DE2651940A1

DE2651940A1 - Doppelrohr-waermeuebertrager

Info

Publication number: DE2651940A1
Application number: DE19762651940
Authority: DE
Inventors: Markus Freymond
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-11-05
Filing date: 1976-11-13
Publication date: 1978-05-18
Also published as: FR2370250B1; DE2651940C3; CH614284A5; DE2651940B2; FR2370250A1

Description

P. 5105

Gebrüder S TJ L Z E R Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz

Popp elrohr-Wärmeübertrager

Die Erfindung betrifft einen Doppelrohr-Wärmeübertrager, bei dem parallele Sackrohre mit ihren offenen Enden an einer ersten Rohrplatte dichtend angeschlossen sind, bei dem ferner beidseitig offene, parallele, gerade Innenrohre an einer zweiten Rohrplatte befestigt sind, und jedes der Innenrohre konzentrisch in je ein Sackrohr hineinragt und bis nahe an dessen geschlossenes Ende heranreicht.

Im Reaktorbau und in der chemischen Verfahrenstechnik müssen oft Wärmeübertrager im Laufe ihrer Lebensdauer mehrfach, beispielsweise jährlich, auf Schaden geprüft werden. Bei gewöhnlichen, beidendig mit Rohrplatten versehenen Geradrohr-Wärmeübertragern bieten solche wiederholten Prüfungen keine Schwierigkeiten.

Bei Wärmeübertrager der eingangs genannten Art ist es bekannt, den Rohrboden der Innenrohre demontierbar anzuordnen, so dass das Bündel mit dem Baden als Ganzes ausgebaut werden kann (US-PS 3,887,003). Es hat sich nun gezeigt, dass der Wiedereinbau der Innenrohre, besonders wenn diese relativ lang sind, mühsam und

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zeitaufwendig ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Konstruktion zu schaffen, bei der die wiederholten Prüfungen und Ueberwachungen einfacher und rascher durchzuführen sind.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Innenrohre in der ihnen zugeordneten Rohrplatte lösbar derart form- und/oder kraftschlüssig verankert sind, dass sie durch diese Platte hindurch einzeln ausziehbar sind.

Die neue Konstruktion erlaubt es, die Rohrplatten für die Innenrohre an Ort und Stelle zu belassen, die Innenrohre einzeln aus ihr herauszuziehen und nach der Ueberprüfung auch wieder Stück für Stück einzeln in die jeweiligen Sackrohre zurückzuführen; diese werden bei ausgebautem Innenrohr vorteilhafterweise gleichzeitig mit dem jeweils gerade herausgezogenen Innenrohr vor dessen Wiedereinbau überprüft und notfalls ausgewechselt.

Für ein derartiges Auswechseln der Sackrohre ist es zweckmässig, wenn der Aussendurchmesser des Innenrohres im Bereich der ihm zugeordneten Rohrplatte grosser ist als der maximale Aussendurchmesser des zugehörigen Sackrohres.

Vorteilhafterweise können in den Innenrohren Mittel vorgesehen sein, die diese Rohre in den Sackrohren zentrieren und führen und gleichzeitig ihre Schwingungen dämpfen; dafür hat es sich bewährt, wenn an die Innenrohre eine in axialer Richtung fortschreitende Spirale aus einem federnden Flachband angeheftet ist, die im Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck mit abgerundeten Ecken bildet, an dem das Innenrohr als einbeschriebener und das

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Sackrohr als umhüllender Kreis anliegen.

Als Mittel für die lösbare Verankerung der Innenrohre in ihrer Rohrplatte können bei einer zweckmässigen Ausführungsform die Innenrohre am ihrer Rohrplatte zugeordneten Ende diametral gegenüberliegend mit Längsschlitzen versehen sein, die in je einem Querschlitz enden, wobei die Innenrohre weiterhin auf ihrer Aussenseite, rechtwinklig zu den Längsschlitzen angeordnete, über einen Teil ihres Umfangs Querrippen tragen, die in entsprechenden Nuten in ihrer Durchtrittsbohrung durch die Rohrplatte eingreifen. Für fluchtend hintereinander liegende Innenrohre ist es weiterhin möglich, diese durch je ein die Längsschlitze durchsetzendes gemeinsames Sicherungselement zu sichern.

