EP0780656B1 - Heat exchanger - Google Patents
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- EP0780656B1 EP0780656B1 EP96119514A EP96119514A EP0780656B1 EP 0780656 B1 EP0780656 B1 EP 0780656B1 EP 96119514 A EP96119514 A EP 96119514A EP 96119514 A EP96119514 A EP 96119514A EP 0780656 B1 EP0780656 B1 EP 0780656B1
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- tubes
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- 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
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/06—Heat-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 having a single U-bend
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
- F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
- F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
- F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
- F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
- F28F9/185—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding with additional preformed parts
Definitions
- the invention relates in particular to the use of waste heat in the chemical industry Industry-specific heat exchangers with at least their ends in holes a tube plate pressure-tightly attached heat exchanger tubes made of ferritic Material in a heat exchanger housing through which a cooling medium flows are arranged, the at least in the high temperature range Heat exchanger tubes each have a protective tube made of insensitive to embrittlement Material, for example chrome nickel steel is arranged.
- EP 0 042 028 shows a heat exchanger in which the heat exchanger tubes are welded on one side to a tube sheet, the tube opening with a aligned bore in the tube sheet.
- the heat exchanger tubes are included made of a ferritic steel.
- each tube sheet hole is coated made of nitride-resistant material.
- nitride-resistant material According to one embodiment can be made of a nitride-resistant material Protective sleeve through the hole in the tube sheet through to the heat exchanger tube be introduced. Between the pipe bore and the wall of the The protective sleeve is left in a cavity filled with a heat insulating material.
- DE 1 958 566 describes a heat exchanger for use in chemical processes is known in which the heat exchanger tubes in holes in a base plate are set. To avoid thermal stress is in the area the bottom plate inserted into each heat exchanger tube, wherein between the wall of the inner tube and the wall of the heat exchanger tube in the area of the tube sheet, a space filled with a thermal insulation material is left.
- US 4,368,571 shows a method for repairing a damaged pipe in a steam generator of a nuclear power plant, being in the area of the damaged area introduced a repair sleeve and countered by hydraulic expansion the inner wall of the heat exchanger tube is pressed leak-tight.
- the invention has for its object to protect the heat exchanger tubes made of ferritic material of such heat exchangers from embrittlement and the tube plate from thermal shock loads.
- each protective tube is fastened by hydraulic expansion in the area of the tube plate in the heat exchanger tube and that in the inlet area of the protective tubes there is in each case an additional insert tube, provided on the outside with insulation, made of material which is insensitive to embrittlement, for example chromium-nickel steel is arranged, which is fixed outside of the tube plate by hydraulic expansion on the protective tube.
- protective tubes made of brittle-insensitive material, For example, chrome nickel steel will diffuse the gas molecules heat-emitting medium in the ferritic material of the heat exchanger tubes prevented so that they are effectively protected against embrittlement.
- By hydraulic expansion of the protective tubes in the area of the tube plate this in a particularly simple but effective manner in the respective heat exchanger tube attached.
- To the tube plate of the heat exchanger during the on and Shutdown processes of the heat exchanger before thermal shock-like loads Protection is an additional one in the entrance area of the protective tubes, on his Insulated insert tube made of insensitive to embrittlement on the outside Material, such as chrome nickel steel, arranged outside the tube plate is fixed by hydraulic expansion on the protective tube.
- the heat exchanger tubes can also be hydraulic in a manner known per se Widening can be fixed in the tube plate. This ensures reliable Attachment of the heat exchanger tubes in the tube plate without one According to a further feature of the invention, the front ends of the heat exchanger tubes with the pipe plate sealing weld seam with axial Pipe forces is loaded.
- the protective tubes in the Hydraulic expansion area of the heat exchanger tubes expanded hydraulically, this expansion process of the heat exchanger tubes on the one hand and the Protection tubes, on the other hand, either simultaneously or in succession can be done.
- the insulation of the insert tubes preferably has at least the thickness of the Pipe plate corresponding axial extension.
- the protective tubes and the insert tubes protrude on the inflow side out of the tube plate and the heat exchanger tubes and are attached at their ends to an intermediate floor of an entry collector, preferably by welding. In this way, an additional backup can be made achieve the tube plate against an excessive temperature load.
- the tube plate can be clad on the inflow side made of material that is insensitive to embrittlement, e.g. chrome nickel steel in order to apply hot gas directly to the tube plate Avoid embrittlement of the tube plate.
