material which is insensitive to brittle. The insulation 9 arranged between the inner insert tube 10 and the outer protective tube 6 protects against thermal shock-like loads, in particular during start-up and shutdown operations. The insulation 9 preferably extends at least over an axial length corresponding to the thickness of the tube plate 4 . In order to protect the sensitive insulation 9 from damage or destruction, each insert tube 10 is fixed to the protective tube 6 by hydraulic widening which takes place outside the tube plate 4 , ie by widening in an area in which the insert tubes 10 and protective tubes 6 are immediate, ie rest against each other without intermediate insulation 9 .
Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Rohrplatte 4 ein strömseitig mit einer Plattierung 4a versehen, zwischen der und dem Wärme tauscherrohr 3 jeweils eine Dichtschweißnaht 8 gelegt ist. Außer dem Schutz rohr 6 ragt auch das Einsatzrohr 10 aus der Rohrplatte 4 heraus, wobei bei dieser Ausführungsform das konisch aufgeweitete Einsatzrohr 10 mittels einer Schweißnaht 7 am Zwischenboden 2a des Eintrittsammlers 2 befestigt ist.In the second embodiment according to FIG. 3, the tube plate 4 is provided on the flow side with a plating 4 a, between which and the heat exchanger tube 3 a sealing weld 8 is placed. In addition to the protective tube 6 , the insert tube 10 also protrudes from the tube plate 4 , the conically widened insert tube 10 being fastened to the intermediate base 2 a of the inlet header 2 by means of a weld seam 7 in this embodiment.
BezugszeichenlisteReference list
1 Gasleitung
2 Eintrittsammler
2a Zwischenboden
3 Wärmetauscherrohr
3a zuströmseitiges Ende
4 Rohrplatte
4a Plattierung
5 Gehäuse
6 Schutzrohr
6a zuströmseitiges Ende
7 Schweißnaht
8 Dichtschweißnaht
9 Isolierung
10 Einsatzrohr
Ga heißes Gas
Gk abgekühltes Gas 1 gas pipe
2 entry collectors
2 a mezzanine
3 heat exchanger tube
3 a upstream end
4 tube plate
4 a plating
5 housing
6 protective tube
6 a upstream end
7 weld
8 sealing weld seam
9 insulation
10 insert tube
G a hot gas
G k cooled gas
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| JP 58-178196 (A), 1984 Vol.8/Nr.20 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2881692A1 (en) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | Balcke-Dürr GmbH | Tube bundle heat exchanger in bare tube design, process gas cooler, gas turbine cooling air cooler, gas turbine or gas and steam turbine power station and method for cooling cooling air |
| EP2881691A1 (en) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | Balcke-Dürr GmbH | Heat exchanger with tube sheet and inserted sleeve |
| US10006719B2 (en) | 2013-12-09 | 2018-06-26 | Balcke-Durr Gmbh | Tube bundle heat exchanger having straight-tube configuration, process gas cooler, cooler for gas turbine cooling air, gas turbine or gas and steam turbine power plant, and method for the cooling of cooling air |
| US10178204B2 (en) | 2014-10-27 | 2019-01-08 | Tencent Technology (Shenzhen) Company Limited | Information processing method and device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0780656A2 (en) | 1997-06-25 |
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