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Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit individuellem Längenänderungsausgleich für jedes Rohr Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohr- bündel-Wärmeaustauscher mit individuellem Längen- änderungsausgleich für jedes Rohr, wobei jeweils das eine Rohrende fest mit einem Rohrboden verbunden und das andere Rohrende axial verschiebbar gelagert ist.
Bei Rohrbündel-Wärmeaustauschern müssen Massnahmen getroffen werden, um bei Temperaturänderungen vorkommende Wärmespannungen möglichst gleichmässig auszugleichen. Es sind Rohrbündel-Wärmeaus- tauscher bekannt, bei denen die Rohre an beiden Enden fest in einem Rohrboden angebracht sind, wobei dann der Dehnungsausgleich durch einen Wellrohrkompen- sator in dem die Rohre umschliessenden Mantel vorgenommen wird (VDI Wärmeatlas 1953, Pa 3, Bild 4).
Dieser Ausgleich ist aber nur zweckmässig, wenn sämtliche Rohre praktisch die gleiche Temperatur besitzen. Bei plötzlichen Temperaturänderungen des eintretenden Mediums können die Rohre, welche sich im Zentrum des Rohrbündels befinden, ihre Temperatur wesentlich schneller ändern als die Rohre am Rande. Infolgedessen dehnen bzw. verkürzen sich die Rohre im Zentrum des Rohrbündels auch wesentlich schneller aus als die Rohre am Rande, so dass es zu unzulässig hohen Wärmespannungen kommen kann. In solchen Fällen ist es daher notwendig, einen individuellen Längenausgleich für jedes Rohr vorzusehen.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass den Rohren die Form einer Haarnadel gegeben wird, oder dass ein Rohrbündel mit eingesteckten Doppelrohren verwendet wird (VDI Wärmeatlas 1953, Pa 3, Bild 3 und 7). Haarnadelrohre haben jedoch den Nachteil, dass die Rohre an ihrer Innenseite nur mit grossen Schwierigkeiten gereinigt werden können. Dasselbe trifft auch für die eingesteckten Doppelrohre, den sogenannten Fieldrohren, zu. Bei der letzteren Lösung sind auch sehr viele Rohre notwendig, und die Herstellung stellt hohe Anforderungen an die Genauigkeit. Für gewisse Verfahren sind zudem Rohrbündel mit Haarnadelrohren oder Fieldrohren ungeeignet, z.
B. wenn eine Berieselung der Rohrinnenwandungen stattfinden soll, oder wenn leicht kristalli- sierende Flüssigkeiten verwendet werden, so dass die Gefahr einer Kristallisation des durchströmenden Mediums an der Schleife der Haarnadelrohre oder am Ende des eingesteckten Fieldrohres besteht.
Es ist auch bereits bekannt, Faltenbälge zur individuellen Kompensation der Längenänderungen der Rohre vorzusehen. Dies bedingt jedoch eine grosse Rohrteilung, d. h. der Abstand von Rohr zu Rohr muss sehr gross bemessen werden, so dass auch der Durchmesser des Wärmeaustauschers unerwünscht gross wird. Zudem hat die Verwendung von Faltenbälgen den Nachteil, dass sich in den Falten der Bälge leicht Feststoffe z. B. durch Kristallisation ablagern können, wodurch dann das einwandfreie Funktionieren der Faltenbälge beeinträchtigt wird. Dieser Nachteil kann zwar dadurch vermieden werden, dass anstelle eines Faltenbalges eine Stopfbüchse verwendet wird, die ein Gleiten des Rohrs im Rohrboden erlaubt.
Für verschiedene Anwendungen gewährleisten aber solche Stopfbüchsen wegen der immer vorhandenen Leckgefahr keine genügende Betriebssicherheit. Stopfbüchsen haben ferner wie Falten- bälge den Nachteil, dass grosse Rohrteilungen erforderlich sind und somit der Wärmeaustauscher einen unerwünscht grossen Durchmesser erhält.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile bekannter Bauarten vermieden. Sie sieht einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit individuellem Län- genänderungsausgleich für jedes Rohr vor, wobei jeweils das eine Rohrende fest mit einem Rohrboden verbunden und das andere Rohrende axial verschiebbar gelagert ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in jedes Rohr ein an einem weiteren Rohrboden angebrachtes Rohrstück mit geringerem Durchmr-sser tele- skopartig hineinragt, wobei Dichtungsmittel vorgesehen sind, um eine Vermengung der sich innerhalb und ausserhalb des Rohrs befindlichen Medien zu vermeiden. Wenn sich daher z.
