DE937168C - Heat exchanger with relieved tube bundle - Google Patents

Heat exchanger with relieved tube bundle

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Publication number
DE937168C
DE937168C DEC6434A DEC0006434A DE937168C DE 937168 C DE937168 C DE 937168C DE C6434 A DEC6434 A DE C6434A DE C0006434 A DEC0006434 A DE C0006434A DE 937168 C DE937168 C DE 937168C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tube bundle
heat exchanger
relieved
tube
piston
Prior art date
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Expired
Application number
DEC6434A
Other languages
German (de)
Inventor
Willy Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huels AG
Original Assignee
Chemische Werke Huels AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE937168C publication Critical patent/DE937168C/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube

Description

Wärmeaustauscher mit entlastetem Röhrenbündel Bei Wärmeaustauschern, die mit hohen Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenphase betrieben werden, tritt infolge der Wärmedehnung eine Längenvergrößerung ein. Diese beträgt z. B. bei bereits ausgeführten Rohrbündeln von i6 50o mm Länge je nach 7o bis mo mm. Die große Wärmedehnung bedingt eine Konstruktion der Wärmeaustauscher, bei der ein Rohrboden, bei senkrechter Anordnung der untere Rohrboden, fest und der andere (obere Rohrboden) frei beweglich angeordnet sein muß. Werden Wärmeaustauscher dieser Bauart mit hohen Drücken oder hohen Differenzdrücken betrieben, so erfährt der bewegliche Rohrboden eine Belastung in axialer Richtung, die z. B. bei Wärmeaustauschern von 6oo mm Durchmesser und 18 m Länge und 55o atü Betriebsdruck je nach der Konstruktion etwa i8o ooo kg bis 28o ooo kg betragen kann. Bei senkrechter Anordnung der Wärmeaustauscher addiert sich zu dieser Kraft noch das Bündelgewicht. Beide Kräfte beanspruchen die Bündelrohre zusätzlich auf Druck bzw. auf Knickung. Die Rohrenden sind mit den Rohrböden durch Einwalzen, Eindornen, Einschweißen oder durch eine andere Befestigungsart dicht verbunden. Die auf den oberen Rohrboden wirkende Kraft wird auch auf die Verbindung der Rohre mit den Rohrböden übertragen und veranlaßt mit das frühzeitige Undichtwerden der Rohrverbindung mit den Rohrböden, wodurch der öftere Ausbau und die kostspielige Reparatur der Röhrenbündel erforderlich wird.Heat exchanger with relieved tube bundle For heat exchangers, which are operated with high temperature differences between the inner and outer phases, an increase in length occurs as a result of thermal expansion. This is z. B. in the case of already executed tube bundles with a length of i6 50o mm depending on 7o to mo mm. the large thermal expansion requires a construction of the heat exchanger in which a tube sheet, with vertical arrangement the lower tube sheet, fixed and the other (upper tube sheet) must be arranged freely movable. Are heat exchangers of this type with high Pressures or high differential pressures operated, so experiences the movable tube sheet a load in the axial direction, the z. B. in heat exchangers with a diameter of 600 mm and 18 m length and 55o atü operating pressure, depending on the construction, about 180,000 kg can be up to 280,000 kg. If the heat exchangers are arranged vertically, they are added the weight of the bundle is added to this force. Both forces stress the bundle tubes additionally on pressure or on kinking. The pipe ends are through with the pipe sheets Rolling in, thinning, welding or another type of fastening tight tied together. The force acting on the top tube sheet is also applied to the joint of the tubes with the tube sheets and causes the early leakage the pipe connection with the pipe sheets, which means the frequent expansion and the costly Repair of the tube bundle becomes necessary.

Im Betrieb werden die Rohre durch die Wärme nicht gleichmäßig beaufschlagt und erfahren dadurch eine verschiedene Wärmeausdehnung. Will man diese unterschiedliche Wärmeausdehnung durch eine Kompensationseinrichtung im einzelnen. Rohr ausgleichen, so muß auch diese Kompensationseinrichtung die auf den oberen Rohrboden wirkende Kraft anteilmäßig zusätzlich übertragen.During operation, the pipes are not evenly exposed to the heat and thereby experience different thermal expansion. Do you want this different one Thermal expansion by a compensation device in detail. Compensate tube, so this compensation device must also be used on the upper In addition, proportionally transferring the force acting on the tube sheet.

