DE2617399A1

DE2617399A1 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2617399A1
Application number: DE19762617399
Authority: DE
Inventors: Hilmar Ing Grad Seifers
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-04-21
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1977-11-10
Also published as: ZA771814B; BR7701924A

Description

(H 911)

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

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H 76/26

De/Vo

21.4.1976

Wärmetaus eher

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Wickel aus lagenweise um ein Kernrohr angeordneten und in Rohrböden zusammengefaßten Wärmetauschrohren und mit einem äußeren Mantel.

Derartige Wärmetauscher werden beispielsweise in der Tieftemperatur-Verfahrensteohnik oder in Urananreieherungsanlagen, die nach dem Trenndüsenverfahren arbeiten, verwendet. Insbesondere in Urananreicherungsanlagen ist es erforderlich, daß die Wärmetauscher hohen Sieherheitsanforderungen entsprechen sowie in einfacher Weise und in kürzester Zeit repariert werden können. Eine hohe Sicherheit wurde bei derartigen Wärmetauschern

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durch den Einsatz von Bimetallrohren für die Wärmetauschrohre erreicht und die Reparaturmögllchkeit durch austauschbaren Einbau des Wickels aus lagenweise um ein Kernrohr angeordneten Wärmetausehrohren verbessert. Ein solcher Wärmetauscher ist Jedoch sehr teuer. Trotzdem gestaltet sich eine Reparatur oder eine Wartung des Wickels aufwendig unjd zeitraubend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der hohen Sicherheitsanforderungen entspricht, der kostengünstig herstellbar ist und bei dem Reparatur- und Wartungsarbeiten dennoch in einfacher Weise und in kurzer Zeit durchgeführt werden können, so daß dabei nur kurze Ausfallzeiten anfallen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrböden über Zwischenstücke mit dem äußeren Mantel verbunden sind, wobei die Wärmetauschrohre seitlich bis an die Innenseite des äußeren Mantels geführt sind und dort in den Rohrböden enden.

Durch den Einsatz von Zwischenstücken zur Befestigung der Rohrböden am äußeren Mantel ist es möglich, die Wärmetauschrohre einerseits sicher am äußeren Mantel abzustützen und andererseits unterschiedliche, den spezifischen Belastungen angepaßte Werkstoffe für den äußeren Mantel und für die Wärmetauschrohre zu verwenden. Gegebenenfalls erforderliche Reparatur- und Wartungsarbeiten können vorgenommen werden, ohne daß der Wärmetauscher aus der Anlage demontiert werden muß. Nach Entfernen der

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Zu- und Ableitungen sind die Rohrböden freigelegt und Kontrolleinrichtungen, beispielsweise Leckprüfsonden können eingeführt werden. Undichte Rohre brauchen dann nur noch abgeblindet zu werden*

Erfindungsgemäß kann das Kernrohr, der Wickel und der äußere Mantel unlösbar miteinander verbunden sein und eine kompakte Einheit bilden. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung noch wesentlich.

Für eine einfache Führung der wärmetauschenden Fluide erweist es sich bei Wärmetauschern mit mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Wickeln als besonders günstig, wenn das Kernrohr als Strömungskanal ausgebildet ist, wenn zwischen den Wickeln ein Zwischengehäuse und zwischen dem äußeren Wickel und dem äußeren Mantel ein innerer Mantel angeordnet ist, wobei der zwischen äußeren und inneren Mantel gebildete Ringraum und der zwischen inneren Mantel und äußeren Zwischengehäuse gebildete Ringraum strömungsmaßig hintereinandergesehaltet sind.

Eine vorteilhafte Anordnung ergibt eich, wenn die Rohrböden im zwischen äußeren und inneren Mantel gebildeten Ringraum angeordnet sind und wenn der äußere Mantel und das Kernrohr zylindrisch ausgebildet sind und an den Enden einen ihrem Außendurchmesser entsprechenden Flansch aufweisen.

