DE3148132C2

DE3148132C2 - Wärmetauscher, insbesondere stehender Speisewasservorwärmer mit Dampfnässeabscheider

Info

Publication number: DE3148132C2
Application number: DE19813148132
Authority: DE
Inventors: Erich 8524 Neunkirchen Netsch; Wilhelm Dr. Roller; Richard 8520 Erlangen Welch
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1981-12-04
Publication date: 1984-02-02
Also published as: JPS58104403A; DE3148132A1; JPH0381041B2

Abstract

Wärmetauscher, insbesondere stehender Speisewasservorwärmer, wie Hochdruckvorwärmer, mit einem im Bereich des Dampfeintritts vorgesehenen Dampfnässeabscheider, der mehrere aus Stangen bestehende Profilreihen aufweist, die zwischen den Rohren des Wärmetauschers und der Dampfeinströmung angebracht sind, wobei die Spalte zwischen den benachbarten Stangen der Profilreihen (6a, 6b, 6c) von Profilreihe zu Profilreihe, in Richtung auf die Röhre des Wärmetauschers gesehen, versetzt angeordnet sind. Die Stangen sind als Rohre (6) ausgeführt, und die Öffnungen sind durch eine die Länge der Rohre im wesentlichen überstreichende Kannelierung (16) gebildet. Die Kannelierung (16) befindet sich im wesentlichen in Flucht mit der Richtung (3Δ) der Dampfeinströmung. Die Kannelierung (16) pro Profilreihe (6a, 6b, 6c) ist jeweils auf der der Dampfeinströmung abgewandten und/oder zugewandten Seite der Rohre (6), pro Rohr dagegen lediglich einseitig angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, insbesondere stehenden Speisewasservorwärmer, wie Hochdruckwärmer, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Wärmetauscher, insbesondere Speisewasservorwärmer, ist durch die DE-AS 27 20 812 bekannt Mit diesem bekannten Wärmetauscher ist bereits die Aufgabe gelöst, große Wassertropfen des vorzuwärmenden Naßdampfes in ihrer Geschwindigkeit abzubremsen und zu zerteilen, so daß keine großen Wassertropfen hoher Geschwindigkeit mit dem Dampfstrom in das Heizrohrbündel gelangen können. Die stangenförmigen Profilreihen wirken als »Prallharfe«, die einen Erosionsschutz für die Heizrohre bildet

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugpinde, die »Prallharfe« soauszubilden und anzuordnen, daß ihr Abscheidegrad für die Dampfnässe verbessert ist. Dadurch soll ermöglicht sein, die Erosion an den Heizrohren zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Wärmetauscher, insbesondere stehenden Speisewasservorwärmer, gemäß Gattungsbegriff durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 9 enthalten. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die Fang- und Ableit-Wirkung der Profilreihen in bezug auf die im Medienstrom (vorwiegend Dampf) mitgeführte Flüssigkeit verbessert ist. Eine bevorzugte Ausführung besteht im Gegenstand des Anspruchs 3. Dabei wird die Flüssigkeit gemeinsam mit einem Teil des zuströmenden Mediums in die Hohlräume der ersten Profilreihe gedrückt. Hier erfolgt eine Ableitung der Flüssigkeit. Die geometrische Anordnung der Rohrreihen wird so festgelegt, daß kein direkter Durchtritt der im zuströmenden Medium enthaltenen Flüssigkeit zur Heizfläche möglich ist. Eine preisgünstige Ausführung der aus einer verschleißfesten und korrosionsbeständigen Stahllegierung bestehenden Profilreihen besteht in längsgeschlitzten Rohren (Anspruch 6). Dies können gezogene Stangenprofile sein.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in der vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, diese noch näher erläutert. Es zeigt in teils vereinfachter, schematischer Darstellung

Fig. 1 einen stehenden Hochdruckvorwärmer in einem Längsschnitt;

F i g. 2 die Einzelheit X aus Fig. 1, vergrößert, aus der die Profilreihen der Prallharfe in Seitenansicht hervorgehen;

Fig.3 den Schnitt 11I-III aus Fig.2 vergrößert im Ausschnitt und um 90° gedreht;

Fig.4 in entsprechender Darstellung zu Fig.3 eine Abwandlung, bei der die Schlitze auch der ersten Profilreihe auf der der Dampfzuströmung abgewandten Seite angeordnet sind;

