DE2541400C3

DE2541400C3 - Shell and tube heat exchanger

Info

Publication number: DE2541400C3
Application number: DE19752541400
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 5301 Bornheim Hoeller; Bernhard Dipl.-Ing. 5040 Bruehl Kuxdorf; Karl-Heinz Dipl.-Ing. 5000 Koeln Nofz
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1975-09-17
Filing date: 1975-09-17
Publication date: 1979-08-30
Also published as: SE422365B; NL7608778A; SE7610270L; NL179000B; FR2325010A1; NL179000C; GB1505947A; DE2541400B2; FR2325010B1; IT1073729B; DE2541400A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit einem Mantel, in welchem ein Rohrbündel angeordnet ist, und zwei Hauben, wobei der Mantel im Bereich eines Eintrittsstutzens und eines Austrittsstutzens für das zu kühlende Medium unterbrochen ist.The invention relates to a tube bundle heat exchanger with a jacket in which a tube bundle is arranged, and two hoods, the jacket in the area of an inlet connection and one The outlet nozzle for the medium to be cooled is interrupted.

Aus der FR-OS 2231931 ist ein Rohrbündel-Wärmeaustauscher bekannt, dessen Mantel auf beiden Seiten nahe den Enden der Rohre unterbrochen ist. Die beiden Unterbrechungen im Mantel werden durch je eine kapselartige Erweiterung überbrückt, wobei jede Erweiterung von einem Rohr durchdrungen ist, durch welches eines der Fluide in den Mantelraum eingeleitet bzw, aus ihm abgeführt wird. Im Bereich beider Erweiterungen ist konzentrisch zum Rohrbündel je ein zylindrisches Führungsblech angeordnet, welches an je einem Ende mit dem Mantel dichtschließend verbunden ist. Durch die Führungsbleche wird das durch den Mantelraum strömende Fluid umgelenkt. From FR-OS 2231931 is a tube bundle heat exchanger known whose jacket is interrupted on both sides near the ends of the tubes. The two interruptions in the jacket are each bridged by a capsule-like extension, whereby each extension is penetrated by a tube, through which one of the fluids into the shell space is introduced or discharged from it. In the area of both extensions is concentric to the tube bundle each a cylindrical guide plate is arranged, which tightly closes at one end with the jacket connected is. The fluid flowing through the shell space is deflected by the guide plates.

Der Rohrbündel-Wärmeaustauschcr nach der DE-OS 2309775, welcher dem aus der genannten französischen Offenlegungsschrift ähnlich ist, weist kammerartige Erweiterungen auf, welche den Mantel an zwei Stellen unterbrechen und welche von je einem Zuführungs- und einem Ableitungsrohr für ein Fluid durchdrungen sind. Die kammerartigen Erweiterungen sind jeweils auf der einen Seite starr durch eine Schweißverbindung mit dem Mantel verbunden, während sie auf der anderen, den Rohrenden zugnwandten Seite durch eine Halbschale eines Linsenkompensators biegeweich mit dem Mantel verbunden sind.The tube bundle heat exchanger according to the DE-OS 2309775, which is from the above French patent application is similar, has chamber-like extensions, which the jacket interrupt at two points and which of one feed pipe and one discharge pipe for a fluid are penetrated. The chamber-like extensions are each rigid on one side by a Welded connection connected to the jacket, while they turned on the other, the pipe ends Side are flexibly connected to the jacket by a half-shell of a lens compensator.

Der Röhrenvorwärmer gemäß der DE-OS 2318030 besteht aus einem zylindrischen Kessel mit vertikaler Achse, in dessen oberen Bereich ein zylindrischer Mantel mit vertikaler Achse exzentrisch zur Achse des Kessels angeordnet ist. Innerhalb des Mantels und konzentrisch zu ihm befindet sich das Rohrbündel. Der Kessel ist in seinem oberen Bereich von einem Zuführungsrohr für das eine Fluid durchdrungen, wobei die Durchdringung an der Stelle des größtmöglichen Abstandes von dem Mantel erfolgt.The tube preheater according to DE-OS 2318030 consists of a cylindrical boiler with vertical axis, in the upper area of which a cylindrical jacket with a vertical axis eccentric to Axis of the boiler is arranged. The tube bundle is located within the jacket and concentric to it. The boiler is penetrated in its upper area by a feed pipe for the one fluid, the penetration taking place at the point of greatest possible distance from the jacket.

