DE2613317C3 - Bündelrohrwärmetauscher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bündelrohrwärmetauscher, wie sie in der Energiewirtschaft, in der chemischen, erdölchemischen, Nahrungsmittelindustrie und in anderen Industriezweigen zur Erwärmung bzw. Abkühlung von Wasser, Dampf, Gas und anderen Medien in flüssigem, dampfförmigem und gasförmigem Zustand verwendet werden. Insbesondere ist vorliegend an den Einsatz in Dampfzwischenüberhitzern der Atomkraftwerke gedacht.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Bündelrohrwärmetauscher mit parallelen Bündelrohren, deren jedes aus einem besonderen Mantelrohr mit einer Mehrzahl von einzelnen geraden Rohren besteht, die vom ersten Wärmeträger durchströmt sind und mit ihren offenen Enden an Rohrboden befestigt sind, die ihrerseits am Mantelrohr befestigt sind, und deren jeder eine Durchlaßöffnung für den zweiten Wärmeträger besitzt, der den Raum zwischen den Einzelrohren innerhalb der Mantelrohre durchströmt. Ein solcher Bündelrohrwärmetauscher ist aus der Veröffentlichung »Dampfzwischenüberhitzung und ihre Regelung in Kraftwerksblökken« von Kroll und Kämelmann, Moskau 1970, S. 223 bekannt.

Bei Bündelrohrwärinetauschem dieser Art kann es zum Auftreten von inneren Spannungen aufgrund verschiedener Wärmedehnungen der einzelnen Elemente kommen. Bei der bekannten Ausbildung des Bündelrohrs ist ein Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Mantelrohr und Einzelrohren dadurch erzielt, daß das Mantelrohr zusammen mit den in ihm verlegten Einzelrohren U-förmig gebogen ist. Dabei können aufgrund einer gewissen Beweglichkeit der Einzelrohre im Mantelrohr im Bereich der U-Krümmung unterschiedliche Temperaturdehnungen sich ausgleichen.

Nachteile dieser Ausbildung liegen insbesondere in dem großen Platzbedarf aufgrund der notwendigen großen Krümmungsradien der U-Biegung. Hinzu kommt ein sehr verwickeltes System von zu- und abführenden Rohrleitungen für die beiden Wärmeträger, was die Betriebszuverlässigkeit des Wärmetauschers herabsetzt Das Auffinden eines beschädigten Einzelrohres ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Zur Reparatur eines Bündelrohrs müssen Teile zerschnitten werden. Schließlich treten erhöhte hydraulische Widerstandsverluste wegen zusätzlicher zu- und abführender Rohrleitungen geringen Querschnitts auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen, gedrängt aufgebauten Bündelrohrwärmetauscher der vorausgesetzten Gattung zu schaffen, bei dem innere Spannungen aufgrund unterschiedlicher Temperaturausdehnungen der Rohre in dem Bündelrohrund des Gehäuses herabgesetzt sind.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Einbau der Bündelrohre in ein zylindrisches Gehäuse, in das der erste Wärmeträger eingeleitet wird, die Bündelrohre mit den Rohrboden so angeordnet sind, daß sie von diesem umspült werden, daß in der Zylinderwand des Gehäuses ein Einlaß und ein Auslaß für den zweiten Wärmeträger vorgesehen sind, die mit den Durchlässen der Rohrboden verbunden sind, und daß im Raum zwischen den Bündelrohren über deren ganze Länge Verdrängerkörper eingesetzt sind.

Durch die vorgenannten Merkmale wird erreicht, daß unterschiedliche Wärmedehnungen innerhalb eines Bündelrohres, also zwischen Mantelrohr und in ihm verlegten Einzelrohren gar nicht erst auftreten, weil nämlich durch die allseitige Umspülung der Mantelrohre mit dem zweiten Wärmeträger die Temperaturverhältnisse sich ähnlich einstellen werden. Sowohl bei den Einzelrohren als auch bei den Mantelrohren wird die jeweilige Wandung immer auf der einen Seite vom ersten Wärmeträger und auf der anderen Seite vom zweiten Wärmeträger umspült. Dadurch kommt es nicht zu unterschiedlichen Wärmedehnungen und demgemäß auch nicht zu Wärmespannungen innerhalb der Bündelrohre.

Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

•to F i g. 1 die schematische Darstellung des Bündelrohrwärmetauschers im Längsschnitt;

F i g. 2 den Längsschnitt durch ein Bündelrohr im vergrößerten Maßstab;

F i g. 3 den Schnitt nach IH-IIl der F i g. 1.

Der Bündelrohrwärmetauscher besteht aus einem Gehäuse 1, in dem eine Vielzahl von einander parallel geschalteten Bündelrohren 2 untergebracht ist. Jedes Bündelrohr 2 besteht aus einem Mantelrohr 3, in dessen Innerem ein Bündel von Einzelrohren 4 untergebracht ist. Die Einzelrohre 4 sind mit ihren offenen Enden in Rohrboden 5 und 5a befestigt, die ihrerseits an dem Mantelrohr 3 befestigt sind.

Der erste Wärmeträger, dessen Ein- und Austritt durch Stützen 10 bzw. 10a in F i g. 1 durch kurze Pfeile angedeutet ist, umströmt also die Mantelrohre 3 von außen und durchströmt die Einzelrohre 4.

Der Eintritt des zweiten Wärmeträgers ist durch einen durchgehenden langen Pfeil und der Austritt des zweiten Wärmeträgers durch einen langen gestrichelten pfeil angedeutet. Der zweite Wärmeträger durchströmt in jedem der Bündelrohre den Raum zwischen den Einzelrohren 4, d. h. er bespült die Innenfläche der Mantelrohre 3 und die Außenfläche der Einzelrohre 4. Der Einlaß ist in dem einen Rohrboden 5 und der Auslaß in dem anderen Rohrboden 5a ausgeführt.