- material that is insensitive to embrittlement e.g. chrome nickel steel
- the heat exchanger shown only schematically in FIG. 1, for example used for waste heat in the chemical industry, comprises a gas line 1 from which the nitrogen-containing gas G h, for example 480 ° C., is fed to an inlet collector 2. From this inlet header 2, the hot gas G h enters heat exchanger tubes 3, which are U-shaped in the exemplary embodiment and are pressure-tightly fastened in a tube plate 4 with both ends.
- the heat exchanger tubes 3 are surrounded by a housing 5 which is provided with connections (not shown in the drawing) for the supply and discharge of a medium which absorbs heat from the hot gas G h .
- the upstream ends 3a of the heat exchanger tubes 3 protrude from the tube plate 4. They are fastened in a pressure-tight manner in a wall of the inlet header 2 to be regarded as an intermediate floor 2a to the tube plate 4, so that the hot gas G h enters the ends 3a of the heat exchanger tubes 3 from the inlet header 2.
- the hot gas G h flows through the heat exchanger tubes 3 arranged in the housing 5, heat is extracted from the gas, so that in the selected exemplary embodiment it leaves the heat exchanger tubes 3 ending on the underside of the tube plate 4, for example at a temperature of 330 ° C.
- This cooled gas G k is symbolized by an arrow in FIG. 1.
- embrittlement favored by the high temperatures to prevent the heat exchanger tubes 3 made of ferritic material is, as can be seen from FIGS. 2 and 3, in the high temperature range of the heat exchanger tubes 3 a protective tube 6 is arranged in each heat exchanger tube 3, that is made of a material that is insensitive to embrittlement, for example chrome nickel steel consists.
- This protective tube 6 is in the area of the tube plate 4 by hydraulic Widening in the respective heat exchanger tube 3 attached.
- the heat exchanger tubes 3 by hydraulic Widening into corresponding annular recesses in the holes the tube plate 4 attached to this.
- the resulting annular Recesses inside the heat exchanger tubes 3 were made for the hydraulic Widening the protective tubes 6 used.
- the hydraulic expansion of the one hand Heat exchanger tubes 3 and on the other hand, the protective tubes 6 can be consecutive in time or take place simultaneously.
- Protective tubes 6 made of material that is insensitive to embrittlement will Diffusion of gas molecules of the heat-emitting medium, in particular one nitrogenous gas in the ferritic material of the heat exchanger tubes 3 prevented, so that they are effectively protected against embrittlement.
- the axial The length of the protective tubes 6 essentially depends on the temperature profile in axial direction of the heat exchanger tubes 3 and thus the intensity of the cooling the heat exchanger tubes 3. In the illustrated embodiment, the Cooling so intense that the protective tubes 6 with only a slight axial Extend beyond the tube plate 4 on the downstream side.
- an additional, Insert tube 10 provided on its outside with insulation 9 arranged, which also consists of an embrittlement-insensitive material.
- insulation 9 preferably extends at least over an axial length corresponding to the thickness of the tube plate 4.
- the tube plate 4 is, as can be seen in FIGS. 2 and 3, a cladding on the inflow side 4a provided.
- this is a with ferritic material weldable material, so that between plating 4a and the end face of each heat exchanger tube 3 a sealing weld 8 placed can be. Due to the definition of the heat exchanger tube 3 on the tube plate 4 by hydraulic expansion, this is particularly the better seal Serving sealing weld 8 relieved of axial pipe forces.
- the protective tubes 6 protrude on the inflow side out of the tube plate 4.
- This upstream ends 6a of the Protective tubes 6 are attached to an intermediate floor 2a, which is part according to FIG. 1 an entry collector 2 can be.
- the attachment of the protective tube 6 to the intermediate floor 2a is pressure-tight in the embodiment according to FIG. 2 a weld seam 7.
- Figure 2 shows a manufacturing stage before insertion of the additional tube 10 provided with the insulation 9 into the protective tube 6.
- the tube plate 4 is on the inflow side provided with a cladding 4a between and the heat exchanger tube 3 a sealing weld 8 is placed in each case.
- a sealing weld 8 is placed in each case.
