DE2223805A1

DE2223805A1 - Heat exchanger with tube plates fastened in a jacket

Info

Publication number: DE2223805A1
Application number: DE19722223805
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Koninklijke Machinefabriek Stork BV
Current assignee: Koninklijke Machinefabriek Stork BV
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-16
Publication date: 1972-12-07
Also published as: GB1349630A; NL7106714A; FR2137971A1; IT959516B

Description

:₍ Koninkljjke Maciiinefabriek Stork Ή.V., He age 3d, Niederlanlo^ ' - "Wärmeaustauscher tult in einan Mante". befestigten RohrOlatten": ₍ Koninkljjke Maciiinefabriek Stork Ή. V., He age 3d, Niederlanlo ^ '- "Heat exchanger tult in einan Mante". Fixed tubular plates "

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit in einem Mantel befestigten Rohrplatten für ein innerhalb des Mantels angeordnetes Rohrbund und mit einem Zu- und Abfuhrstutzen für ein durch die Rohre strömendes zu kühlendes Medium und einem Zu- und Abfuhrstutzen für ein um die Rohre strömendes Druckkühlmedium. Bei einem derartigen Wärmeaustauscher können Probleme auftreten, wenn es sich um das Kühlen eines sehr heissen Mediums handelte Dies kann zum Beispiel vorkommen, v/enn ein derartiger Wärmeaustauscher bei der Ammoniak-, Methanol-. Aethylen- oder Wasserstoffherstellung angewandt wird, wobei heisse Prozessga3e mit Temperaturen von 900 C und höher abgekühlt werden sollen und wobei hohe Drucke an der Seite des Kühlmediums herrschen. Zudem treten Ausdehnungsunterschiede zwischen dem Mantel des Gefässef» und den Rohren aufο Die Rohrplatten sind hierdurch besonders hoch beansprucht, so dass man sehr dicke Rohrplatten anwenden muss. An der Einlassseite des heissen Mediums mus3 man Vorkehrungen treffen, damit keine Ueber - hitzung der Rohrplatte auftritt, wodurch eine unzulässige Schwächung entstehen würde. Man hat schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Eine der gewählten Lösungen ist,dass man das Keisse Medium durch Einspritzen eines Kühlmediums in das heisse Medium kühlt» Dies gibt jedoch eine Verunreinigung und eine Herabsetzung de3 Nutzeffektes. Auch hat man wohl versucht, die Rohrplatte an der Einlassoeite due heissen Mediums zu isolieren, aber infolge thermische!· Spannungen können leicht Risse in der Isolation entstehen, wodurch doch eine unzulässige Ueberhitzung der Rohrplatte auftreten kann»The invention relates to a heat exchanger with tube plates fastened in a jacket for a tube collar arranged inside the jacket and with an inlet and outlet nozzle for a medium to be cooled flowing through the tubes and an inlet and outlet nozzle for a pressure cooling medium flowing around the tubes. Problems can arise with such a heat exchanger if it was a question of cooling a very hot medium. Ethylene or hydrogen production is used, with hot process gases with temperatures of 900 C and higher being cooled and with high pressures prevailing on the side of the cooling medium. In addition, there are expansion differences between the jacket of the vessel and the pipes o The pipe plates are particularly highly stressed as a result, so that very thick pipe plates have to be used. Precautions must be taken on the inlet side of the hot medium so that the tube plate does not overheat, which would result in an impermissible weakening. Various solutions have already been proposed. One of the solutions chosen is that the hot medium is cooled by injecting a cooling medium into the hot medium. However, this leads to contamination and a reduction in the efficiency. It has also been well-tried, the tube plate at the Einlassoeite due to insulate hot medium, but as a result of thermal! · Voltages can easily cracks in the insulation evolve which nevertheless can occur an inadmissible overheating of the tube plate "