B. ein in der Mitte des Rohrbündels befindliches Rohr bei einer raschen Temperaturänderung verlängert oder verkürzt, so kann es sich relativ zu dem Rohrstück mit dem geringeren Durchmesser teleskop-
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artig bewegen. Es entstehen daher keine unzulässigen Spannungen im Rohr oder in den Rohrböden. Im Gegensatz zu der Verwendung von Faltenbälgen besteht keine Gefahr einer Beeinträchtigung des Funktio- nierens durch Feststoffablagerungen. Auch ist die Montage und Demontage sehr einfach auszuführen. Nach dem Abheben des Rohrbodens mit den daran angebrachten Rohrstücken können die Rohre innen und aussen leicht gereinigt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rohrbündel-Wärmeaustauscher dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenboden vorgesehen ist, der den Raum zwischen den beiden Rohrböden in einen Wärmeaustauschraum und einen Kontrollraum abteilt, und dass die Dichtungsmittel aus zwei Dichtungen für jedes Rohr bestehen, von denen die eine den Kontrollraum gegen das Medium abdichtet, das sich ausserhalb des Rohrs befindet, währenddem die andere Dichtung den Kontrollraum gegen das Medium abdichtet, das sich innerhalb des Rohrs befindet. Bei der Entstehung eines Lecks ist es daher unmöglich, dass sich ein Medium mit dem anderen vermengt. Das durch ein Leck entweichende Medium fliesst vielmehr in den Kontrollraum.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Stutzen mit dem Kontrollraum verbunden, so dass das leckende Medium abfliessen kann. Dies erlaubt die Feststellung des Lecks und der Art des Lecks.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht ferner vor, dass das freie Rohrende aus einem Rohrteil besteht, der einen kleineren Aussendurchmesser aufweist als der übrige Teil des Rohrs. Auf diese Weise ist es möglich, auch Dichtungen mit kleinerem Aussendurchmesser zu verwenden, so dass auch eine kleine Rohrteilung möglich ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird.
Der in der Zeichnung teilweise im Schnitt dargestellte, beispielsweise vertikal angeordnete Rohrbündel- Wärmeaustauscher weist ein Bündel von Rohren 1 auf, die in bekannter Weise an einem Ende in den unteren Rohrboden 2 eingewalzt oder eingeschweisst sind. Das Rohrbündel kann beispielsweise aus etwa 200 Rohren von etwa 6 m Länge bestehen. Das Rohrbündel wird von einem normalerweise zylinderförmigen Mantel 3 umschlossen. Der obere Rohrboden 4 enthält Rohrstücke 5 mit geringerem Durchmesser als die Rohre 1. Auch diese Rohrstücke 5 sind durch Einwalzen oder Einschweissen mit dem Rohrboden 4 verbunden.
Die geometrische Anordnung der Rohrstücke 5 im oberen Rohrboden 4 entspricht zweckmässigerweise der geometrischen Anordnung der Rohre 1 im unteren Rohrboden 2. Soll lediglich eine Berieselung der Innenwandung des Rohrs 1 erfolgen, so wird das Rohrstück 5 unten verschlossen und mit seitlichen öffnungen versehen. Auf dem oberen Rohrboden 4 ist der Deckel 6 mittels der Muttern 8 an den im Rohrboden befestigten Bolzen 7 angebracht. An diesem Deckel 6 befindet sich der Eingang 6' für das Medium, welches durch die Rohrstücke 5 in die Rohre 1 fliessen soll. Auf entsprechende Weise ist dem unteren Rohrboden 2 ein entsprechender Deckel 9 mit Bolzen 10 und Muttern 11 verschraubt. An diesem Deckel 9 befindet sich der Ausgang 9' für das durch die Rohre 1 fliessende Medium.
Zum Einlass des Mediums, das ausserhalb der Rohre 1 fliessen soll, ist am Mantel 3 eine Einlassöff- nung 3' vorgesehen. Durch den Zwischenboden 16 wird der Raum zwischen den beiden Rohrböden 2 und 4 in den eigentlichen Wärmeaustauschraum und einen Kontrollraum 17 abgeteilt. Die öffnungen 20 im Zwischenboden 16 sind relativ gross bemessen, so dass das Ende 21 des Rohrs 1 mit viel Spiel aufgenommen wird. Dieses Rohrende besteht vorteilhafterweise aus einem mit dem Rohr 1 fest verbundenen Rohrteil 21 mit kleinerem Aussendurchmesser als das Rohr 1.
Auf diese Weise wird es möglich, die an das freie Rohrende 21 und den Zwischenboden 16 anliegende Dichtung 23 relativ klein zu bemessen, damit eine kleine Rohrteilung erreicht wird und somit die Rohre 1 des Rohrbündels eng nebeneinander angeordnet werden können. Die Dichtung 23 besteht vorteilhafterweise aus einem Material wie Tetrafluoroäthylen, z. B. Teflon . Sie wird mittels einer Schraubenfeder 24 gegen den Zwischenboden 16 gepresst. Eine weitere Dichtung 30 liegt an der Aussenwandung des Rohrstücks 5 an und wird von einer Feder 31 gegen die Stirnwand des Rohrteils 21 gepresst.
Um ein etwaiges Lecken des einen Mediums oder anderen Mediums festzustellen, ist im Zwischenboden 16 ein Kontrollkanal 33 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass sich bei einem Leck das eine Medium nicht mit dem anderen vermengen kann, weil es in den Kontrollraum 17 und von dort zum Kontroll- stutzen 33 fliesst.
Die Montage des Rohrbündel-Wärmeaustauschers gestaltet sich sehr einfach. Die Rohre 1 werden in den Rohrboden 2 und den Zwischenboden 16 eingeführt und im Rohrboden 2 auf bekannte Weise befestigt. Hierauf werden die Dichtungsringe 23 über die freien Rohrenden 21 geschoben. Bevor der obere Rohrboden 4 aufgesetzt wird, werden noch die Schraubenfedern 24 aufgelegt. Das Aufsetzen des oberen Rohrbodens 4 mit den darin verschweissten Rohrstücken 5 erfolgt erst, nachdem vorher auf diesen Rohrstücken 5 die Schraubenfedern 31 und die Dichtungen 30 aufgesetzt worden sind. Hierauf kann der obere Rohrboden 4 mit dem Flansch des Mantels 3 verschraubt werden. Auf den Rohrboden 4 wird dann noch der Deckel 6 aufgesetzt.