EP0233997A1 - Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Prozessgas oder zur Erhitzung von Dampf - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Prozessgas oder zur Erhitzung von Dampf Download PDF

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EP0233997A1
EP0233997A1 EP86115072A EP86115072A EP0233997A1 EP 0233997 A1 EP0233997 A1 EP 0233997A1 EP 86115072 A EP86115072 A EP 86115072A EP 86115072 A EP86115072 A EP 86115072A EP 0233997 A1 EP0233997 A1 EP 0233997A1
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EP
European Patent Office
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pressure vessel
heat exchanger
steam
steam collector
tube
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EP86115072A
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EP0233997B1 (de
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Bernd Dipl.-Ing. Klein
Hans-Joachim Dipl.-Ing. Herbort
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Uhde GmbH
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Publication date
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1838—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0075—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems

Definitions

  • the invention relates to a device as a heat exchanger, in particular for cooling process gas or for heating steam, with a pressure vessel as a heat exchanger vessel and with a tube bundle fastened via a tube sheet and a prechamber associated with the tube sheet, the tube sheet and / or the prechamber with the pressure vessel is / is connected, for example, via flanges.
  • He ißgaskühler raise a number of problems that be related to that high pressure and high t be processed empera- turge pool.
  • the corresponding superheater or gas cooler can be designed in very different ways.
  • the tube bundle can be hanging or standing; they can be meandering, spiral or serpentine wound; the steam can be carried out in cocurrent or co-current u. Like. more.
  • a problem area lies in particular in the connection between the pressure vessel wano on the one hand and the tube sheet or tube plates on the other hand or wherever high pressure temperature differences lead to extreme loads on both the materials and the connections themselves. It is therefore not surprising if there is already a whole range of different solution options for this ten there, such as the DD-PS 20 07 528 or DE-OS 30 22 480 of the applicant show.
  • US Pat. Nos. 3,982,585 and 4,071,083, ie DE-AS 23 30 015, DE-PS 17 51 085, FR-PS 1 573 869 and GB-PS 1 182 995 whereby all publications deal essentially with the problem of the passage of the heat exchanger tubes through the tube sheet. The design of the tube sheet itself is not addressed in these publications.
  • the temperature also leads differ to thermal stresses in the area where they occur, for example in the entrance area of the tube bundle, which are subjected to comparatively low temperature Dampl. Depending on the process control, temperature differences of up to 400 ° C and more can occur.
  • the object of the invention is therefore to provide a solution with which the disadvantages described here are avoided on the basis of an adapted tube sheet design, with which in particular the connection area between differently alloyed steels is relocated to a level which is less at risk, areas of high temperature differences simultaneously being a Have design; which can withstand the tensions that arise.
  • the tube tode is made of a flange ring made of low-alloy material with a concentric inner recess and is provided in the use position on the side facing the pressure vessel with an insulating layer and that the inner recess of the Rohr foundedflansches is equipped with an essentially pot-shaped, protruding into the pressure vessel insert made of high-alloy material.
  • the division of the tube sheet into a flange ring made of low-alloy material and a central pot-shaped one The use of high-alloy material makes it possible to move the connecting seam between the flange ring on the one hand and the pot-shaped further tube sheet part used therein in an area in which high temperature differences do not occur, for example in the antechamber through which steam of low temperature usually flows. At the same time, the area that is exposed to the high pressures and temperature differences is made of high-alloy material with the associated advantages.
  • the invention provides in an embodiment that the pot base is equipped with a central cone tapering from the pressure vessel to the prechamber, the cone being penetrated by a steam collector projecting into the prechamber and the pressure vessel.
  • This design offers a particularly high resistance to pressure differences. At the same time, it makes possible the problem of installing a central steam collector for the tube bundle in the pressure vessel.
  • pressurization bores for the heat exchanger tubes are arranged in the essentially flat pot bottom area. This results in a structurally very simple and very technically advantageous solution since the connection areas of the tube bundle are in the same plane NEN surface are provided on the bottom of the pot.