Eine andere vorteilhafte Konstruktion kann darin bestehen, dass die lösbare Verbindung der Innenrohre an ihrer Rohrplatte bajonettverschlussartig ausgebildet und darüberhinaus mit Mitteln zur drehfesten Verankerung eines Werkzeuges versehen sind.

Eine weitere Möglichkeit für die erfindungsgemäss lösbare Halterung der Innenrohre in ihrer Rohrplatte kann schliesslich mit Hilfe von exzentrischen Schrauben erfolgen, die über den Rand der Innenrohre greifen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines Reaktor-Druckgefässes aus Betonj

Fig. 2, 3 und 5 veranschaulichen in je einem Längsschnitt durch ein Innenrohr im Bereich der.ihm zugeordneten Rohrplatte

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je eine Konstruktion für die lösbare Verankerung;

Fig. 4 gibt ein Montagewerkzeug zu der Konstruktion nach Fig. 3 wieder;

Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines kurzen Abschnittes eines Sackrohres und zeigt ein Teilstück eines Innenrohres eingebettet in das Sackrohr mit Hilfe von einer führenden und schwingungsdämpfenden Spirale;

Fig. 7 schliesslich gibt den Schnitt VII-VII von Fig. 6 wieder, gesehen in Richtung auf die die Rohre tragenden Rohrplatten.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Wärmeübertrager Teil eines Reaktorkreislaufs; der Reaktor wird durch Helium gekühlt. Dieses treibt eine Turbine an, wird anschliessend zunächst in einem Rekuperator und sodann in einem nachgeschalteten Kühler zurückgekühlt, bevor es verdichtet, im Rekuperator wieder aufgewärmt und schliesslich dem Reaktor wieder zugeführt wird.

Im Druckgefäss 1 (Fig. 1) ist eine im wesentlichen zylindrische Kaverne 2 vorgesehen, die mit einem Blechfutter 3 ausgekleidet ist. Im unteren Teil erweitert sich die Kaverne 2 zu einem Vorraum 4, während sie oben konisch verengt ist und in einen zylindrischen Kanal 5 übergeht. Am Uebergang zur Erweiterung 4 ist an das Futter 3 ein Rohrstück 10 angesetzt, das unten durch einen Rohrboden 11 mit Flansch 12 abgeschlossen ist. Im Rohrboden 11 sitzt ein Bündel vertikal stehender, in einem versetzten Gitter angeordneter Sackrohre 15, deren freies, oberes Ende 16 kalottenförmig geschlossen ist. Das Bündel der Sackrohre 15 ist auf ganzer Länge von einem zylindrischen Hemd 20 umgeben,

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das durch auf den Umfang mit Abstand verteilte Flacheisenstücke 21 auf dem Rohrboden 11 abgestützt ist. Das Hemd 20 ist von einem Mantel 22 umhüllt, der an einem Konus 23 hängt; dieser ist an einem gewinkelten Krümmer 24 befestigt. Der gewinkelte Krümmer 24 geht in ein Zufuhrrohr 25 über, das durch eine mit einem Futter 27 ausgekleidete, seitliche Oeffnung 26 im Betondruckgefäss 1 zu einer nicht gezeichneten Kaverne des Rekuperators verläuft.

Das Zufuhrrohr 25 ist auf nicht gezeichnete Weise konzentrisch auf dem Futter 27 abgestützt. Der Krümmer 24 ist zusätzlich an einer Lasche 30 aufgehängt, die ihrerseits drehbar an einer Halterung 31 befestigt ist. Diese kragt von einer konischen Zwischenwand 32 aus, die in einem Kragen 35 mit dem Futter 3, in einem zweiten Kragen 36 mit dem Zufuhrrohr 25 und schliesslich in einer Naht 37 mit einem Innenrohr 38 dichtend verbunden ist.

