DE3729757A1 - Verkrustungssicherer waermetauscher fuer anlagen mit phasenwechsel - Google Patents

Description

Es sind Wärmetauscher für Anlagen mit Phasenwechsel, beispiels­ weise Entsalzungsanlagen, in vielen Formen und Ausführungen bekannt. Alle haben sie neben guten Eigenschaften für die Wärme­ übertragung einerseits, der Korrosion durch das Seewasser und den Ablagerungen in Form von Verkrustungen andererseits Rechnung zu tragen. Korrosionsfragen lassen sich durch geeignete Werkstoffe lösen; schwieriger zu lösen ist das Problem der Verkrustung. Regelmäßige Reinigung der Flächen nach Abschalten der Anlage ist zeitaufwendig, erfordert Personal und verbietet sich oft konstruktionsbedingt.

Es wurde daher vorgeschlagen, Verkrustungen durch Einwirkung von Gegenständen während des Betriebes abzuschlagen. Vorteilhaft scheint ein Verfahren zu sein, bei dem Körper im geschlossenen Kreislauf innerhalb des Wärmetauschers umgewälzt werden. Die Körper werden durch eine Hilfsströmung in Bewegung gesetzt, tref­ fen durch die Turbulenz der Strömung angefacht, auf die wärme­ tauschenden Flächen und beseitigen durch mechanische Einwirkung erste Ansätze von Ablagerungen ab. Dieses Verfahren ist insbeson­ dere bei Rohrbündel-Wärmetauschern für durchlaufendes Medium geeignet, deren innere Rohre schwer zugänglich sind. Allerdings ist der technische Aufwand für den Umlauf der Körper beträcht­ lich, denn es darf ja keine Stockungen durch Verklemmung geben. Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens ist daher aus wirt­ schaftlichen Gründen nur für Wärmetauscher größerer Leistung sinnvoll.

Im Zusammenhang mit dezentralen Mini-Kraftwerken mit Kraft- Wärme-Kopplung beispielsweise zur Erzeugung von mechanischer Arbeit und Trinkwasser über mehrstufige Destillation besteht die Aufgabe, kleine Entsalzungsanlagen unkompliziert, kostengünstig und für einen Betrieb mit möglichst langen Wartungsintervallen zu bauen.

Kostengünstige Lösungen sind dabei solche, bei denen die Wärme­ tauscherrohre nur einseitig mit einem einzigen Rohrboden gefaßt werden: Dies gilt für das Problem der Längenänderung zwischen Rohren und Mantel, aber auch für das der einfachen Montage. Einseitig gefaßte Rohre sind Rohre, deren oberes Ende zuge­ quetscht oder anderweitig geschlossen ist. Sollen sie zur Wärme­ übertragung durch Kondensieren und Sieden wie in einer Meerwas­ serdestillation eingesetzt werden, muß innen beispielsweise der Dampf bis zum Ende vollständig kondensiert sein, während außen Seewasser siedet.

Hier entfällt jegliche Lösung mit umlaufenden oder durch die Strömung schwebenden Körpern.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen Wärmetauscher z. B. für Destillationsanlagen mit beispielsweise einseitig gefaßtem Rohrbündel und verkrustungshemmenden Mitteln zu verwirklichen.

Er besteht aus dem stehenden Rohrbündel, das in einem Boden befestigt ist, der (z. B. über Dichtung und Flanschverbindung) mit dem Außenmantel verbunden wird, und in dessen Rohren Dampf oder Gas kondensiert, um das Sieden von Wasser, salzhaltigem Wasser oder anderen siedenden Flüssigkeiten in den Zwischenraum zwischen den Rohren zu ermöglichen; und er ist im Zwischenraum teilweise mit Körpern eines oder mehrerer Materialien gefüllt, die leichter sind, gleich schwer oder sogar etwas schwerer als Wasser oder entsprechend als die anderen siedenden Flüssigkeiten.

Ein Material, das leichter als Wasser ist (also schwimmt) und in scharfkantigen Bruchstücken oder mit rauher, schmirgelnder Ober­ fläche vorliegt, ist beispielsweise vulkanischer Bimsstein. Der Bimssteinkies wird durch das Entstehen einer Wasser-Dampf-Zwei­ phasenströmung in turbulente Bewegung in Form großer Wirbel gebracht. Es muß hierbei keinerlei Hilfsströmung erzeugt werden. Dabei werden die Siederohre laufend gesäubert. Ein zweiter und dritter Effekt kommen hinzu: Die einzelnen Körper, im Beispiel Bimsstein, wirken als Siedesteine und vergrößern den Wärmeüber­ gang, weil sie als Siedesteine eine Dampfbildung auch im Flüssig­ keitsbereich fern von den Siederohren bewirken. Die Kiesel ver­ ringern die Gefahr von Überhitzungen und damit von stoßweisem Sieden.

Claims (1)

1. Einfach aufgebauter, leicht zu montierender, verkrustungssicherer Wärmetauscher für Anlagen mit Phasenwechsel flüssig - gasförmig und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrbündel, das zur gravitationsbedingten Trennung der flüs­ sigen von der gasförmigen Phase aufrecht steht, und das an seinem oberen Ende verschlossen und an seinem unteren Ende offen und in einen Rohrbogen gefaßt ist, in einen Behälter, in dem sich die krustenbildende, verdampfbare Flüssigkeit befindet, eingesetzt wird zusammen mit scharfkantigen, kleinformatigen Siedekörpern, die leichter, gleich schwer oder schwerer als die krustenbildende Flüssigkeit sind und durch das Sieden letzterer sowie durch die infolge der Gravitation auftretende Phasentrennung um die wärme­ übertragenden Rohre des Bündels herum in Bewegung gehalten werden und durch Stoß Krustenansätze an den Rohren abschlagen, und zwar so, daß das Bündel mit dem Rohrboden den Behälter nach unten abschließt gegen den reinen, von krustenbildenden Stoffen freien, innen in dem Rohrbündel kondensierenden Heizdampf.