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Insbesondere bei Wärmetauschern für Urananreieherungsanlagen ist es von Vorteil, wenn dem Rohrboden ein Kupplungsstück mit einem Deckel zugeordnet ist, der den Öffnungen des Rohrbodens gegenüberliegende, mittels lösbarer Verschlußorgane verschließbare Öffnungen besitzt. Die Ausfallzeiten infolge von Reparatur- und Wartungsarbeiten können dadurch wesentlich verkürzt werden. Ist das Kupplungsstück mit einer geeigneten Wartungseinrichtung gekoppelt, so können Leckstellen an den Wärmetauscherrohr en ohne Unterbrechung des W&rmetauschbetriebs ermittelt werden. Eine Wartungseinrichtung kann beispielsweise eine Schleuse aufweisen, die das Einführen einer Meß- oder Kontrollsonde in das KupplungsstUck ermöglicht, ohne daß dabei eines der wärmetauschenden Fluide entweichen kann.

An den in den Zeichnungen schematisch dargestellten j Ausführungsbeispielen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Halbschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers und

Figur 2 einen Schnitt eines Kupplungsstücks, an der eine Schleuse angeordnet 1st.

Figur 1 zeigt einen Halbschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Der Wärmetauscher weist von innen nach außen, konzentrisch zueinander angeordnet, ein Kernrohr 1, einen

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inneren Wiokel 2 aus Wärmetauschrohren 3, ein Zwisohengehäuse 4, einen äußeren Wickel 5 aus Wärmetauschrohren, einen inneren Mantel 6 und einen äußeren Mantel 7 auf. Die zwischen dem Kernrohr 1 und dem Zwischengehäuse 4, dem Zwischengehäuse 4 und dem inneren Mantel 6 sowie dem inneren 6 und dem äußeren 7 Mantel gebildeten Ringräume dienen als Strömungskanäle. Der Hohlraum des Kernrohres 1 ist ebenfalls als Strömungskanal ausgebildet. Die zwischen äußeren 7 und inneren 6 Mantel und zwischen inneren Mantel 6 und Zwischengehäuse 4 befindlichen Ringräume sind strömungsmäßig hintereinandergesehaltet. Dies ist durch eine ringförmige Platte 8 ermöglicht, die den äußeren Mantel 7 mit dem Zwischengehäuse 4 dicht verbindet. Der innere Mantel 6 ist dabei nicht bis zur ringförmigen Platte 8 geführt. Das Kernrohr 1, der innere 2 und der äußere 5 Wickel, das Zwischengehäuse 4 sowie der innere 6 und der äußere 7 Mantel sind unlösbar miteinander verbunden und bilden eine kompakte Einheit. Äußerer Mantel 7, Zwischengehäuse 4 und Kernrohr 1 sind zylindrisch und besitzen etwa gleiche Längen. An den Enden des äußeren Mantels 7 und des Kernrohres 1 sind Flansche angeordnet. Der innere Mantel 6 und das Zwischengehäuse 4 weisen in dem der ringförmigen Platte gegenüberliegenden Bereich an ihren Enden ebenfalls Flansche auf. Die Wärmetauschrohre 3 des inneren Wickels sind in Tunnel 9 geführt. Die Tunnel 9 dichten den zwischen Kernrohr 1 und Zwischengehäuse 4 befindlichen Ringraum gegenüber den übrigen Ringräumen ab. Der innere 2 und äußere 5 Wickel sind zusätzlich von einer

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eng anliegenden Manschette 10, 11 umgeben. Die Wärmetauschrohre des inneren Wickele 2 sind durch die Tunnel 9 seitlich bis an die Innenseite des äußeren Mantels 7 geführt. Dort enden sie in Rohrböden 12, Ι}. Die Rohrböden 12, 15 sind über Zwischenstücke 14, 15 mit dem äußeren Mantel 7 verbunden. Die Zwischenstücke 14, 15 sind dabei am äußeren Mantel 7 angeflanscht. Die Rohrböden 12, 13 sind über Dichtungen in den Tunnels 9 geführt. Daher können sie ungehindert thermische Bewegungen ausführen. Die Wärmetauschrohre des äußeren Wickels 5 sind in der gleichen Weise an die Innenseite des äußeren Mantels herangeführt und enden dort ebenso in Rohrböden. Auch diese Rohrböden sind über Zwischenstücke am äußeren Mantel angeflanscht.

