NL7900710A

NL7900710A - Warmteuitwisselaar.

Info

Publication number: NL7900710A
Application number: NL7900710A
Authority: NL
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1980-08-01
Also published as: FR2448120B1; DE3002898A1; US4325428A; JPS55102893A; GB2041191B; FR2448120A1; CA1117101A; NL182749C; IT1129975B; IT8019506A0; GB2041191A

Description

*

Κ 6557 MET

Aanvragers Shell Internationale Research Maatschappij B.V.,

Carel van Bylandtlaan 50, *s-Gravenhage

Korte aanduiding: "Warmteuitwisselaar"

De uitvinding heeft betrekking op een warmteuitwisselaar, voorzien van een bundel evenwijdige pijpen, die aan het uiteinde in een pijpenplaat zijn bevestigd en welke pijpenplaat in de warmteuitwisselaar op haar plaats wordt gehouden door middel van 5 een drukflens.

Dergelijke warmteuitwisselaars van het zogeheten gesloten type, waarbij het ene medium rondom de pijpen stroomt en het andere warmteuitwisselende medium door de pijpen wordt geleid, worden in de procesindustrie op grote schaal toegepast, waarbij veel-10 vuldig onder aanzienlijke druk van enkele tientallen atmosferen wordt gewerkt.

Deze omstandigheid stelt hoge eisen wat betreft de afdichting van de losneembare delen, welke voor reiniging of inspectie verwijderd moeten kunnen worden en daarna weer betrouwbaar moeten 15 worden afgedicht. Een dergelijke bevestiging geschiedt als regel met behulp van tapeinden en moeren, die dikwijls van roestvrij staal zijn vervaardigd. Het aantal en de afmeting hiervan nemen in sterke mate toe, naar mate de druk en de capaciteit en daarmede de afmetingen van de warmteuitwisselaars ook groter worden. Als 20 gevolg van in dergelijke warmteuitwisselaars tijdens het bedrijf heersende hoge drukken en temperaturen kunnen zich, in het bijzonder bij gebruik van roestvrij stalen tapeinden en moeren moeilijkheden voordoen. Speciaal roestvrij stalen draadverbin-dingen kunnen, vooral bij demontage na een bedrijfsperiode, 710 07 1 0 - 2 - beschadiging van de draad oplopen, welk verschijnsel in vakkringen ook wel wordt aangeduid als een neiging tot vreten. Het gevolg kan zijn de noodzaak van een tijdrovende en kostbare reparatie, in het bijzonder indien zo'n beschadiging zich voordoet waar de tapeinden 5 zijn ingeschroefd, die bestemd zijn voor de bevestiging van de pijpenplaat. Deze bevindt zich binnen de warmteuitwisselaar waardoor de bevestigingsmiddelen daarvan moeilijk toegankelijk kunnen zijn.

De uitvinding nu beoogt het bovengenoemde nadeel te vermijden 10 door het gebruik van bouten, zonder dat evenwel hiervoor extra plaatsruimte wordt gevergd en zonder dat dit leidt tot vergroting van de diameter van de mantel van de warmteuitwisselaar ter plaatse van de dekselopening.

De uitvinding bestaat hiertoe uit een warmteuitwisselaar van 15 de in de inleiding genoemde soort, die hierdoor is gekenmerkt, dat de drukflens door middel van bouten is bevestigd, welke bóuten de drukflens via een steunelement tegen een kraag in de mantel van de warmteuitwisselaar aandrukken.

Volgens de uitvinding kunnen de bouten welke zijn aangebracht 20 door een krans van openingen in de drukflens, aan de naar de pijpenplaat gekeerde zijde van de drukflens worden vastgehouden in een uitsparing van een gedeelde ring, die zich naast de pijpenplaat bevindt en is opgesloten tussen de kraag in de mantel en een opstaande rand van de mantel van de warmteuitwisselaar.