  • the device is set up so that the prechamber for the steam to be heated is arranged in the direction of gravity at the upper end of the pressure vessel and is designed via the flange connection so that the entire tube bundle can be lifted upwards.
  • the tube plate just mentioned is at the lower end of the steam collector.
  • the steam collector will usually penetrate the prechamber at least in some areas.
  • the invention provides that in this area the steam collector is provided with external insulation, not least so that the superheated steam is not again due to the steam temperature prevailing in the fore chamber let it cool down.
  • the invention also provides that the steam collector is additionally equipped with an internal insulation, at least in the fastening area to the bottom of the pot.
  • the invention also provides that the pot-shaped insert is formed in two parts with a bobo part having the cone and an edge part having a support brim.
  • simple turned parts can be made from the high-alloy material, which can then be welded together. Elaborate designs are therefore unnecessary.
  • the device generally designated 1 e.g. a high-pressure waste heat boiler, has a vertically positioned pressure vessel 2 on a stand 3 with a process steam introduction opening 4 in the lower region of the pressure vessel 2 and an outlet opening 5 in the upper pressure vessel region.
  • the pressure vessel 2 has a flange 6, which is covered by a flange ring 7 of a prechamber 8 fastened there.
  • the flange 6 and the flange ring 7 are connected to one another in the position of use.
  • the antechamber is equipped with a steam inlet connector 9 and a steam outlet connector 10.
  • the flange ring 7 has a concentric inner recess 11, which is penetrated by a cup-shaped insert 12, which projects in some areas into the interior of the pressure vessel 2.
  • This insert 11 is described in more detail below.
  • a tube bundle 13 is provided in the pressure vessel 2, which, starting from the insert 12, penetrates the pressure vessel and, in the example according to FIG. 1, opens into a lower base plate 14 of a steam collector 15 arranged centrally in the pressure vessel.
  • the steam collector 15 passes through the pot-shaped insert 12 and passes through the prechamber 8 in some areas, in order then in Steam outlet nozzle 10 to end.
  • the wall of the pressure vessel 2 is equipped with an insulating layer 16.
  • a corresponding insulating layer 16a is also provided on the tube sheet flange 7.
  • Essential to the invention is the design of the tube plate, generally designated 19, which, as already mentioned above, is of multi-part design, namely consisting of the flange ring 7 on the one hand and an insert 12 on the other.
  • the lens 12 is pot-shaped.
  • Lr consists of two elements, a pot base 20 and an edge part 22 provided with a K rempe 21. The two elements are welded together.
  • the Rrempe 21 is inserted into an annular groove on the pohrfansch 7 and welded on the outer edge side. This means that the weld seam, designated 23 in FIG. 2, is arranged between the insert 12 and the tube sheet 19 pointing toward the interior of the prechamber 8 and is only exposed to the temperature there.
  • the insert 12 on the one hand and the tube sheet flange 7 on the other hand are formed from different steels, so that the weld seam 23 is a so-called mixed seam which should not be exposed to any particular stresses, which is due to the design according to the invention is achieved.
  • the pressurizing bores 24 are provided for the heat exchanger tubes denoted by 25.
  • the pot base 20 has a cone 26 which tapers towards the antechamber 8 and in which the steam collector 15 is welded in the center.
  • the insulation 17 of the D ampfsammlers within the pre-chamber 8 covers in the illustrated example, the weld between the cone 26 and the steam header 15 °.
  • the steam collector 15 is equipped with an apron 27 which largely keeps a flow of the process gas in the pressure vessel 2 away from this area of the steam collector 15.
  • 2 shows the possibility that the heat exchanger tubes 25 can be connected to the steam collector 15 in the region of this apron 27.
  • the end points are designated 28.
  • the heat exchanger tubes 25 can also be connected to the base plate 14 of the steam collector 15 be, as has already been mentioned above and is shown in FIG. 1, lower half of the figure.
  • the steam to be overheated enters the pipe socket 9 of the prechamber 8, is distributed from there via the insert 12 to the individual heat exchanger pipes 25, flows through the bundle 13 and enters the central steam collector 15; flows through the Dampfsamnr ler 15 and exits at 10 from the device 1.
