DE2314732A1

DE2314732A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2314732A1
Application number: DE19732314732
Authority: DE
Inventors: Charles C Peake; Paul D Ritland
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-05-01
Filing date: 1973-03-24
Publication date: 1973-11-15
Also published as: FR2183123B1; FR2183123A1; ES413955A1; CA946833A; IT984237B; NL7305909A; DE2314732C2; BE798900A; JPS4925306A; JPS5316445B2; NL173555B; NL173555C; US3759319A

Description

PATH NTAW^-WAIiT

Dipl. ing. E. HOLZEB

AUGSBURG

BR-S WS**

w. 616

Augsburg, den 23. März 1973

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einer Mantelwandung, einem in einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich unterteilten Kopfteil und einer Kopfplatte, in welcher die Enden einer Vielzahl von Rohren befestigt sind, die in die beiden Bereiche des Kopfteils ausmünden·

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Wenn kondensatorröhren parallel zueinander angeordnet sind, verursachen unterschiedliche Kondensationsvorgänge in den verschiedenen Röhren unterschiedliehe Strömungsverläufe, ; was dazu führt, daß sich in manchen Röhren Kondensat ansammelt, Wenn das Kondensat dann die Röhren verstopft, entleeren sich die überfluteten Röhren von selbst und der Zyklus beginnt von neuem. Das hat thermische Stöße und Spännungen zur Folge, die nach gewisser Zeit Schäden an den Stellen hervorrufen, wo die Röhren an der Kopfplatte angeschweißt sind.

Eine Lösungsmöglichkeit dieses Problems liegt darin, daß ein Teil des Dampfes in einen Niederdruckbehälter abgelassen wird, wodurch sich die Strömung durch die Röhren vergrößert und dadurch das sich in den Röhren ansammelnde Kondensat ausgespült wird. Mit diesem Verfahren ist es jedoch nicht möglich, sofern nicht sehr große Mengen Dampfes abgelassen werden, alle Röhren von einer Verstopfung durch Kondensat freizuhalten. Vom thermodynamisehen Standpunkt aus gesehen, ist der thermische Wirkungsgrad der Anlage umso -niedriger, je größer die Menge abgelassenen Dampfes ist, und umso größer sind daher auch die Betriebskosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

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Anordnung zu schaffen, welche das Ansammeln von Kondensat in den Röhren eines Wärmeaustauschers ohne Dampf- oder Wärmeverluste verhindert.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein Wärmeaustauscher der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßbereich und im Ausläßbereich des Kopfteils jeweils ein Verbindungskrümmer angeordnet ist, die beide miteinander und jeweils mit mindestens einem der genannten Rohre des entsprechenden Bereiches des Kopfteils in Verbindung stehen, so daß über diese Verbindungskrümmer Dampf aus dem betreffenden Rohr des Auslaßbereichs in das entsprechende Rohr des Einlaßbereichs geleitet wird, und daß der im Auslaßbereich angeordnete Verbindungskrümmer eine Ablaßöffnung zum Ablassen von Kondensat aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Pig· I einen Längsschnitt durch einen

wasserabscheidenden Zwischenüberhitzer nach der Erfindung,

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Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch

einen Kondensatabscheider des in Pig· 1 dargestellten Zwisehenüberhitzers, und

Fig« 3 - einen vergrößerten Ausschnitt, der

zeigt, wie der Kondensatabscheider mit den Rohren des Zwischenüberhitzers verbunden ist.

Pig. I zeigt einen wasserabscheidenden Zwischenüberhitzer 1, der einen Kondensatabscheider 3 nach der Erfindung aufweist» Der Zwischenüberhitzer 1 ist ein Wärmeaustauscher mit einer Mantelwandung 5 und Rohren 7, in welchem ein Strömungsmittel, beispielsweise Dampf, innerhalb der Mantelwandung 5 über die Außenoberflächen der Rohre 7 strömt und Wärme von einem weiteren Strömungsmittel aufnimmt, in diesem Fall ebenfalls Dampf, der durch die Rohre 7 strömt. Indem das weitere Strömungsmittel Wärme abgibt, geht ein Teil dieses Strömungsmittels vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über, im vorliegenden Fall kondensiert also ein Teil des Dampfes.