Als Zuführungsorgan für das in den Wärmetauschrohren geführte Fluid dient im Bereich der ringförmigen Platte 8 ein Rohrkrümmer 16. Statt des Rohrkrümmers 16 kann aber auch das gleiche Kupplungsstück 17, das an der Stelle des Wärmetauschers angeordnet ist, an der das in den Wärmetauschrohren geführte Fluid abgeleitet wird, angeordnet sein. Das T-förmige Kupplungsstück ist gemeinsam mit dem Zwischenstück I5 am äußeren Mantel 7 angeflanscht. Es besitzt einen Deckel 18, der dem Rohrboden Ij5 gegenüberliegend angeordnet ist. Der Deckel 18 weist Öffnungen 19 auf, die den Öffnungen 20 des Rohrbodens IjJ gegenüberliegen. Die Öffnungen 19 des Deckels 18 sind durch lösbare Verschlußorgane 21 verschlossen. Weiterhin weist das Kupplungsstück I7 einen rechtwinklig dazu verlaufenden Rohrstutzen 22 auf.

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Bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind die Reparatur- und Wartungsarbeiten in einfacher Weise durchführbar. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher muß dazu nicht aus der Gesamtanlage demontiert werden. Nach Entfernen des Rohrkrümmers 16 bzw. des Kupplungsstücks 17 sind die Rohrböden freigelegt und Kontrolleinrichtungen, beispielsweise Leckprüfsenden, können zur Prüfung der Wärmetauschrohre angelegt werden. Undichte Rohre brauchen dann nur noch abgeblindet zu werden. Infolge der Verwendung von Zwischenstücken, die am äußeren Mantel angeflanscht sind, ist es möglich, die Wärmetauschrohre einerseits sicher am äußeren Mantel abzustützen und andererseits unterschiedliche, den spezifischen Belastungen angepaßte Werkstoffe für den äußeren Mantel und die Wärmetauschrohre zu verwenden.

Eine Möglichkeit der Führung der wärmetauschenden Fluide ist durch die eingezeichneten Pfeile angezeigt. Dabei geben die gestrichelten Pfeile die Strömung des in den Wärmetauschrohren geführten Fluids an und die durchgezogenen Pfeile die Strömung des zweiten, in den Ringräumen geführten Fluids.

In Urananreicherungsanlagen, die nach dem Trenndüsenverfahren arbeiten, ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher innerhalb einer Trennstufe an seiner unteren Seite mit einem zweistufigen Verdichter und an seiner oberen Seite mit einem Tank mit Trennrohren gekoppelt. Dabei saugt der Verdichter durch das Kernrohr das mit Uran angereicherte Trägergas, beispielsweise

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Wasserstoff, an und fördert es durch den zwischen inneren Mantel 6 und Zwischengehäuse 4 gebildeten Ringraum. Von dort strömt das Trägergas durch den äußeren Ringraum zum Verdichter zurück, der es in den inneren Ringraum befördert. Danach wird das Trägergas abgezogen und einer anderen Trennstufe zugeführt. Das Kühlwasser strömt innerhalb des durch die Wärmetauschrohre des inneren 2 und äußeren 5 Wickels gebildeten Strömungswege.