Schließlich ist bekannt, zur Verminderung der Geschwindigkeit des in einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher eintretenden Mediums, insbesondere wenn beispielsweise bei Kondensatoren sehr große Mengen Gas in den Mantelraum eintreten, entweder den Eintrittsstutzen diffusorartig zu erweiten-.· und dadurch die Strömung im Verhältnis zum öffnungswinkel zu verlangsamen oder konzentrisch zu einem Teil des Mantelzylinders eine Ringkammer anzuordnen, welche von dem Einixlttsstutzen durchdrungen wird und in deren Bereich der Mantel mit Längsschlitzen versehen ist (vgl. DE-PS 2160372; »VDI-Wärmeatlas«, Düsseldorf 1953, Seite Pa 2, Absatz 4 und Seite Pa 3, Bild 6).Finally, it is known to reduce the speed of the in a shell and tube heat exchanger medium entering, especially if, for example, in the case of capacitors, very large quantities Gas enter the shell space, either to widen the inlet nozzle like a diffuser. · And thereby to slow down the flow in relation to the opening angle or concentric to a part of the To arrange jacket cylinder an annular chamber, which is penetrated by the Einixlttsstutzen and in the area of which the jacket is provided with longitudinal slits (cf. DE-PS 2160372; »VDI-Wärmeatlas«, Düsseldorf 1953, page Pa 2, paragraph 4 and page Pa 3, Picture 6).

Nachteilig ist bei der diffusorartigen Erweiterung des Eintrittsstutzens, daß dabei eine gleichmäßige Anströmung des Rohrbündels nicht gewährleistet ist. Darüber hinaus bereitet in diesem Fall die Wandstärkenberechnung bei der drucktechnischen Auslegung Schwierigkeiten. Bei der Anordnung einer konzentrischen Ringkammer um einen Teil des Mantelzylinders und der Anbringung von Längsschlitzen in diesem Teil des Mantels ist von Nachteil, daß durch die scharfe Umlenkung der Strömung des Mediums an den Schlitzrändern Spitzenwerte der Geschwindigkeit auftreten und eine extrem ungleichförmige Beaufschlagung der einzelnen Rohre des Rohrbündels erfolgt. The disadvantage of the diffuser-like expansion of the inlet connection is that it is uniform Flow against the tube bundle is not guaranteed. In addition, the wall thickness calculation prepares in this case Difficulties in the technical printing design. When arranging a concentric Annular chamber around part of the jacket cylinder and the making of longitudinal slots in this part the jacket has the disadvantage that the sharp deflection of the flow of the medium to the Peak values of the speed occur and an extremely uneven loading occurs the individual tubes of the tube bundle takes place.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher zu schaffen, bei welchem die Eintrittsgeschwindigkeit des Medi-UTis unter gleichmäßiger Anströmung des Rohrbündels durch das Medium vermindert wird. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beidseitig mit dem Mantel verbundene Stäbe den unterbrochenen Bereich des Mantels überbrücken, daß die Stäbe mit Abstand voneinander angeordnete ringförmige Stabhalter durchdringen und mit ihnen verbunden sind, und daß um die Stäbe ein in bezug auf das Rohrbündel exzentrisch verschobener, von dem Eintrittsstutzen und dem Austrittsstutzen durchdrungener Zylinder angeordnet ist, welcher mittels senkrecht an ihm befestigter Ringscheiben dichtschließend mit dem Mantel verbunden ist, wobei der Eintrittsstutzen im am weitesten vom Rohrbündel entfernten Bereich des Zylinders angeordnet ist.It is therefore the object of the present invention to provide a tube bundle heat exchanger, at which the entry speed of the Medi-UTis is reduced with uniform flow of the tube bundle through the medium. That is according to the invention achieved in that on both sides connected to the jacket rods the interrupted Bridge the area of the jacket that the rods are spaced apart annular rod holders penetrate and are connected to them, and that around the rods with respect to the tube bundle eccentrically displaced cylinder penetrated by the inlet nozzle and the outlet nozzle is arranged, which by means of annular disks fastened vertically to it tightly with the jacket is connected, the inlet nozzle in the region of the cylinder furthest away from the tube bundle is arranged.