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Description
Die Erfindung betrifft einen insbesondere zur Abwärmenutzung in der chemischen Industrie bestimmten Wärmetauscher mit an ihren Enden in Bohrungen mindestens einer Rohrplatte druckdicht befestigten Wärmetauscherrohren aus ferritischem Werkstoff, die in einem von einem Kühlmedium durchflossenen Wärmetauschergehäuse angeordnet sind, wobei zumindest im hohen Temperaturbereich der Wärmetauscherrohre jeweils ein Schutzrohr aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl angeordnet ist.The invention relates in particular to the use of waste heat in the chemical industry Industry-specific heat exchangers with at least their ends in holes a tube plate pressure-tightly attached heat exchanger tubes made of ferritic Material in a heat exchanger housing through which a cooling medium flows are arranged, the at least in the high temperature range Heat exchanger tubes each have a protective tube made of insensitive to embrittlement Material, for example chrome nickel steel is arranged.
Bei derartigen Wärmetauschern besteht die Gefahr der Versprödung des ferritischen Rohrwerkstoffes, wenn das in den Rohren strömende gasförmige Medium, beispielsweise stickstoffhaltige Gase, Temperaturen oberhalb 350°C aufweist. Aus diesem Grund sind aus der Praxis verschiedene Maßnahmen bekannt, um diese Versprödung zu vermeiden.With such heat exchangers there is a risk of embrittlement of the ferritic Pipe material, if the gaseous medium flowing in the pipes, for example nitrogenous gases, temperatures above 350 ° C. Out For this reason, various measures are known from practice for this To avoid embrittlement.
Die EP 0 042 028 zeigt einen Wärmetauscher, bei dem die Wärmetauscherrohre einseitig an einem Rohrboden angeschweißt sind, wobei die Rohröffnung mit einer in dem Rohrboden geführten Bohrung fluchten. Die Wärmetauscherrohre sind dabei aus einem ferritischen Stahl gefertigt. Zur Vermeidung von Schäden durch Nitrierung der mit dem zu kühlenden Medium im Bereich hoher Temperatur in Kontakt kommenden Vorrichtungsteile ist jede Rohrbodenbohrung mit einer Beschichtung aus nitrierbeständigem Werkstoff versehen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann hierzu eine aus einem nitrierbeständigem Werkstoff gefertigte Schutzhülse durch die Bohrung in dem Rohrboden hindurch bis in das Wärmetauscherrohr hineingeführt sein. Zwischen der Rohrbohrung und der Wandung der Schutzhülse ist dabei ein mit einem Wärmeisoliermaterial gefüllter Hohlraum belassen.EP 0 042 028 shows a heat exchanger in which the heat exchanger tubes are welded on one side to a tube sheet, the tube opening with a aligned bore in the tube sheet. The heat exchanger tubes are included made of a ferritic steel. To avoid damage from nitriding in contact with the medium to be cooled in the area of high temperature coming device parts, each tube sheet hole is coated made of nitride-resistant material. According to one embodiment can be made of a nitride-resistant material Protective sleeve through the hole in the tube sheet through to the heat exchanger tube be introduced. Between the pipe bore and the wall of the The protective sleeve is left in a cavity filled with a heat insulating material.
Aus der DE 1 958 566 ist ein Wärmetauscher zum Einsatz in chemischen Verfahren
bekannt, bei welchem die Wärmetauscherrohre in Bohrungen einer Bodenplatte
festgelegt sind. Zur Vermeidung von thermischen Spannungen ist im Bereich
der Bodenplatte in jedes Wärmetauscherrohr ein Innenrohr eingesetzt, wobei
zwischen der Wandung des Innenrohres und der Wand des Wärmetauscherrohrs
im Bereich des Rohrbodens ein mit einem Wärmeisoliermaterial gefüllter Zwischenraum
belassen ist.