Ueber das Rohr 25 wird in dem nicht dargestellten Rekuperator vorgekühltes Helium dem Bündel der Sackrohre 15 zugeführt. Dieses strömt dem Rohrboden 11 zu und kühlt sich dabei an der äusseren Oberfläche der Sackrohre 15 auf seine Minimaltemperatur ab. Im Bereich des Rohrbodens 11 wird das Helium nach aussen umgelenkt; es gelangt dann durch den Ringraum zwischen dem Mantel 22 und dem Rohrstück 10 bzw. dem Futter 3 und dann durch die von der Zwischenwand 32 bzw. dem Innenrohr 38 umgrenzten Räume zum nicht dargestellten Verdichter. Ein Teilstrom des von diesem verdichteten Heliums strömt als Kühlmedium zwischen dem Futter 3 und dem Innenrohr 38 bzw. der Zwischenwand 32 bzw. zwischen dem

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Zufuhrrohr 25 und dem Futter 27 zurück zum Rekuperator. Die Sackrohre 15 sind auf der Innenseite wassergekühlt. Dies geschieht mit Hilfe von geraden Innenrohren 50, die in den Sackrohren 15 bis nahe an deren geschlossenes Ende reichen und in einem Rohrboden 51 fixiert sind. Der Rohrboden 51 geht in eine zylindrische Wand 52 über, die einen Flansch 53 trägt, der mit dem Flansch 12 des Rohrbodens 11 dicht verbunden ist.

An der zylindrischen Wand 52 ist seitlich ein Stutzen 55 vorgesehen, an dem eine Kühlwasserzufuhrleitung 56 angeschlossen ist. Der Rohrboden 51 wird von einem gewölbten Boden 60, an dem zentral ein Kühlwasserabflussstutzen 61 angeschweisst ist, überspannt. Das Bündel der Innenrohre 50 ist von einer kurzen Trennwand 65, die am Rohrboden 11 befestigt ist, umgeben.

Das Kühlwasser tritt über die Leitung 56 und den Stutzen 55 seitlich in den Ringraum zwischen der zylindrischen Wand 52 und der Trennwand 65 ein, wird dort über den Umfang verteilt, strömt sodann zwischen der Unterkante der Trennwand 65 und dem Rohrboden 51 in den Bereich des Bündels der Innenrohre 50 und von dort, gleichmässig verteilt, durch die ringförmigen Zwischenräume zwischen den Innenwänden der Sackrohre 15 und den Aussenwänden der Innenrohre 50 bis zum oberen Ende der Sackrohre 15, wobei es die Sackrohre kühlt und Wärme aufnimmt. Das erhitzte Wasser tritt sodann durch die offenen, oberen Enden in die Innenrohre 50 ein und verlässt diese unterhalb der Rohrplatte 51, um schliesslich über den Stutzen 61 den Wärmeübertrager zu verlassen.

Für den dargestellten Wärmeübertrager ist jährlich mindestens

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eine Ueberprüfung vorgesehen. Zu diesem Zweck wird ein Zugang zum Vorraum 4 geöffnet und der Boden 60 nach unten weggenommen. Daraufhin werden die Innenrohre 50 durch die Rohrplatte 51 hindurch einzeln nach unten ausgezogen und geprüft, während gleichzeitig das zugehörige Sackrohr 15 durch die Rohrplatte 51 hindurch von innen her untersucht wird. Sind beide Rohre für gut befunden worden, so wird das Innenrohr 50 wieder in das zugehörige Sackrohr 15 eingeführt und in der Rohrplatte 51 verankert. Ist das Innenrohr 50 beschädigt, so wird es ausgewechselt; muss ein Sackrohr 15 ersetzt werden, so wird es mit einem durch die Rohrplatte 51 hindurch operierenden Spezialwerkzeug aus der Rohrplatte 11 herausgebohrt und entfernt, anschliessend wird ein neues Rohr 15 eingebaut und dicht in die Rohrplatte 11 eingeschweisst. Bei diesem schrittweisen Vorgehen entstehen im Gegensatz zu den bekannten Doppelrohr-Wärmeübertragern, bei denen die Innenrohre fest in ihrer Rohrplatte verankert sind, keinerlei Probleme wegen des gleichzeitigen Einfädeins einer grossen Zahl von schwankenden Rohren.

Für die Verankerung der Innenrohre 50 in der Rohrplatte 51 sind drei verschiedene Konstruktionen näher dargestellt.

