DE2318892C3 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem vertikalen, in Rohrplatt-n verankerten, von einem Gehäusemantsl umgebenen Rohrbündel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches.

Ein solcher Wärmetauscher ist aus der DE-OS 20 54 578 bekannt.

In einer Druckwasserkernkraftanlage nimmt z. B. ein Primärkühlmittel die Wärme auf, die in einem Kernreaktor erzeugt wird. Das erwärmte Primärkühlmittel wird zu dem Eintritt des Wärmetauschers geleitet. Von dem Eintritt strömt das Primärkühlmittel durch die Rohre, die das »Rohrbündel« bilden und verläßt dann den Wärmetauscher über einen Austritt.

Sekundärkühlmittel tritt in das Rohrbündel über einen Speisewassereintrittsstutzen ein. Der Stutzen ist in der Nähe der Rohrplatte angeordnet, die die Rohre in dem Bündel an dem Austritt verankert.

Aufgrund der massiven Ausführung der in Kernkraftanlagen zum Einsatz kommenden Wärmetauscher können diese Rohrplatten bis zu 15 000 Rohre aufnehmen, von denen jedes einen Durchmesser von etwa 1,25 cm hat. Um eine derart große Anzahl von Rohren in einem Wärmetauscher sinnvoller Größe unterzubringen, haben die Rohrplatten häufig eine Dicke in der GröSenordnung von 60 cm.

Unter diesen Umständen neigt die Temperaturdifierenz an den betreffenden Rohrplatten dazu, Wärmespannungen zu erzeugen. So kann z. B. die Temperaturdifferenz zwischen dem verhältnismäßig kalten Sekundäfkühlmitiel aus dem Speisewassereintritt auf einer 6ö Seite der Rohrplatte und dem höher temperierten Primärkühlmittcl im Austritt auf der anderen Seite der Rohrplatte nicht entlastete Kräfte großen Ausmaßes erzeugen, weil das Metall die Eigenschalt hat, sich thermisch auszudehnen. Diese Situation wird besonders bei dicken Bauteilen verschärft; bei Rohrplat'en sind jedoch die Wiirmespannungen im allgemeinen in den ersten Zentimetern der Sekundarkühlmittelseite des Bauteils konzentriert. Wenn man diese Erkenntnisse auf die Wärmetauscherkonstruktion bezieht, dann muß man erwarten, daß, falls die Temperaturdifferenz und die Rohrplattendicke entsprechend groß sind, thermisch erzeugte Kräfte zu einem Bruch in der Platte oder in einem anderen Teil des Wärmetauschers führen können.

Dieses Problem wird noch komplizierter duüh eine thermische Wechselbeanspruchung, bei der die in der Rohrplatte herrschenden Temperaturdifferenzen in einem großen Bereich schwanken. So kann z. B. eine durch Metallermüdung verursachte Beeinträchtigung der Festigkeit an der Rohrplatte eintreten, selbst wenn das Grundproblem der Vermeidung eines Bruchs durch Wännespannungen gelöst worden ist.

Im unteren Teil des Rohrbündels ist bei dem aus der DE-OS 20 54 578 bekannten Wärmetauscher ein Economiser angeordnet. Er umfaßt mehrere Lenkplatten, die quer zur Längsrichtung der Rohre verlaufen und in einem zylindrischen Tragmantel befestigt sind. Der Tragmante! ist mit einer Abstützung am Gehäuse befestigt. Die Lenkplatten sind voneinander in Längsrichtung auf Abstand angeordnet, um zusammen iabyrinthartige Wege für die Strömung des Sekundärkühlmittels durch das Rohrbündel zu bilden. Die Lenkplatten verhindern, daE das aus dem Speisewassereintritt austretende kalte Sekundärkühlmittel direkt mit der Rohrplatte in Berührung tritt. Diese vorübergehende Zurückhaltung des Speisewassers erlaubt es dem Sekundärkühlmittei etwas Wärme, aufzunehmen und somit eine höhere Temperatur zu erreichen, bevor es gegen die Rohrplatte strömt. Auf diese Weise wird das Temperaturgefälle an der Rohrplatte etwas vermindert.

