DE2135030A1

DE2135030A1 - Tubular heat exchanger - with membrane end plates on tube bundles prevent failure due to thermal stresses and facilitate

Info

Publication number: DE2135030A1
Application number: DE19712135030
Authority: DE
Inventors: Robert Stahl
Original assignee: Thyssen Niederrhein AG
Current assignee: Thyssen Niederrhein AG
Priority date: 1971-07-14
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1973-02-15

Abstract

The tubular heat exchanger consists of tube bundles arranged between membrane end plates, whereby the tube ends protrude through the end plates and through openings in flanges forming part of the in-and outlet connections and the distribution box, which are secured and sealed on the end plates by tension bolts and elastic gaskets respectively or by welding incorporating a suitable expansion member. The tube bundle and end plate arrangement is designed as a disposable unit especially suitable for the recuperators.

Description

Röhrenwärmetauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenwärmetauscher mit Rohrböden, in Bohrungen der Rohrböden mit ihren Rohrenden eingesetzten Rohrbündeln sowie den Rohrböden vor- bzw. Tubular heat exchanger The invention relates to a tubular heat exchanger with tube sheets, tube bundles inserted into bores in the tube sheets with their tube ends as well as the tube sheets in front or

nachgeschalteten, an die Rohrböden angeschlossenen Verteilerkammern. Es mag sich dabei, z.B. um einen Rekuperator oder um einen Kondensator handeln. Im allgemeinen ist bei derartigen Röhrenwärmetauschern zusätzlich ein Mantel vorgesehen, der die Rohrbündel umgibt und an die Rohrbäden oder die Verteilerkammern angeschlossen ist. Der Ausdruck Verteilerkammer bezeichnet im Rahmen der Erfindung sewohl die Eintrittskammer als auch die Austrittskammer bzw. eine Umlenkkammer für das durch die Röhren strömende Medium.downstream distribution chambers connected to the tube sheets. It may be a recuperator or a condenser, for example. In general, a jacket is also provided for such tubular heat exchangers, which surrounds the tube bundle and is connected to the tube pools or the distribution chambers is. In the context of the invention, the term distribution chamber denotes the Entry chamber as well as the exit chamber or a deflection chamber for the through medium flowing through the tubes.

Bei bekannten Röhrenwärmetauschern der beschriebenen Gattung sind die Rohrenden der Rohrbündel in den Bohrungen der Rorhböden mechanisch befestigt und gleichzeitig, häufig unter Beilage von Dichtungsmitteln, abgedichtet in den Rohrböden gehalten. Das ist aus mehreren Gründen nachteilig.In known tubular heat exchangers of the type described are the tube ends of the tube bundle mechanically fastened in the holes in the Rorh bottom and at the same time, often with the addition of sealants, sealed in the Tube sheets held. This is disadvantageous for several reasons.

So entstehen in den Rohrböden und in den Rohren erhebliche mechanische Spannungen aus Wärmedehnungen, die vorzeitige Zerstörungen, insbesondere auch im Bereich der Befestigung der Rorhenden in den Bohrungen der Rohrböden, und Dichtungsschwierigkeiten auslösen. Außerdem sind Montage und Demontage schweirig und folglich auch Wartungs- und Reparaturarbeiten nicht einfach auszuführen. Das gilt in verstärktem Maße dort, wo ein derartiger Röhrenwärmetauscher mehrere Rohrbündel unterschiedlicher Funktionen aufweist, die unterschiedliche Temperaturen erfahren, weil sie beispielsweise als Vorstrom-Rohrbündel oder Rückstrom-Rohrbündel eingesetzt sind.Significant mechanical loads are thus created in the tube sheets and in the tubes Stresses from thermal expansions, the premature destruction, especially in the Area of attachment of the pipe ends in the bores of the tube sheets, and sealing difficulties trigger. In addition, assembly and disassembly are difficult and consequently maintenance and repair work is not easy to carry out. This applies to a greater extent there where such a tubular heat exchanger has several tube bundles of different functions has that experience different temperatures because they are, for example, as Pre-flow tube bundles or reverse flow tube bundles are used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenwärmetauscher der beschriebenen Gattung so einzurichten, daß nachteilige Spannungen aus Wärmedehnungen vermieden und gleichzeitig Montage sowie Demontage vereinfacht werden.The invention is based on the object of a tubular heat exchanger of the type described to be set up so that adverse stresses from thermal expansion avoided and at the same time assembly and disassembly are simplified.

