CH640631A5 - Waermeaustauscher. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustau- heizenden Arbeitsmittels kleiner werden.

scher, dessen Rohre zu mindestens zwei horizontal angeord- Durch das Vorschalten von Blenden kann die Heizdampf-neten Bündeln zusammengefasst sind, wobei in den Rohren strömungsrate genau der thermischen Belastung (AT) des je-Heizdampf und um die Rohre ein aufzuheizendes Arbeitsmit- weiligen Rohres so angepasst werden, dass die Spüldampfrate tel strömt, wobei die Rohrbündel vom Heizdampf in Serie 40 aus dem Rohr gerade nur der minimal erforderlichen Durchdurchströmt und vom Arbeitsmittel in Serie umströmt sind, satzrate entspricht. Da die Gesamtdruckverluste für den Kon-bei dem die einzelnen Bündel stromaufwärts mit einer Verteil- densationsvorgang sehr gering sind, ist der thermodynami-kammer und stromabwärts mit einer entwässerbaren Sam- sehe Verlust zufolge der Drosselung vernachlässigbar gering, melkammer verbunden sind und wobei ferner die einzelnen Gleichzeitig wird dadurch eine Minimalisierung der Anzahl Rohrbündel unterschiedliche Wärmeaustauschflächen auf- 45 Heizdampfdurchgänge ohne Beeinträchtigung der Betriebssiweisen, derart, dass der Heizdampfströmungsquerschnitt der cherheit des Apparates durch Anpassung der Heizdampf-Rohrbündel in Strömungsrichtung des Heizdampfes durchströmrate an die jeweilige thermische Belastung der abnimmt. Rohre erzielt.

Derartige dampfbeheizte Wärmeaustauscher, beispiels- Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfin-

weise zur Überhitzung von Hochdruckturbinenabdampf in 50 dungsgegenstandes bestehen die Blenden aus einem geschlitz-

niklear beheizten Sattdampf-Turbinenanlagen, bei welchen ten zylindrisch ausgebildeten Blendenkörper mit einem mit zur Erzielung höchster Wärmedurchgangsraten und Betriebs- der Blendenöffnung versehenen Kragen, dessen Aussen-

sicherheit der wärmeabgebende Heizdampf in mehreren durchmesser grösser als die Rohreintrittsöffnung ist.

Durchgängen kondensiert wird, sind bekannt (DE-OS Weiterhin kann die Oberfläche des Blendenkörpers zur

22 00 916). Bei jedem Durchgang wird dabei nur so viel Heiz- 55 Vermeidung von Strömungsablösungen an der Austrittskante dampf kondensiert, dass selbst für das am ungünstigsten an- konisch ausgebildet sein. Ferner kann an der Aussenoberflä-

geordnete Rohr die Dampf-/Kondensatströmung am Rohr- che des Blendenkörpers eine an den Kragen anschliessende ende keine Instabilitäten aufweist, die zu periodischen Hinterdrehung vorgesehen sein.

Schwankungen der Rohrwandtemperatur und damit zu Durch die Anordnung der Blende vor dem Rohreintritt ist Langzeitschäden an den Rohren oder der Verbindung Rohr/ 60 eine der Blende vorangehende Beruhigungsstrecke nicht mehr Rohrboden führen können. Das anfallende Kondensat wird erforderlich, und bei der Auslegung des Wärmeaustauschers aus dem in den nächsten Durchgang strömenden Heizdampf ist eine genauere Druckabfallrechnung, mit einer von der ausgeschieden, um weder den Wärmedurchgang zu schmä- Dampfdurchströmgeschwindigkeit unabhängigen Durchlern, noch den Druckverlust bei der Durchströmung der flusszahl möglich. Die geschlitzte zylindrische Form der Blen-Rohre des folgenden Durchganges anzuheben. Derartige denkörper erlaubt durch deren Eigenelastizität einen AusWärmetauscher können entweder aus Geradrohren oder aus gleich von thermischen Dehnungsdifferenzen. Ferner können U-Rohren bestehen, wobei letztere den Vorteil haben, dass die Blendenkörper, bedingt durch deren einfache Geometrie

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billig und präzise hergestellt werden. Auch können die erfin-dungsgemässen Blendenkörper einfach durch Einschlagen in die Rohreintrittsöffnungen montiert werden. Durch entsprechend einfache Demontage ist eine Inspektion der Rohrinnenseite und der Rohrverbindungsstelle mit dem Rohrboden ohne grossen vorangehenden Aufwand möglich. Ebenfalls erlaubt dieses Blendenprinzip eine schnelle Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen, sofern zuviel oder zuwenig Spüldampf vorhanden sein sollte (Verfügbarkeit).

