DE2519032B2

DE2519032B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erhöhen des Warmeübertragungskoeffizienten auf der Innenseite der Rohre eines Oberflächenwarmeaustauschers eines geschlossenen Kühl- oder Heizkreislaufes

Info

Publication number: DE2519032B2
Application number: DE2519032A
Authority: DE
Inventors: Hermann Heeren; Wolfgang Dr.-Ing. Stodieck
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1975-04-29
Publication date: 1978-09-28
Also published as: GB1549372A; DE2519032A1; FR2309824A1; NL7604494A; CH606964A5; JPS51138946A; IT1058444B; ZA762522B

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zum Erhöhen des Wärmeübergangskoeffizienten auf der Innenseite der Rohre eines Oberflächenwärmeaustauschers, der innerhalb eines geschlossenen Kühl- oder Heizkreislaufes angeordnet und von einer im Umlauf geführten Wärmeübertragungsflüssigkeit durchflossen ist, insbesondere eines Oberflächenkondensators zum Kondensieren von Turbinendampf als Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufes.

In zweiter Linie betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Strömt mit Gasen in gelöster Form angereichertes flüssiges Kühlmittel durch die Rohre des Oberflächenwärmeaustauschers, dann erwärmt es sich, wobei — als Folge dieser Erwärmung — ein Teil der gelösten Gase, z. B. Luft, in Blasenform ausgeschieden wird. Weiteres Gas wird ausgeschieden, wenn im Kreislauf eine Druckabsenkung stattfindet. Das so ausgeschiedene Gas durchströmt zusammen mit der Kühlflüssigkeit die Rohre. Es wurde nun gefunden, daß die Gase — da sie spezifisch leichter als die Flüssigkeit sind — im oberen Bereich des Rohrquerschnittes einen Teil der inneren Oberfläche der Rohre des Oberflächenkondensators abdecken, also gleichsam eine Isolierschicht zwischen Rohrinnenwand und Kühlflüssigkeit bilden. Die negativen Auswirkungen einer solchen Isolierschicht sind an sich bekannt, nämlich verringerter Wärmeübergangsund damit Wärmedurchgangskoeffizient und verringerter Wärmestrom. Da der abzuführende Wärmestrom aber meist von der Dampfturbinenseite her festliegt, bedeutet ein geringerer Wärmedurchgangskoeffizieiit für die Praxis eine Erhöhung der Wärmeaustauschflächen, also eine Steigerung des Materialaufwandes und damit der Kosten.

Bei Oberflächenwärmeaustauschern für Kondensationsturbinen ist es bekannt, durch konstruktive Maßnahmen zu verhindern, daß einzelne Rohrgruppen von einer unbeweglichen Gasschicht umgeben sind. Es handelt sich hierbei aber um Gasschichten, die an der Dampfseite der Rohre auftreten.

Bei Oberflächenkondensatoren ist es ferner bekannt, das Kondensat bis auf die zugehörige Sattdampftemperatur beim erzielten absoluten Druck zu erwärmen, bei welcher sämtliche Gase aus dem Kondensat entweichen können und als Gasdampfgemisch durch eine Luftpumpe abgesaugt werden.

Es ist ferner ein Kühlkreislauf bekannt, der einerseits einen Mischkondensator zum Kondensieren des Turbinendampfes und andererseits in einem Kühlturm angeordnete, durch einen Luftstrom gekühlte Wärmetauschelemente aufweist, wobei die oberen Wasserkammern der Wärmetauschelemente mit einem Entlüftungsrohr verbunden sind (DE-OS 22 48 333).
I- 30 Außerdem ist es üblich, die in den Wasser- und Umlenkkammern eines Oberflächenkondensators abgeschiedene Luft durch Pumpen abzusaugen oder bei Überdruck abzuführen. Dadurch kann jedoch nicht verhindert werden, daß beim Durchströmen der Kühlrohre — durch die Erwärmung des Wassers bedingt — erneut Luft ausgeschieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. bei der der Wärmeübergangskoeffizient nicht durch eine Gasschicht auf der Flüssigkeitsseite der Rohre herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit an einer oder mehreren Stellen des Kreislaufs einer entsprechenden Druckerniedrigung und/oder Temperaturerhöhung unterworfen und daran anschließend das so ausgeschiedene Gas nach außen abgeführt wird.