Es sind bereits stehende Wärmeaustauscher bekanntgeworden, bei denen eine Kompensation des Gewichtes des Röhrenbündels durch ein außen angebrachtes Gegengewicht vorgenommen wird. Bei großen Wärmeaustauschern, vor allem solchen, die für hohe Drücke bestimmt sind, muß aber das Gegengewicht oder der zugehörige Hebelarm sehr groß sein, wodurch das Haltegerüst verteuert oder der Platzbedarf vergrößert wird. Außerdem kann durch eine solche Anordnung lediglich das Gewicht des Röhrenbündels, nicht aber die Belastung infolge hoher Differenzdrücke ausgeglichen werden. Wie oben angegeben, kann diese Belastung so hohe Werte annehmen, daß sie in der Praxis überhaupt nicht mehr durch Hebel und Gegengewichte kompensiert werden kann.There are already standing heat exchangers known in which a compensation of the weight of the tube bundle by an externally attached counterweight is made. With large heat exchangers, especially those for high Pressures are determined, but the counterweight or the associated lever arm must very much be large, which makes the support structure more expensive or the space required is increased. In addition, such an arrangement can only reduce the weight of the tube bundle, however, the load due to high differential pressures cannot be compensated for. As indicated above, this load can reach values so high that in practice can no longer be compensated at all by levers and counterweights.

Es wurde nun gefunden, daß alle diese Nachteile, die durch die nach unten bzw. nach der Seite des festenRohrbodens wirkende axialeKraft des oberen bzw. des beweglichen Rohrbodens hervorgerufen werden und die im Betriebszustand immer vorhanden sind, durch Zuschalten von Entlastungsfläche, die vom Betriebsdruck im Außenraum p, belastet wird und eine Kraftkomponente in axialer Richtung des Röhrenbündels liefert, -behoben werden können.It has now been found that all of these disadvantages caused by the after axial force of the upper or of the movable tube sheet and always in the operating state are available, by connecting relief areas that depend on the operating pressure in the Outer space p, is loaded and a force component in the axial direction of the tube bundle supplies, can be fixed.

In den Zeichnungen Fig. i und 2 ist eine Lösung dargestellt, bei der die Entlastungsfläche durch einen Kolben gebildet wird. Es kann jedoch die erforderliche - Entlastungsfläche auch durch mehrere Kolben oder durch andere konstruktive Maßnahmen herbeigeführt werden.In the drawings Fig. I and 2, a solution is shown in which the relief surface is formed by a piston. However, it may be the required - Relief area also through several pistons or through other constructive measures be brought about.

Die dem Innenraum des Wärmeaustauschermantels zugekehrte Seite des Kolbens a -Wird durch den Druck p" beaufschlaggt, während die andere Seite drucklos ist. In der dargestellten Konstruktion des Wärmeaustauschers beträgt beispielsweise der Druck um die Rohre p, = 55o atü und in den Rohren p= = 5oo atü, so daß ein Differenzdruck für das Bündel von 5o atü besteht. Die Druckfläche des Kolbens wird so gewählt, daß sie die in axialer Richtung nach dem festen Boden'zu wirkende Kraft des beweglichen - Rohrbodens ganz öder teilweise kompensiert. Der Kolben ca ist durch die. Zugstange b beweglich mit dem beweglichen Rohrboden c verbunden. Das ganze Röhrenbündel ist durch den festen Rohrboden d mit dem Deckel- e- des Wärmeaustauschers starr verbunden. Der Kolben a kann sich entsprechend der durch die Wärme eintretenden Längenänderung des Röhrenbündels in dem Deckel f des Wärmeaustauschers bewegen. Da lsei langenWärmeaustauschern eineMittenverschiebung und eine Winkelabweichung zwischen Röhrenbündel und Wärmeaustauscherrnantel eintreten kann, ist zwischen dem Kopf der Zugstange b und dem beweglichen Rohrboden c eine Ausgleichsscheibe g eingebaut, deren eine Stirnfläche sphärisch und die andere Stirnfläche plan ausgebildet ist.The side of the piston a facing the interior of the heat exchanger jacket is acted upon by the pressure p ", while the other side is depressurized = 500 atmospheres, so that there is a differential pressure for the bundle of 50 atmospheres. The pressure surface of the piston is chosen in such a way that it completely or partially compensates for the force of the movable tube plate acting in the axial direction towards the fixed base. The piston approx is movably connected to the movable tube sheet c by the tie rod b. The whole tube bundle is rigidly connected to the cover e- of the heat exchanger by the fixed tube sheet d. The piston a can move in accordance with the change in length of the tube bundle caused by the heat Move the cover f of the heat exchanger. As long heat exchangers, there is a center shift and an angular deviation between the tube bundles el and heat exchanger jacket can occur, a shim g is installed between the head of the tie rod b and the movable tube sheet c, one end face of which is spherical and the other end face is planar.

