DE2135125A1

DE2135125A1 - Roehrenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE2135125A1
Application number: DE19712135125
Authority: DE
Inventors: Radovan Dipl Ing Filipovic
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1971-07-09
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1973-01-11

Description

PATENTANWALT DIPLfHG. ERICH BAGUSAT ⁹· ^{Juli 1971}

1000 BERLIN 27 oqcs/io

EGELLSSTRASSE 20 2956/12

Borsig Gesellschaft alt beschränkter Haftung 1ooo Berlin 27

Röhrenwärmeau stau scher

Sie Erfindung betrifft einen Röhrenwärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen Stoffen großen Druckunterschieds, von denen der durch die Rohre strömende Stoff eine hohe Eingangstemperatur aufweist.

Bei derartigen Röhrenwärmeaustauschern ist eine solche konstruktive Ausgestaltung erforderlich, die erstens eine sehr schnelle Abkühlung des heißen Stoffes ermöglicht und zweitens Ablösungserscheinungen und tote Räume im Strömungsverlauf des heißen und kälteren Stoffes - ganz besonders des heißen Stoffes - vermeidet. Weiterhin ist es erforderlich, die Strömungsräume so zu bauen, daß entweder eine möglichst einfache Zugänglichkeit zum Zwecke der Reinigung oder ein Ausbrennen der Rohre möglich ist.

Es ist bekannt, zur Erfüllung der zuerst genannten Erfordernisse Röhrenwärmeaustauscher vorzusehen, bei denen ier heisse Stoff durch ein Röhrenbündel geschiokt wird und auf der Zu-

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strömselte des heißen Stoffes der Rohrboden ganz besonders dünn la Verhältnis zum anderen Rohrboden ausgebildet 1st (französische Patentschrift 1 183 177). Besonders emfangreiche konstruktive Maßnahmen müssen hier vorgesehen werden, um den dünnen Rohrboden gegenüber den starken mechanischen Kräften zufolge des großen Druckunterschiedes zwischen den beiden durchfließenden Mitteln zu entlasten. Weiterhin ist

^ bekannt, zur Erfüllung der zu zweit genannten Erfordernisse, den Einlaß zum Röhrenwärmeaustauscher diffusorartig auszugestalten (deutsche Auslegeschrift 1 217 944). Hier lassen sich tote Ecken im Strömungsverlauf nicht vermeiden, die sich zur Ablagerung von Verkokungsrückständen anbieten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den dünnen Rohrboden mit seinen Versteifungen einzusparen und tote Ecken im Strömungsverlauf besonders des heißen Stoffes zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Einlaß und ein Auslaß für den heißen Stoff jeweils mit al-

" len zu kühlenden Rohren verbunden und jedes Rohr ein Teil einer Kühl einheit ist, daß eine Zuführungsleitung für den heißen Stoff tangential in einen zylindrischen Einlauf behält er mündet, der über einen Einlauftrichter mit einer kegelstumpfförmigen Verteilerhaube verbunden ist, die mit dem Außenmantel eines kegelförmigen Verdrängerkörpers den Einlaß bildet und daß der Auslaß für den abgekühlten, ehemals heißen Stoff von der Außenfläche eines kegelförmigen Verdrängerkörpers und der Innenfläche einer kegelstumpfförmigen Sammlerhaube begrenzt ist.

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Um eine möglichst rasche Abkühlung des heißen Stoffes sicherzustellen, ohne dabei schädliche Spannungen im Rohrsystem der Kühleinheiten aufkommen zu lassen, besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Kühleinheit aus zwei Verbindungsrohren zur Zu- bzw. Abführung des kälteren Stoffes in einen unteren Kugelsammler bzw. aus einem oberen Kugelsammler, aus einem beide Kugelsammler verbindenden äußeren Rohr, aus dem doppelt gebogenen, in dem äußeren Rohr verlaufenden, beide Kugelsammler durchdringenden Rohr und einem, in diesem Rohr befindlichen, koaxial verlaufenden, in die Kugelsammler reichenden und das doppelt gebogene Rohr zweimal oder einmal durchdringenden inneren Rohr, wobei bei dem inneren Rohr, das an einer einzigen Durchdringungs stelle im doppelt gebogenen Rohr innerhalb des oberen Kugelsammlers dieses Rohr durchstößt und bei dem das andere, im unteren Kugelsammler befindlichen Ende verschlossen ist, ein in dieses innere Rohr hineinragendes Zuführungsrohr für kälteren Stoff vorhanden ist.