Die US 4,368,571 zeigt ein Verfahren zum Reparieren eines schadhaften Rohrs in einem Dampfgenerator eines Kernkraftwerkes, wobei in den Bereich der Schadstelle eine Reparaturhülse eingebracht und durch hydraulisches Aufweiten gegen die Innenwandung des Wärmetauscherrohrs leckdicht verpreßt wird.US 4,368,571 shows a method for repairing a damaged pipe in a steam generator of a nuclear power plant, being in the area of the damaged area introduced a repair sleeve and countered by hydraulic expansion the inner wall of the heat exchanger tube is pressed leak-tight.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus ferritischem Werkstoff bestehenden Wärmetauscherrohre derartiger Wärmetauscher vor Versprödung und die Rohrplatte vor thermoschockartigen Belastungen zu schützen.The invention has for its object to protect the heat exchanger tubes made of ferritic material of such heat exchangers from embrittlement and the tube plate from thermal shock loads.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schutzrohr durch hydraulisches Aufweiten im Bereich der Rohrplatte im Wärmetauscherrohr befestigt ist und, daß im Eintrittsbereich der Schutzrohre jeweils ein zusätzliches, auf seiner Außenseite mit einer Isolierung versehenes Einsatzrohr aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl angeordnet ist, das außerhalb der Rohrplatte durch hydraulisches Aufweiten am Schutzrohr festgelegt ist.The solution to this problem by the invention is characterized in that each protective tube is fastened by hydraulic expansion in the area of the tube plate in the heat exchanger tube and that in the inlet area of the protective tubes there is in each case an additional insert tube, provided on the outside with insulation, made of material which is insensitive to embrittlement, for example chromium-nickel steel is arranged, which is fixed outside of the tube plate by hydraulic expansion on the protective tube.
Durch die zumindest im hohen Temperaturbereich innerhalb der Wärmetauscherrohre angeordneten Schutzrohre aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl wird die Diffusion von Gasmolekülen des wärmeabgebenden Mediums in den ferritischen Werkstoff der Wärmetauscherrohre verhindert, so daß diese wirksam vor Versprödung geschützt sind. Durch hydraulisches Aufweiten der Schutzrohre im Bereich der Rohrplatte werden diese auf besonders einfache, aber wirksame Weise im jeweiligen Wärmetauscherrohr befestigt. Um die Rohrplatte des Wärmetauschers während der An- und Abfahrvorgänge des Wärmetauschers vor thermoschockartigen Belastungen zu schützen ist im Eintrittsbereich der Schutzrohre jeweils ein zusätzliches, auf seiner Außenseite mit einer Isolierung versehenes Einsatzrohr aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl angeordnet, das außerhalb der Rohrplatte durch hydraulisches Aufweiten am Schutzrohr festgelegt ist. Mit diesem Vorschlag ergibt sich zusätzlich zum Schutz der Wärmetauscherrohre gegen Versprödung ein Schutz der Rohrplatte gegen thermoschockartige Belastungen, wobei die Festlegung der Einsatzrohre am Schutzrohr durch außerhalb der Rohrplatte erfolgendes hydraulisches Aufweiten sicherstellt, daß die gegen Belastungen empfindliche Isolierung zwischen Schutzrohr und Einsatzrohr nicht überbelastet wird.Through the at least in the high temperature range within the heat exchanger tubes arranged protective tubes made of brittle-insensitive material, For example, chrome nickel steel will diffuse the gas molecules heat-emitting medium in the ferritic material of the heat exchanger tubes prevented so that they are effectively protected against embrittlement. By hydraulic expansion of the protective tubes in the area of the tube plate this in a particularly simple but effective manner in the respective heat exchanger tube attached. To the tube plate of the heat exchanger during the on and Shutdown processes of the heat exchanger before thermal shock-like loads Protection is an additional one in the entrance area of the protective tubes, on his Insulated insert tube made of insensitive to embrittlement on the outside Material, such as chrome nickel steel, arranged outside the tube plate is fixed by hydraulic expansion on the protective tube. With this suggestion also arises to protect the heat exchanger tubes against Embrittlement a protection of the tube plate against thermal shock loads, the definition of the insert tubes on the protective tube by outside the Pipe plate hydraulic expansion ensures that the against loads sensitive insulation between protective tube and insert tube not overloaded becomes.
Auch die Wärmetauscherrohre können in an sich bekannter Weise durch hydraulisches Aufweiten in der Rohrplatte befestigt werden. Hierdurch erfolgt eine zuverlässige Befestigung der Wärmetauscherrohre in der Rohrplatte, ohne daß eine gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die stirnseitigen Enden der Wärmetauscherrohre mit der Rohrplatte verbindende Dichtschweißnaht mit axialen Rohrkräften belastet wird.The heat exchanger tubes can also be hydraulic in a manner known per se Widening can be fixed in the tube plate. This ensures reliable Attachment of the heat exchanger tubes in the tube plate without one According to a further feature of the invention, the front ends of the heat exchanger tubes with the pipe plate sealing weld seam with axial Pipe forces is loaded.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Schutzrohre im Bereich der hydraulischen Aufweitung der Wärmetauscherrohre hydraulisch aufgeweitet, wobei dieser Aufweitvorgang der Wärmetauscherrohre einerseits und der Schutzrohre andererseits entweder gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend erfolgen kann.In a preferred embodiment of the invention, the protective tubes in the Hydraulic expansion area of the heat exchanger tubes expanded hydraulically, this expansion process of the heat exchanger tubes on the one hand and the Protection tubes, on the other hand, either simultaneously or in succession can be done.