Bei den bisherigen Konstruktionen dieser Wärmeaustauscher konnte die Längenänderung und die damit zusammenhängende Bewegung des Röhrenbündels nicht sichtbar aufgezeigt werden. Um dieses zu ermöglichen, wird durch den Kolben a ein Meßbolzen h bewegt, der, die Bewegung des Röhrenbündels sichtbar anzeigt.In the previous designs of these heat exchangers, the change in length and the associated movement of the tube bundle could not be visibly shown. To make this possible, a measuring pin h is moved by the piston a, which shows the movement of the tube bundle visibly.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: ' i. Wärmeaustauscher für hohe Drücke mit entlastetem Röhrenbündel und einem festen und einem frei beweglichen Rohrboden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation der auf den beweglichen Rohrboden wirkenden axialen Kraft durch Zuschalten einer Entlastungsfläche erfolgt,. die vom Betriebsdruck im Außenraum p" belastet wird und eine Kraftkomponente liefert, welche der auf den beweglichen Rohrboden wirkenden Kraft aus Betriebsdruck und gegebenenfalls Gewicht des Rohrbündels entgegengerichtet ist. PATENT CLAIMS: 'i. Heat exchanger for high pressures with a relieved tube bundle and a fixed and a freely movable tube sheet, characterized in that the axial force acting on the moving tube sheet is compensated by connecting a relief surface. which is loaded by the operating pressure in the outer space p ″ and supplies a force component which is opposed to the operating pressure and possibly the weight of the tube bundle acting on the movable tube sheet. 2. Wärmeaustauscher mit entlastetemRöhrenbündel nach Anspruch i, dadurch gekenüzeichnet, daß die Entlastungsfläche durch einen Kolben gebildet wird, dessen eine Seite durch den inneren Überdruck belastet und dessen andere Seite drucklos -ist oder einen geringeren Druck als p" .besitzt. A relieved tube bundle heat exchanger according to claim i, characterized in that the relief surface is formed by a piston one side of which is loaded by the internal overpressure and the other side unpressurized - is or has a pressure lower than p ". 3. Wärmeaustauscher mit entlastetem Röhrenbündel nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben durch eine Zugstange mit dem Rohrboden beweglich verbunden ist und den durch die Wärme eintretenden Längenänderungen des Röhrenbündels folgen kann. q.. 3. Heat exchanger with relieved tube bundle according to claims i and 2, characterized in that the Piston is movably connected to the tube sheet by a tie rod and through the heat occurring changes in length of the tube bundle can follow. q .. Wärmeaustauscher mit entlastetem Röhrenbündel nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Mittenverschiebung und Winkelabweichungen, die zwischen Röhrenbündel und Wärmeaustauschermantel eintreten, lcönnen, eine Ausgleichscheibe eingebaut ist, deren eine Stirnfläche sphärisch und die andere Stirnfläche plan ausgebildet ist. Heat exchanger with relieved tube bundle according to claims 1 to 3, characterized in that to compensate for the center shift and angular deviations between the tube bundles and heat exchanger jacket, l can, a shim is installed, one end face of which is spherical and the other end face is planar. 5. Wärmeaustauscher mit entlastetem Röhrenbündel nach Anspruch r bis q., dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßbolzen durch den Kolben bewegt wird, der die Bewegung des Röhrenbündels sichtbar- anzeigt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 578 236.5. Heat exchanger with relieved tube bundle according to claim r to q., Characterized in that a measuring pin is moved by the piston, which shows the movement of the tube bundle visible. Referenced publications: German patent specification No. 578 236.
DEC6434A 1952-09-20 1952-09-20 Heat exchanger with relieved tube bundle Expired DE937168C (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1190471B (en) * 1956-12-13 1965-04-08 Andre Huet Waste heat boiler, in particular for utilizing the waste heat from a cooling circuit that is diverted from a nuclear reactor
JP2016538516A (en) * 2013-10-14 2016-12-08 ルース ゲーエムベーハーRoos Gmbh Air to air heat exchanger

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE578236C (en) * 1933-06-12 Rekuperator G M B H Heat exchanger with metal tubes arranged vertically

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