EP0130361B1

EP0130361B1 - Rohrboden mit iner Einrichtung zu seiner Kühlung

Info

Publication number: EP0130361B1
Application number: EP84106055A
Authority: EP
Inventors: Paul Dipl.-Ing. Mevenkamp
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1984-05-28
Publication date: 1986-12-30
Also published as: DE3461863D1; EP0130361A2; CA1277312C; US4869315A; DE3323781C2; JPS6023792A; DE3323781A1; ATE24608T1; EP0130361A3

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Rohrboden mit einer Einrichtung zu seiner Kühlung und mit Bohrungen zur Aufnahme von Wärmetauscherrohren.
Rohrböden von Wärmetauschern zwischen NH3-Konverter verlassendem Kreislaufgas und Wasser sind in der Regel sehr unterschiedlichen Beanspruchungen auf der Kaltseite einerseits und Warmseite andererseits ausgesetzt, so daß schon Vorschläge gemacht worden sind, diese Beanspruchungen dadurch zu reduzieren, daß entweder die beidseitigen Temperaturunterschiede geringer werden oder aber besondere Baumaßnahmen vorgenommen werden, um die Beanspruchungen durch die aggressiven Medien zu reduzieren.
Zum Temperaturausgleich beschreibt z. B. die DE-A-30 22 480 der Anmelderin bei einem einzigen Rohrboden und U-Förmigen Rohren eine spezielle Kreislaufgasführung. Bei dieser bekannten Lösung werden sehr gute Ergebnisse insbesondere auf dem speziellen Einsatzgebiet erreicht. Bei einer anderen Gestaltung nach der GB-A-20 29 955 mit geraden Wärmetauscherrohren und zwei Rohrböden findet die Kühlung am oberen Rohrboden statt. Dazu sind dort an der unteren Seite Kühltaschen vorgesehen. die mit einem besonderen Kühlsystem verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der die Rohrböden durch eine spezielle Gestaltung direkt gekühlt werden können, d. h. mit welcher die Temperatur der « kalten Seite den Rohrboden möglichst weit beaufschlagt.
Bei einem Rohrboden der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Rohrboden von der einen Seite zur anderen Seite gerichtete, verschlossene Bohrungen vorgesehen sind, in welchen ein zu der erstgenannten Seite überstehendes, in den Fußbereich der Bohrungen hineinragendes Rohr vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als dasjenige der Bohrung ist.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß durch die verschlossene Bohrung die « kalte Oberfläche des Rohrbodens vergrößert wird. Die in die verschlossenen Bohrungen hineinragenden Rohre kleineren Durchmessers ermöglichen es, wenn sich z. B. Kühlwasser auf der « kalten Seite des Rohrbodens befindet, daß dieses in die Bohrung eingesogen und durch das nach oben zur kälteren Seite überstehende Rohr wieder ausgestoßen wird, so daß hier eine zusätzliche Kühlung erreicht wird.
Die verschlossene Bohrung kann nunmehr in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. So sieht die Erfindung nach einer Gestaltung vor, daß die Länge der verschlossenen Bohrung kleiner ist als die Dicke des Rohrbodens, d. h. bei der Bohrung kann es sich z. B. um eine sogenannte Sackbohrung handeln, oder aber es war eine ursprünglich durchgehende Bohrung, die dann mit einem Stopfen od. dgl. wieder geschlossen wurde.
Eine andere Lösung besteht darin, daß im Rohrboden Durchgangsbohrungen vorgesehen sind, die mit einer den Rohrboden zur einen Seite hin überragenden Kappe verschlossen sind, und daß in jeder Bohrung ein zur anderen Seite überstehendes, in den Fußbereich der Bohrungen hineinragendes Rohr vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als dasjenige der Bohrung ist.
Diese Gestaltung ermöglicht es, z. B. Bohrungen über die « heiße Oberfläche des Rohrbodens hinausragend zu gestalten. Befindet sich z. B. auf der heißen Seite Rauchgas, so ermöglicht die in den Rauchgasstrom hineinragende Kappe, daß bei Wasserkühlung in der Kappe das Wasser verdampft und die Dampfblasen zur kalten Seite hin aufsteigen, so daß ein « Naturumlauf des Kühlwasser in der verschlossenen Bohrung durch das zentrische Rohr hindurch erfolgt. Dieser Effekt wird allerdings auch bei den anderen Bohrungsgestaltungen erzielt, wenngleich er hier bei der letztgenannten Gestaltung besonders vorteilhaft ausgenutzt ist.
Zur günstigen Führung des Kühlmediums in den verschlossenen Bohrungen sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, daß die Bohrung im Rohrboden an ihrem nicht verschlossenen Ende mit einem Ring oder Steg verlängert ist und das in der Bohrung angeordnete Rohr diesen Ring überragt.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das in der Bohrung angeordnete Rohr an seinem den Ring überragenden Ende mit Leitelementen versehen ist. Damit kann der Eintritt des Kühlwassers gegenüber dem Austritt des aus der verschlossenen Bohrung randseitig austretenden Dampfes so gelegt werden, daß es zu einem optimalen Durchlauf des Kühlwassers kommt.
Schließlich sieht die Erfindung auch vor, daß die Einrichtung zur Kühlung in einer Bohrung anstelle eines Wärmetauscherrohres vorgesehen ist. Diese Gestaltung ermöglicht eine sehr einfache und wirtschaftliche Fertigung des Rohrbodens, da dieser zunächst nur mit Durchgangsbohrungen gleicher Art versehen werden muß, unabhängig davon, ob eine Kühleinrichtung nach der Erfindung oder ein Wärmetauscherrohr letztendlich diese Bohrung durchsetzen bzw. beaufschlagen soll.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert : Diese zeigt in :