Der Rohrbündel-Wärmeaustauscher gemäß derThe shell and tube heat exchanger according to the

Erfindung kann wahlweise noch dadurch gekennzeichnet sein., daßThe invention can optionally also be characterized in that

a) die Stäbe aus Vollmaterial bestehen;a) the bars are made of solid material;

b) die Stäbe aus Rundmaterial bestehen;b) the bars are made of round material;

c) die Stäbe gleichmäßig am Umfang des Mantels verteilt sind;c) the bars are evenly distributed around the circumference of the jacket;

d) die Stäbe und die Stabhalter miteinander verschweißt sind;d) the rods and the rod holders are welded together;

e) der Durchmesser der Stäbe und der Außendurchrneüjer der Rohre des Rohrbündels gleich sind.e) the diameter of the rods and the outer diameter of the tubes of the tube bundle are the same.

Bei dem erfindungsgemäßen Rohibündel-Wärmeaustauscher ist der Mantel einmal unterbrochen, wobei die Unterbrechung des Mantels durch mehrere Stäbe, welche mit beiden Mantelhälften verbunden sind, überbrückt ist. Dabei ist der überbrückte Bereich dadurch versteift, daß die Stäbe ringförmige Stabhalter durchdringen und Stäbe und Stabhalter starr miteinander verbunden sind.In the raw bundle heat exchanger according to the invention the jacket is interrupted once, the interruption of the jacket by several Rods, which are connected to both shell halves, is bridged. This is the bridged area stiffened by the fact that the rods penetrate annular rod holders and rods and rod holders rigidly together are connected.

Durch die Anordnung des Eintritisstutzens in dem das Rohrbündel exzentrisch verschoben umgebenden Zylinder im Bereich seiner weitesten Entfernung von der Mittellinie des Rohrbündels strömt das Medium in den Rohrbündel-Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung unter geringem Druckverlust ein. Durch diese Anordnung des Eintrittsstutzens wird gleichzeitig eine gleichmäßige Beaufschlagung der einzelnen Rohre des Rohrbündels erreicht.Due to the arrangement of the inlet connection in the one surrounding the tube bundle, shifted eccentrically The medium flows into the cylinder in the area of its furthest distance from the center line of the tube bundle into the tube bundle heat exchanger according to the invention with a low pressure loss. By this arrangement of the inlet connection is at the same time a uniform application of the individual Reached the tubes of the tube bundle.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Rohrbündel-Wärmeaustauschers als Kondensator ist wegen der beim Phasenwechsel erfolgenden Volumendepression der Durchmesser des Eintrittsstutzens vorteilhaft wesentlich größer als der Durchmesser des Austrittsstutzens zu wählen.When using the tube bundle heat exchanger according to the invention as a condenser because of the volume depression occurring during the phase change, the diameter of the inlet nozzle advantageously to choose significantly larger than the diameter of the outlet nozzle.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch und teilweise im Schnitt dargestellt. Dabei zeigtIn the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is schematic and partial shown in section. It shows

Fi g. 1 eine Seitenansicht auf einen als Kondensator ausgebildeten Rohrbündel-Wärmeaustauscher, bei welchem im Bereich des Ein- und Austrittsstutzens ein Teil de.., äußeren Zylinders weggelassen ist,Fi g. 1 is a side view of one used as a condenser formed tube bundle heat exchanger, in which in the area of the inlet and outlet nozzle part of the outer cylinder is omitted,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rohrbündel-Wärmeaustauscher im Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,Fig. 2 is a plan view of the tube bundle heat exchanger in section along the line H-II of Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Einzelheiten von Verschweißungen innerhalb des Rohrbündel-Wärmeauslauschers.3 and 4 details of welds within the tube bundle heat exchanger.