  • the process gas can e.g. Cool from 800 ° C to 500 ° C with heat, while the steam was heated from, for example, 380 ° C to 700 ° C.
  • the prechamber 8 with the steam collector 15 and the tube bundle 13 attached to it can be lifted out with simple means after loosening the flange connection between the flange 6 and the flange 7, which is a simple assembly and a simple one Makes maintenance possible.
  • the described exemplary embodiment of the invention can be modified in many ways without departing from the basic idea of the invention. So the invention is not limited to the hanging arrangement of the tube bundle shown here.
  • the heat exchanger and the pressure vessel can, for example, be arranged horizontally or upside down. In this case, for maintenance, for example, the vessel wano of the pressure vessel 2 forming a sleeve could be designed to be liftable u. Like. more.

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Abstract

Mit einer Vorrichtung als Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Prozeßgas oder zu Erhitzung von Dampf, mit einem Druckbehälter als Wärmetauschergefäß und mit einem über einen Rohrboden befestigten Rohrbündel und einer dem Rohrboden zugeordneten Vorkammer, wobei der Rohrboden und/oder die Vorkammer mit dem Druckgefäß beispielsweise über Flansche verbunden sind/ist soll eine Lösung geschaffen werden, mit der aufgrund einer angepaßten Rohrbodengestaltung die hier beschriebenen Nachteile vermieden werden, mit der insbesondere der Verbindungsbereich zwischen unterschiedlich legierten Stählen in eine Ebene verlegt wird, die weniger gefährdet ist, wobei gleichzeitig Bereiche hoher Temperaturdifferenzen eine Gestaltung aufweisen, die den auftretenden Spannungen gewachsen ist.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Rohrboden (19) aus einem Flanschring (7) aus niedriglegiertem Werkstoff mit einer konzentrischen Innenausnehmung (11) gefertigt und in der Gebrauchslage auf der dem Druckgefäß (2) zugewandten Seite mit einer Isolierschicht (16a) versehen ist und daß die Innenausnehmung (11) des Rohrbodenflansches (7) mit einem im wesentlichen topfförmigen, in den Druckbehalter (2) hineinragenden Einsatz (12) aus hochlegiertem Werkstoff ausgerüstet ist.

Description

  • Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung als Warmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Prozebgas oder zur Erhitzung von Dampf, mit einem Druckbehälter als Wärmetauschergefäß und mit einem über einen Rohrboden befestigten Rohrbündel und einer dem Rohrboden zugeordneten Vorkammer, wobei der Rohrboden und/oder die Vorkammer mit dem Druckgefäß beispielsweise über Flansche verbunden sind/ist.
  • He ißgaskühler werfen eine Reihe von Problemen auf, die damit zusammenhängen, daß hohe Druck- und auch hohe Tempera- turgefälle zu verarbeiten sind. Dabei können die entsprechenden uberhitzer bzw. Gaskühler in sehr unterschiedlicher Weise gestaltet sein. Die Rohrbündel können hängend oder stehend ausgeführt werden; sie können meander-, spiral- oder schlangenförmig gewickelt sein; die Dampfführung kann im Gleich- oder Cegenstrom erfolgen u. dgl. mehr.
  • Ein Problembereich liegt insbesondere in der Verbindung zwischen der Druckbehälterwano einerseits und den Rohrboden bzw. Rohrplatten andererseits bzw. überall dort, wo aie hohen Drucktemperaturunterschiede zu extremen Belastungen sowohl der Werkstoffe als auch der Verbindungen selbst führen. Es verwundert daher nicht, wenn es hierfür bereits eine ganze Palette von unterschiedlichen Lösungsmoglichkeiten gibt, wie z.L die DD-PS 20 07 528 oder die DE-OS 30 22 480 der Anmelderin zeigen. Als technologischer Hintergrund sei noch auf die US-PS 3 982 585 und 4 071 083, d ie DE-AS 23 30 015, DE-PS 17 51 085, FR-PS 1 573 869 und GB-PS 1 182 995 verwiesen, wobei alle Druckschriften sich im wesentlichen mit dem Problem der Durchführungen der Wärmetauscherrohre durch den Rohrboden beschäftigen. Die Gestaltung des Rohrbodens selbst ist in diesen Druckschriften nicht angesprochen.