Figuren 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung an Rohrböden sowie in
Figuren 3 bis 5 Verteilungsbeispiele von Einrichtungen an Rohrböden.

Bezugnehmend auf Fig. 1 besteht die allgemein mit 1 bezeichnete Einrichtung z. B. an einem Rohrboden 2 eines Wärmetauschers aus einer verschlossenen Bohrung 3, z. B. einer Sackbohrung, und einem in diese verschlossene Bohrung 3 hineinragenden Rohr 4, welches einen kleineren Durchmesser aufweist als die Bohrung 3 selbst. Dadurch ergibt sich ein Ringraum 5.
Die Bohrung 3 ist mit einem Ring bzw. Steg 6 zu der mit 7 bezeichneten Kälteren Seite verlängert. Die wärmere Seite des Bauteiles 2 ist mit 8 bezeichnet.
Bei der kälteren Seite 7 kann es sich z. B. um Kühlmedium handeln, während die wärmere Seite 8 von Heißgas o. dgl. beaufschlagt sein kann bzw. von durch den Wärmetauscher hindurchgegangenges gekühltes Heißgas, welches die mit 9 bezeichneten Wärmetauscherrohre durchströmt.
Das in die Bohrung 3 hineinragende Rohr 4 überragt selbst ebenfalls zusätzlich noch den Ring 6, wie sich dies aus Fig. 1 ergibt, und ist mit einem Leitelement 10 ausgerüstet, dessen Funktion weiter unten näher beschrieben ist.
Erkennt man aus Fig. 1, daß die Länge der Bohrung 3 kürzer als die Dicke des Bauteiles 2 ist, so zeichnet sich die Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch aus, daß die Bohrung 3' im Bauteil bzw. Rohrboden 2' als Durchgangsbohrung ausgeführt ist und mit einer Kappe 11 in die wärmere Seite 8' hineinragt,
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Kappe 11 als Hülsenelement ausgebldet sein, welches eine solche Länge aufweist, daß es gleichzeitig auch den überragenden Ring 6' zur kälteren Seite 7' hin bildet. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Im übrigen sind die funktionsgleichen Elemente in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen, wie diejenigen Elemente der Fig. 1, lediglich mit einem Strich.
Am Beispiel der Fig. 2 sei die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben :

