DE7802834U1 - Wärmetauscher zur Abkühlung von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Prozeßgasen - Google Patents

Description

L. & C. Steinmüller GmbH '" 5'27Ö"Gummersbach, den 27.01.1978

Postfach 1949/1960 Gm 7801

'* Kl/ Sehn.

Gebrauchsmusteranmeldung

"Wärmeaustauscher zur Abkühlung von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Prozeßgasen "

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zur Abkühlung von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Prozeßgasen,wobei die abgeführte Wärme zur Hochdruckdampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip verwendet wird, der Wärmeaustauscher aus in einer Platte eingelassenen hängenden U-Rohren besteht, oberhalb der Platte zwei voneinander getrennte Kammern für den Kühlmittel-Dampfkreislauf vorgesehen sind, an die sich nach unten ein das U-Rohrbündel umgebendes Gehäuse mit mindestens einem Prozeßgaseintritt und mindestens einem Prozeßgasaustritt anschließt.

Es sind Wärmeaustauscher bekannt, bei denen die Rohre sämtlich als Doppelrohre ausgebildet sind. Dabei ist das eine Ende eines jeden Rohres in einer Rohrplatte eingelassen, während das andere Ende des Außenrohres durch eine Kappe verschlossen ist. Dem Einsatz von Doppelrohren bei derartigen Wärmeaustauschern liegt die physikalische Tatsache zugrunde, daß an das im Innenrohr -Fallrohr - geführte Kühlmittel keine Wärme übertragen werden soll, um das verwendete Naturumlaufprinzip in allen Lastfällen sicherzustellen. Das im äußeren Ringkanal strömende Wasserdampfgemisch dient dem abwärtsströmenden Kühlmittel-Fallrohr als absoluter Wärmeschutz, da bekanntlich bei fehlendem Temperaturgefälle kein Wärmefluß erfolgen kann.

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Eine andere Wärmeaustauscherkonstruktion verwendet hängende U-Rohre, die in einer Rohrplatte befestigt sind. Bei dieser Konstruktion wird das Fallrohr in gleicher Weise wie das Steigrohr mit ^wärme beaufschlagt. Beheizte Fallrohre führen bekanntlich bei Naturumlaufsystemen zumindest im Anfahrzustand des Systems und bei plötzlichen Druckänderungen zu Umlaufstörungen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Wärmeaustauscher zu entwickeln, der unter Beibehaltung der einfachen U-Rohr-Führung den Kühlmittelfluß durch konstruktive Maßnahmen so zu beeinflussen, daß bei Anwendung des Naturumlaufprinzips Kühlmittel-Umlauf-Instabilitäten in der Anfahrphase und bei Druckschwankungen nicht mehr auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß ein Schenkel eines jeden U-Rohres als Doppelrohr ausgebildet ist, wobei das Innenrohr die Funktion eines Fallrohres übernimmt, und der verbleibende Ringkanal sowie der restliche Teil eines jeden U-Rohres die Funktion von Steigrohren übernehmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß in der Rohrplatte die U-Rohr-Enden quadratisch angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei im Durchmesser größeren Doppelrohranschlüssen ein im Durchmesser kleinerar Anschluß des anderen U-Rohr-Schenkels angeordnet ist.

Die Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, bestehen darin, daß unter Beibehaltung der einfachen U-Rohr-Konstruktion in Verbindung mit den konstruktiven Maßnahmen - Verwendung eines Doppelrohres für einen U-Schenkel bei im Naturumlauf arbeitendem Wärmeaustauscher - Strömungsinstabilitäten gerade in der An-

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fahrphase und bei Druckschwankungen nicht mehr auftreten. Von der physikalischen Seite her gesehen, ist dieser Umstand der Tatsache zuzuschreiben, daß das Kühlmittel zunächst ohne Wärmeaufnahme in unmittelbare Nähe des tiefsten Punktes des Naturumlaufsystems geführt wird. Damit ist sichergestellt, daß alle vom Prozeßgas beaufschlagten Rohre eindeutig die Funktion von Steigrohren haben. Dies gilt sowohl für den Einfachrohr-U-Schenkel als auch für den Ringkanal des Doppelrohres.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren ist die Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher

im Längsschnitt,

Fig. 2 die Einzelheit A in der Fig. 1, Fig. 3 die Einzelheit B in der Fig. 1, Fig. 4 ein Schnitt längs der Linie IV-IV der

Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem Prozeßgaseintritt 2 und einem Prozeßgasaustritt 3 sowie einem Bypassanschluß 4. Mit den über letzteren austretenden heißeren Prozeßgasen kann die Prozeßgasaustrittstemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt werden. Das Gehäuse 1 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel innen mit einer Ausmauerung 5 versehen, die zu den Wärmeaustauscherrohren hin mit einer dichtanliegenden Blechhaut 6 abgedeckt ist. In den freien Raum 7 des Behälters 1 ist ein aus U-Rohren gebildetes Rohrbündel 8 eingesetzt. Die U-Rohre sind in die Rohrplatte 9 eingelassen und dort gehalten. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges sind oberhalb des Bypassanschlusses 4 Schikanen 10 eingebaut. Eine zusätzliche Blechhaut 11, die gegenüber der Rohrplatte 9 und dem Prozeßgasaustritt 3

abgedichtet ist, vermeidet Bypasstörungen. Oberhalb der Rohrplatte 9 schließen sich zwei Kammern 12 und 13 an, von denen die Kammer 12 als Sammler für das erzeugte Flüssigkeitsdampfgemisch dient, während die Kammer 13 als Verteiler für das Kühlmittel dient. Die Kammer 12 ist mit Austrittsstutzen 14 und die Kammer 13 mit Eintrittsstutzen 15 versehen. Die Stutzen 14 und 15 sind als Fall- und Steigrohre mit einer über dem Wärmeaustauscher angeordneten Dampftrommel verbunden. Das jeweilige Innenrohr 16 eines Doppelrohr-U-Schenkels 17 ist durch die Kammer 12 nach oben fortgeführt und in einer weiteren Rohrplatte 18 gehalten.

Der als Doppelrohr 17 ausgebildete eine U-Schenkel geht kurz vor der U-förmigen Umbiegung in ein Einfachrohr 19 über, wobei der fortgeführte Rohrquerschnitt zweckmäßigerweise geringer gehalten ist. Um die an der Einschnür— stelle sich einstellende Steigrohrwirkung, sowohl für das weitergehende Rohr 19 als auch für den Ringkanal 20 sicherzustellen, ist zusätzlich am Ende eines jeden Innenrohres des Doppelrohres eine Prallplatte 21 vorgesehen. (Siehe insbesondere Fig. 3).

Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, wie z.B. bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die im Durchmesser größeren Rohre des Doppelrohr—U-Schenkels und die im Durchmesser kleineren Rohre des anderen U-Rohr—Schenkels zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung ist auch in der Rohrplatte 9 beibehalten, und zwar derart, daß zwischen jeweils zwei im Durchmesser größeren Doppelrohranschlüssen ein im Durchmesser kleinerer Anschluß des anderen U-Rohr-Schenkels angeordnet ist. Dadurch kann hinsichtlich des Verschwächungsfaktors die Rohrplatte 9 optimal ausgenutzt werden.

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Claims (2)

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1. Wärmeaustauscher zur Abkühlung von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Prozeßgasen, wobei die abgeführte Wärme zur Hochdruckdampferzeugung nach dem Naturumlaufprinzip verwendet wird, der Wärmeaustauscher aus in einer Platte eingelassenen hängenden U-Rohren besteht, oberhalb der Platte zwei voneinander getrennte Kammern für den Kühlmittel-Dampfkreislauf vorgesehen sind, an die sich nach unten ein das U-Rohrbündel umgebendes Gehäuse mit mindestens einem Prozeßgaseintritt und mindestens einem Prozeßgasaustritt anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel eines jeden U-Rohres als Doppelrohr (17) ausgebildet ist, wobei das Innenrohr (16) die Funktion eines Fallrohres übernimmt» und der verbleibende Ringkanal (20) sowie der restliche Teil (19) eines jeden U-Rohres die Funktion von Steigrohren übernehmen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrplatte (9) die U-Rohrenden quadratisch angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei im Durchmesser größeren Doppelrohranschlüssen (17) ein im Durchmesser kleinerer Anschluß (19) des anderen LJ-Rohrschenkels angeordnet ist.

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