  • Wegen der großen unterschiedlichen Belastungen ist es notwendig, für die Wärmetauscherrohre und die Dampfaustrittsleitungen hochlegierte Werkstoffe heranzuziehen, während in der kegel, nicht zuletzt auch aus Wirtschaftlichkeitserwägungen, die Wände des Druckbehälters aus niedriglegierten Werkstoffen gestaltet werden sollten. Damit ergeben sich aber Probleme in den Verbindungsbereichen bzw. Verbindungsähten zwischen den Rohrbündeln und den Druckbehälterwänden, da dort an sich Mischnähte aus austhenitischen und ferritischen Schweibverbindungen entstehen. Derartige Mischnähte sind aber in Temperaturbereichen oberhalb 500° C ausgesprochen problematisch, nicht zuletzt, da in der schweibbeeinflußten Zone auf der Seite des niedriglegierten Werkstoffes eine Kohlenstoffverarmung eintreten kann. Damit können Kriechschädigungen bei derartigen Temperaturen vorkommen. Neben der Problematik der unterschiedlich legierten Stahle,führen auch die Temperaturunterschiede zu thermischen Spannungen in dem Bereich, wo diese auftreten, etwa im Eingangsbereich der Rohrbündel, die mit Dampl vergleichsweise niedriger Temperatur beaufschlagt sind. Hierbei kann es je nach Prozeßführung zu Temperaturdifferenzen bis zu 400° C und mehr kommen.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Lösung, mit der aufgrund einer angepaßten Rohrbodengestaltung die hier beschriebenen Nachteile vermieden werden, mit der insbesondere der Verbindungsbereich zwischen unterschiedlich legierten Stählen in eine solche Ebene verlegt wird, die weniger gefährdet ist, wobei gleichzeitig Bereiche hoher Temperaturdifferenzen eine Gestaltung aufweisen; die den auftretenden Spannungen gewachsen ist.
  • Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rohrtaoden aus einem Flanschring aus niedriglegiertem Werkstoff mit einer konzentrischen Innenausnehmung gefertigt und in der Gebrauchslage auf der dem Druckgefäß zugewandten Seite mit einer Isolierschicht versehen ist und daß die Innenausnehmung des Rohrbodenflansches mit einem im wesentlichen topfformigen, in den Druckbehälter hineinragenden Einsatz aus hochlegiertem Werkstoff ausgerüstet ist.
  • Die Aufteilung des Rohrbodens in einen Flanschring aus niedriglegiertem Werkstoff und einem zentrischen topfformigen Einsatz aus hochlegiertem Werkstoff ermöglicht es, die Verbindungsnaht zwischen Flanschring einerseits und darin eingesetzten topfförmigem weiteren Rohrbodenteil in einen Bereich zu verlegen, in dem hohe Temperaturunterschiede nicht vorkommen, beispielsweise in die Vorkammer, die im Regelfalle vom Dampf niedriger Temperatur durchströmt wird. Gleichzeitig wird derjenige Bereich, der den hohen Drücken und Temperaturunterschieden ausgesetzt ist, aus hochlegiertem Werkstoff gestaltet mit den damit verbundenen Vorteilen.
  • Die Erfindung sieht in Ausgestaltung vor, daß der Topfboden mit einem zentrischen, sich vom Druckbehälter zur Vorkammer hin verjüngenden Konus ausgerüstet ist, wobei der Konus von einem in die Vorkammer und den Druckbehälter ragenden Dampfsammler durchsetzt ist.
  • Diese Gestaltung bietet eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen Druckdifferenzen. Sie macht gleichzeitig das Problem des Einbauens eines zentrischen Dampfsammlers für das Rohrbündel im Druckbehälter möglich.