Auf der kälteren Seite 7' soll sich Wasser befinden, auf der wärmeren Seite 8' Heißgas mit allerdings noch über der Verdampfungstemperatur von Wasser bei den entsprechenden Drücken liegender Gastemperatur. Das an der Kappe 11 vorbeistreichende Gas erwärmt das im Ringraum 5' befindliche Wasser derart, daß es verdampft und als Dampf den äußeren Ringraum emporsteigt. Dadurch wird in das Rohr 4' von oben, d. h. von der kalten Seite 7, das dort befindliche Wasser eingesogen, es verdampft in der Kappe 11 oder an den Wandbereichen des Rohrbodens 2' und tritt wiederum als Dampf aus. Damit ergibt sich ein «NatururnIauf von Kühlwasser in der Einrichtung 1'. Diese Wirkungsweise ist natürlich die gleiche beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Um die Phasen Dampf/Wasser besser zu trennen, sind die Leitelemente 6 bzw. 10 vorgesehen.

Schließlich zeigen die Fig. 3 bis 5 noch Verteilungsbeispiele der Kühleinrichtungen 1 bzw. 1'. Hier kann ein Teil der Bohrungen 12 für die Wärmetauscherrohre 9 mit einer Einrichtung ausgerüstet sein, wie sie erfindungsgemäß gestaltet ist, d. h. entweder sind derartige Bohrungen als Sackbohrungen oder nachträglich verschlossenen Bohrungen ausgebildet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder aber entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gestaltet.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele noch in vielfacher Hinsicht abzuändern. ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist die Erfindung, wie dies auch in Fig. 2 angedeutet ist, nicht auf eine besondere Gestaltung des zu kühlenden Bauteiles beschränkt. Hier können Beschichtungen gegen aggressive Medien ebenso vorgesehen sein, wie besondere Rohrgestaltungen der heißgasführenden Kühlrohre. Die in dem Raum 8 des in der Regel aggressiven zu kühlenden Gases hineinragenden Kappen 11 können besonders beschichtet sein. Sackbohrungen gemäß Fig. 1 können mit solchen Gestaltungen wechseln, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind u. dgl. mehr. Dies trifft auch für die besondere dargestellte Gestaltung der Dampf- bzw. Wasserleitelemente zu. Diese können auch andere Gestaltungen haben, wesentlich ist lediglich, daß gewährleistet ist, daß das eintretende Kühlwasser nicht vom austretenden Wasserdampf am Eintritt gehindert wird.

Claims

1. Rohrboden (2) mit einer Einrichtung (1) zu seiner Kühlung und mit Bohrungen zur Aufnahme von Wärmetauscherrohren (9), dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrboden (2) von der einen Seite (7) zur anderen Seite (8) gerichtete, verschlossene Bohrungen (3) vorgesehen sind, in welchen ein zu der erstgenannten Seite (7) überstehendes, in den Fußbereich der Bohrungen hineinragendes Rohr (4) vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner als dasjenige der Bohrungen ist.

2. Rohrboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der verschlossenen Bohrung (3) kleiner ist als die Dicke des Rohrbodens.

3. Rohrboden (2') mit einer Einrichtung (1') zu seiner Kühlung und mit Bohrungen zur Aufnahme von Wärmetauscherrohren (9'). dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrboden (2') Durchgangsbohrungen (3') vorgesehen sind, die mit einer den Rohrboden zur einen Seite (8') hin überragenden Kappe (11) verschlossen sind, und daß in jeder Bohrung (3') ein zur anderen Seite (7') überstehendes, in den Fußbereich der Bohrungen hineinragendes Rohr (4') vorgesehen ist. dessen Durchmesser kleiner als dasjenige der Bohrungen ist.

4. Rohrboden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (3 bzw. 3') im Rohrboden an ihrem nicht verschlossenen Ende mit einem Ring (6. 6') oder Steg verlängert ist und das in der Bohrung angeordnete Rohr (4, 4') diesen Ring (6, 6') überragt.

5. Rohrboden nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Bohrung (3, 3') angeordnete Rohr (4. 4') an seinem den Ring (6, 6') überragenden Ende mit Leitelementen (10. 10') versehen ist.

6. Rohrboden nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kühlung (1') in einer Bohrung anstelle eines Wärmetauscherrohres (9') vorgesehen ist.