Besitzt ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher anstelle von Rohrkrümmern 16 Kupplungsstücke 17* so können insbesondere Wartungsarbeiten ohne Unterbrechung des Wärmetauschbetriebs durchgeführt werden. Dazu ist es erforderlich, an den Kupplungsstücken eine geeignete Schleuse anzuordnen. Eine derartige Schleuse ist in Figur 2 gezeigt.

In Figur 2 ist ein Schnitt eines KupplungsStücks 17, an der eine Schleuse 23 angeordnet ist, dargestellt. Das T-förmige Kupplungsstück 17 besteht im wesentlichen aus einem Rohrstutzen 22 mit Flansch und einem im rechten Winkel dazu angeordneten Rohrstüok 24. Das Rohrstück 24 weist an einem Ende einen Flansch 25 auf, der mittels eines Rings 26 am Flansch 27 des äußeren Behälters 7 befestigt ist. Thermische Bewegungen des Zwischenstücks 15 werden durch den Dichtring 41 ermöglicht, der zwischen Rohrboden 13 und Tunnel 9 angebracht ist. Am Ring 28 ist ein Flansch 29 angeordnet, der das Zwischenstück 15 mit dem äußeren Mantel 7 verbindet. Am anderen Ende des Rohrstücks 24

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ist der Deckel 18 angeschweißt. Der Deckel 18 liegt in einer zur Ebene des Rohrbodens 13 parallelen Ebene. Die Öffnungen 19 des Deckels 18 sind lösbar mittels Verschlußorgane 21 verschlossen und liegen den Öffnungen 20 des Rohrbodens 13 direkt gegenüber. Die Öffnungen 19 des Deckels 18 können größer sein als die Öffnungen 20 des Rohrbodens 13. Am Deckel 18 ist eine Schleuse 23 dicht befestigt. Die topfförmige Schleuse 23 besitzt ein Mittelteil 30 mit einem rohrförmigen Stück und mit daran anschließenden Flanschen 31* 32. Im Boden 33 der Schleuse 23 sind Öffnungen vorgesehen, die den Öffnungen des Deckels 18 und des Rohrbodens 13 fluchtend gegenüberliegen. Diese Öffnungen sind ebenfalls mit lösbaren Verschlußorganen 35 abgedichtet. In einem mittleren Bereich des Mittelteils 30 ist ein Schieber 36 als Absperrorgan eingebaut. Der Schieber 36 ermöglicht einen dichten Abschluß der Schleusenräume 37» 38 gegeneinander. Durch Jeweils eine Öffnung 3^> 19 des Bodens 33 und des Deckels 18 ist eine Leckprüfsonde 39 eingeführt.

Die Schleuse 23 kann entfallen, wenn im Kupplungsstück 17 beispielsweise zwischen Deckel 18 und Rohrstutzen 22 eine Absperreinrichtung, beispielsweise ein Schieber, angeordnet ist. <

Ist eine Wartung oder eine Reparatur erforderlich, so wird die Schleuse 23 am Kupplungsstück 17 befestigt. Danach wird

ein Verschlußorgan 35 entfernt und durch die Öffnung J>K ein nicht

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dargestelltes Werkzeug ein kurzes Stüek in den Schleusenraum 38 eingeführt. Eine gleitende Dicht anordnung 40 verhindert ein Lecken an dieser Stelle, Mit Hilfe des Werkzeugs kann das Verschlußorgan 21 entfernt werden. Ist die Öffnung 19 des Deckels 18 frei, wird das Werkzeug in den Schleusenrauft 38 zurückgezogen und der Schieber 36 geschlossen. Das Werkzeug mit dem Verschlußorgan 21 kann nun durch die Öffnung 3^ entfernt werden. Dann wird durch die Öffnung J>\ die LeekprUfsonde 39, beispielsweise eine Drucksonde, in den Sehleusenraum 38 eingeführt, wobei die gleitende Dichtanordnung 4o wiederum ein Lecken an dieser Stelle verhindert. Nach dem öffnen des Schiebers 36 kann die Leckprüfsonde bis an die Öffnung 20 des Rohrbodens 13 geschoben werden. An der Stirnseite der Leckprüfsonde angeordnete Dichtelemente ermöglichen ein dichtes Anlegen der Leckprüfsonde am Rohrboden. Die Abdichtung zwischen Leckprüfsonde und Rohrboden kann aber auch in anderer Weise erfolgen. Zur Beschleunigung des Prüfvorgangs können gleichzeitig für mehrere Wärmetauschrohre je eine Leckprüfsonde durch die Schleuse eingeführt werden.