Eine der Hauben 11 des Rohrbündel-Wärmeaustauschers wird von einem Einlaßstutzen 2 und einem Auslaßstutzen 3 für das Kühlmedium durchdrungen, während der Mantel 1 einen Ablaßstutzen 4 für nichtkondensierbare Gase aufweist. Im Bereich eines Eintrittsstutzens 6 für das zu kühlende Medium ist der Mantel 1 unterbrochen und Stäbe 8, welche beidseitig mit dem Mantel 1 verschweißt sind, dienen zur Übertragung der in der Mantelwand herrschenden Kräfte. Dabei durchdringen die Stäbe 8 senkrecht zu ihnen und mit Abstand voneinander angeordnete kreisringförmige Stabhalter 9, mit weichen sie verschweißt sind. Innerhalb des aus den Stäben & und den Stabhaltern 9 gebildeten weitmaschigen Käfigs befindet sich das nicht eingezeichnete Rohrbündel. Um den aus den Stäben 8 und den Stabhaltern 9 g^':ildeten Käfig ist ein in bezug auf das Rohrbünde! exzentrisch verschobener Zylinder 10 angeordnet, dessen Durchmesser beträchtlich größer als der des Mantels 1 ist und weleher mittels senkrecht an ihm befestigten Ringscheiben 5 d'chtschließend mit dem Mantel 1 verbunden ist. Der Zylinder 10 weist in seinem am weitesten vom Rohrbündel entfernten Bereich den Eintrittsstutzen 6 auf, während die dem Eintrittsstutzen 6 entgegengesetzte Seite des Zylinders 10 von einem Austrittsstutzei 7 durchdrungen ist.One of the hoods 11 of the tube bundle heat exchanger is of an inlet port 2 and a Outlet port 3 penetrated for the cooling medium, while the jacket 1 has a drain port 4 for non-condensable Has gases. In the area of an inlet connection 6 for the medium to be cooled is the Sheath 1 interrupted and rods 8, which are welded on both sides to the sheath 1, are used for transmission of the forces prevailing in the shell wall. The rods 8 penetrate perpendicular to them and spaced apart circular rod holders 9, with which they are welded are. Inside the wide-meshed cage formed from the rods & and the rod holders 9 is located the tube bundle not shown. Around the cage formed from the rods 8 and the rod holders 9 g ^ ': is one in relation to the pipe collars! eccentrically shifted Cylinder 10 arranged, the diameter of which is considerably larger than that of the shell 1 and whichever connected to the jacket 1 by means of annular disks 5 fastened perpendicularly to it is. The cylinder 10 has in its farthest from Tube bundle remote area on the inlet nozzle 6, while the inlet nozzle 6 opposite Side of the cylinder 10 is penetrated by an Ausittsstutzeni 7.

Bei dem gezeichneten Rohrbündel-Wärmeaustauscher gelangt das Medium durch den Eintrittsstutzen 6 in den von dem Zylinder 10 und den Ringscheiben 5 gebildeten Raum. Von dort strömt das Medium, gleichmäßig über den Umfang verteilt, durch den weitmaschigen Käfig in das Rohrbündel. Dabei richtet sich die Anzahl der den Käfig bildenden Stäbe nach den zu erwartenden bzw. errechneten Spannungen in Abhängigkeit von der Temperatur- und Druckbeanspruchung im Betriebszustand.In the case of the tube bundle heat exchanger shown, the medium passes through the inlet connection 6 in the space formed by the cylinder 10 and the annular disks 5. From there the medium flows Evenly distributed over the circumference, through the wide-meshed cage into the tube bundle. It sets up the number of bars forming the cage is determined by the expected or calculated stresses in Dependence on the temperature and pressure stress in the operating state.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Tube bundle heat exchanger with a jacket in which a tube bundle is arranged is, and two hoods, the jacket being interrupted in the area of an inlet connection and an outlet connection for the medium to be cooled is characterized in that rods (8) connected to the jacket (1) on both sides cover the interrupted area of the jacket (1) bridge that the rods (8) spaced apart annular rod holders (9) penetrate and are connected to them, and that around the rods (8) with respect to the tube bundle eccentrically shifted from the inlet nozzle (6) and the outlet nozzle (7) penetrated cylinder (10) is arranged, which by means of annular discs attached to it perpendicularly (5) is tightly connected to the jacket (1), the inlet nozzle (6) in the is arranged in the region of the cylinder (10) furthest away from the tube bundle.

2. Tube bundle heat exchanger according to claim 1, characterized in that the rods (8) made of solid material.

3. Shell and tube heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the Rods (8) consist of round material.

4. Tube bundle heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the StL e (8) are evenly distributed around the circumference of the jacket (1).

5. tube bundle heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the rods (8) and the rod holder (9) are welded together.

6. Tube bundle heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the diameter of the rods (8) and the outer diameter of the tubes of the tube bundle are the same.