25 Bij voorkeur wordt de kop van een bevestigingsbout, die in de uitsparing van de gedeelde ring wordt vastgehouden zodanig aan de vorm van de uitsparing aangepast, dat deze tegen verdraaiing wordt geborgd.

De gedeelde ring kan nu op gemakkelijke wijze in de warmteuit-30 wisselaar worden aangebracht, en de van vorm aangepaste bout kan in de uitsparing worden geplaatst, zodat voorde bevestiging van de drukflens een krans van bouten zich reeds in de juiste positie bevindt zonder dat het nodig is, dat deze bouten met speciaal gereedschap worden vastgehouden. De drukflens kan uit twee losmaak-35 bare symmetrische helften bestaan om het inbrengen door de deksel- 790 07 1 0 - 3 - £ opening in de warmteuitwisselaar mogelijk te maken. De helften worden dan afzonderlijk op hun plaats gebracht en dan aan het middenschot, dat tevens als verdeelschot fungeert, met bouten aan elkaar bevestigd.

5 Volgens een andere uitvoeringsvorm van de warmteuitwisselaar volgens de uitvinding kunnen de bouten, welke zijn aangebracht door een krans van openingen in de drukflens, voorts worden geleid door uitsparingen in het kraaggedeelte van de mantel van de warmteuitwisselaar en door middel van een gedeelde ring tegen de kraag in 10 de mantel van de warmteuitwisselaar steunen.

Deze uitvoeringsvorm, waarvan de fabricagemogelijkheden bij toepassing van met roestvrij staal beklede wanden een bezwaar zouden kunnen vormen, kan althans daar worden toegepast, Waar enkelvoudige materialen worden gebruikt.

15 De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1 een doorsnede is van een deel van een warmteuitwisselaar volgens de uitvinding;

Figuur 2 een doorsnede is volgens de lijn II-II van Figuur 1; 20 Figuur 3 een detail weergeeft van de uitvoering volgens figuur 1 op grotere schaal;

Figuur 4 een doorsnede is, gelijk aan die van figuur 1 doch met weglating van het dekselgedeelte Van een alternatieve uitvoeringsvorm van de warmteuitwisselaar volgens de uitvinding en 25 Figuur 5 een doorsnede is gelijk aan die van figuur 4, van nog een alternatieve uitvoeringsvorm.

Tan de verschillende uitvoeringsvormen zijn in de tekening gelijke of soortgelijke onderdelen met eenzelfde referentienummer aangegeven.

30 In de uitvoeringsvorm volgens de figuren 1 tot 3 bestaat de warmteuitwisselaar uit een mantel 1, die wordt afgesloten door een deksel 2, en bevestigd met behulp van tapeinden en moeren 22 en 21. Onder het deksel bevindt zich een verdeelkamer 3, waarop zijn aangesloten een inlaat 4 en een uitlaat 5 voor het door de 35 pijpen van de warmteuitwisselaar te leiden medium, dat als regel « 790 07 1 0 - 4 - > het warmteopnemende medium is. In een pijpenplaat 6 zijn de einden van de pijpen van een pijpenbundel 8 ondergebracht. De pijpenplaat wordt vastgehouden door een drukflens 7, terwijl de verbinding tussen de uitlaat 5 en het afvoergedeelte van de pijpenbundel 5 gevormd wordt door een bochtstuk 9 en een conus 10, welke laatste aansluit op de als regel halfcirkelvormige toevoer naar de pijpenplaat 6, welke gevormd wordt door een helft (7a* zie figuur 2) van de drukflens 7 en een in het midden diametraal aangebracht ver-deelschot 12.

10 De montage van het bochtstuk 9 aan de uitlaat, alsmede de verbinding tussen bochtstuk 9 en conus 10 geschiedt met behulp van door buiten aan elkaar bevestigde flensverbindingen 11. De drukflens 7 bestaat uit twee delen 7a en 7b welke in het midden aan elkaar zijn bevestigd doordat het verdeelschot 12 tegen een 15 tussenstrip 13 aansluit, welke door middel van moer- en boutver-bindingen 14* 15 aan elkaar zijn bevestigd. De drukflens 7 bestaat uit twee helften om deze te kunnen monteren en demonteren, resp. in de warmteuitwisselaar kan aanbrengen of verwijderen via de dekselopening.