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Blendeneinbaus, wobei die Heizdampfströmungsrate an die thermische Belastung der Rohre angepasst ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wärmeaustauscherbündel mit eingesetzten Blenden,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Blende.

Gemäss Fig.l sind mit 1 die Rohre eines als Überhitzer ausgebildeten Wärmeaustauschers 6 dargestellt, an deren Heizdampfeintrittsenden 2, Blenden 3 mit verschieden grossen Blendenöffnungen 4 eingesetzt sind. Durch die Vorschaltung von Blenden 3 mit verschiedenen grossen Blendenöffnungen 4 können die schwächer belasteten Rohre entsprechend der in der Zeichnung dargestellten Länge der Pfeile 5, welche die Heizdampfströmungsrate wiedergeben, der thermischen Belastung AT so angepasst werden, dass die Spüldampfrate aus jedem Rohr 1 gerade des minimal notwendigen entspricht.

In der Fig. 2 sind mit 1 widerum die zu Bündeln zusam-mengefassten Rohre eines mit zwei Durchgängen versehenen Überhitzers 6 bezeichnet, welche eine Verteilkammer 7 mit Sammelkammern 8,8' verbinden. In der Verteilkammer 7 ist ein Heizdampfeintritt 9 angeordnet und die Verteilkammer 7 ist von der Sammelkammer 8' durch eine Trennwand 10 abgeteilt. Die Sammelkammern 8, 8' weisen je eine Kondensatabflussöffnung 11,11', sowie die Sammelkammer 8' noch einen Spüldampfaustritt 12 auf. An den Eintrittsöffnungen der Rohre 1,1' sind die Blenden 3 angeordnet, welche an den schwächer belasteten Rohren einen kleineren Eintrittsquerschnitt aufweisen, als an den thermisch hochbelasteten Rohren.

Die in der Fig. 3 dargestellte Blende 3 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl angefertigt und besteht aus einer geschlitzten zylindrischen Hülse 14, welche eintrittsseitig eine definierte Blendenöffnung 4 aufweist, wodurch in den einzelnen Rohren 1 ein entsprechender Druckabfall eingestellt werden kann. Die Blendenöffnung 4 wird von einem Kragen 13 umschlossen, welcher über die zylindrische Hülse 14 des Blendenkörpers hinausragt. Die zylindrische Hülse 14 wird bis zu diesem Kragen 13 in das jeweilige Rohr eingeschoben. Vorzugsweise weist die zylindrische Hülse 14 einen etwas grösseren Durchmesser als der Rohrinnendurchmesser des Zwischenüberhitzers auf. An der Hülse ist ein Schlitz 15 angeordnet, wodurch eine elastische Verformung der zylindrischen Hülse 14 beim Einschlagen in die Rohre 1,1' erfolgen kann und welcher ein Festklemmen der Blende 3 im Rohreinlauf bewirkt. Am Austrittsende der zylindrischen Hülse 14 ist eine facettenartige Abschrägung 16 vorgesehen, durch welche das Einsetzen in die Rohre 1,1' vereinfacht und Beschädigungen deren Innenoberfläche vermieden werden. Am Aussenumfang der zylindrischen Hülse 14 ist hinter dem Kragen 13 eine Hinterdre-hung 17 angebracht, wodurch gewährleistet wird, dass die Blende 3 nur mit der austrittsseitigen Hälfte im Rohreinlauf anliegt, so dass der erforderliche Federweg ohne plastische