Die Erfindung betrifft einen Rohrenwärmetauscher mit Rohrböden, in Bohrungen der Rohrböden mit ihren Roh@enden eingesetzten Rohrbündeln sowie den Rohrböden vor- bzw. nachge-Schalteten, an die Rohrböden angeschlossenen Vertellerkammern, Die Erfindung besteht darin, daß die Rohrbündel in Membranböden mit über die Membranböden vorstehenden Rohrenden mechanisch befestigt, z.B. eingeschweißt, die Rohrenden in die Bohrungen der Rohrböden mit Spiel verschiebbar eingesetzt sowie die Membranböden gegen die Rohrböden abgedichtet sind.- Membranböden bezeichnet im Rahmen der erfindung Elemente, die statisch in erster Näherung als Membran funktionieren und auftretenden Wärmedehnungen, auch in den Rohren der Rohrbündel, ohne weiteres, gleichsam wie ein Flachkompensator, nachgeben. Menbranböden sind also so ausgelegt, daß das Auftreten von störenden Spannungen vermieden wird. Die Abdichtung zwischen solchen Membranboden und Rohrböden läßt sich ohne weiteres stets so einrichten, daß diese Abdichtung bei allen Betriebsbedingungen funktioniert. Im allgemeinen wird man die Membranböden an die zugeordneten Rohrböden mittels Schraubenbolzen anschließen, wobei bevorzugt mit Dehnungsschraubenbolzen gearbeitet wird. Die Dichtung zwischen den Membranböden und den Rohrböden kann eine Ubliche weichelastische Dichtung sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit,zwischen den Membranböden und den Rohrböden Dehnungsdichtungselemente anzuordnen, wie sie bei Kompensatoren tblich sind. Zum Zwecke der Stabilisierung kann ein Flansch nach außen hin die Membranböden umgeben, Die Erfindung kann ohne weiteres bei beliebigen Röhrenwärmetauschern der beschriebenen Gattung verwirklicht werden.The invention relates to a tubular heat exchanger with tube sheets in Bores of the tube sheets with their tube bundles inserted and the tube sheets upstream or downstream distributor chambers connected to the tube sheets, The invention consists in that the tube bundle in membrane trays with over the membrane trays protruding pipe ends mechanically attached, e.g. welded, the pipe ends inserted into the bores of the pipe sheets with play as well as slidable the membrane trays are sealed against the tube sheets In the context of the invention, elements that function statically in a first approximation as a membrane and occurring thermal expansions, also in the tubes of the tube bundle, without further ado, like a flat expansion joint, give way. Menbran floors are designed in such a way that that the occurrence of disturbing voltages is avoided. The seal between such membrane plates and tube plates can always be set up without further ado, that this seal works under all operating conditions. In general the membrane plates are attached to the associated tube plates by means of screw bolts connect, preferably working with expansion bolts. The seal A customary flexible seal can be used between the membrane bottoms and the tube bottoms be. But there is also the possibility between the membrane plates and the tube plates To arrange expansion sealing elements, as they are common with expansion joints. To the For the purpose of stabilization, a flange can surround the membrane bottoms on the outside, The invention can readily be applied to any of the tubular heat exchangers described Genus to be realized.

Dabei kann Jedem Rohrboden Je ein Membranboden zugeordnet werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, mit mehreren separaten RohrbUndeln zu arbeiten, die separate Membranböden aufweisen, so daß zwischen zwei Rohrböden mehrere Rohrbündel aus Jeweils durch separate Membranböden zusammengefaßten Rohren angeordnet sind.Each tube sheet can be assigned a membrane sheet, But there is also the possibility of working with several separate tube bundles, which have separate membrane trays, so that a plurality of tube bundles between two tube sheets are arranged from tubes combined in each case by separate membrane bottoms.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher die eingangs beschriebenen nachteiligen Spannungen praktisch nicht mehr auftreten. Gleichzeitig werden Montage und Demontage vereinfacht, weil die über Membranböden zusammengefaßten Rohrbündel einfach montiert und demontiert werden können. Die Erfindung ist daher insbesondere dort von Bedeutung, wo bei Röhrenwärmetauschern die Rohrbündel Verschleißobjekte sind, die häufiger ausgetauschet werden müssen. Hier bilden die über Membranböden zusammengefaßten Rohrbündel gleichsam "WegwerSbUndel", die leicht ausgetauscht werden können. The advantages achieved by the invention can be seen in that in a heat exchanger according to the invention, the disadvantages described above Tensions practically no longer occur. At the same time assembly and disassembly Simplified because the tube bundles combined via membrane bottoms are easy to assemble and can be dismantled. The invention is therefore particularly important there where in tubular heat exchangers the tube bundles are objects of wear, the more common need to be replaced. Here form the combined over membrane floors Tube bundles, as it were, "disposable bundles" that can be easily exchanged.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein AusrUhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wöhrenwärmetauscher, Fig. 2 den Schnitt A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 3 den Scimitt B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht des Rohrbündels aus dem Gegenstand nach Fig.l, Fig. 5 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 4 aus Richtung des PFeiles D, Fig. 7 den vergrößerten Ausschnitt E aus dem Gegenstand nach Fig. 2 und Fig. 8, 9 und 10 andere Ausführungsformen des Gegenstandes nach Fig. 7. In the following the invention is based on only one AusrUhrungsbeispiel Illustrative drawing explained in more detail. It show in a schematic representation Fig. 1 is a plan view of a Wöhren heat exchanger according to the invention, Fig. 2 the Section A-A through the object according to FIG. 1, FIG. 3 the section B-B through the object according to Fig. 2, Fig. 4 is a view of the tube bundle from the object according to Fig.l, FIG. 5 shows a section in the direction C-C through the object according to FIG. 4, FIG. 6 a View of the object of FIG. 4 from the direction of arrow D, Fig. 7 shows the enlarged detail E from the object according to FIG. 2 and FIGS. 8, 9 and 10 other embodiments of the object according to FIG. 7.

