KR820000466B1

KR820000466B1 - Multitubular heat exchanger

Info

Publication number: KR820000466B1
Application number: KR7702006A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 후루가와; 다모쓰 야마네
Original assignee: 요시야마 히로기찌; 주식회사 히다찌 세이사사꾸쇼
Priority date: 1977-08-27
Filing date: 1977-08-27
Publication date: 1982-04-03

Abstract

Tube & shell heat exchanger esp. for nuclear or thermal power plant with guide plates(20) for directing heating fluid towards a vent tube(12) is provided. Heat exchanger cell(4) contains high & low temp. tube bundles(15,16). Each bundle has a number of u-tubes for a flowing medium to be heated. Between the two bundles, there is a vent tube(12) extending longitudinally in the shell for removing non-condensable gasses. At least one flow guide plate(20) is located on the outer side of the low temp. bundle(16) to channel heating fluid between the shell & the bundles towards the vent tube.

Description

Shell and tube heat exchanger

제1a도는 종래의 쌍대 원통체형 다관식 열교환기의 단면도.1A is a cross-sectional view of a conventional dual cylindrical cylindrical tube heat exchanger.

제1b도는 제1a도의 Ib-Ib선에서 본 원통체의 단면도.FIG. 1B is a cross-sectional view of the cylindrical body seen from line Ib-Ib in FIG. 1A.

제2도는 열교환기의 동작을 나타낸 설명도.2 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger.

제3a도는 본 발명의 1실시예를 나타낸 쌍대 원통체형 다관식 열교환기의 단면도.Figure 3a is a cross-sectional view of a dual cylindrical tubular heat exchanger showing an embodiment of the present invention.

제3b도는 제3a도의 IIIb-IIIb선에서 본 단면도.3b is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb of FIG. 3a.

제4a,4b,4c도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 쌍대 원통체형 다관식 열교환기의 단면도.4A, 4B, and 4C are cross-sectional views of a dual cylindrical tubular heat exchanger showing another embodiment of the present invention.

제5a도는 본 발명의 한 원통체형 다관식 열교환기의 1실시예를 나타낸 단면도.Figure 5a is a cross-sectional view showing one embodiment of a cylindrical tubular heat exchanger of the present invention.

제5b도는 제5a도의 Vb-Vb선에서 본 단면도.FIG. 5B is a sectional view seen from the line Vb-Vb in FIG. 5A. FIG.

제6a,6b,6c도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 한 원통체형 다관식 열교환기의 단면도.6A, 6B, and 6C are cross-sectional views of one cylindrical tubular heat exchanger showing another embodiment of the present invention.

제7a도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 한 원통체형 다관식 열교환기의 단면도.Figure 7a is a cross-sectional view of a cylindrical tubular heat exchanger showing another embodiment of the present invention.

제7b도는 제7a도의 VIIb-VIIb선에서 본 단면도.FIG. 7B is a cross sectional view taken along the line VIIb-VIIb in FIG. 7A; FIG.

제8a,8b,8c도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 한 원통체형 다관식 열교환기의 단면도.8A, 8B, and 8C are cross-sectional views of one cylindrical multi-tube heat exchanger showing another embodiment of the present invention.

제9도는 본 발명에 따른 열교환기의 동작 설명도.9 is an operation explanatory diagram of a heat exchanger according to the present invention.

제10a,10b도는 제9도의 정류판이 놓여진 상태의 설명도이다.10A and 10B are explanatory views of the state in which the rectifying plate of FIG. 9 is placed.

본 발명은 주로 화력 및 원자력 발전소에서 사용되는 다관식 열교환기에 관한 것으로 가열매질 이동의 정체로 인한 열전달관의 부식을 방지하고 고성능의 효능을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-tube heat exchanger mainly used in thermal power plants and nuclear power plants. The object of the present invention is to prevent corrosion of heat transfer tubes due to stagnation of heating medium and to provide high-performance efficacy.