Die Isolierung der Einsatzrohre weist vorzugsweise eine mindestens der Dicke der Rohrplatte entsprechende axiale Erstreckung auf.The insulation of the insert tubes preferably has at least the thickness of the Pipe plate corresponding axial extension.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ragen die Schutzrohre und die Einsatzrohre einströmseitig aus der Rohrplatte und den Wärmetauscherrohren heraus und sind mit ihrem Ende an einem Zwischenboden eines Eintrittsammlers befestigt, vorzugsweise durch Schweißen. Auf diese Weise läßt sich eine zusätzliche Sicherung der Rohrplatte gegen eine zu hohe Temperaturbelastung erzielen.In a preferred embodiment, the protective tubes and the insert tubes protrude on the inflow side out of the tube plate and the heat exchanger tubes and are attached at their ends to an intermediate floor of an entry collector, preferably by welding. In this way, an additional backup can be made achieve the tube plate against an excessive temperature load.
In an sich bekannter Weise kann die Rohrplatte einströmseitig mit einer Plattierung aus versprödungsunempfindlichem Material, beispielsweise Chromnickelstahl versehen sein, um bei einer direkten Beaufschlagung der Rohrplatte mit heißem Gas Versprödungen der Rohrplatte zu vermeiden. In a manner known per se, the tube plate can be clad on the inflow side made of material that is insensitive to embrittlement, e.g. chrome nickel steel in order to apply hot gas directly to the tube plate Avoid embrittlement of the tube plate.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt, und zwar zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines kompletten Wärmetauschers,
- Fig. 2
- Ausführungsbeispiel anhand eines Schnittes durch ein in der Rohrplatte druckdicht befestigtes Wärmetauscherrohr mit Schutzrohr, vor dem Einsetzen eines Einsatzrohres und
- Fig. 3
- eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels mit in das Schutzrohr eingefügtem Einsatzrohr.
- Fig. 1
- a schematic representation of a complete heat exchanger,
- Fig. 2
- Embodiment based on a section through a pressure-tightly attached heat exchanger tube in the tube plate with protective tube, before inserting an insert tube and
- Fig. 3
- one of FIG. 2 corresponding sectional view of the embodiment with insert tube inserted into the protective tube.
Der in Fig. 1 nur schematisch dargestellte, beispielsweise zur Abwärmenutzung in
der chemischen Industrie eingesetzte Wärmetauscher umfaßt eine Gasleitung 1,
aus der das beispielsweise 480° C heiße, stickstoffhaltige Gas Gh einem Eintrittsammler
2 zugeführt wird. Aus diesem Eintrittsammler 2 gelangt das heiße Gas Gh
in Wärmetauscherrohre 3, die beim Ausführungsbeispiel U-förmig ausgeführt und
mit beiden Enden in einer Rohrplatte 4 druckdicht befestigt sind. Die Wärmetauscherrohre
3 sind hierbei von einem Gehäuse 5 umgeben, das mit auf der Zeichnung
nicht dargestellten Anschlüssen für die Zufuhr und Abfuhr eines aus dem
heißen Gas Gh Wärme aufnehmenden Mediums versehen ist.The heat exchanger shown only schematically in FIG. 1, for example used for waste heat in the chemical industry, comprises a