F i g. 5 ein einzelnes Rohr der Profilreihen, perspektivisch, mit in Rohrlängsrichtung einander überlappenden Schlitzen zweier Schlitzreihen (drittes Ausführungsbeispiel), und

Fig. 6 ein einzelnes Rohr mit als Auffangrinne

ausgebildeter Kannelierung, die am Grunde mit den Wasserableitöffnungen versehen ist

Der in F i g. 1 dargestellte Speisewasservorwärmer in stehender Bauweise dient z. B. als Hochdruckvorwärmer innerhalb des Sekundärkreislaufes eines Druckwasserkernkraftwerkes, wie es in der Zeitschrift »Atomwirtschaft« 1974, Seite 411, Abbildung 2, HD-Vorwärmer 40, dargestellt ist Der als Ganzes mit VlV bezeichnete Vorwärmer hat ein im wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 1 mit Bodenkalotte 1.1 und Deckkalotte 1.2 und ist mitteis Tragpratzen 2, die am Umfang seiner oberen Gehäusehälfte befestigt sind, an einer nicht näher dargestellten Tragkonstruktion aufgelagert Der von einem Naßdampfeintrittsstutzen 3a gebildete Dampfeintritt 3 ist auf den als sogenannte Prallharfe ausgebildeten Dampfnässeabscheider 4 ausgerichtet dessen Profilreihen 6a, 6b, 6c (vgl. auch F i g. 2 und 3) einerseits zwischen der Dampfeinströmung 3 und andererseits zwischen den Rohren 5 des Speisewasservorwärmers VlV angebracht sind. Wie es F i g. 3 zeigt sind die Spalte d zwischen den einander benachbarten Rohren 6 der Profilreihen 6a. 6b, 6c von Profilreihe zu Profilreihe, in Richtung auf die Rohre 5 des Speisewas-, servorwärmers VlVgesehen, versetzt angeordnet

Im übrigen sind in Fig. 1 bezeichnet: Mit 5a der sogenannte kalte Schenkel und mit 5a der sogenannte warme Schenkel des U-Rohrbündels Sab der wärmetauschenden Rohre 5, deren Enden in dem Rohrboden 7 gefaßt sind, wobei der Rohrschenkel 5a über die Eintrittskammer 8e mit dem Speisewasser-Eintrittsstutzen E1 und der Schenkel 5b des Rohrbündels 5ab übsr den Kammerraum 8a mit dem Austrittsstutzen A 1 verbunden ist. Der Kammerraum 8a ist von der Kammer 8e durch ein Trenngehäuse 8.1 abgetrennt, welches sich etwa konisch in Richtung auf die Rohrmündungen im Rohrboden 7 erweitert Das Rohrbündel 5ab wird von einem Mantelblech oder Dampfmantel 9 umgeben, welcher eine Öffnung 10 zur Aufnahme der Rohre 6 der Prallharfe 4 aufweist (siehe auch F i g. 2). Der Dampfmantel 9 ist mittels gitterförmiger Stützkonstruktionen 9.1 im Bereich des Rohrbodens 7 und 9.2 im Bereich der Nebenkondensat-Eintrittsstelle U gehaltert. 12 ist ein im Bereich der Bodenkalotte 1.1 angeordneter Stutzen eines geregelten Nebenkondensatablaufes, der es ermöglicht, den Wasserstand auf das gewünschte Niveau zwischen HW und NW auf einen Regelwasserstand, z. B. MW, einzuregulieren. Die drei genannten Wasserstände sind durch horizontale Niveaulinien angedeutet Der Naßdampf, dessen Dampfnässe beim Hindurchtreten durch die Prallharfe 4 bereits einer Vorabscheidung unterworfen wurde, durchströmt dann zick-zack- bzw. mäanderförmig das Rohrbündel in beiden Richtungen, gibt dabei im innigen Kontakt mit den wärmetauschenden Rohren 5 seine Verdampfungswärme ab und kondensiert, d. h. läuft an den Rohren 5 abwärts zum Kondensatsammeiraum 12a ' im Bereich der unteren Kalotte 1.1. Mit 14 und 15 ist je ein Inspektionsstutzen im Bereich der Coden- bzw. Deck-Kalotte 1.1,1.2 bezeichnet, die jeweils durch einen Blindflansch verschlossen sind und eine Begehbarkeit der Kammerräume 8a, 8e bzw. 12a ermöglichen. Durch den Nebenkondensat-Eintritt 11 wird Kondensat mit einem höheren Druck- und Temperaturniveau eines vorgeschalteten Vorwärmers zugeführt, wodurch die vorwärmende Wirkung des bei 3 eintretenden Naßdampfes unterstützt wird. Auf diese Weise wird die gewünschte Vorwärmung des bei El eintretenden und bei A 1 wieder entnommenen Speisewassers erzielt. Die