Deformation gewährleistet ist. Die Blendenöffnung 4 mündet über eine plötzliche Querschnittserweiterung 18 in den inneren zylindrischen Teil der Hülse 14, welchem ein sich konischer erweiternder Teil 19 anschliesst. Dadurch wird eine 5 Abreisskante am Blendenaustritt vermieden, welche erosions-gefährdende Wirbel generieren könnte.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Blendenanordnung ist folgende:

Die Temperaturdifferenz nimmt zwischen Heiz- und Ario beitsdampf in der Strömungsrichtung des letzteren ab. Innerhalb eines Durchganges gibt es daher immer Rohre mit grosser und solche mit kleiner Temperaturdifferenz. Von der Temperaturdifferenz ist auch die ausgetauschte Wärme abhängig, so dass in den Rohren mit grossen AT mehr Heiz-15 dampf kondensieren kann als in solchen mit kleinem AT. Unter der Voraussetzung, dass der Heizdampf-Druckverlust, welcher für Rohre eines Rohrbündels gleich gross sein muss, proportional dem Heizdampfdurchsatz ist, so lässt sich in den stärker belasteten Rohren mit grossem AT gerade die minimal 20 notwendige Spüldampfrate einstellen, während in weniger belasteten Rohren wesentlich mehr unkondensierter Heizdampf wieder auftritt, als zur Betriebssicherheit notwendig wäre.

Auf seinem Wege durch die Rohre der Bündel 1,1' strömt der Heizdampf durch die Rohrbündel 1,1' (in der Zeichnung) 25 von oben nach unten. Der Arbeitsdampf strömt im Gegenstrom dazu um die Rohre der Bündel von unten nach oben, wie durch die Pfeile veranschaulicht ist. Durch das Gegenstromprinzip innerhalb eines Elementes trifft der kälteste Arbeitsdampf zuerst auf jenen Restteil des Heizdampfes, der am 30 meisten mit nicht-kondensierbaren Gasen angereichert ist und den tiefsten Druck und damit die tiefste Temperatur aufweist. Nichtkondensierter Dampf und nichtkondensierbare Gase werden beim Spüldampfaustritt 12 abgezogen.

35 In der beispielsweisen Darstellung der Fig. 2 ist ein mit zwei Durchgängen 1,1' versehener Überhitzer 6 gezeigt, bei welchem durch den Heizdampfeintritt 9 Dampf in die Verteilkammer 7 gelangt, von wo er in die einzelnen Rohre 1 gelangt. An den Eintrittsöffnungen der Rohre 1 sind die Blen-40 den 3 angeordnet, und zwar derart, dass an den Rohreintritten der Rohre 1 mit der niedrigsten thermischen Belastung Blenden 3 mit einer kleinen Blendenöffnung 4 angeordnet sind, d.h. der Dampfdurchtritt durch diese Rohre wird kleiner, so dass auch die Menge des nichtkondensierten Dampfes 45 geringer ist ohne dass die Gefahr einer Blockierung des Dampfdurchflusses durch Kondensat besteht. Nach dem Durchströmen der Rohre 1 gelangt der Heizdampf in die Sammelkammer 8 und wird in den zweiten Durchgang des Überhitzers 6 gemäss den strichpunktierten Linien geleitet. 50 Vor dem Eintritt in die Rohre 1' sind wiederum Blenden 3 mit an den einzelnen Rohren 1' verschieden grossen Blendenöffnungen angeordnet. Nach dem Durchströmen der Rohre 1' gelangt der verbleibende nichtkondensierte Heizdampf über die Sammelkammer 8' zum Spüldampfaustritt 12. Das in den 55 Sammelkammern 8,8' angesammelte Kondensat wird durch die Kondensatabflussöffnungen 11,11' abgeführt.

Während der Heizdampf, wie in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, die Rohre 1,1' des Überhitzers 6 in horizontaler Richtung durchströmt, werden die Rohre 1', 1 in vertika-601er Richtung (entsprechend durch Pfeile angedeutet) vom Arbeitsdampf umspült, welcher dort aufgeheizt wird, d.h. Arbeitsdampf und Heizdampf strömen relativ zueinander im Kreuzgegenstrom.