In Fig. 2 erkennt man ein Innenrohr 50, das in ein Sackrohr ragt; dieses ist in der Rohrplatte 11 durch eine Schweissnaht befestigt. Vom Sackrohr 15 her gesehen geht das Innenrohr 50 zunächst in einen Konus 71 und anschliessend in einen Rohrabschnitt 72 über; dieser hat einen grösseren Aussendurchmesser als das Sackrohr 15, um den erwähnten Ausbau der Sackrohre 15 durch die Rohrplatte 11 hindurch zu ermöglichen. An seinem unteren Ende trägt der Rohrabschnitt 72 einen Aussenrand 73 und fünf

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parallele, zirkuläre Dreiecksrippen 74, die sich über je zwei diametral gegenüberstehende Bereiche des Rohrumfangs erstrecken. Zwischen diesen beiden Bereichen ist das Rohr 72 durch zwei axial verlaufende Längsschlitze 75, die bis zu zwei Querschlitzen verlaufen, gespalten. Der Rohrboden 51 weist dem Aussendurchmesser des Rohrabschnittes 72 entsprechende Bohrungen 80 auf, die in ihrem unteren Bereich je sechs den Rippen 74 entsprechende dreieckförmige Zirkularnuten 81 aufweisen. Im Schlitz 75 verläuft unterhalb des Rohrbodens 51 als Sicherungselement ein sich über mehrere Rohre 50 erstreckender Keilstab 82, der lösbar am Rohrboden 51 befestigt ist.

Zum Ausbau des Rohres 50 wird zunächst der betreffende Keilstab 82 entfernt, so dann ein nicht gezeichnetes, zangenartiges Werkzeug mit in das Rohr 72 eingreifendem Zapfen so im Bereich des Randes 73 angesetzt, dass die beiden gabelartigen Enden des Rohrabschnittes 72 zusammengearückt werden können, wobei die Rippen 74 aus den Nuten 81 ausrasten. In diesem Zustand lässt sich mit dem genannten Werkzeug das Innenrohr 50 durch den Rohrboden 51 hindurch ausziehen. Während das Innenrohr untersucht wird, wird in bekannter Art beispielsweise eine Wirbelstromsonde durch den Rohrboden 51 hindurch in das Rohr 15 eingeführt und dieses geprüft. Anschliessend wird mit dem erwähnten zangenartigen Werkzeug das geprüfte Innenrohr 50 wieder soweit in das Sackrohr eingeführt, bis die Zange am Rohrboden 51 ansteht. Wird nun die Zange geöffnet, so rasten die Rippen 74 wiederum in die Nuten 81 ein. Ist eine ganze Reihe fluchtend hintereinander liegender Rohre 50 durchgeprüft, so wird der Stab 82 in die Schlitze 75 eingelegt und an seinen beiden Snden ge-

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sichert, was nicht gezeigt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist das Rohr 72 eine Nut 83 mit einem O-Ring auf, sowie einen oberen und einen unteren Kranz 84 bzw. 85 von je vier ringförmig angeordneten Nocken. Im Rohr 72 ist ein Innensechskant 86 vorgesehen. Ferner hat das Rohr 72 zwei axiale Längsschlitze 87, in denen, wie in Fig. 2, ein Sicherungsstab 82 verläuft. Die Bohrungen 80 der Rohrplatte 51 sind mit einer Zirkularnut für die vier oberen Nocken 84 und mit vier axial gestossenen Nuten 84' versehen, durch welche nach Art eines Bajonettverschlusses die oberen Nocken 84 eingeführt werden können.

Zur Montage und Demontage des Innenrohres 50 nach Fig. 3 wird ein Montagewerkzeug, von dem Fig. 4 das Kopfende zeigt, benötigt. Der Kopf des Werkzeuges besteht aus einer drehbaren Stange 88 mit einem zylindrischen Teil 89, einem Aussensechskant 90, einem Fortsatz 91 und einem Kaliberteil 92. Die Stange 88 ist im Bereich des zylindrischen Teils 89 von einer Hülse 93 umgeben, die eine Innenzirkularnut 94 und vier, nach Art eines Bajonettverschlusses angeordnete Klauen 95 hat.

