DE3502116A1 - Shell-and-tube heat exchanger with expansion compensation for heat exchange of gases - Google Patents
Shell-and-tube heat exchanger with expansion compensation for heat exchange of gasesInfo
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Abstract
Description
Röhrenbündelwärmeaustauscher mit DehnungsausgleichShell and tube heat exchanger with expansion compensation
für den Wärmeaustausch von Gasen Die Erfindung betrifft einen Röhrenbündelwärmeaustauscher mit Dehnungsausgleich für den Wärme austausch von Gasen; deren Betriebsdrucke sich 'verhältnismäßig wenig unterscheiden. for the heat exchange of gases The invention relates to a shell and tube heat exchanger with expansion compensation for heat exchange of gases; whose operating pressures differ relatively little.
In Röhrenbündelwärmeaustauschern treten wegen der Wärmeausdehnung der verwendeten Konstruktionsmaterialien und den im Betrieb sich einstellenden Temperaturdifferenzen Spannungen zwischen dem Röhrenbündel, den Rohrböden und dem Mantel auf, die zur unerwünschten Verformung des Wärmeaustauschers und bis zu Materialschädigungen führen können.In shell and tube heat exchangers occur because of thermal expansion the construction materials used and the temperature differences that arise during operation Tensions between the tube bundle, the tube sheets and the jacket, leading to unwanted deformation of the heat exchanger and lead to material damage can.
Diese Spannungen werden in bekannten Wärmeaustauschern in der Regel dadurch gemindert oder vermieden, daß die Konstruktionselemente des Wärmeaustauschers mit elastischen Kompensatoren verbunden sind, welche die durch Wärmeausdehnung hervorgerufenen Bewegungen der Konstruktionselemente abfangen. Aus der DE-OS 26 08 977 ist z.B.These tensions are usually present in known heat exchangers thereby reduced or avoided that the structural elements of the heat exchanger are connected with elastic compensators, which are caused by thermal expansion Catch movements of the construction elements. From DE-OS 26 08 977 e.g.
ein Röhrenbündelwärmeaustauscher für Gase bekannt, dessen beide Rohrböden mit dem Mantel des Wärmeaustauschers über elastische Kompensatoren verbunden sind, ringförmige elastische Wärmeausdehnung zulassende Elemente aus relativ dünnem Material. Solche Konstruktionen sind technisch kompliziert, aufwendig in der Herstellung und können bei bestimmten Betriebszuständen zu unerwUnschten Schwingungen des Röhrenbündel s im Wärmeaustauschermantel führen, die Materialschäden verursachen können.a shell and tube heat exchanger for gases known, both of which tube sheets are connected to the shell of the heat exchanger via elastic compensators, annular elastic thermal expansion permitting elements made of relatively thin material. Such constructions are technically complicated, expensive to manufacture and can lead to undesired vibrations of the tube bundle under certain operating conditions s in the heat exchanger jacket, which can cause material damage.
Elastische Kompensatoren am Mantel eines Röhrenbündelwärmeaustauschers bauen in der Regel nur die axialen Spannungen im Röhrenbündel ab.Stellt sich jedoch im Betrieb des Wärmeaustauschers in radialer Richtung über die Rohrböden oder das Röhrenbündel eine unterschiedliche Temperaturverteilung ein, so ergeben sich innerhalb dieser Bauteile Spannungen, die zu plastischen Verformungen und Materialschädigungen führen können.Elastic expansion joints on the shell of a shell and tube heat exchanger usually only relieve the axial stresses in the tube bundle, but it does arise during operation of the heat exchanger in the radial direction via the tube sheets or the Tube bundles have a different temperature distribution, so result within These components have stresses that lead to plastic deformation and material damage being able to lead.
Nach einer anderen bekannten Ausführungsform werden die Rohre eines RöhrenbUndelwärmeaustauschers fest mit dem einen Rohrboden verschweißt, mit dem andern Rohrboden über einzelne Stopfbüchsen für jedes Rohr abgedichtet, die eine freie Ausdehnung der Rohre im zweiten Rohrboden in axialer Richtung zulassen.According to another known embodiment, the Tube of a tube bundle heat exchanger firmly welded to one tube sheet, with the other tube sheet is sealed by means of individual glands for each tube, which allow free expansion of the tubes in the second tube sheet in the axial direction.