Beim Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 1) ragen die zuströmseitigen Enden 3a der Wärmetauscherrohre
3 aus der Rohrplatte 4 heraus. Sie sind in einer als Zwischenboden
2a zur Rohrplatte 4 anzusehenden Wand des Eintrittsammlers 2 druckdicht befestigt,
so daß das heiße Gas Gh aus dem Eintrittsammler 2 in die Enden 3a der
Wärmetauscherrohre 3 eintritt. Bei der Durchströmung des heißen Gases Gh
durch die im Gehäuse 5 angeordneten Wärmetauscherrohre 3 wird dem Gas
Wärme entzogen, so daß es beim gewählten Ausführungsbeispiel die auf der Unterseite
der Rohrplatte 4 endenden Wärmetauscherrohre 3 beispielsweise mit einer
Temperatur von 330° C verläßt. Dieses abgekühlte Gas Gk ist durch einen
Pfeil in Fig. 1 symbolisiert.In the exemplary embodiment (see FIG. 1), the
Um eine insbesondere durch die hohen Temperaturen begünstigte Versprödung
der aus ferritischem Werkstoff bestehenden Wärmetauscherrohre 3 zu verhindern,
ist, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, im hohen Temperaturbereich der Wärmetauscherrohre
3 in jedem Wärmetauscherrohr 3 jeweils ein Schutzrohr 6 angeordnet,
das aus einem versprödungsunempfindlichen Material, beispielsweise Chromnikkelstahl
besteht. Dieses Schutzrohr 6 ist im Bereich der Rohrplatte 4 durch hydraulisches
Aufweiten im jeweiligen Wärmetauscherrohr 3 befestigt. beim
Ausführungsbeispiel sind auch die Wärmetauscherrohre 3 durch hydraulisches
Aufweiten in entsprechende ringförmige Ausnehmungen in den Bohrungen
der Rohrplatte 4 an dieser befestigt. Die sich hierbei ergebenden ringförmigen
Vertiefungen im Inneren der Wärmetauscherrohre 3 wurden für das hydraulische
Aufweiten der Schutzrohre 6 benutzt. Das hydraulische Aufweiten einerseits der
Wärmetauscherrohre 3 und andererseits der Schutzrohre 6 kann zeitlich aufeinanderfolgend
oder gleichzeitig erfolgen.In particular, embrittlement favored by the high temperatures
to prevent the
Durch die im hohen Temperaturbereich innerhalb der Wärmetauscherrohre 3 angeordneten
Schutzrohre 6 aus versprödungsunempfindlichem Material wird die
Diffusion von Gasmolekülen des wärmeabgebenden Mediums, insbesondere eines
stickstoffhaltigen Gases in den ferritischen Werkstoff der Wärmetauscherrohre
3 verhindert, so daß diese wirksam vor Versprödung geschützt sind. Die axiale
Länge der Schutzrohre 6 hängt hierbei im wesentlichen vom Temperaturverlauf in
axialer Richtung der Wärmetauscherrohre 3 und damit von der Intensität der Kühlung
der Wärmetauscherrohre 3 ab. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die
Kühlung derart intensiv, daß die Schutzrohre 6 mit einer nur geringfügigen axialen
Erstreckung abströmseitig die Rohrplatte 4 überragen.By arranged in the high temperature range within the
Um die Rohrplatte 4 bei Anfahr- und Abfahrvorgängen gegen thermoschockartige
Belastungen zu schützen, ist wie in Fig. 3 ersichtlich im Eintrittsbereich der Schutzrohre 6 jeweils ein zusätzliches,
auf seiner Außenseite mit einer Isolierung 9 versehenes Einsatzrohr 10
angeordnet, das ebenfalls aus einem versprödungsunempfindlichen Material besteht.