Eine andere Löuung wurde in der Anordnung von Verstärkungseleiienten in d«n durch das Kühlmedium durchströmten Raum zwischen den Rohren gefundene Diese VerstSrkungselemonte βtutson die Rohrplatte ab, so da»s dieselbe dünner sein kann. Hierdurch tritt eine bessere Kühlung der Rohrplatte durch das um die Rohre strömende Kühlmedium auf, so dass weniger Leicht lieber- hitisung des Materials auftreten kannο EinAnother solution was the placement of reinforcement elements These reinforcement elements found in the space between the pipes through which the cooling medium flows Tutson off the tube plate so that it can be thinner. This results in better cooling of the tube plate by the cooling medium flowing around the tubes, so that less Easily inflammation of the material can occur o a

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Nachteil der Vers^Jjärl:u:i_t ^r:SfI! omente Is:,, dass hierfür Raum zwischen den Rohren erforderlich ist, so dass der Wärmeaustauscher weniger kompakt gebaut werden kann und dadurch teuerer wird.Disadvantage of the verse ^J järl: u: i _t ^r : SfI! omente Is: ,, that space is required between the tubes for this, so that the heat exchanger can be made less compact and therefore more expensive.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung des gestellten Problems zu schaffen, wobei die Nachteile der bekannten Lösungen vermieden werden.It is the object of the invention to provide a solution to the problem posed, with the disadvantages of the known Solutions are avoided.

Erfindungsgemäss erstrecken die Rohre sich bis über die eine Rohrplatte hinaus und sind die Rohre am freien Ende in einer in einigem Abstand von dieser Rohrplatte liegenden im Mantel befestigten Schirmplatte von viel geringerer Dicke als die Rohrplatte befestigt und ist der zwischen dieser Rohrplatte und der Schirmplatte innerhalb des Mantels gebildete Raum mit einem Zu- und Abfuhrstutzen für ein Kühlmedium versehen« Die Schirniplatte, die in der .Nähe des Eintritts des heissen Mediums liegt, ist dünn ausgebildet, z.B. mit einer Dicke von 20$ der der Rohrplatte, und kann dadurch leicht die thermischen Spannungen infolge des Temperaturunterschieds zwischen dem heissen Medium und dem Kühlmedium aufnehmen. Die Rohrplatte ist dick ausgebildete Durch das zwischen der Rohrplatte und der Schirmplatte zirkulierende Kühlmedium ist die dicke Rohrplatte gegen thermische Spannungen gesichert«According to the invention, the tubes extend over the a tube plate and are the tubes at the free end in a lying at some distance from this tube plate The shield plate fastened in the jacket is of much less thickness than the tube plate and is the one between this tube plate and the shielding plate within the jacket is provided with an inlet and outlet nozzle for a cooling medium « The Schirniplatte, which is near the entrance of the hot medium is made thin, e.g. with a thickness of 20 $ that of the tube plate, and can therefore easily absorb thermal stresses due to the temperature difference between the hot medium and the cooling medium. the Tube plate is thickly formed through between the tube plate and the cooling medium circulating in the faceplate, the thick tube plate is secured against thermal stresses «

Erfindungsgemäss können die Zu- und Abfuhrstutzen des Raumes zwischen der Rohrplatte und der Schirmplatte mit den Haupt^u- und Abfuhrstutzen des Mantels verbunden sein, und zwar derart, dass durch beide zu kühlende Räume dasselbe Kühlmedium strömt. Es besteht dann keine Gefähr, dass bei einer weniger guten Abdichtung zwischen den Rohren und der dicken Rohrplatte eine Mischung der zwei Kühlmedien auftritt. Die Schirmplatte hat nun ausschliesslich eine Abdichtfunktion, während die dicke Rohrplatte die Kräfte aufnimmt. Die durch das Kühlmedium auf die dünner.Schirmplatte auogeübten Kräfte werden über die Rohre auf die dicke Rohrplatte übertragen. Die Kräfte, die d\irch einen Unterschied in Ausdehnung des Mantels und der Rohre auftreten, werden völlig durch die dicken Rohrplatten aufgenommene Die Schirmplatte ist von diesen Kräften entlastet. Ausschliesslich die Kräfte, dieAccording to the invention, the inlet and outlet connections of the space between the tube plate and the shield plate with the main ^ u- and discharge stubs of the jacket are connected in such a way that the same cooling medium passes through both spaces to be cooled flows. There is then no danger that with a less good sealing between the tubes and the thick tube plate a mixture of the two cooling media occurs. the The shield plate now only has a sealing function, while the thick tube plate absorbs the forces. By the cooling medium exerted on the thinner shield plate are transferred to the thick tube plate via the tubes. The forces that create a difference in expansion of the The jacket and the pipes are completely absorbed by the thick pipe plates relieved of these forces. Exclusively the forces that