20 Wat de pijpenbundel 8 betreft zij opgemerkt dat de pijpen van de bundel bijvoorbeeld ïï-vormig kunnen zijn, die van de toevoer-helft van de pijpenplaat naar de afvoerhelft lopen. Ook kunnen het rechte pijpen zijn, die aan het andere einde uitmonden in een zwevende pijpenplaat met verdeelkast volgens een op zichzelf 25 bekende constructie. Deze verschillende mogelijkheden zijn in de tekening niet aangegeven daar dit voor de onderhavige uitvinding niet van belang is.

Wat de bevestiging van de drukflens 7 voor het vasthouden van . de pijpenplaat 6 betreft is volgens de uitvinding de volgende 30 voorziening getroffen*

De mantel 1 is voorzien van een verdikt kraaggedeelte 23 met een kraag 24, waartegen een steunelement drukt in de vorm van een gedeelde ring 20. Deze ring bestaat in het gegeven voorbeeld uit drie gedeelten 20a, 20b en 20c (zie figuur 2) zulks ten einde de 35 ring achter het kraaggedeelte 23 tegen de kraag 24 te kunnen 790 07 1 0 - 5 - aanbrengen.

De ringen worden namelijk aan de bovenkant van de buitenomtrek gesteund tegen de kraag 24 en aan de onderkant van de binnenomtrek gesteund door een opstaande rand 26 van de mantel 5 en zijn due daardoor opgesloten om kantelen te voorkomen, veroorzaakt door momenten in het vertikale vlak door de bouten 18. De ring 20 kan ook uit meerdere delen bestaan, dan in dit voorbeeld is aangegeven.

De ring 20 bevat over de omtrek verdeeld een aantal uit-10 sparingen 25, waarin moeren 19 worden aangebracht die daarin zodanig passen dat ze niet kunnen draaien. Op deze moeren passen draadeinden, die tezamen met deze moeren een bout 18 vormen, welke bout door een opening in de ring 20 en in de drukflens 7 past.

Sen bevestigingsmoer 16 aan het andere einde van de bout 18 15 voltooit de bevestiging.

Eet is uiteraard ook mogelijk het draadeind met moer 19 direct als één geheel te vervaardigen, doch het is economischer deze los te fabriceren en dan eventueel na bevestiging van de moer door een puntlas aan elkaar vast te maken.

20 De uitzettingscoëfficiënten van de bouten 18, van pijpen- plaat 6 en van drukflens 7 dienen van gelijke grootte te zijn.

Indien de grootte van de uitzettingscoëfficiënt van de mantel 1 beduidend verschilt van die van de bovengenoemde delen, zodat bij hoge bedrijfstemperaturen ontoelaatbaar hoge spanningen 25 optreden als gevolg van deze verschillen, dan dient een compen-satiering 17’ deze hoge spanningen op te heffen. Indien de grootte van de uitzettingscoëfficiënten van de mantel 1, compensatiering 17 en ring 20 gelijk zijn, dan wordt dit bereikt door de boutlengte tussen de moer 16 en de moer of boutkop 19 gelijk te maken aan de 50 som van de hoogte van de pijpenplaat 6 en de drukring 7» In plaats van een compensatiering kunnen ook een aantal compensatiebussen' worden aangebracht, één om elke bout.

Voor beschermingsdoeleinden zullen in vele gevallen de compensatiering 17 en de moer 19 van een bekleding worden voorzien.

35 Opgemerkt wordt, dat de gedeelde ring 20 in de praktijk passend . ^ 790 07 1 0 • >

P

- 6 - wordt aangebracht met behulp van een vulring tussen de kraag 24 en het aanliggende deel van de ring 20 (in de tekening niet aangegeven).