Die Herstellung einer großen Zahl von StopfbUchsen ist aufwendig und verbraucht Platz, so daß solche Wärmeaustauscher oft unwirtschaftlich sind und einen zu großen Platzbedarf haben. Bei hohen Gastemperaturen ist die Verwendung von Stopfbüchsen wegen der begrenzten Temperaturbeständigkeit von gut gleitenden Dichtungsmaterialien in Stopfbüchsen eingeschränkt.The production of a large number of stuffing boxes is expensive and consumes space, so that such heat exchangers are often uneconomical and one take up too much space. Stuffing boxes should be used at high gas temperatures because of the limited temperature resistance of good sliding sealing materials restricted in stuffing boxes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach und wirtschaftlich herstellbaren RöhrenbUndelwärmeaustauscher für den Wärmeaustausch von Gasen mit hohen Temperaturdifferenzen zu schaffen, deren Betriebsdrucke sich verhältnismäßig wenig unterscheiden.The invention is based on the object of a simple and economical tube bundle heat exchanger for the heat exchange of gases with to create high temperature differences, the operating pressures of which are proportionate differ little.
Diese Aufgabe wird so gelöst, daß die Rohre des Röhrenbündelwärmeaustauschers mindestens in einem Rohrboden in passenden Bohrungen axial beweglich gelagert sind.This object is achieved in that the tubes of the tube bundle heat exchanger are mounted axially movably in matching bores at least in a tube sheet.
Die Weite des Spaltes zwischen der Rohraußenwand und der Bohrung beträgt hierbei 0,1 bis 1 %, vorzugsweise 0,25 bis 0,5 , des Rohraußendurchmessers an dieser Stelle.The width of the gap between the pipe outer wall and the bore is in this case 0.1 to 1%, preferably 0.25 to 0.5, of the pipe outer diameter on this Job.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die einen Enden der Rohre fest mit dem einen Rohrboden verbunden, die andern Enden der Rohre in passenden Bohrungen des zweiten Rohrbodens axial beweglich gelagert.According to a preferred embodiment, the one ends are the tubes firmly connected to one tube sheet, the other ends of the tubes in matching ones Bores of the second tube sheet mounted so as to be axially movable.
Zur Verstärkung des Drosseleffekts der Spalte zwischen Rohraußenwänden und Bohrungen im Rohrboden auf den Durchtritt von Gas sind in die Innenflächen der Bohrungen Nuten eingefräßt, deren Breite das 5 bis 25 fache der Weite des Spaltes beträgt.To reinforce the throttling effect of the gap between the pipe outer walls and holes in the tube sheet for the passage of gas are in the inner surfaces of the Bores grooves milled in, the width of which is 5 to 25 times the width of the gap amounts to.
Beim Wärmeaustausch zwischen vielen technischen Gasen, z.B. zwischen heißem Rauchgas und damit aufzuheizender Luft, ist die vollständige Abdichtung der beiden Gasräume gegeneinander nicht immer notwendig, besonders wenn zwischen den Gasen eine Differenz der Betriebsdrucke im Wärmeaustauscher von weniger als 10 %, bei Normaldruck eine solche von weniger als 100 mbar, vorzugsweise weniger als 50 mbar besteht.When exchanging heat between many technical gases, e.g. between hot flue gas and thus the air to be heated is the complete sealing of the two gas spaces against each other not always necessary, especially if between the Gases a difference in the operating pressures in the heat exchanger of less than 10%, at normal pressure a pressure of less than 100 mbar, preferably less than 50 mbar.
In einer bevorzugten Anwendungsform strömt Heizgas mit hoher Temperatur durch die Rohre des Wärmeaustauschers, das aufzuheizende Gas durch den Raum zwischen den Rohren und dem Mantel des Wärmeaustauschers.In a preferred embodiment, heating gas flows at a high temperature through the tubes of the heat exchanger, the gas to be heated through the space between the tubes and the jacket of the heat exchanger.