Die der unteren Rohrplatte benachbarte unterste Lenkplatte des Economise«, weist einen Durchlaß für das Speisewasser auf, durch den es in einen zwischen der Rohrplatte und der unteren Lenkplatte gebildeten Raum strömt. Von dort aus gelanpi das Speisewasser wieder zwischen das Rohrbündel.

Da bei dem bekannten Wärmetauscher die gesamte Speisewassermenge nach dem Durchströmen des Economisers auf die untere Rohrplatte trifft, besteht die Gefahr, daß das noch nicht genügend erwärmte Medium Wärmespannungen in der Rohrplatte hervorruft.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem eine Verminderung der Wärmeschocks auf die Wärmetauscher-Rohrplatten erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem im Oberbegriff des Anspruches vorausgesetzten Wärmetauscher durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches angegebenen Merkmale.

Dabei sind aus der US-PS 31 32 691 Bohrungen in den Rohrplatten benachbarten, sich quer zum Rohrbündel eines horizontal liegenden Wärmetauschers erstreckenden Wärmeschutzplatten bekannt, die zusammen mit den Rohren ringspaltartige Öffnungen bilden, durch die Medium in zwischen den Rohrplatten und Wärmeschutzplatten gebildete Räume treten kann.

Die bisher aufgetretenen Schwierigkeiten werden durch die Maßnahmen der Erfindung vermieden. Durch die ringspaltförmigen Durchströmöffnungen findet ein geregelter Eintrittskühlmittelfluß in den Wärmetauscherraum, der durch die Sekundarkühlmittelseite der Rohrplatte, die gegenüberliegende Fläche der durchgehenden Economiscrplatte und die Abstützung des Tragmantels umschrieben wird, statt. Das verhält-

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nismäßig kalte Speisewasser fließt an den Rohren ent- Außendurchmesser der jeweiligen die Platte 31 durchlang, die innerhalb dieses Raumes freigelegt sind und dringenden Rohre.

nimmt auf diese Weise ausreichend Wärme auf, um Der die Rohre in dem Bündel 13 im Bereich des

einen Wärmeschock an der Rohrplatte oder an dem den Economisers 25 umschließende Tragmantel 40 hat eine Wärmetauschei umschließenden Mantel zu verhin- s zylindrische Abstützung 41, die von der Lenkplatte dem. Durch das gedrosselte Ausströmen des Speisewas- zu der Sekundärkühlmittelseite 32 der Austritts-Rohrsers aus dem Raum über mindestens eine Austrittsöff- platte 22 verläuft, um vollständig den Raum 33 zu umnung wird ein Dr.mpfdruckaufbau in dem Raum ermög- schließen.

licht, der große Strömungsgeschwindigkeiten des durch Um den Dampfdruck innerhalb des Raumes 33 zu

die ringspaltformigen Öffnungen in den Raum strömen- io regeln, sind Öffnungen 42 und 43 in der Abstützung den Speisewasser verhindert. Vorgewärmtes Speise- ausgebildet; dadurch wird die Strömung von dein Raum wasser, das eine erheblich niedrigere Temperatur als die 33 in eine Umführung 44 geregelL Die Umführung Rohrplatte aufweist, kann daher nicht an die Rohrplatte stellt eine freie Verbindung für das aus den Öffnungen gelangen. 42 und 43 tretende Medium zur Sekundärkühlmittel-

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispisl des 15 seite des Rohrbündels 13 innerhalb des Tragmantels Gegenstandes der Erfindung dar. Es zeigen: über eine Wiederbeaufschlagungsdüie 45 her.

F i g. 1: ein Schema eines Wärmetauschers im Schnitt; Der in dem Raum 33 erzeugte Dampfdruck muß auf

Fig. 2: einen Teilschnitt eines Teils der in Fig. 1 der Austrittsseite der Öffnungen 42 und 43 wenigstens gezeigten Konstruktion und etwas höher sein als der Druck an :er Wiederbeauf-

Fig. 5: ein Schema eines Teils des Wärmetauschers 20 schlagungsdüse im Schnitt in vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Schema eines Wärmetauschers 10 mit _{Hiemi 2 ßlatt Zeichn}

einem Pnmarkuhlmittel-Eintntt 11 und einer Eintritts-

Rohrplatte 12, die die Eintrittsenden der in Längsrichtung verlaufenden Rohre verankert, von denen nur einige im Rohrbündel 13 dargestellt sind.