Zwischen den Bündelrohren 2 sind über deren ganze Länge Verdrängerkörper 6 eingesetzt, durch welche die Gleichheit der Wärmeabgabezahl innerhalb der Einzel-

rohre 4 und zwischen den Bündelrohren 2 erreicht wird.

Die Zu- und Ableitung des zweiten Wärmeträgers geschieht durch zusätzliche Rohrböden 7, 7a im Gehäuse 1 zu beiden Seiten der Bündelrohre 2. Von jedem zusätzlichen Rohrboden 7 und 7a gehen soviel Zufuhr- bzw. Abfuhrrohre 8, 8a aus, wie Bündelrohre vorhanden sind, und jedes mündet in dan Rohrboden 5, 5a der Bündelrohre.

Die Zu- bzw. Abfuhrrohre 8, Sa münden zentral in jedem Rohrboden 5, 5a, und an dieser Stelle befindet sich im Innren jedes Bündelrohrs ein Verdrängerkörper 9, der eine gleichmäßige Verteilung des zweiten Wärmeträgers im Zwischenrohrraum des Bündelrohrs 2 sichert. Falls der zweite Wärmeträger ein kondensierendes Medium ist, entfällt die Notwendigkeit, einen Verdrängerkörper 9 vorzusehen.

Die zusätzlichen Rohrboden 7,7a sitzen in halbkugelförmigen Deckeln 11,11 a, an die zur Zufuhr bzw. Abfuhr des zweiten Wärmeträgers Stutzen 12, 12a angeschweißt sind.

Im Betrieb des Wärmetauschers wird über den Rohrstutzen 10 der erste Wärmeträger, beispielsweise Niederdruckdampf, in das Gehäuse 1 eingeleitet, von wo er in die Einzelrohre 4 jedes Bündelrohrs 2 und in die Räume zwischen den Bündelrohren eintritt, so daß er die Außenflächen der Mantelrohre 3 und die Innenflächen der Einzelrohre 4 bespült. Durch den Stutzen 12 wird der zweite Wärmeträger, beispielsweise Hochdruckdampf, eingeleitet, der durch die Zufuhrrohre 8 in den Raum zwischen den Einzelrohren 4 innerhalb der Bündelrohre 2 gelangt und die Außenfläche der Einzeirohre 4 und die Innenfläche der Mantelrohre 3 bespült. Es findet eine Überhitzung des Niederdruckdampfes statt

Nach erfolgtem Wärmetausch wird der überhitzte Niederdruckdampf über den Stutzen 10a entnommen, und der kondensierte Hochdruckdampf wird durch die Abführuugsrohre 8a abgeleitet und tritt über den Austrittsstutzen 12a heraus.

Die Verdrängerkörper 6 bewirken das erforderliche Verhältnis zwischen dem Teil des Niederdruckdampfes, der im Inneren der Einzelrohre 4 durchströmt, und dem

ίο Teil des Niederdruckdampfes, der innerhalb des Gehäuses 1 durch die Räume zwischen den Mantelrohren 3 durchströmt, wobei dieses Verhältnis so gewählt ist, daß die Temperaturen bzw. die Wärmedehnungen der Einzelrohre 4 und der Mantelrohre 3 gleich werden.

Bei dieser Betriebsweise erfordern die Bündelrohre 2 keine Vorrichtung zum Ausgleich von Temperaturausdehnungen und können daher aus geraden Rohren für beliebige Temperaturen der Wärmeträger gefertigt werden, wodurch eine größtmögliche Vereinfachung des Wärmetauscheraufbaus erreicht wird.

Bei der Fertigung der Bündelrohre sind alle Verbindungsstellen zur Endkontrolle leicht zugänglich, und während des Betriebes des Wärmetauschers kann jede Leckstelle in den Verbindungen leicht gefunden werden. Hierzu muß zunächst das Gehäuse 1 einer Druckprobe unterworfen werden, bei welcher das defekte Bündelrohr 2 schnell gefunden wird, und anschließend wird ein Abdrücken dieses Bündelrohrs 2 durchgeführt, bei welchem das beschädigte Einzelrohr 4 gefunden v/ird, das dann in den Bündelrohrböden 5, 5a verstopft wird. Unter Umständen kann bereits nach Lokalisieren des defekten Bündelrohrs dieses verschlossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Bündelrohrwärmetauscher mit parallelen Bündelrohren, deren jedes aus einem besonderen Mantelrohr mit einer Mehrzahl von einzelnen geraden Rohren besteht, die vom ersten Wärmeträger durchströmt sind und mit ihren offenen Enden an Rohrboden befestigt sind, die ihrerseits am Mantelrohr befestigt sind, und deren jeder eine Durchlaß-Öffnung für den zweiten Wärmeträger besitzt, der den Raum zwischen den Einzelrohren innerhalb der Mantelrohre durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einbau der Bündelrohre (2) in ein zylindrisches Gehäuse (1), in das der erste Wärmeträger eingeleitet wird, die Bündelrohre (2) mit den Rohrboden (5) so angeordnet sind, daß sie von diesem umspült werden, daß in der Zylinderwand des Gehäuses (1) ein Einlaß (il, 7) und ein Auslaß (Ha, Ta) für den zweiten Wärmeträger vorgesehen sind, die mit den Durchlässen der Rohrboden (5) verbunden sind, und daß im Raum zwischen den Bündelrohren (2) über deren ganze Länge Verdrängerkörper (6) eingesetzt sind.