종래 이러한 형태의 열교환기는 원통체와 원통체에 설명된 가열매질 유입구, 상술한 원통체내에 장설된 고온 관다발과 저온 관다발, 가열될 매질의 흐름을 가능케 하여 가열될 매질과 가열매질 유입구를 통해 원통체내의 내부로 들어가는 가열된 매질사이에 열교환 작용이 일어나는 다수의 U형 열전달관 및 고온 관다발과 저온 관다발 사이에 끼어 있으면서 원통체의 내부의 액화되지 않은 가스를 제거하기 위해 원통체의 축방향으로 놓여진 배기관(Vent tube)으로 구성된다.Conventionally, this type of heat exchanger allows the flow of the heating medium inlet described in the cylinder and the cylinder, the hot and cold tube bundles installed in the above-described cylinder, the medium to be heated, and the medium to be heated and the heating medium inlet through the medium. A plurality of U-shaped heat transfer tubes and heat pipes in which the heat exchange action takes place between the heated medium entering the inside of the cylinder and the exhaust pipe placed in the axial direction of the cylinder to remove the unliquefied gas inside the cylinder while being sandwiched between the hot and cold tube bundles. (Vent tube).

여기서, 개량한 부분은 매질이 원통체와 관다발 사이를 지나 배기관으로 나아갈 때 가열매질의 흐름을 증대시키기 위해 저온 관다발의 외측에 설치한 최소한 한개의 정류판(整流板)으로 구성된다. 제1a,1b도는 종래의 쌍대 원통형 다관식 열교환기를 나타낸 것으로 터빈에서 나오는 가열증기와 고압 열교환기에서 돌아오는 드레인은 원통체(4)에 장치된 증기유입구(6)와 드레인유입구(7)를 통하여 원통체(4) 내부로 들어온다.Here, the improved part consists of at least one rectifying plate installed on the outside of the cold tube bundle to increase the flow of the heating medium when the medium passes between the cylinder and the tube bundle to the exhaust pipe. 1A and 1B show a conventional dual cylindrical shell-and-tube heat exchanger. The heated steam from the turbine and the drain returned from the high-pressure heat exchanger are passed through the steam inlet 6 and the drain inlet 7 installed in the cylindrical body 4. It enters inside the cylinder (4).

가열증기와 드레인은 원통체(4)의 내측 상부에 있는 증기통로(14)를 지나 관다발(15),(16)의 열전달관(8)을 흐르는 급수(feed water)에 열을 전달하기 위한 관지지판(9) 사이에 형성되는 열교환 영역(관다발 (15),(16))을 흐른다. 그 후 증기는 액화되어 원통체의 밑바닥에 모이게 된다. 급수된 물은 급수유입구(2)를 통해 물탱그(1)로 흐르며 열전달관(8)을 흘러 급수유출구(3)를 통해 방출된다.The heated steam and the drain pass through the steam passage 14 in the upper portion of the cylindrical body 4 to transfer heat to feed water flowing through the heat transfer tubes 8 of the tube bundles 15 and 16. The heat exchange areas (pipe bundles 15 and 16) formed between the support plates 9 flow. The vapor is then liquefied and collected at the bottom of the cylinder. Water supplied to the water tank (1) through the water inlet (2) flows through the heat transfer pipe (8) is discharged through the water supply outlet (3).

부호(5)는 관판(tube plate)이고 (10)은 드레인 냉각기이며 (11)은 액화된 물(드레인)이다. 원통체(4)의 내측 하부에 모인 물 또는 드레인은 드레인 냉각기에서 냉각되어 급수유출구(도시되어 있지않음)를 통해 방출되어 원통체(4) 하부의 수위를 일정하게 한다. 드레인유출구는 이 열교환기보다 낮은 압력의 또 다른 장치에 연결되어 있다. 전술한 구조의 공지된 열교환기에서는 증기유입구(6)를 통해 들어온 증기는 제2도(21,22)에 도시한 바와 같이 흐른다.5 is a tube plate, 10 is a drain cooler and 11 is liquefied water (drain). Water or drain collected in the inner lower portion of the cylindrical body 4 is cooled in the drain cooler and discharged through a water supply outlet (not shown) to keep the level of the lower portion of the cylindrical body 4 constant. The drain outlet is connected to another device of lower pressure than this heat exchanger. In the known heat exchanger of the above-described structure, steam entering through the steam inlet 6 flows as shown in FIGS.