  • Zweckmäbig ist es, wenn in dem im wesentlichen ebenen Topfbodenbereich die Beaufschlagungsbohrungen für die WärmetauScherrohre angeordnet sind. Dies ergibt eine konstruktiv sehr einfache und fertigungstechnisch sehr vorteilhafte Lösung da die Anschlußbereiche der Rohrbundel in einer ebenen Fläche am Topfboden vorgesehen sind.
  • Sinnvoll kann es sein, wenn der zentrische Dampfsammler im Bereich des Druckgefäßes von einer Schürze umgeben ist. Diese Gestaltung macht es möglich, die Wärmetauscherrohre in den Dampfsammler im Druckbehälter in einem Totraum vorzusehen. Neben dieser Linleitung der Wärmetauscherrohre in den Bereich der Schürze kann auch vorgesehen sein, daß diese in einer Rohrplatte an dem der Vorkammer abgewandten Ende des Daryfsammlers vorgesehen sind.
  • Eine Möglichkeit der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung so aufgestellt ist, daß die Vorkammer für den zu erhitzenden Dampf in Schwerfraftsrichtung am oberen Ende des Druckbehälters angeordnet ist und über die Flanschverbindung so gestaltet ist, daß das gesamte Rohrbündel nach oben ausgehoben werden kann.
  • Für diese Art der Aufstellung befindet sich die soeben erwähnte Rohrplatte am unteren Ende des Dampfsammlers.
  • Uberlicherwise wird der Dampfsammler bei dieser Gestaltungsart die Vorkammer wenigstens bereichsweise durchsetzen. In diesem Falle sieht die Erfindung vor, daß in diesem Bereich der Dampfsammler mit einer Außenisolierung versehen ist, nicht zuletzt, um den überhitzten Dampf nicht wieder durch die in der Vorkamer herrschende Dampftemperatur abkühlen zu lassen.
  • Um Wärmespannungen noch weitergehend zu verhindern, sieht die Erfindung auch vor, daß der Dampfsammler wenigstens im Befestigungsbereich zum Topfboden zusätzlich mit einer Innenisolierung ausgerüstet ist.
  • Um eine noch weitergehende wirtschaftliche Herstellung der Vorrichtung zu ermöglichen, sieht die Erfindung auch vor, daß der topfförmige Einsatz zweiteilig mit einem den Konus aufweisenden Booenteil und einem eine Auflagekrempe aufweisenden Randteil ausgebildet ist. Damit können beispielsweise einfache Drehteile aus dem hochlegierten Werkstoff hergestellt wergen, die dann miteinander verschweißt werden können. Aufwendige Gestaltungen sind daher entbehrlich.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise ncher erläutert. Diese zeigt in
    • Fig. 1 in vereinfachter Darstellung den Schnitt durch ein Druckgefäß bzw. einen Hochdruckabhitzekessel mit der erlindungsgemäßen Vorrichtung sowie in
    • Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Kopfbereiches mit dem Rohrboden.
  • Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung, z.B. ein Hochdruckabhitzekessel, verfügt über ein senkrecht aufgestelltes Druckgefäß 2 auf einem Ständer 3 mit einer Prozeßdampfeinführöffnung 4 im unteren Bereich des Druckgefäßes 2 und einer Austrittsöffnung 5 im oberen Druckgefäßbereich.
  • An seinem Kopfende weist das Druckgefäß 2 einen Flansch 6 auf, der von einem Flanschring 7 einer dort befestigten Vorkammer 8 überdeckt ist. Der Flansch 6 und der Flanschring 7 sind in der Gebrauchslage miteinander verbunden. Die Vorkammer ist mit einem Dampfeintrittsstutzen 9 und einem Dampfaustrittsstutzen 10 ausgerüstet.
  • Der Flanschring 7 weist eine konzentrische Innenausnehmung 11 auf, die von einem topfförmigen Einsatz 12 durchsetzt ist, der bereichsweise in das Innere des Druckgefäßes 2 hineinragt. Die Ausgestaltung dieses Einsatzes 11 ist weiter unten näher beschrieben.
  • Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, ist im Druckgefäß 2 ein Rohrbündel 13 vorgesehen, welches vom Einsatz 12 ausgeheng das Druckgefäß durchsetzt und beim Beispiel nach Fig. 1 in eine untere Bodenplatte 14 eines zentrisch im Druckgefäß angeordneten Dampfsammlers 15 mündet.
  • Der Dampfsammler 15 durchsetzt den topfförmigen Einsatz 12 und durchläuft bereichsweise die Vorkammer 8, um dann im Dampfauslaßstutzen 10 zu enden.
  • Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, ist die Wand des Druckbehälters 2 mit einer Isolierschicht 16 ausgerüstet. Eine entsprechende Isolierschicht 16a ist auch am Rohrbodenflanschrinr 7 vorgesehen.
  • Wie sich ebenfalls aus Fig. 2 ergibt, weist derjenige Teil des Dampfsammlers 15, der die Vorkammer 8 durchsetzt, eine Außenisolierung 17 auf und im übertrittsbereich von dem Druckgefäß 2 in die Vorkammer 8 zusätzlich eine Innenisolierung 18.
  • Wesentlich für die Erfindung ist die Gestaltung des allgemein mit 19 bezeichneten Rohrbodens, der, wie oben bereits erwähnt, mehrteilig ausgebildet ist, und zwar aus dem Flanschring 7 einerseits und einem Einsatz 12 andererseits besteht.
  • Der Linsatz 12 ist topfförmig gestaltet. Lr besteht aus zwei Elementen, einem Topfboden 20 und einem mit einer Krempe 21 versehenen Randteil 22. Die beiden Elemente sind miteinander verschweißt. Die Rrempe 21 ist in eine Ringnut am pohrfansch 7 eingelegt und außenrandseitig verschweißt. Dies bedeutet, daß die Schweißnaht, in Fig. 2 mit 23 bezeichnet, zwischen dem Einsatz 12 und dem Rohrboden 19 zum Inneren der Vorkammer 8 hinweisend angeordnet und damit nur der dort herrschenden Temperatur ausgesetzt ist. Dies ist deswegen von besonderer Wichtigkeit, da der Einsatz 12 einerseits und der Rohrbodenflansch 7 andererseits aus unterschiedlichen Stählen gebildet sind, so daß es sich bei der Schweißnaht 23 um eine sogenannte Mischnaht handelt, die keinen besonderen Belastungen ausgesetzt sein soll, was durch die erfindungsgemäße Gestaltung erreicht wird.
  • Im Topfböden 20 sind die Beaufschlagungsbohrungen 24 für die mit 25 bezeichneten Wärmetauscherrohre vorgesehen. In der Mitte weist der Topfboden 20 einen Konus 26 auf, der sich zur Vorkammer 8 hin verjüngt und in dem zentrisch der Dampfsammler 15 eingeschweißt ist. Die Isolierung 17 des Dampfsammlers innerhalb der Vorkammer 8 bedeckt im dargestellten Beispiel auch die Schweißnaht zwischen dem Konus 26 und dem Dampfsammler 15.
  • Der Dampfsammler 15 ist im dargestellten Beispiel mit einer Schürze 27 ausgerüstet, die weitestgehend eine Strömung des Prozeßgases im Druckgefäß 2 von diesem Bereich des Dampfsammlers 15 fernhält. Im unteren Bereich der Fig. 2 ist die Möglichkeit eingezeichnet, daß die Wärmetauscherrohre 25 im Bereich dieser Schürze 27 mit dem Dampfsammler 15 verbunden sein können. Die Endpunkte sind mit 28 bezeichnet. Darüber hinaus können die Wärmetauscherrohre 25 auch mit der Bodenplatte 14 des Dampfsammlers 15 verbunden sein, wie dies weiter oben bereits erwähnt wurde und in Fig. 1, untere Figurenhälfte, dargestellt ist.
  • Die Funktionsweise kann dabei die folgende sein:
    • Ein Prozeßgas mit beispielsweise einer Temperatur von 800 C tritt bei 4 in das Druckgefäß 2 ein, durchströmt dieses von unten nach oben und verläßt das Druckgefäß 2 durch den Rohrstutzen 5.