Um auch noch außergewöhnlich hohe Temperaturdifferenzen zwischen dem heißen und dem kälteren Stoff beherrschen zu können, ist nach einer ferneren Ausbildung der Erfindung jeweils zwischen dem doppelt gebogenen Rohr und dem unteren Kugelsammler und dem oberen Kugelsammler eine Dehnhülse angeordnet, wobei mit Hilfe eines Rohres noch eine Verbindung zwischen der Dehnhülse am oberen Kugelsammler und dem Verbindungsrohr zur Abführung des sich erwärmenden kälteren Stoffes aus dem oberen Kugelsammler hergestellt ist.

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Um die Kühleinheiten noch besser und einfacher reinigen zu können, besteht das zu kühlende Rohr aus dem geraden Teil mit dem Kniestück im oberen Kugelsammler und dem getrennten Kniestück beim Eintritt in die Kühleinheit, und beide Rohre sind z.B. mit Hilfe einer Flanschverbindung zusammengehalten.

Erfindungsgemäß sind alle Kühleinheiten des Röhrenwärmeaustauschers insbesondere auf einer oder mehreren kreisförmigen Grundflä- ^ chen angeordnet.

Nach der Erfindung sind die Verbindungsrohre der Kühleinheiten zur Zuführung des kälteren Stoffes mit einem in der Form eines zylindrischen Ringes ausgebildeten Verteiler für den kälteren Stoff verbunden, der seinerseits eine oder mehrere Zuführungsleitungen für den besagten kälteren Stoff aufweist.

Schließlich sind noch e rf in dungs gemäß die Verbindungsrohre der Kühleinheiten zur Abführung des kälteren Stoffes mit einem in der Form eines W zylindrischen Ringes gestalteten Sammler für den kälteren Stoff nach dem

Durchgang durch die Kühleinheiten verbunden, an dem eine oder mehrere Abführungsleitungen angeschlossen sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch die Mittelachse eines

Röhrenwärmeaustauschers mit einer Kühleinheit, Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1, nur mit einer abgewandelten Kühleinheit und

Fig. 3 einen anderen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1, nur mit einer

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weiteren abgewandelten Kühleinheit. *· ¹^-¹ ' *■ ^ Der heiße Stoff strömt dem Röhrenwärmeaustauscher mit hoher Geschwindigkeit durch die Zuführungsleitung 1 zu, die tangential in den zylindrischen Einlaufbehälter 2 einmündet und dort eine um die Hittelachse rotierende Strömung erzeugt, deren tangentiale Bewegung über den anschließenden, sich verengenden Einlauftrichter 3 bis in den aus der kegelstumpfförmigen Yerteilerhaube 4 und dem Außenmantel des kegelförmigen Verdrängerkörpers 5 gebildeten Einlaß 6 noch wirksam ist. An den kreiszylinderförmigen Außenmantel des Einlasses 6 sind die doppelt gebogenen Rohre 7 (Fig. 1) bzw. Rohre 7a (Pig. 2 und Fig. 3) der durch die Planschverbindung 8 geteilten, doppelt gebogenen Rohre 7a, 7 angeschlossen, durch die der heiße Stoff durch die Kühleinheiten 9 fließt, wobei der längste Seil eines Rohres 7 selbst ein Seil einer Kühleinheit 9 ist. Eine Kühleinheit 9 besteht neben dem genannten Seil des Rohres 7 aus dem Verbindungsrohr 1o zur Zuführung des kälteren Stoffes in den unteren Kugelsammler 11, dem oberen Kugelsammler 12, dem beide Kugelsammler 11, 12 verbindenden äußeren Rohr 13, dem Verbindungsrohr 14 zur Abführung des kälteren Stoffes aus dem oberen Kugelsammler 12 und dem in dem Rohr 7 verlaufenden, inneren Rohr 15 bzw. Rohr 13 mit einem gebogenen Rohr 15a für kälteren Stoff, wobei das Rohr 15; 15 und 15a entweder das Rohr zweimal (Fig. 1 und Fig. 2) oder einmal (Fig. 3) durchdringt und für den letzten Fall nach der Fig. 3 noch ein besonderes Zuführungsrohr 16 für die Zuführung von kälterem Stoff in das an einem Ende verschlossene Rohr 15 zur Kühleinheit 9 gehört.

