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.