급수유입구(2) 근처의 관다발(16)과 급수유출구(3) 근처의 관다발(15)은 증기를 액화시키기 위한 배기관(12)에 대하여 대칭이며 관다발(16)에서 교환되는 열의 양과 관다발(15)에서 교환되는 열의 양의 비는 약 15:1이다. 두 개의 관다발(15),(16)에서 교환되는 열의 양에 차이가 있기 때문에 급수유입구(2) 근처의 관다발(16)에서 액화되는 증기의 양이 많으면 많을수록 급수유입구(2) 근처의 관다발(16)로 흐르는 증기의 양이 많아진다. 그래서, 하방향 증기의 흐름(21)이 상방향 증기의 흐름(22)보다 강하게 되며 그결과 가스흐름(21),(22)은 증기와 액화되지 않은 가스가 정체하게 되는 증기정체영역(17)이 형성되는 급수유입구(2) 근처의 관다발(16)의 중앙부에 집중하게 된다.The tube bundle 16 near the water inlet 2 and the tube bundle 15 near the water outlet 3 are symmetrical with respect to the exhaust pipe 12 for liquefying steam and the amount of heat exchanged in the tube bundle 16 and the tube bundle 15. The ratio of the amount of heat exchanged at is about 15: 1. Since there is a difference in the amount of heat exchanged in the two tube bundles 15 and 16, the larger the amount of vapor liquefied in the tube bundle 16 near the water inlet 2, the more the tube bundle 16 near the water inlet 2 The amount of steam flowing to) increases. Thus, the downstream steam stream 21 is stronger than the upward steam stream 22, and as a result, the gas flows 21 and 22 are vapor stagnant regions 17 where the vapor and the unliquefied gas are stagnated. The central part of the tube bundle 16 near the water supply inlet 2 is formed.

즉 발전 플랜트의 급수에는 급수의 pH컨트롤을 위해 히드라진을 주입하고 있다. 이로써 급수가 보일러에서 가열되어 증기로 될때 히드라진이 분해하여 암모니아가스 NH₃가 된다.In other words, hydrazine is injected into the feedwater of the power plant to control the pH of the feedwater. This causes the hydrazine to decompose into ammonia gas NH ₃ when the feedwater is heated in the boiler to steam.

그리고 이들의 증기가 증기터빈에 도입된 후에 그 터빈의 도중에서 추기(抽氣)되고, 열교환기에 유입되어 거기서 급수를 가열하는 것이지만 이 열교환기내에서의 열교환으로 증기에서 물로 액화할때 상기한 증기중에 혼재(混在)해 있는 암모니아가스 및 계외(系外)로부터 혼입한 공기 혼합가스가 내부에서 액화되지 않고 비액화가스로써 열교환기내의 열전달관(8)의 집합체인 관다발(16)중에 축적, 정체하게 되는 것이다.After the steam is introduced into the steam turbine, it is extracted in the middle of the turbine, flows into the heat exchanger, and heats the feed water there, but when the liquid is liquefied from steam to water by heat exchange in the heat exchanger, The mixed ammonia gas and the air mixed gas mixed from the outside of the system do not liquefy inside and accumulate in the tube bundle 16, which is an aggregate of the heat transfer tubes 8 in the heat exchanger, as non-liquefied gas. Will be.

이 정체 영역(17)에서 액화되지 않은 가스를 급수유입구(2) 근처의 관다발(16)과 급수유출구(3) 근처의 관다발(15)간에 끼인 배기관(12)을 통해 완전히 제거시키는 것은 불가능하다. 그래서 정체영역에서 특히 증기흐름이 정체하기 쉬운 관지지판(9) 근처의 영역에서 액화되지 않은 가스 즉 비액화 가스중에 포함되는 암모니아가스 NH₃는, 열교환기의 열전달관(8)의 재질인 알루미늄-브래스(Alumi brass)를 부식하는 성질이 있는 점에서 관다발(16)에 비액화 가스가 정체하면 그 암모니아가스에 의해 관다발의 열전달관(8)이 부식될 위험이 있다.It is impossible to completely remove the gas not liquefied in this stagnant region 17 through the exhaust pipe 12 sandwiched between the tube bundle 16 near the water supply inlet 2 and the tube bundle 15 near the water supply outlet 3. Therefore, ammonia gas NH ₃ contained in the non-liquefied gas, that is, non-liquefied gas, in the region near the tube support plate 9 where steam flow is likely to be stagnant in the stagnant region is aluminum- If the non-liquefied gas is stagnant in the tube bundle 16 because of the property of corroding brass (Alumi brass), there is a risk that the heat transfer tube 8 of the tube bundle is corroded by the ammonia gas.