Zweckmäßig wird das ausgeschiedene Gas abgesaugt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Druckabsenken und/ oder Temperaturerhöhen und Gasabführen zu Beginn der Erstinbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme des Kreislaufes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf mit einem Druckerniedrigungs- und Gasabsaugeaggregat, insbesondere einer Luftpumpe, und/oder einer Heizvorrichtung mit nachgeordneter Gasabführung verbunden ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die Luftpumpe über eine Leitung und ein Absperrventil mit dem über dem Flüssigkeitsspiegel

t>5 eines an die Zu- und Rücklaufleitung des Kreislaufs angeschlossenen Ausgleichsbehälters liegenden, Gas enthaltenden Raum verbunden, und ist der Flüssigkeitsspiegel des Ausgleichsbehälters durch eine Flüssigkeits-

schicht, insbesondere Öl, abgedeckt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beschreibung und der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch darstellenden Zeichnung erläutert

Die WärmeQbertragungsflüssigkeit zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, der einen Oberflächenwärmetauscher 1, an dessen Rohren der z. B. eine Turbine verlassende Abdampf kondensiert, in einsm Kühlturm des sogenannten »trockenen« Typs angeordnete Wärmetauscherelemente 2, sowie eine Zulaufleitung 3, in die eine Umwälzpumpe 6 geschaltet ist, und eine Rücklaufleitung S, aufweist. Das Rohrsystem des Kühlkreises ist ferner mit einem Ausgleichsbehälter 7 verbunden, um bei temperaturbedingten Volumenänderungen eine Ausgleichsmöglichkeit zu schaffen und dadurch den Druck im Rohrsystem konstant zu halten. Der Ausgleichsbehälter 7 ist in entsprechender Höhe über den Wärmetauscherelementen 2 angeordnet und über eine Leitung 8a, Sb mit einer Luftpumpe oder Luftsaugeaggregat 9 bekannter Art verbunden. In die Leitung 8a, Sb zwischen den Ausgleichsbehälter 7 und das Luftsaugeaggregat 9 ist ein Absperrventil 10 geschaltet Mittels des Absaugeaggregates wird der Druck an einer Stelle des Kreislaufs erniedrigt und das so aus der Wärmeübertragungsflüssigkeit freigesetzte Gas abgesaugt Die Freisetzung von Gasen kann dabei nur durch Erhöhen der Temperatur der zu entgasenden Flüssigkeit erhöht werden. Das Absaugeaggregat wird dabei nur so lange in Betrieb gehalten, bis eine ausreichende Entgasung der gesamten Wärmeübertragungsflüssigkeit erreicht ist.

Das Luftsaugeaggregat 9 ist zweckmäßigerweise das zur Entlüftung des Dampfraumes des Oberflächenkondensators 1 ohnehin vorhandene Aggregat Durch entsprechende Anordnung eines Wegeventils 11 wird erreicht, daß das Luftsaugeaggregat in einfacher Weise wahlweise zur Entlüftung des Dampfraumes des Oberflächenkondensators 1 und zur Entgasung der Wärmeübertragungsflüssigkeit verwendet werden kann. Um vor Inbetriebnahme der gesamten Anlage wirkungsvoll entgasen zu können, ist der Ausgleichsbehälter 7 über zwei Leitungen 12, 13, in die je eine Armatur 14 bzw. 15 zum wahlweisen Freigeben und Sperren des Durchflusses geschaltet ist, mit dem Kreislauf verbunden. Die Zulaufleitung 12 von dem Vorlauf 3 zum Kühlturm 4 mündet über dem Flüssigkeitsspiegel im Ausgleichsbehälter 7; deren Armatur 14 ist während des normalen Betriebes, d. h. beim Rückkühlen der erhitzten Wärmeübertragungsflüssigkeit des Kreislaufes geschlossen, während der Periode der Entgasung der Wärmeübertragungsflüssigkeit jedoch geöffnet Die Leitung 13 verbindet die Rücklaufleitung 5 mit dem Boden des Ausgleichsbehälters 7; deren Armatur 15 ist während des normalen Betriebes und während der Periode der Entgasung der Wärmeübertragungsflüssigkeit geöffnet

Die Zulaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 5 sind an einer Stelle, die hinter der Leitung 12 und vor den Wärmetauschelementen 2 liegt, über eine Querverbindung mit einem Bypaß-Ventil 17 (Regelventil) verbun-

lü den. Das Regelventil ist während der Periode der Entgasung geöffnet oder teilgeöffnet im normalen Betrieb jedoch geschlossen.