Dampfströmungspfeile des bei 3 eintretenden Naßdampfes sind mit 3' bezeichnet

Die öffnungen der Rohre 6 zur Einleitung der Dampfnässe in die Rohre 6 sind durch eine die Länge der Rohre 6 überstreichende Kaanelierung 16 gebildet (siehe F i g. 3). Dabei befindet sich die Kannelierung 16 im wesentlichen in Flucht mit der Richtung 3' der Dampfeinströmung. Die Rohre 6 bestehen aus einer verschleißfesten Legierung, insbesondere aus austenitischem Stahl Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 befindet sich die Kannelierung 16 bei der ersten Profilreihe 6a auf der der Dampfeinströmung 3' zugewandten Seite, bei den weiteren Profilreihen 6b, 6c dagegen auf der der Dampfeinströmung 3' abgewandten Seite. Dadurch wird die Naßdampf in Tropfenform enthaltende Flüssigkeit gemeinsam mit dem zuströmenden Medium in die Hohlräume 17 der Rohre 6 der ersten Profilreihe 6a gedrückt. Hier erfolgt eine Ableitung der Flüssigkeit (Strömung abwärts). Restliche Teilmengen gelangen auf die weiteren Profilreihen 6b, 6c, umströmen das Rohrprofil zur dampfeinströmungsabgelegenen Seite und gelangen in das Innere der dritten Profilreihe 6c entsprechend zur Profilreihe 6b. Die Profilreihen 6a bis 6c (es könnten auch mehr als drei Profilreihen vorgesehen sein) wirken also als Tropfenbarriere und damit als Erosionsschutz für die wärmetauschenden Rohre 5 und zugleich als wirksame Abscheideeinrichtung. Die Rohre 6 nach Fi g. 3 sind durchgehend längsgeschlitzt und — wie es F i g. 2 zeigt — mit ihren oberen und unteren Enden in einer zugehörigen oberen und unteren Befestigungsplatte 18, 19 gehalten. An der unteren Befestigungsplatte 19 erstreckt sich ein Bordblech 20 aufwärts; es bildet eine Barriere dagegen, daß an der Oberseite die Befestigungsplatte 19 sich ansammelnde Flüssigkeitsmengen durch den Dampfstrom in das Rohrbündel 5a£> mitgerissen werden können. Die Befestigungsplatten 18, 19 sind am Innenumfang der den Naßdampf-Durchtritt definierenden öffnung 10 des Mantelbleches 9 gehalten. Von der unteren Befestigungsplatte 19 erstreckt sich in etwa als Fortsetzung des Bordbleches 20, d. h., auf der Dampfabströmseite der Befestigungsplatte 19, eine Blechschürze 21 nach unten. Die untere Befestigungsplatte 19 ist ferner von einer über den Umfang des Mantelbleches 9 hinaus nach außen abgebogenen Mantelblechpartie 9a gehalten, welche mit der Blechschürze 21 einen nach unten führenden Nässesammeiraum 22 begrenzt, von dem die aus den Profilreihen 6a bis 6c gesammelten Dampfnässeströme am Innenumfang des Mantelbleches 9 nach unten strömen können. Der Abströmvorgang wird, wie es Fig. 2 in Verbindung mit Fig.3 verdeutlicht, dadurch ermöglicht, daß vor der Prallharfe 4 ein größerer Druck als hinter der Prallharfe 4 bzw. als im U-förmigen Rohrbündel 5ab des Vorwärmers VW herrscht. In diesem Raum des geringeren Druckes wird also die von der Prallharfe 4 abgefangene Flüssigkeit so abgeleitet, daß sie beruhigt an der Innenwand des Mantelbleches 9 abströmen kann. Wie erwähnt, verhindern dabei das Bordblech 20 und die Blechschürze 21 einen Wiedereintritt der abgeschiedenen Flüssigkeit in das Rohrbündel.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig.4 sind gleichfalls die Rohre 6 für die Prallharfe 4 verwendet, die in ihrem der Naßdampfeinströmung 3' ausgesetz;en Bereich durchgehend geschlitzt sind. Die Schlitze 16 sind dabei alle auf der der Dampfeinströmung 3' abgewandten Seite (aber in Flucht mit dieser) angeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.5 besteht die Kannelierung 16 aus in Rohrlängsrichtung aufeinanderfolgenden Teilstücken 160 entsprechender langlochartiger öffnungen, wobei die Teilstücke mindestens zweier benachbarter Teilstückreihen 160a, 1606, wie dargestellt, einander in Rohrlängsrichtung überlappen.