Die zwischen dem innenliegenden Einsatzrohr 10 und dem außenliegenden
Schutzrohr 6 angeordnete Isolierung 9 erstreckt sich vorzugsweise mindestens
über eine der Dicke der Rohrplatte 4 entsprechende axiale Länge. Um die empfindliche
Isolierung 9 vor Beschädigungen oder Zerstörungen zu schützen, erfolgt
die Festlegung jedes Einsatzrohres 10 am Schutzrohr 6 durch außerhalb der
Rohrplatte 4 erfolgendes hydraulisches Aufweiten, d.h. durch ein Aufweiten in einem
Bereich, in dem die Einsatzrohre 10 und Schutzrohre 6 unmittelbar, d.h. ohne
zwischenliegende Isolierung 9 aneinanderliegen.Around the
Damit auch die ungekühlte Oberfläche der Rohrplatte 4 vor einer unerwünschten
Versprödung geschützt wird, ist die Rohrplatte 4 wie in den Fig. 2+3 ersichtlich einströmseitig mit einer Plattierung
4a versehen. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um ein mit
ferritischem Material verschweißbares Material, so daß zwischen Plattierung 4a
und der Stirnseite jedes Wärmetauscherrohres 3 eine Dichtschweißnaht 8 gelegt
werden kann. Aufgrund der Festlegung des Wärmetauscherrohres 3 an der Rohrplatte
4 durch hydraulisches Aufweiten ist diese insbesondere der besseren Abdichtung
dienende Dichtschweißnaht 8 von axialen Rohrkräften entlastet.So that the uncooled surface of the
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 ragen die Schutzrohre 6 einströmseitig
aus der Rohrplatte 4 heraus. Diese zuströmseitigen Enden 6a der
Schutzrohre 6 sind an einem Zwischenboden 2a befestigt, der gemäß Fig. 1 Teil
eines Eintrittsammlers 2 sein kann. Die Befestigung des Schutzrohres 6 am Zwischenboden
2a erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 druckdicht durch
eine Schweißnaht 7. Die Abbildung Fig. 2 zeigt eine Fertigungsstufe vor dem Einsetzen
des mit der Isolierung 9 versehenen Zusatzrohres 10 in das Schutzrohr 6.In the embodiment according to FIGS. 2 and 3, the
In Fig. 3 ist die Rohrplatte 4 einströmseitig
mit einer Plattierung 4a versehen, zwischen der und dem Wärmetauscherrohr
3 jeweils eine Dichtschweißnaht 8 gelegt ist. Wie dieser Darstellung
des fertigen Wärmetauscherrohres 3 zeigt, ragt außer dem Schutzrohr 6 auch das
Einsatzrohr 10 aus der Rohrplatte 4 heraus, wobei bei dieser Ausführungsform das
konisch aufgeweitete Einsatzrohr 10 mittels einer Schweißnaht 7 am Zwischenboden
2a des Eintrittsammlers 2 befestigt ist. 3, the
- 11
- Gasleitunggas pipe
- 22
- Eintrittsammlerinlet header
- 2a2a
- Zwischenbodenfalse floor
- 33
- Wärmetauscherrohrheat exchanger tube
- 3a3a
- zustömseitiges Endeupstream end
- 44
- Rohrplattetube plate
- 4a4a
- Plattierungplating
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- Schutzrohrthermowell
- 6a6a
- zuströmseitiges Endeupstream end
- 77
- SchweißnahtWeld
- 88th
- Dichtschweißnahtseal weld
- 99
- Isolierunginsulation
- 1010
- Einsatzrohrinsert tube
- Ga G a
- heißes Gashot gas
- Gk G k
- abgekühltes Gascooled gas
Claims (7)
- Heat exchanger, in particular for waste-heat utilization in the chemical industry, having heat exchanger tubes (3) made of ferritic material, which are fastened in a pressure-tight manner at their ends in bores of at least one tube plate and are arranged in a heat exchanger housing (5) through which a cooling medium flows, a protective tube (6) made of embrittlement-insensitive material, for example chrome-nickel steel, being arranged at least in the high temperature region of the heat exchanger tubes (3), characterized in that each protective tube (6) is fastened in the heat exchanger tube (3) as a result of hydraulic expansion in the region of the tube plate (4), and in that in each case an additional insert tube (10) provided on its outside with an insulation (9) and made of embrittlement-insensitive material, for example chrome-nickel steel, is arranged in the inlet region of the protective tubes (6), said insert tube being secured to the protective tube (6) outside the tube plate (4) as a result of hydraulic expansion.
- Heat exchanger according to Claim 1, characterized in that the insulation (9) has an axial extent corresponding at least to the thickness of the tube plate (4).
- Heat exchanger according to Claim 1 or 2, characterized in that the end faces of the heat exchanger tubes (3) are connected to the tube plate (4) by means of a seal-welding seam (8).
- Heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger tubes (3) are fastened in the tube plate (4) as a result of hydraulic expansion.
- Heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that the protective tubes (6) are expanded hydraulically in the region of the hydraulic expansion of the heat exchanger tubes (3).
- Heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that the protective tubes (6) and the insert tubes (10) project from the tube plate (4) and the heat exchanger tubes (3) on the inflow side and are fastened at this end to an intermediate bottom (2a) of an inlet header (2).
- Heat exchanger according to at least one of Claims 1 to 6, characterized in that the tube plate (4) is provided on the inflow side with plating (4a).
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