Am anderen Ende des so erfaßten Wärmetauschrohres ist In gleicher Weise zu verfahren. Danach können die erforderlichen Lecktests an diesem Wärmetauschrohr durchgeführt werden. Bei einem Leck wird dieses Wärmetauschrohr abgeblindet. Dazu muß üblicherweise der Wärmetauscher stillgelegt werden. Für eine vorläufige Abdichtung, z.B. bis zum Zeitpunkt einer Wartung der

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Gesamtanlage, können LeokprUfsonden als Dichtungseinrichtung belassen werden, so daß keine Betriebsunterbrechung entsteht. Zumindest die Lokalisierung des Defekts kann ohne Unterbrechung des Wärmetauschbetriebs durchgeführt werden. Dadurch wird die Verfügbarkeit, d.h. die Dauer während der der Wärmetauscher einsatzfähig ist, erheblich gesteigert. Dies ist insbesondere in Urananrelcherungsanlagen, die nach dem Trenndüsenverfahren arbeiten, von großem Vorteil, da in derartigen Anlagen eine sehr große Anzahl von Wärmetauschern, beispielsweise 500 Stück, zusammengeschaltet sind.

Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher kann ein oder mehrere Bündel aus Wärmetausehrohren besitzen, wobei die Wärmetauschrohre innerhalb des Bündels gerade ausgebildet oder schraubenförmig oder spiralig gekrümmt sein können. Er eignet sich insbesondere zur Wärmeübertragung zwischen gasförmigen und flüssigen Fluiden.

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Claims

Pat ent ans prü ohe

1·. Wärmetauscher mit einem Wickel aus lagenweise um ein Kernrohr angeordneten und in Rohrböden zusammengefaßten Wärmetauschrohren und mit einem äußeren Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrböden (12, 13) über Zwischenstücke
(14, 15) mit dem äußeren Mantel (7) verbunden sind, wobei
die Wärmetauschrohre (j5) seitlich bis an die Innenseite
des äußeren Mantels (7) geführt sind und dort in den Rohrböden (12, 13) enden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (1)., der Wickel (2) und der äußere Mantel (7) unlösbar miteinander verbunden sind und eine kompakte Einheit bilden.

Wärmetauscher mit mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Wickeln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (1) als Strömungskanal ausgebildet ist, daß zwischen den Wickeln (2, 5) ein Zwischengehäuse (4) und
zwischen dem äußeren Wickel (5) und dem äußeren¹ Mantel (7)

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ein innerer Mantel (6) angeordnet ist, wobei der zwischen äußeren (7) und inneren (6) Mantel gebildete Ringraum und der zwischen inneren Mantel (6) und äußeren Zwischengehäuse (4) gebildete Ringraum strömungsmäßig hint ere inarider geschaltet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrböden (12, IJ) im zwischen äußeren (7) und inneren (6) Mantel gebildeten Ringraum angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (7) und das Kernrohr (1) zylindrisch ausgebildet sind und an den Enden einen ihrem Außendurchmesser entsprechenden Flansch aufweisen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohrboden (13) ein Kupplungsstück (17) mit einem Deckel (18) zugeordnet ist, der den Öffnungen (20) des Rohrbodens (13) gegenüberliegende, mittels lösbarer Verschlußorgane (21) verschließbare Öffnungen (I9) besitzt.