본 발명의 상세한 설명에 따라 배기관으로 가능증기의 흐름을 유도하기 위해 관다발의 외측에 최소한 한개의 정류판의 설치함으로해서 관지지패(9) 근처에 있는 열전단관의 부식을 방지할 수 있다. 하나의 정류판과 협동하는 하나의 틈이 관다발의 외측의 가장자리에 형성된다. 틈과 함께, 혹은 단독으로 정류판을 제공하여 관다발 사이에 끼인 증기를 액화시키는 배기관의 근처에 있는 위치로 증기 정책영역을 옮기는 것이 가능하며 그리하여 액화되지 않은 가스가 배기관을 통해 쉽게 제거될 수 있으며 열전달관(8)의 부식도 방지될 수 있다.According to the detailed description of the present invention, by installing at least one rectifying plate on the outside of the tube bundle to induce the flow of possible steam to the exhaust pipe, it is possible to prevent corrosion of the thermal shear tube near the tube support plate (9). One gap is formed at the outer edge of the bundle of tubes cooperating with one rectifying plate. It is possible to move the steam policy area to a location near the exhaust pipe that liquefies the steam trapped between the tube bundles with a gap or alone, so that unliquefied gas can be easily removed through the exhaust pipe and heat transfer Corrosion of the tube 8 can also be prevented.

본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.The present invention is explained in detail by the drawings.

제3도∼제10도는 제1도 및 제2도에 도시된 것과 특성이 같다.3 to 10 are the same as those shown in FIGS. 1 and 2.

제3a,3b도에서 부호(18)는 급유입구(2) 근처에 위치한 액화영역을 나타낸다. 부호(19)는 액화영역(18)내 관다발(16)의 외측 가장자리에 형성된 틈으로서 이는 축방향으로 배기관(12)을 향하게 되어 있다. 부호(20)는 틈(19)에 위치한 정류판으로 틈(19)과 같은 방법으로 되어 있다. 틈(19)으로부터 외측으로 뻗어있는 정류판(20)의 단부는 일반적으로 물(11)에 잠겨 있으며 정류판의 정류동작을 방해하는 정류판과 물사이의 증기의 흐름을 방지한다.In Figs. 3A and 3B, reference numeral 18 denotes a liquefaction region located near the oil inlet 2. Reference numeral 19 is a gap formed at the outer edge of the tube bundle 16 in the liquefaction region 18, which is directed toward the exhaust pipe 12 in the axial direction. Reference numeral 20 is a rectifying plate located in the gap 19 in the same manner as the gap 19. The end of the rectifying plate 20 extending outwards from the gap 19 is generally immersed in water 11 and prevents the flow of steam between the rectifying plate and the water which impedes the rectifying operation of the rectifying plate.

드레인 냉각기(10)가 설치되지 않는 경우 정류판(20)은 관판(5)에서 곡선부근에 배치된 열전달관(8)의 부분까지 뻗어 있다.In the case where the drain cooler 10 is not installed, the rectifying plate 20 extends from the tube plate 5 to the portion of the heat transfer tube 8 disposed near the curve.

상숭한 발명의 실시예는 한 개의 정류판(20)을 갖는 쌍대원통형 열교환기에 관한 것이다. 제4a,4b,4c도에 도시된 바와 같이 다수의 틈(19)과 정류판(20)이 있음을 알 수 있다.An exemplary embodiment of the invention relates to a twin-cylindrical heat exchanger having one rectifying plate 20. It can be seen that there are a plurality of gaps 19 and the rectifying plate 20 as shown in Figures 4a, 4b, 4c.

제5a,5b도는 하나의 틈(19)과 하나의 정류판(20)을 갖는 한 원통체형 열교환기에 관한 것이다.5a and 5b are related to a cylindrical heat exchanger having one gap 19 and one rectifying plate 20.

제6a,6b,6c도는 여러개의 틈(19)과 정류판(20)을 갖는 한 원통체형 열교환기의 실시예를 나타낸 것이다.6a, 6b, and 6c show an embodiment of a cylindrical heat exchanger having several gaps 19 and a rectifying plate 20.

전술한 실시예에서 정류판은 관지지판(9)에 의해 용이하게 지지되어 있다.In the above embodiment, the rectifying plate is easily supported by the tube support plate 9.