Durch die Möglichkeit der Kontrolle der Heizdampf-65 durchströmung kann die Anzahl Durchgänge von üblicherweise 3 auf 2 reduziert werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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   PATENTANSPRÜCHE die geringfügig unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen

   1. Wärmeaustauscher, dessen Rohre zu mindestens zwei der Rohre besser beherrscht werden können.

   horizontal angeordneten Bündeln zusammengefasst sind, wo- Zur gezielten Heizdampfdrosselung sind bereits Lochplat-bei in den Rohren Heizdampf und um die Rohre ein aufzuhei- ten vorgeschlagen worden, welche auf der Eintrittsseite jedes zendes Arbeitsmittel strömt, wobei die Rohrbündel vom 5 Rohrbündels montiert werden.

   Heizdampf in Serie durchströmt und vom Arbeitsmittel in Se- Die Nachteile derartiger Lochplatten bestehen darin, dass rie umströmt sind, bei dem die einzelnen Bündel stromauf- eine Dichtung zwischen den einzelnen Rohrreihen nicht er-wärts mit einer Verteilkammer und stromabwärts mit einer reicht wird, da die Raupen der Rohreinschweissungen unterentwässerbaren Sammelkammer verbunden sind und wobei schiedlich vorstehen. Es entstehen Undefinierte Bypässe. Wei-ferner die einzelnen Rohrbündel unterschiedliche Wärmeaus- mterhin muss die Platte beweglich fixiert werden, da sonst un-tauschflächen aufweisen, derart, dass der Heizdampfströ- zulässig hohe thermische Spannungen entstehen. Die Platte mungsquerschnitt der Rohrbündel in Strömungsrichtung des ist ferner so gross, dass sie nach dem Aufschweissen der Heizdampfes abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass an den Dampfkammer nicht mehr ohne Zerstückelung daraus ent-Eintrittsöffnungen der vom Heizdampf durchströmten Rohre fernt werden kann.

   (1) Blenden (3) mit verschiedenen Einlassquerschnitten (4) so is Weiterhin wurden bereits Rohrabschnitte, die in die Zwi-

   angeordnet sind, dass in jedem Rohrbündel die Einlassquer- schenüberhitzerrohre am Eintritt eingeführt werden, verwen-

   schnitte (4) in Strömungsrichtung des aufzuheizenden Ar- det. In der Längenmitte ist der «Insert» geteilt und eine Loch-

   beitsmittels kleiner werden. blende ist eingeschweisst.
2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass der Insert nicht zeichnet, dass die Blenden (3) aus einem geschlitzten zylin- 20 mehr ohne weiteres entfernt werden kann, wodurch eine Indrisch ausgebildeten Blendenkörper mit einem die Blenden- spektion der Rohrinnenseite praktisch verunmöglicht wird, Öffnung (4) aufweisenden Kragen (13) bestehen, wobei der und derartige Inserts sind teuer in der Herstellung. Aussendurchmesser des Kragens grösser als der Rohrinnen- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durchmesser ist. Drosselanordnung für einen Wärmeaustauscher zu schaffen,
3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 25 durch welche die Anzahl der Heizdampfdurchgänge ohne Bezeichnet, dass die Innenoberfläche des Blendenkörpers (3) zur einträchtigung der Betriebssicherheit verringert werden kann, Vermeidung von Strömungsablösungen an der Austrittskante und zwar durch Anpassung der Heizdampfdurchströmrate an konisch ausgebildet ist. die jeweilige thermische Belastung der Rohre. Weiterhin soll
4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekenn- die Drossel einfach und billig herstellbar und leicht zu mon-zeichnet, dass an der Aussenoberfläche des Blendenkörpers 30 tieren und zu demontieren sein.

   (3) eine an den Kragen (13) anschliessende Hinterdrehung Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss da-

   (17) vorgesehen ist. durch gelöst, dass an den Eintrittsöffnungen der vom Heizdampf durchströmten Rohre Blenden mit verschiedenen Ein-

   lassquerschnitten so angeordnet sind, dass in jedem Rohrbün-

   3S del die Einlassquerschnitte in Strömungsrichtung des aufzu-