Beim vierten Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 besteht die Kannelierung 16 aus einer Wandvertiefung 161 von etwa V-förmigem Querschnitt, welche sich in Rohrlängsrichtung erstreckt und an deren Grunde sich Wasserableitungsöffnungen in Form von Langlöchern 162 befinden. Es ergibt sich dadurch ein angenähert nierenförmiger Querschnitt des Rohres 6. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Beispiele nach Fig.5 und 6 entsprechend zu derjenigen nach F i g. 3 und 4. Diese Rohr-Ausführungen wären entsprechend zu Fig. 2 zu befestigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher, insbesondere stehender Speisewasservorwärmer, wie Hochdruckvorwärmer, mit einem im Bereich des Dampfeintritts vorgesehenen Dampfnässeabscheider, der mehrere aus Rohren bestehende Profilreihen aufweist, die zwischen den Rohren des Wärmetauschers und der Dampfeinströmung angebracht sind, wobei die Spalte zwischen den benachbarten Rohren der Profilreihen von Profilreihe zu Profilreihe, in Richtung auf die Rohre des Wärmetauschers gesehen, versetzt angeordnet sind, und wobei die Rohre der Profilreihen zumindest teilweise mit Öffnungen zur Einleitung der Dampfnässe in den Hohlraum versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch eine die Länge der Rohre (6) im wesentlichen überstreichende Kannelierung (16) gebildet sind und daß die Kannelierung (16) sich im wesentlichen in Flucht mit der Richtung (3') der Dampfeinströmung (3) befindet.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kannelierung (16) pro Profilreihe (6a, 6b, 6c) jeweils auf der der Dampfeinströmung (3) abgewandten und/oder zügewandten Seite der Rohre (6), pro Rohr dagegen lediglich einseitig angeordnet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bei der ersten, der Dampfeinströmung unmittelbar ausgesetzten Profil- Jo reihe (6a) die Kanneiierung auf der Zuströmseite der Rohre (6), dagegen bei den übrigen Profilreihen (6b, 6c) auf der Abströmseite der Rohre (6) angeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch η gekennzeichnet, daß die Kannelierung (6) sich durchgehend in Längsrichtung erstreckt.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kannelieruug (6) aus in Rohrlängsrichtung aufeinanderfolgenden Teilstükken (160) besteht und die Teilstücke (160) mindestens zweier benachbarter Teilstückreihen (160a, \6üb) einander überlappen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch durchgehend längsge- « schlitzte Rohre (6) für die Profilreihen (6a, 6b, 6c).

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kannelierung (6) aus Wandvertiefungen (161) besteht, an deren Grunde sich Wasserableitöffnungen (162) befinden.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Profilreihen in Durchgangsbohrungen einer unteren und in einer oberen Befestigungsplatte gehalten sind und sich auf der Dampfabströmseite der unteren Befestigungsplatte ein Bordblech aufwärts erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsplatten (18, 19) am Innenumfang der den Naßdampf-Durciitritt definierenden Öffnung (10) eines Mantelbleches (9) gehalten sind und daß sich von der unteren Befestigungsplatte (19) auf deren Dampfabströmseite eine Blechschürze (21) abwärts erstreckt.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Befestigungsplatte (19) von einer über den Umfang des Mantelbleches ^ΒΓ> (9) hinausgehenden Mantelblechpartie (9a) gehalten ist. welche mit der Blechschürze (21) einen Nässesammelraum (22) begrenzt, von dem sie aus den Profilreihen (6a, 6b, 6c) gesammelten Dampfnässeströme am Innenumfang des Mantelbleches (9) nach unten strömen.