  • Umgekehrt tritt beispielsweise der zu überhitzende Dampf in den Rohrstutzen 9 der Vorkammer 8 ein, wird von dort über den Einsatz 12 auf die einzelnen Wärmetauscherrohre 25 verteilt, durchströmt das Bündel 13 und tritt in den zentrischen Dampfsammler 15 ein; durchströmt den Dampfsamnr ler 15 und tritt bei 10 wiederum aus der Vorrichtung 1 aus.
  • Das Prozeßgas kann sich auf diesem Weg z.B. von 800° C auf 500° C unter Wärmeabgabe abkühlen, während der Dampf von beispielsweise 380° C auf 700° C erhitzt wurde.
  • Wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, kann mit einfachen Mitteln die Vorkammer 8 mit dem Dampfsammler 15 und dem daran befestigten Rohrbündel 13 nach Lösen der Flanschverbindung zwischen dem Flansch 6 und dem Flansch 7 ausgehoben werden, was eine einfache Montaye und eine einfache Wartung möglich macht.
  • Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Lrfindung zu verlassen. So ist die Erfindung nicht auf die hier dargestellte hängende Anordnung der Rohrbundel beschränkt. Der Märmetauscher und das Druckgefäß können beispielsweise horizontal angeordnet sein oder aber auch auf dem Kopf stehend. In diesem Falle könnte zur Wartung beispielsweise die eine Hülse bildende Gefäßwano des Druckgefäßes 2 abhebbar ausgestaltet sein u. dgl. mehr.

Claims (8)

1. Vorrichtung als Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Prozeßgas oder zur überhitzung von Dampf, mit einem Druckbehälter als Wärmetauschergefäß und mit einem über einen Rohrboden befestigten Rohrbündel und einer dem Rohrboden zugeordneten Vorkammer, wobei der Rohrboden und/oder die Vorkammer mit dem Druckgefäß bereichsweise über Flansche verbunden sind/ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrboden (19) aus einem Flanschring (7) aus niedriglegiertem Werkstoff mit einer konzentrischen Innenaus- nehmung (11) gefertigt und in der Gebrauchslage auf der dem Druckgefäß (2) zugewandten Seite mit einer Isolierschicht (16a) versehen ist und daß die Innenausnehmung (11) des Rohrbodenflansches (7) mit einem im wesentlichen topfförmigen, in den Druckbehälter (2) hineinragenucn Einsatz (12) aus hochlegiertem Werkstoff ausgerüstet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Topfboden (2U) mit einem zentrischen sich vom Druckbehälter zur Vorkammer (8) hin verjüngenden Konus (26) ausgerüstet ist, wobei der Konus (26) von einem in die Vorkammer (8) und den Druckbehalter (2) ragenden Dampfsammler (15) durchsetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem im wesentlichen ebenen Topfbodenbereich (20) die Beaufschlagungsbohrungen (24) für die Wärmetauscherrohre angeordnet sind. ,
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zentrische Dampfsammler (15) im Bereich des Druckgefäßes von einer Schürze (27) umgeben ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einleitung der Wärmetauscherrohre (25) in den zentrischen Dampfsammler (15) im Bereich der Schürze (27) und/oder in eine Rohrplatte (14) an dem der Vorkammer (8) abgesandten Ende des Dampfsamlers vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampfsammler (15) die Vorkammer (8) bereichsweise durchsetzt und in diesem Bereich mit einer Außcnisolierung (17) versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampfsammler (15) wenigstens im Befestigungsbereich zum Topfboden (26,27) zusätzlich mit einer Innenisolierung (18) ausgerüstet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
oacjurch gekennzeichnet,
daß der topfförmige Einsatz (12) zweiteilig mit einem den Konus (26) aufweisenden Bodenteil (20) und einem eine Auflagekrempe (21) aufweisenden Randteil (22) ausgebildet ist.
EP86115072A 1986-02-12 1986-10-30 Wärmetauscher, insbesondere zur Kühlung von Prozessgas oder zur Erhitzung von Dampf Expired EP0233997B1 (de)

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