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durch den Druck entstehen, den das Kühlmedium ausübt, wirken auf die Schirmplatte ein₀ caused by the pressure exerted by the cooling medium, a _{0 act on the faceplate}

Erfindungsgemäss können die Rohrplatte und die Schirmplatte durch zusSizliche zwischen den Rohren angeordnete Abstutζ-elemente verbunden sein. Bei einer derartigen Ausführung ist man für die Aufnahme der Kräfte, die auf die dünne Schirmplatte einwirken, nicht auseihliesslich von der Verbindung zwischen den Rohren und der dicken Rohrplatte abhängig· Liese Kräfte werden nun auch durch die Abstützelemente von der dünnen Schirmplatte auf die dicke Rohrplatte übertragen.According to the invention, the tube plate and the faceplate can be supported by additional spacing elements arranged between the tubes be connected. With such a design, one is responsible for absorbing the forces acting on the thin Act on the shield plate, not from the connection between the tubes and the thick tube plate Transfer the thin faceplate to the thick tube plate.

Die Erfindung wird in nachstehender Beschreibung eines Ausführungsbeispbls anhand der Zeichnung erläutert.The invention is described in the following description of an exemplary embodiment explained with reference to the drawing.

Der Wärmeaustauscher ist durch einen Mantel 1 gebildet, innerhalb welches ein Bund Rohre 2 angeordnet ist. Die Rohre 2 sind am einen Ende in einer Rohrplatte 3 und am anderen Ende in einer Rohrplatte 4 befestigt» Die Rohrplatten 3 und 4 sind mit dem Mantel 1 fest verbunden ο Die Rohre 2 erstrecken sich bis über die Rohrplatte 4 hinaus und sind am freien Ende in einer dünnen Schirmplatte 5 befestigt. Der Mantel 1 ist mit einem Zufuhrstutzen 6 für Kühlmedium und einem Auslassstutzen 7 für dasselbe Medium versehene Der zwischen der Rohrplatte 4 und der Schirmplatte 5 gebildete Raum 8 innerhalb des Mantels 1 ist mit einer Zufuhr 9 und einer Abfuhr 10 für Kühlmedium versehen. Die Stutzen 6, 7, 9 und 10 können derart miteinander verbimden sein, dass um die Rohre 2 innerhalb des Mantels 1 einselbeo Kühlmedium, strömt wie um die Rohre 2 im Raum 8. Die durch die Rohre 2 hindurchzuführenden heisaen Gase können über einen Einlass 11 zuströmen. Αία anderen Ende verlassen sie die R.ohre 2 Über einen Auslass 12.The heat exchanger is formed by a jacket 1, within which a bundle of tubes 2 is arranged. The pipes 2 are fastened at one end in a tube plate 3 and at the other end in a tube plate 4 »The tube plates 3 and 4 are firmly connected to the jacket 1 ο The tubes 2 extend beyond the tube plate 4 and are on the free End fixed in a thin faceplate 5. The jacket 1 is provided with a supply port 6 for cooling medium and a The space 8 formed between the tube plate 4 and the shield plate 5 is provided for the same medium inside the jacket 1 is provided with a supply 9 and a discharge 10 for cooling medium. Nozzles 6, 7, 9 and 10 can be connected to one another in such a way that around the pipes 2 within the jacket 1, the same cooling medium flows as around the tubes 2 in space 8. The ones to be passed through the tubes 2 Hot gases can flow in via an inlet 11. At the other end they leave the tube 2 through an outlet 12th