Besonders geeignet ist der Röhrenbündelwärmeaustauscher nach der Erfindung als Luftvorwärmer, der mit Rauchgas geheizt wird.The shell and tube heat exchanger according to the invention is particularly suitable as an air preheater that is heated with flue gas.
Der Röhrenbündelwärmeaustauscher nach der Erfindung hat im Vergleich zu bekannten Wärmeaustauschern mit Dehnungsausgleich den Vorteil der einfacheren, platzsparenden und wirtschaftlicheren Konstruktion.The shell and tube heat exchanger according to the invention has in comparison to known heat exchangers with expansion compensation the advantage of the simpler, space-saving and more economical construction.
Er ist im Betrieb wartungsfrei, weniger anfällig gegen unerwünschte Schwingungen und gegen Verzug beim Wärme austausch von Gasen mit großen Temperaturunterschieden.It is maintenance-free in operation and less susceptible to undesirable effects Vibrations and against delay in the heat exchange of gases with large temperature differences.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Röhrenbündelwärmeaustauscher mit Dehnungsausgleich.1 shows a longitudinal section through the tube bundle heat exchanger with expansion compensation.
Fig.2 einen Längsschnitt durch ein Rohrende des Röhrenbündelwärmeaustauschers, das in eine Bohrung des zweiten Rohrbodens eingeführt ist und dort in einem engen Spalt axial beweglich gelagert ist.2 shows a longitudinal section through a tube end of the tube bundle heat exchanger, which is inserted into a bore in the second tube sheet and there in a narrow Gap is axially movable.
Aufbau und Wirkungsweise einer Ausführungsform des Röhrenbündelwärmeaustauschers nach der Erfindung sind aus den Figuren 1 und 2 zu entnehmen.Structure and mode of operation of an embodiment of the shell and tube heat exchanger according to the invention are shown in FIGS. 1 and 2.
Heizgas wird in den Sammelraum 8 zugeführt, verteilt sich von dort auf die Rohre 5 des Rohrbündels 3, durchströmt diese, gelangt in den zweiten Sammelraum 9 und verläßt dort den Wärmeaustauscher.Heating gas is fed into the collecting space 8, from where it is distributed on the tubes 5 of the tube bundle 3, flows through them, arrives in the second collecting space 9 and leaves the heat exchanger there.
Das zu erwärmende Gas tritt durch den Stutzen 10 in den Zwischenraum zwischen den Mantel 4 des Wärmeaustauschers und die Rohre 5 ein und verläßt diesen Zwischenraum durch den Stutzen 11.The gas to be heated passes through the nozzle 10 into the space between the jacket 4 of the heat exchanger and the tubes 5 and leaves this Space through the nozzle 11.
Die einzelnen Rohre 5 des Wärmeaustauschers sind an einem Ende fest mit dem Rohrboden 1 verschweißt und am anderen Ende in passende Bohrungen im Rohrboden 2 eingeführt und dort in engen Spalten 6 gleitend gelagert. Erfindungsgemäß können auch mehrere Rohrböden 2 vorgesehen werden, in denen die Rohre 5 gleitend gelagert sind. The individual tubes 5 of the heat exchanger are fixed at one end welded to the tube sheet 1 and at the other end in matching holes in the tube sheet 2 introduced and there slidingly mounted in narrow gaps 6. According to the invention can several tube sheets 2 are also provided, in which the tubes 5 are slidably supported are.
In die Innenflächen der Bohrungen im Rohrboden 2 sind zwei Nuten 7 eingefräbt, welche den Drosseleffekt der Spalte 6 verstärken.There are two grooves 7 in the inner surfaces of the bores in the tube sheet 2 engraved, which reinforce the throttling effect of column 6.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853502116 DE3502116A1 (en) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | Shell-and-tube heat exchanger with expansion compensation for heat exchange of gases |
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DE19853502116 DE3502116A1 (en) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | Shell-and-tube heat exchanger with expansion compensation for heat exchange of gases |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3502116A1 true DE3502116A1 (en) | 1986-07-24 |
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ID=6260530
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DE19853502116 Withdrawn DE3502116A1 (en) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | Shell-and-tube heat exchanger with expansion compensation for heat exchange of gases |
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