De uitvoering volgens figuur 4 geeft een enigszins afwijkende constructie. In deze figuur wordt eenzelfde doorsnede als die van 5 figuur 1, doch met weglating van het dekselgedeelte, afgeheeld.

In plaats van een steunelement in de vorm van een gedeelde ring 20 met uitsparingen 25 wordt de taak hiervan in hoofdzaak door het kraaggedeelte 25 van de mantel 1 overgenomen, waarin nu Uitsparingen 27 zijn aangebracht (figuur 4, linkerzijde).

10 In deze uitsparingen passen de tapeinden plus moeren 19 clan wel tezamen aangeduid als bout 18, waarbij tussen de moer (of houtkop) en het kraaggedeelte dan nog een (gedeelde) steUnrlng 28 aanwezig is die eventueel ook te vervangen is door een steunbua voor elke bout.

Zowel in de uitvoering van figuur 1 als in die van figuur 4 is 15 de bevestiging van de drukflens met behulp van de bouten ter wille van de eenvoud alleen in de rechterhelft van de figuur aangegeven.

De uitvoering volgens figuur 5 ten slotte is nagenoeg identiek aan die van figuur 1, evenwel met dit verschil, dat de verbinding tussen pijpplaat 6 en uitlaat 5 op een andere wijze tot stand is 20 gebracht. Het bocht strik $ bestaat uit een aantal niet gebogen gelaste delen, waardoor meer praktisch gebruik van de ruimte wordt gemaakt, dat wil: zeggen, dat minder ruimte nodig is dan bij een gebogen bochtstuk. Hierdoor kan de warmteuitwisselaar nog compacter gebouwd worden, hetgeen een aanzienlijke kostenbesparing betekent.

25 Voorts is de aansluiting aan de uitlaat en de afdichting uitgevoerd met behulp van een gedeelde bus 29, aan beide einden voorzien van een kleine flens, en een binnenbus 50. De afdichting geschiedt tussen de eindflens van de binnenbus en de flens van het bochtstuk 9 eh de bevestiging door bouten door deze flens en een flens-30 ring die aansluit tegen de buitenflens van de gedeelde ring 29·

In het gegeven voorbeeld wordt "overgestoken” naar de rechterkant van de warmteuitwisselaar, hetgeen vooral bij kleine afmetingen de meest praktische oplossing is, 790 07 1 0

Claims

1. Warmteuitwi s s elaar, voorzien van een bundel evenwijdige pijpen die aan het uiteinde in een pijpenplaat zijn bevestigd en welke pijpenplaat in de warmteui twi s s elaar op haar plaats wordt gehouden met behulp van een drukflens, met het kenmerk, 5 dat de drukflens door middel van bouten is bevestigd, welke bouten de drukflens via een steunelement tegen een kraag in de mantel van de warmteuitwisselaar aandrukken.

2. Warmteuitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bouten welke zijn aangebracht door een krans van 10 openingen in de drukflens, aan de naar de pijpenplaat gekeerde zijde van drukflens worden opgesloten in een uitsparing van een gedeelde ring, die zich naast de pijpenplaat bevindt en is opgesloten tussen de kraag in de mantel en een opstaande rand van de mantel van de warmteuitwisselaar. 15

3· Warmteuitwisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kop van een bevestigingsbout, die in de uitsparing van de gedeelde ring woedt vastgehouden zodanig aan de vorm van de uitsparing is aangepast, dat deze tegen verdraaiing wordt geborgd.

4. Warmteuitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bouten, welke zijn aangebraoht door een krans van openingen in de drukflens, voorts worden geleid door uitsparingen in het kraaggedeelte van de mantel van de warmteuitwisselaar en door middel van een gedeelde ring tegen de kraag in de mantel van · 25 de warmteuitwisselaar steunen.

5. Warmteuitwisselaar volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk,dat dedrukflens uit twee symmetrische helften bestaat, die losmaakbaar aan elkaar zijn bevestigd. 790 07 1 0