Die langgestreckte Mantelwandung 5 des Zwischenüberhitzers weist an ihrem einen Ende, nämlich an dem in Fig. 1 rechten

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Ende, eine gewölbte, mit einem Plansch versehene Kappe 9, und an ihrem anderen Ende, nämlich dem in Pig» I linken Ende, eine halbkugelförmige Kappe 11 auf. Im oberen Teil der Mantelwandung 5 ist ein Bündel U-förmig gebogener Rohre 7 angeordnet» Ein Wasserabscheider 13 durchquert die Mantelwandung horizontal etwa in deren Mitte und unter dem Wasserabscheider 13 ist ebenfalls horizontal eine Verteilerplatte angeordnet. Die Kappe 9 weist einen Einlaßstutzen 17 auf, während an der Oberseite der Mantelwandung eine Vielzahl von Auslaßstutzen angeordnet ist. Am unteren Teil der halbkugelförmigen Kappe 11 ist ein Topf 21 und ein Ablaufstutzen angeordnet. Im oberen Teil der Kappe 11 ist eine Kopfplatte 25 mit einer Vielzahl von Bohrungen 27 angeordnet, in welch letztere die Enden der U-Rohre 7 eingeschweißt sind· Ein halbkugelförmiges Kopfteil 29 ist einstückig mit der Kopfplatte 25 ausgebildet, jedoch kann dieses Kopfteil selbstverständlich auch anders ausgebildet sein·

Eine Trennplatte 30 unterteilt das Kopfteil 29 in zwei Bereiche, nämlich einen Einlaßbereich 31 mit einer Einlaßdüse 33 für das wärmeabgebende Strömungsmittel, die mit sämtlichen Einlaßenden der Rohre 7 in Verbindung steht, und in einen Auslaßbereich 35 mit einer Auslaßdüse 37 für

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das. wärmeabgebende Strömungsmittel, die mit den Auslaßenden sämtlicher Rohre 7 in Verbindung steht,

¹ Wie am besten aus Pig, 2 ersichtlich ist, weist der Kondensatabscheider 3 einen im Auslaßbereich 35 des Kopfteils 29 angeordneten Verbindungskrümmer 4l und einen weiteren, im Einlaßbereich 31 des Kopfteils 29 angeordneten Verbindungskrümmer 43 auf. Die Verbindungskrümmer 41 und 43 sind durch ein Rohr 45 miteinander verbunden. Die beiden Verbindungskrümmer weisen jeweils eine Kopfplatte 47, Seitenwandungen und eine Deckelplatte 51 auf.

Die Kopfplatten 47 verlaufen im allgemeinen parallel zur Kopfplatte 25 des Wärmeaustauschers und weisen Bohrungen 53 auf, die jeweils mit den Bohrungen 27 der Kopfplatte 25 fluchten. In die Bohrungen 53 sind kurze Rohre 55 eingesetzt, die in einige der Rohre 7 des entsprechenden Bereichs des Kopfteils 29 hineinragen. Im allgemeinen steht der Verbindungskrümmer 4l im Auslaßbereich 35 des Kopfteils 29 mit den unteren Rohren 7 in Verbindung, Es können jedoch auch noch einige der äußeren Rohre 7 des Rohrbündels mit einbezogen werden, so daß der Verbindungskrümmer 41 etwa halbmondförmig wird, mit anderen Worten, es sind diejenigen Rohre 7 mit dem Verbindungskrümmer 4l verbunden,

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mit denen das wärmeaufnehmende Strömungsmittel beim Eintreten in das Rohrbündel zuerst in Berührung kommt.

Im allgemeinen ist der Verbindungskrümmer 43 im Einlaßbereich des Kopfteils 29 mit den mittleren Rohren 7 des Rohrbündels verbunden und weist eine etwa rechteckige Form auf. Die Verbindungskrümmer 4l und 43 können jedoch auch anders geformt sein, die Anordnung muß lediglich so getroffen sein, daß die Rohre 7 jeweils nur mit einem der Verbindungskrümmer in Verbindung stehen·

Gemäß Fig. 3 sind die kurzen Rohre 55 im allgemeinen durch Stauchen oder auf andere Weise in den Kopfplatten 47 befestigt. Die kurzen Rohre 55 können in ihrem Durchmesser so klein gemacht werden, daß zwischen ihnen und den Rohren 7 ein Ringspalt entsteht. Eine Abdichtung 57 zwischen den kurzen Rohren 55 und den Rohren 7 ist durch Sicken der kurzen Rohre 55 hergestellt. Wie Fig. 3 zeigt, können die Rohre 55 so gesickt sein, daß nur ein kleiner Ring, der die Dichtung 57 bildet, jeweils das Rohr 7 berührt, so daß jeweils der Ringspalt 59 zwischen den Rohren 55 und den Rohren 7 eine Wärmeisolierung darstellt, welche die Schweißbereiche gegen thermische Stöße schützen, die durch sich in den Rohren 7 ansammelndes und dieselben verstopfendes Wasser

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verursacht werden und ihrerseits thermische Spannungen und frühzeitige Schäden der Rohre 7 an ihren Schweißstellen hervorrufen« Selbstverständlich kann die genannte Abdichtung auch auf andere Weise ausgeführt werden.

An der Unterseite des im Auslaßbereich 35 des Kopfteils angeordneten Verbindungskrümmers 4l ist eine Ablaßöffnung 61 zum Ablassen des aus den Rohren 7 herausfließenden Kondensats vorgesehen· Außerdem ist im Auslaßbereich 35 des Kopfteils 29 eine Ablaßdüse 63 zum Ablassen von Dampf angeordnet.