Der in den Figuren dargestellte Röhrenwärmeauscher ist ein Rekuperator. In dem Rekuperator liegen zwischen den Gaseintrittsstutzen 7, Gasaustrittsstutzen 8 und der Umlenkhaube 11 das Vorstrom-Rohrbündel 9 sowie das Rückstrom-Rohrbündel 10.The tubular heat exchanger shown in the figures is a recuperator. In the recuperator, gas outlet nozzles are located between the gas inlet nozzles 7 8 and the deflection hood 11, the pre-flow tube bundle 9 and the return flow tube bundle 10.

Die Rohrbündel 9, 10 sind in die Menbranböden 2 eingeschweißt, eingewalzt oder eingeschraubt, In den Fig. 4,5 und 6 ist die"Wegwerfeinheit" bestehend aus den Rohrbündeln 9 und lo und den Menbranböden 2 zu sehen, Die Rohre 1 werden soweit die Membranböden 2 durchgesteckt, daß die Rohrenden 18 bei der Montage durch die Bohrungen 17 in den Rohrböden 4 gesteckt werden (Fig. 2) und zur Umlenkhaube 11, dem Gasein- 7 und Gasaustrittsstutzen 8 htn, noch ca. 10 mm überstehen.The tube bundles 9, 10 are welded into the Menbran bottoms 2, rolled or screwed in. In FIGS. 4, 5 and 6, the "disposable unit" consists of the tube bundles 9 and lo and the Menbranboden 2 can be seen, the tubes 1 are so far the membrane bottoms 2 pushed through that the pipe ends 18 during assembly by the Holes 17 are inserted into the tube sheets 4 (Fig. 2) and to the deflection hood 11, the gas inlet 7 and gas outlet 8 htn, protrude approx. 10 mm.

Die Membranböden 2 und Rohrböden 4 werden nach Fig. 7 und 8 mittels Dichtungsmitteln 6 gegeneinander abgedichtet.The membrane plates 2 and tube plates 4 are shown in FIGS. 7 and 8 by means Sealing means 6 sealed against each other.

Bei den lösbaren Rekuperator-Einzelteilen (bei der Wegwerfeinheit aus Rohrbündeln 4, 10 und Nembranböden 2) ist an der Peripherie eine Bandage 5 als Versteifung fUr die Dlchtungsfläche angebracht. Die Bandage 5 ist no dimensioniert, daß die Rohrböden 4 mit leichtem Spiel eingeschoben werden können und das Dichtungsmittel 6 durch den Innendruck des Gases nlcht herausgedrückt werden kann.With the detachable recuperator parts (with the disposable unit from tube bundles 4, 10 and membrane trays 2) is a bandage 5 on the periphery as Reinforcement for the roofing area attached. The bandage 5 is no dimensioned, that the tube sheets 4 can be inserted with slight play and the sealant 6 cannot be pushed out by the internal pressure of the gas.

Die "Wegwerfeinheit" (Flg. 4, 5 und 6), Gasein- 7, Gasaustrittsstutzen 8 und die Umlenkhaube 11 werden mittels Schraubenbolzen 12 zusammengehalten. Zur günstigeren spezifischen Belastung der dünnen Membranböden 2 wird unter den Schraubenkopf des Schraubenbolzens 12 eine größere Unterlegescheibe 13 angeordnet. Die Bohrungen 17 der Rohrböden 4 zur Aufnahme der Rohre 1 sind größer als die Rohraußendurchmesser.The "disposable unit" (Flg. 4, 5 and 6), gas inlet 7, gas outlet nozzle 8 and the deflection hood 11 are held together by means of screw bolts 12. To the more favorable specific load of the thin membrane bottoms 2 is under the screw head of the screw bolt 12 a larger washer 13 is arranged. The holes 17 of the tube sheets 4 for receiving the tubes 1 are larger than the outer tube diameter.