Um zu verhindern, daß Gas aus der über dem Flüssigkeitsspiegel des Ausgleichsbehälters 7 befindlichen Gasmenge, vorzugsweise Luft in die Flüssigkeit in Lösung geht, ist der Flüssigkeitsspiegel durch eine Schicht 18 eines mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit verträglichen Sperrmittels — z. B. öl, falls Wasser od. dgl. als Wärmeübertragungsflüssigkeit dient — abgedeckt Um zu vermeiden, daß Sperrmittel bei absinkendem Niveau im Ausgleichsbehälter in das Kühlsystem gelangt, ist die Armatur 15 mit einem Niveaumelder verbunden, der die Armatur 15 beim Unterschreiten eines bestimmten Flüssigkeitsspiegels schließt.

Vor der Inbetriebnahme der gesamten Anlage werden das in der Leitung vom Luftsaugeaggregat 9 zum Oberflächenkondensator 1 angeordnete Absperrventil 16 geschlossen, das Absperrventil 10 geöffnet sowie das Wegeventil 11 so eingestellt, daß die Verbindung zwischen den beiden Teilen 8a, Sb der Leitung hergestellt ist. Ferner werden die Armaturen 14 und 17 geöffnet Wird nun der Kühlkreislauf in Betrieb genommen, tritt aus der Rohrleitung Kühlflüssigkeit in freiem Strahl oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche des Ausgleichsbehälters 7 aus und kann dank des durch das Luftsaugeaggregat erzeugten tieferen Druckes entgast werden. Wird nun die Dampfturbinenanlage angefahren, erwärmt sich die Kühlflüssigkeit und die Entgasung verstärkt sich. Durch Regeln der Stellung des Bypaßventüs 17 kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit innerhalb erwünschter Grenzen gehalten werden.

Ist die Wärmeübertragungsflüssigkeit nach einiger Zeit ausreichend entgast, dann wird bei geöffnetem Absperrventil 10 durch Umschalten des Wegeventils Il im Sinne einer Verbindung der Leitung 8a mit der Atmosphäre das Luftsaugeaggregat seinem Hauptverwendungszweck, der Entlüftung des Kondensator-Dampfraumes, zugeführt Anschließend werden die Armaturen 14 und 17 geschlossen. Damit ist die Betriebsschaltung des Kühlkreislaufes wieder hergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhöhen des Wärmeübergangskoeffizienten auf der Innenseite der Rohre eines Oberflächenwärmeaustauschers, der innerhalb eines geschlossenen Kühl- oder Heizkreislaufes angeordnet und von einer im Umlauf geführten Wärmeübertragungsflüssigkeit durchflossen ist, insbesondere eines Oberflächenkondensators zum Kondensieren von Turbinenabdampf als Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit an einer oder mehreren Stellen des Kreislaufs einer entsprechenden Druckerniedrigung und/oder Temperaturerhöhung unterworfen und daran anschließend das so ausgeschiedene Gas nach außen abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgeschiedene Gas abgesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckabsenken und/oder Temperaturerhöhen und Gasabführen zu Beginn der Erstinbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme des Kreislaufs erfolgt

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf mit einem Druckerniedrigungs- und Gasabsaugeaggregat, insbesondere einer Luftpumpe, und/oder einer Heizvorrichtung mit nachgeord neter Gasabführung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftpumpe (9) über eine Leitung (8a, 8^ und ein Absperrventil (10) mit dem über dem Flüssigkeitsspiegel eines an die Zu- und Rücklaufleitung des Kreislaufes (1, 2, 3, 5, 6) angeschlossenen Ausgleichsbehälters (7) liegenden, Gas enthaltenden Raum verbunden ist, und daß der Flüssigkeitsspiegel des Ausgleichsbehälters durch eine Flüssigkeitsschicht (18), insbesondere öl, abgedeckt ist.