Die Arbeitsweise des Zwischenüberhitzers und des Kondensatabscheiders 3 wird nachstehend beschrieben.

Das eine Strömungsmittel, nämlich Naßdampf, tritt durch den Einlaßstutzen 17 in die Mantelwandung 5 ein, strömt dann durch die Verteilerplatte 15 und durch den Wasserabscheider 13, in welchem große Wassertropfen zurückgehalten werden, streicht dann über die Außenoberflächen der U-Rohre 7 und nimmt Wärme auf, so daß er in den überhitzten Zustand übergeht und strömt schließlich durch die Auslaßstutzen 19 aus.

Das andere Strömungsmittels nämlich Dampf mit hoher Temperatur, tritt durch den Einlaßbereich 31 des Kopfteils 29 ein und von da in die Rohre 7 hinein, die nicht mit dem

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Verbindungskrümmer 43 verbunden sind. Dann durchströmt dieses andere Strömungsmittel die Rohre 7 und gibt Wärme ab, wobei ein Teil dieses Strömungsmittels kondensiert. Einige der Rohre 7 münden unmittelbar in den Auslaßbereich 35 des Kopfteils 29 aus, während andere Rohre 7 über die kurzen Rohre 55 in den im Auslaßbereich 35 des Kopfteils 29 angeordneten Verbindungskrümmer 4l münden. Im Verbindungskrümmer sondert sich das kondensierte Wasser vom Dampf ab und fließt durch die Ablaßöffnung 61 ab, während der Dampf durch das Rohr 45 in den Verbindungskrümmer 43 im Einlaßbereich 31 des Kopfteils 29 strömt. Der Verbindungskrümmer 43 verteilt den Dampf durch die kurzen Rohre 55 auf die entsprechenden Rohre 7> die dann in den Auslaßbereich des Kopfteils 29 ausmünden, so daß also ein Teil dieses weiteren Strömungsmittels zweimal durch die Rohre 7 hindurchströmt, wodurch die durch die Rohre 7 strömende Strömungsmenge wirksam vergrößert wird, ohne daß der Massenstrom oder die Menge des aus dem Auslaßbereich 35 des Kopfteils 29 abgelassenen Dampfes vergrößert wird.

Infolgedessen kann, indem diejenigen Rohre an den oben beschriebenen Kondensatabscheider 3 angeschlossen werden, bei denen eine periodische Verstopfung durch Kondensat besonders häufig auftritt, das Entleeren dieser Rohre wirksam verbessert und dadurch eine Verstopfung und Unter-

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kühlung dieser Rohre verhindert werden, und außerdem werden die Schweißbereiche durch eine Wärmeisolierung gegen thermische Stöße und Spannungen geschützt und dadurch frühzeitige Schäden der Rohre 7 an diesen Schweißstellen ausgeschaltet.

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Claims

Patentansprüche

'!,Wärmeaustauscher mit einer Mantelwandung, einem in einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich unterteilten Kopfteil und einer Kopfplatte, in welcher die Enden einer Vielzahl von Rohren befestigt sind, die in die beiden Bereiche des Kopfteils ausmünden, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßbereich (3D und im Auslaßbereich (35) des Kopfteils (29) jeweils ein Verbindungskrümmer (41, 43) angeordnet ist, die beide miteinander und jeweils mit mindestens einem der genannten Rohre (7) des entsprechenden Bereichs des Kopfteils in Verbindung stehen, so daß über diese Verbindungskrümmer Dampf aus dem betreffenden Rohr des Auslaßbereichs in das betreffende Rohr des Einlaßbereichs geleitet wird, und daß der im Auslaßbereich angeordnete Verbindungskrümmer (4l) eine Ablaßöffnung (61) zum Ablassen von Kondensat aufweist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Auslaßbereich (35) des Kopfteils (29) angeordnete Verbindungskrümmer (41) mit den normalerweise kältesten Rohren (7) in Verbindung steht.

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3. Wärmeaustauseher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskrümmer (¹Jl, 43) jeweils über kurze Verbindungsrohre (55) niit den entsprechenden Rohren (7) verbunden sind, wobei die Verbindungsrohre (55) in die anderen Rohre hineinragen.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der genannten kurzen Verbindungsrohre (55) kleiner als der Innendurchmesser der mit ihnen verbundenen Rohre (7) ist,, so daß zwischen den genannten Rohren und den Verbindungsrohren ein Ringspalt entsteht, und daß die Verbindungsrohre jeweils mindestens eine Sicke aufweisen, derart, daß zwischen ihnen und den genannten Rohren (7) eine dichtende ringförmige Berührungsfläche gebildet ist.
5. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungskrümmer (41, 43) jeweils eine weitere Kopfplatte (47) aufweisen, die im wesentlichen parallel zur genannten Kopfplatte (25) des Wärmeaustauschers verläuft.

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