Mit Ausnahme eines freien Raumes 14, der an der Sekundärkühlmittelfläche 15 der Eintritts-Rohrplatte 12 liegt, wird das Rohrbündel 13 von einem Tragmantel 16 eingeschlossen. Der Tragmantel 16 hat einen ringförmigen Querflansch 17. Der Umfang des Flansches 17 ist an der Innenfläche eines zylinderförmigen Gehäusemantels 20 befestigt, um den Tragmantel 16 in der richtigen Relativlage zu halten.

Der Gehäusemantel 20 umschließt den gesamten Wärmetauscher und wird an den Primärkühlmittel-Austritt 21 und den Eintritt 11 geschweißt oder sonstwie in geeigneter Weise befestigt. Eine quer angeordnete Austritts-Roh:platte 22 ermöglicht die Befestigung der Austrittsenden der Rohre in dem Bündel 13.

Über Speisewassereintritte 23 und 24 gelangt das Sekundärkühlmittel durch den Gehäusemantel 20 in den Wärmetauscherraum außerhalb der Rohre in dem Bündel 13. Die Speisewassereintritte befinden sich in der Nähe der Austritisrohrplatte 22. tin Economiser 25 erhält das verhältnismäßig kalte Speisewasser.

Wie es die Fig. 3 zeigt, umfaßt der Economiser eine Reihe von quer liegenden Lenkplatten 26,27,30 und 31, die in Längsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet und in einem eigenen Tragmantel 40 befestigt sind. Die Lynkplatten 26, 27 und 30 weisen Öffnungen auf. Diese Öffnungen liegen nicht ausgerichtet, damit labyrinthförmige Wege gebildet werden, die das Speisemedium zwingen, durch die Sekundärkühlmittelseite des Rohrbündels 13 auf einer sinusförmigen oder gewundenen Strecke zu strömen.

Die unterste Lenkplatte 31, die am nächsten bei der Sekundärkühlmittelseite 32 der Austritts-Rohrplatte 22 liegt, ist ein durchgehendes Teil, das nicht die in Verbindung mit den Lenkplatten 26,27 und 30 beschriebenen Öffnungen aufweist. Wie in vergrößertem Maßstab in Fi g. 2 dargestellt, wird die durchgehende Lenkplatte 21 von jedem der Rohre in dem Bündel 13 durchdrungen. Diese Rohre verlaufen durch einen Raum 33, der zwischen der Lenkplatte und der Sekundärkühlmittelseite 32 der Austritts-Rohrplatf 111 ausgebildet ist. Die in der Lenkplatte 31 ausgebildeten Bohrungen 34 haben Durchmesser, welche geringfügig größer sind als die

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmetauscher mit einem vertikalen, in Rohrplatten verankerten, von einem Gehäusemantel umgebenen Rohrbündel, einem Speisewassereintritt, und einem im unteren Teil des Rohrbündels angeordneten Economiser, dessen Lenkplatten in einem zylindrischen, mit einer Abstützung am Gehäuse versehenen Tragmantel befestigt sind und quer zum Rohrbündel liegen, wobei die der unteren Rohrplatte benachbarte unterste Lenkplatte mit einem Durchlaß für Speisewasser in einen zwischen ihr und der unteren Rohrplatte gebildeten Raum versehen ist, von welchem Raum Speisewasser wieder zwisehen das Rohrbündel strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Lenkplatte (26) des Economise« (25) mit einem weiteren Durchlaß für das Speisewasser versehen ist und der Durchlaß in der untersten Lenkplatte (31) aus ringspaltformigen Öffnungen (34) um jedes der Rohre des Rohrbündels (13) besteht und daß der Raum (33) durch die Abstützung (41) des Tragmantels (40), die auf der unteren Rohrplatte (22) aufsteht, begrenzt ist und in der Abstützung mindestens eine den Druck in dem Raum regelnde Austrittsöffnung (42,43) vorgesehen ist.