Zum Ausbau des Innenrohres 50 nach Fig. 3 wird zunächst der Sicherungsstab 82 entfernt und sodann das Werkzeug axial eingeführt., wobei der Aussensechskant 90 in den Innensechskant 86 eingreift und die unteren Nocken 85 des Innenrohres in die Nut 94 zu liegen kommen. Nun wird die Stange 88 um etwa 30 gedreht, während die Hülse 93 festgehalten wird. Beim Drehen der Stange 88 dreht sich das Rohr 50 mit, wobei die oberen Nocken in die Bereiche der Nuten 84· und andererseits die unteren

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Nocken 85 hinter die Klauen 95 gelangen. Das Werkzeug lässt sich nun mit dem Innenrohr 50 axial wegfahren, worauf Innen- und Sackrohr geprüft werden können. Der Einbau geschieht in umgekehrter- Reihenfolge.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist der Rohrabschnitt 72 am unteren Ende einen 3und 96 auf, in dessen Bereich innen eine dreieckige Nut 97 angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Rohr, nach Entfernen eines Sicherungs-Flacheisens 98, von innen her durch ein einfaches, nicht gezeichnetes Manipulierwerkzeug, das in die Nut 97 eingreift, gefasst. Dann wird eine seitliche, im Fleisch der Rohrplatte 51 zwischen drei Bohrungen 80 angeordnete Schraube 99 mit exzentrischem Kopf so gedreht, dass der Bund 96 freigegeben wird. In diesem Zustand lässt sich das Innenrohr 50 mit Hilfe des Manipulierwerkzeuges ausziehen.

In Fig. 6 und 7 ist das Innenrohr 50 durch eine gewendelte Flachstahlspirale 100 im Sackrohr 15 zentriert geführt. Die Spirale 100, die im Querschnitt etwa einem gleichseitigen Dreieck mit abgerundeten Ecken und nach aussen gewölbten Seiten entspricht, berührt dabei pro Umgang in drei linienförmigen Bereichen das Innenrohr 50 und in drei, dazu um 60 ° versetzten, linienförmigen Bereichen die Innenwand des Aussen- oder Sackrohres 15. Das Element 100 kann beispielsweise durch Punktschweissen am Innenrohr befestigt sein. Es erfüllt Zentrierfunktion und weist gleichzeitig sehr günstige Dämpfungseigenschaften auf.

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Claims

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\1.jDoppelrohr-Warmeübertrager, bei dem parallele Sackrohre mit

ihren offenen Enden an einer ersten Rohrplatte dichtend angeschlossen sind, bei dem ferner beidseitig offene, parallele, gerade Innenrohre an einer zweiten Rohrplatte befestigt sind, und jedes der Innenrohre konzentrisch in je ein Sackrohr hineinragt und bis nahe an dessen geschlossenes Ende heranreicht, dadurch gekennzeichnet , dass die Innenrohre (50) in der ihnen zugeordneten Rohrplatte (51) lösbar derart form- und/oder kraftschlüssig verankert sind, dass sie durch diese Platte (51) hindurch einzeln ausziehbar sind.
2. "Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohre (50) mit Mitteln (100) zu ihrer zentralen Führung im Sackrohr (15) ausgerüstet sind.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur zentralen Führung an die Innenrohre (50) eine in axialer Richtung fortschreitende Spirale (100) aus einem federnden Flachband angeheftet ist, die im Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck mit abgerundeten Ecken bildet, an dem das Innenrohr (50) als einbeschriebener und das Sackrohr (15) als umhüllender Kreis anliegen.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohre (50) am ihrer Rohrplatte (51) zugeordneten Ende diametral gegenüberliegend mit Längsschlitzen (75; 87) versehen

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5. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung (84, 84¹, 85) der Innenrohre (50) in ihrer Rohrplatte (51) bajonettverschlussartig ausgebildet ist.
6. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschlitze (75) in je einem Querschlitz (76) enden, und dass ferner die Innenrohre (50), auf ihrer Aussenseite rechtwinklig zu den Längsschlitzen (75) angeordnet, über einen Teil ihres Umfangs Querrippen (74) tragen, die in entsprechende Nuten (81) in ihrer Durchtrittsbohrung (80) durch die Rohrplatte (51) eingreifen.
7. Wärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Reihe fluchtend hintereinander liegende Innenrohre (50) durch je ein die Längsschlitze (75, 87) durchsetzendes, gemeinsames Sicherungselement (82) gesichert sind.
8. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohre (50) mit Mitteln (86) zur verdrehfesten Verankerung eines Werkzeugs (88) versehen sind.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrohre (50) durch über ihren Rand (96) greifende, exzentrische Schrauben (99) in der Rohrplatte (50) gehalten sind.
10. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des Innenrohres (50) im Bereich der ihm zugeordneten Rohrplatte (51) grosser ist als der maximale Aussendurchmesser des zugehörigen Sackrohres (15).

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