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Die Kühleinheit 9 kann auch so ausgebildet sein, daß nicht nur der untere Kugelsammler 11 vom Rohr 7 entgegen Pig. 1 in gerader Richtung durchstoßen ist (Pig. 2 und 3) sondern, wie nicht dargestellt, sich zum Zwecke von noch besseren mechanischen ReinigangsmcigliehkeiteE. der Kühl einheit en gegenüber der Ausführung nach Jig. 3 die Rohre 7 durch.beide Kagelsanmler 11, 12 in gerader Richtung erstrecken und beide ^ Krümmer der Rohre 7 sich außerhalb der Kugelsammler 11, 12 befinden.

Fach dem Barchgang durch Sie Klhleinheit 9 gelangt der abgekühlte, ehemals heiße Stoff in den von der Außenfläche des kegelförmigen Verdrängerkörpers 17 and der Innenfläche der kegelstumpfförmigen Sammlerhaube 18 begrenzten Auslaß 19.

Pur die Beherrschung außergewöhnlich hoher Temperaturdifferenzen zwischen dem heißen und dem kälteren Stoff ist zwischen dem Rohr 7 und dem Kugelsammler 11 die Dehnhülse 2o und zwischen dem Kugelsammler 12 und dem Rohr 7 die Dehnhülse 21 angeordnet, wobei zur Abführung erwärmten Kühlmittels aus der Dehnhülse 21 in das Verbindungsrohr 14 das Rohr 22 dient.

Die Verbindungerohre 1o zur Zuführung des kälteren Stoffes zu den Kühleinheiten 9 sind mit dem Verteiler 23 verbunden, der die Porm eines zylindrischen Ringes hat und über eine oder mehrere Zuführungsleitungen 24 mit dem kälteren Stoff versorgt wird. Nach Verlassen der Kühleinheiten 9 gelangt der kältere Stoff in den in der Porm eines zylindrischen Ringes gestalteten Sammler 25 und fließt weiter über ein© oder mehrere Abführungsleitungen 26 ab.

Sie Wirkungsweise der Erfindung sei an Fig. 1 der Zeichnung erklärt. Der heiße Stoff strömt durch die Zuführungsleitung 1 tangential in den zylindrischen Einlauf behält er 2 ein, in dem er in rotierende Bewegung versetzt wird?9äaß sich die Wirkung der tangentialen Bewegung durch den Einlauftrichter 3 in den Einlad 6 so auswirkt, daß sich u.a. beim Übergang vom kreiszylinderförmigen Außenmantel des Einlasses 6 zu den anschließenden runden Rohren 7 strömungsmäßig keine toten Ecken bilden können, die besonders zur Koksablagerung neigen. Durch den Strom des kälteren Stoffes in den unteren Kugelsammler 11 durch das äußere Rohr 13 zum oberen Kugelsammler 12 und parallel dazu durch das innere Rohr 15» das im Rohr 7 koaxial verläuft, wird erstens der heiße Stoff ganz besonders intensiv gekühlt und werden zweitens durch die Temperaturengleichung der Rohre 7 und 15 Wäraaespannungen zwischen ihnen vermieden. Die Dehnungsdifferenzen zwischen dem Rohr 7 und dem äußeren Rohr 13 werden durch die beiden Krümmer des Rohres 7 und durch die beiden Kugelsammler 11, 12 ausgeglichen.-

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die doppelte Biegung der Rohre 7 bzw. 7 und 7a Verkokungsrückstände im drucklosen Zustand verbrannt werden können, ohne daß diese Rohre deformiert werden oder größere Spannungen als im normalen Betrieb auftreten können, daß die tangentiale Einleitung des heißen Stoffes in den Einlaufbehälter 2 eine solche kontrollierte Rotationsbewegung dieses Stoffes erzeugt, die mit der erfindungsgemäßen Formgebung des Einlauftrichtere 3» *es Einlasses 6, der Rohre 7 bzw. 7a und 7 und des Auslasses 19 zusammen dafür sorgt, daß keine