Wenn über den Einlass 11 ein sehr heisses Gas zugelassen wird, wird^durch die gute Kühlung der Schirmplatte 5 keinen nachteiligen Einfluß» auf diese Schinnplatte [} haben· In der Schirmpint to verden koine gronuen Temperaturunterschiede entstehen·. J).ic dicke Rohr j ·'.! at te 4 wird an beiden Seiten durch ο in Kühl·- Ji- :l;iiJu· iiijiri i. i;!)[ .1. ί·ο dar.:;; durch rl in rroar.e Dicke diener RoI it-If a very hot gas is admitted through the inlet 11, the good cooling of the faceplate 5 will not have any adverse effect on this slab. J) .ic thick tube j · '.! at te 4 is indicated on both sides by ο in Kühl · - Ji-: l; iiJu · iiijiri i. i;!) [.1. ί · ο dar.: ;; by rl in rroar.e thickness diener roI it-

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platte, doch, keine unzulässigen thermischen Spannungen entstehen werden« Der im Raum ringsum die Rohre herrschende Druck kann durch die dicke Rohrplatte 4 und auch durch die Rohrplatte 3 aufgenommen werden. Wenn im Raum 8 ebenfals ein hoher Druck herrscht, werden die auf die Schirmplatte 5 ausgeübten Kräfte über die Rohre 2 auf die dicke Rohrplatte 4· übertragen. ttber die Rohrplatten 3 und 4 werden die Kräfte auf den Mantel 1 übertragen.plate, yes, no impermissible thermal stresses arise “The pressure prevailing in the space around the pipes can be caused by the thick pipe plate 4 and also by the Tube plate 3 are added. If there is also a high pressure in space 8, the pressure on the faceplate 5 The forces exerted are transferred to the thick tube plate 4 via the tubes 2. Through the tube plates 3 and 4 the forces transferred to the jacket 1.

Zwischen der Rohrplatte 4 und der Schirmplatte 5 können noch zusätzliche Abstützelemente angeordnet sein₀ Durch gestrichelte Linien ist ein derartiges Abstützelemerit beispielsweise in der Z_oichnung angedeutet und mit 13 bezeichnet» Man ist dann zum Übertragen der Kräfte der Schirmplatte auf die Rohrplatte 4 nicht ausschliesalich von den Rohren ?. abhängigeBetween the tube plate 4 and the screen plate 5 can have additional support elements be arranged ₀ by dashed lines such Abstützelemerit is indicated for example in which Z _o ichnung and designated 13 'One is then not to transmit the forces of the shield plate to the tube plate 4 ausschliesalich of the pipes?. dependent

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Claims

Expectations

1. Heat exchangers with tube plates fastened in a jacket for a tube collar arranged inside the jacket and with a supply and discharge connection for a medium to be cooled flowing through the tubes and an input and discharge connection for a pressure cooling medium flowing around the tubes, characterized in that the tubes (2) extend beyond one tube plate (4) and are attached at the free end to a shielding plate (5) of much less thickness than the tube plate, which is located in the jacket (1) and is at some distance from this tube plate (4) and that the space (8) formed between this tube plate (4) and the shield plate (5) within the jacket (1) is provided with a supply and discharge nozzle (9, 10) for a cooling medium.

2ο heat exchanger according to claim 1, characterized in that the supply and Abfulirstutaen (9,10) of the space (8) between the tube plate (4) and the shield plate (5) with the Hauptζu- and discharge nozzle (6,7) of the Jacket (1) are connected, in such a way that the same cooling medium flows through both spaces to be cooled.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the tube plate (4) and the screen plate (Ji) are connected by additional Abutützelemonte (13) arranged ^{between the Rohz l} _{en (2) o}

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