제7a,7b도는 여러개의 정류판(20)이 원통체(4)의 내측벽부위에 부착된 또 다른 실시예를 나타내고 있으며 이는 액화영역(18)에 위치한 관다발의 외측에 대해 나란히 놓여있고 정류판(20)은 배기관(12)을 향하여 있게 된다.7a and 7b show another embodiment in which several rectifying plates 20 are attached to the inner wall portion of the cylindrical body 4, which are placed side by side with respect to the outside of the tube bundle located in the liquefaction zone 18. 20 is directed towards the exhaust pipe 12.

제8a,8b,8c도의 실시예는 하나 또는 그 이상의 틈(19)이 관다발(16)의 외측 가장자리에 형성되고 그들은 제7(a),7(b)도에 도시된 실시예의 정류판(20)과 같은 방법으로 원통체(4)의 내측벽에 부착된 정류판(20)의 전부 또는 일부에 대해 나란히 놓여지게 된다.8A, 8B, and 8C, the one or more gaps 19 are formed at the outer edge of the tube bundle 16 and they are the rectifying plate 20 of the embodiment shown in FIGS. 7 (a), 7 (b). It is placed side by side with respect to all or part of the rectifying plate 20 attached to the inner wall of the cylindrical body 4 in the same manner.

본 발명의 동작에 대해서 설명한다.The operation of the present invention will be described.

제9도에 있어서 정류판(20)은 급수유입구 부근에 위치한 관다발(16)의 주변부 및 액화영역(18)에 형성된 틈(19)의 하나에 삽입되어 있다.In Fig. 9, the rectifying plate 20 is inserted into one of the gaps 19 formed in the periphery of the tube bundle 16 and the liquefaction region 18 located near the water supply inlet.

틈(19)은 배기관(12)을 향하여 있기 때문에 상승 증기흐름(22)은 정류판(20)을 따라 배기관(12)을 향하여 상승한다. 그결과, 종래의 열교환기에서 관다발(16)의 중앙부에 형성되는 증기정체영역(17)은 배기관(12) 근처의 영역으로 상승하게 되며 이에 의해 배기관(12)을 통해 액화되지 않은 가스가 증기정체영역(17)으로부터 쉽게 제거될 수 있다.Since the gap 19 faces the exhaust pipe 12, the rising steam flow 22 rises along the rectifying plate 20 toward the exhaust pipe 12. As a result, in the conventional heat exchanger, the steam stagnant region 17 formed at the center of the tube bundle 16 rises to an area near the exhaust pipe 12, whereby the gas not liquefied through the exhaust pipe 12 is stagnated. It can be easily removed from the area 17.

제10a도에 도시된 바와 같이 정류판(20)이 틈(19)에 삽입되는 방법과 같이 열교환기를 제작하는데 어려움이 있는 경우 정류판(20)은 제10b도에 도시한 바와 같은 동일한 효과를 갖도록 틈(19)에 대해 나란하게 놓을 수 있다. 이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 액화영역에서 관다발중의 증기정체를 해소하고 액화되지 않은 가스를 만족하게 배출하는 효과를 가지므로 액화되지 않은 가스에 의한 열전달관 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 관다발중의 가스유동의 흐름을 개선하여 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 10a, when the heat exchanger is difficult to produce, such as the method in which the rectifying plate 20 is inserted into the gap 19, the rectifying plate 20 may have the same effect as shown in FIG. 10b. It can be placed side by side against the gap 19. As described above, the present invention has the effect of eliminating the stagnation of steam in the tube bundle in the liquefaction region and satisfactorily discharging the unliquefied gas, thereby preventing corrosion of the heat transfer tube by the non-liquefied gas, It is possible to improve the performance of the heat exchanger by improving the flow of gas flow.

Claims

Heat exchanged with the heating medium introduced into the cylindrical body at the heating medium inlet through the heated medium inlet (6), (7), the cylindrical body (4) installed in the cylindrical body (4) and the cylindrical body to flow the heated medium Non-liquefied gas in the cylindrical body disposed in the longitudinal direction of the cylindrical body located between the hot tube bundle 15 and the cold tube bundle 16 formed by the plurality of U-shaped heat transfer tubes 8 for performing the above, and the hot tube bundle and the cold tube bundle. In the feed water heater having an exhaust pipe 12, etc. for extracting, at least one rectifying plate 20 is installed on the outer circumference of the cold tube bundle 16 to flow the cylindrical body and the tube bundles 15, 16 Heat exchanger, characterized in that to guide the heating medium to the exhaust pipe (12).