Bei vertikalem Einbau des Rekuperators - abweichend von der horizontalen Anordnung gemäß Fig. 2 - wird zweckmäßigerweise ein Klammerrand 5 (Fig. 8) angebracht, der die Schraubenbolzen 12 entlasten und das Undichtwerden verhindert.With vertical installation of the recuperator - different from the horizontal Arrangement according to Fig. 2 - a clip edge 5 (Fig. 8) is expediently attached, which relieve the screw bolts 12 and prevent leaks.

FUr horizontalen und vertikalen Elnbau der Rekuperatoren werden bei brennbaren Gasen erfindungsgemäß anstelle der dehn- und lösbaren Dichtungsmittel 6 gemäll Fig. 7 feste Dehnungsdichtungselemente 14 nach Fig. 9 wid 10 verwendet. Die Form der Dehnungsdichtungselemente 14 wird, wie dargestellt, der Konstruktion angepaßt. Wichtig ist Jedoch, daß die gestreckte Länge L des Dehnungsdichtungselementes l4 größer Ist als der kürzeste Abstand l von Membranboden 2 zu Rohrboden 4 iind die Dicke D gleich oder kleiner als die Rohrwanddicke ist.For horizontal and vertical installation of the recuperators combustible gases according to the invention instead of the expandable and releasable sealant 6 according to FIG. 7, fixed expansion sealing elements 14 according to FIG. 9 are used. The shape of the expansion seal members 14, as shown, will depend on the construction customized. It is important, however, that the extended length L of the expansion sealing element l4 is greater than the shortest distance l from membrane base 2 to tube sheet 4 iind the thickness D is equal to or less than the pipe wall thickness.

Die Rekuperatoren Liegen bei horizontalem Einbau auf den festen oder beweglichen (z.B.Rollen) Auflagern 15 und 16 (Fig. 2) auf. Bei vertikalem Einbau hängen die Rekuperatoren an den Gasein- und -austrittsstutzen 7,8 oder den Umlenkhauben 11.When installed horizontally, the recuperators lie on the fixed or movable (e.g. rollers) supports 15 and 16 (Fig. 2). With vertical installation hang the recuperators on the gas inlet and outlet nozzles 7, 8 or the deflector hoods 11.

Beim Wechsel der Wegwerfbündel oder Wegwerfeinheiten aus Rohrbündeln 9 und lo und Membranbdden 2 wird durch Lösen der Schraubenbolzen 12-der Rekuperator in Einzelteile zerlegt und nach Erneuerung der Dichtungsmittel 6 die Umlenkhaube 11, die Gasein- 7 und Gasaustrittsstutzen 8 wieder an die neuen Wegwerfeinheiten aus Rohrbündeln 9 und lo sowie Membranböden 2 angeschraubt.When changing the disposable bundle or disposable units from tube bundles 9 and lo and membranbdden 2 becomes by loosening the screw bolts 12-the recuperator disassembled into individual parts and after renewal of the sealing means 6 the deflection hood 11, the gas inlet 7 and gas outlet 8 back to the new disposable units screwed on from tube bundles 9 and lo and membrane bottoms 2.

Claims

Requirements:

1. Tubular heat exchangers with tube sheets, in holes in the tube sheets with the tube bundles inserted into their tube ends as well as the tube bundles upstream or downstream, Distributor chambers connected to the tube sheets, but not included i c h n e t that the tube bundle (9,10) in membrane trays (2) with over the membrane trays (2) protruding pipe ends (18) mechanically fastened, e.g. welded, the pipe ends (18) slidably inserted into the bores (17) of the tube sheets (14) and the Membrane trays (2) are sealed against the tube sheets (4).

2. tubular heat exchanger according to claim 1, characterized in that the membrane plates (2) to the assigned tube plates (4) by means of screw bolts (12) are connected.

3. tubular heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that that between the membrane trays (2) and the tube sheets (4) customary, flexible Sealing means (6) are arranged.

4. tubular heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that that already the membrane bottoms (2) and the tube bottoms (4) expansion sealing elements (14) are arranged.

5. tubular heat exchanger according to claims 1 to 4, characterized in that that between two tube sheets (4) several tube bundles (9,10) from each by separate Membranbdden (2) combined tubes (l) are arranged.

L e r s e i t e