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Ablösung der Strömung auftreten, die Druekrerluste kleiner und die Verkokung geringer als bei den bekannten Röhrenwärmeau statischem werden, daß sich eine serienmäßige Produktion der einzelnen Kühleinheiten 9 anbietet, daß durch Auswechseln einzelner Kühleinheiten 9 eine leichte und schnelle Reparatur des Aggregates möglich ist, daß pro Quadratmeter Wärmeaustauscherfläche eine Verringerung des Materialgewichts und Kühlmittelgewichts bei gleicher Leistung durch das Fehlen der dicken Rohrboden und aufwendiger Rohrbodenkonstruktionen gegeben ist, daß durch das beiderseitige Abkühlen des heißen Stoffes im Rohrspaltraum dieselbe Temperatur der Rohre 7 und 15 gewährleistet ist, wodurch keine Spannungen zwischen diesen beiden Rohren auftreten können, daß die Dehnungsdifferenzen zwischen dem äußeren Rohr 13 und dem Rohr 7 durch die beiden Krümmungen des Rohres 7 und durch die beiden Kugelsammler 11 und 12 kompensiert werden, und daß bei dem gleichen Druckverlust wie bei dem bekannten System mit Eintrittshaube und f Rohrboden bei Beibehaltung einer üblichen Baulänge von z.B. etwa 7 m die Anzahl der Kühleinheiten 9 um den Faktor 1/2 verringert werden kann oder bei einer entsprechenden Verkleinerung der Spaltbreite für den Durchtritt des heißen Stoffes der Röhrenwärmeaustauscher mit einer höheren Massengeschwindigkeit betrieben werden kann, wodurch eine Verkürzung der Verweilzeit des heißen Stoffes im Aggregat bzw. ein Rückgang der Verkokungserscheinungen daselbst erreicht ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Röhrenwärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen Stoffen großen Druckunterschiedes, von denken der durch die Rohre strömende Stoff eine hohe Eingangstemperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaß (6) und ein Auslaß (19) für den heißten Stoff jeweils mit allen zu kühlenden Rohren (7) verbunden und jedes Rohr (7) ein Teil einer Kühleinheit (9) ist.

2. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführungsleitung (1) für den heißen Stoff tangential in einen zylindrischen Einlaufbehälter (2) mündet, der über einen Einlauftrichter (3) mit einer kegelstumpfförmigen Verteilerhaube (4) verbunden ist, die mit dem Außenmantel eines kegelförmigen Verdrängerkörpers (5) den Einlaß (6) bildet.

3. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (19) für den abgekühlten, ehemals heißen Stoff von der Außenfläche eines kegelförmigen Verdrängerkörpers (17) und der Innenfläche einer kegelstumpf förmigen Sammlerhaube (18) begrenzt ist.

4. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinheit (9) aus zwei Verbindungsrohren (10; 14) zur Zu« bzw« Abführung des kälteren Stoffes in einen unteren Kugelsammler (11) bzw. aus einem oberen Kugelsammler (12) , aus einem beide Kugelsammler (11, 12) verbindenden äußeren Rohr (13),

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aus dem doppelt gebogenen, in dem äußeren Rohr (13) verlaufenden, beide Kugelsammler (11,12) durchdringenden Rohr(7; 7 und 7a ) und einem, in diesem Rohr ( 7; 7 und 7a) befindlichen, koaxial verlaufenden, in die Kugelsammler (11,12) reichenden und das Rohr (7; 7 und 7a) zweimal oder einmal durchdringenden inneren Rohr (15) besteht, wobei bei dem Rohr (15), das an einer einzigen Durchdringungsstelle im Rohr (7) innerhalb des oberen Kugelsammlers (12) dieses Rohr durchstößt und bei dem das andere, im unteren Kugelsammler (11) befindliche Ende ™ verschlossen ist, ein in dieses Rohr (15) hineinragendes Zuführungs-

rohr (16) für kälteren Stoff vorhanden ist.

5, Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (7) und dem unteren Kugelsammler (11) eine Dehnhülse (20) und zwischen dem oberen Kugel= sammler (12) und dem Rohr (7) eine Dehnhülse (21) angeordnet ist, wobei mit Hilfe eines Rohres (22) noch eine Verbindung zwischen der Dehnhülse (21) und dem Verbindungsrohr (14) hergestellt ist,

6. Röhr en wärmeaustauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Rohr aus dem Rohr (7) ψ und dem Rohr (7a) besteht und beide Rohre (7, 7a) z.B. mit Hilfe einer

Flanschverbindung (8) zusammengehalten sind,

7. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kühleinheiten (9) des Röhrenwärmeaustauschers insbesondere auf einer oder mehreren kreisförmigen Grundflächen angeordnet sind.

8, Röhrenwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs rohre (10)

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der Kühleinheiten (9) mit einem in der Form eines zylindrischen Ringes ausgebildeten Verteiler (23) für den kälteren Stoff verbunden sind, der seinerseits eine oder mehrere Zuführungsleitungen (24) für den besaijgten kälteren Stoff aufweist.

9. Röhrenwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsrohre (14) der Kühleinheiten (9) mit einem in der Form eines zylindrischen Ringes gestalteten Sammler (25) für den kälteren Stoff nach dem Durchgang durch die Kühleinheiten (9) verbunden sind, an dem eine oder mehrere Abführungsleitungen (26) angeschlossen sind.

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