DE19714423C2 - Shell and tube heat exchangers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohbündelwärmeaustauscher mit Rohrböden aus Kunststoff, in die gegebenenfalls eine Metallplatte eingelegt ist und in denen die Rohre in Bohrungen angeordnet und jeweils mit Hilfe einer das Rohr umgebenden Dichtung eindichtet sind.The invention relates to a shell and tube heat exchanger with tube sheets Plastic, in which a metal plate is optionally inserted and in which the Pipes arranged in bores and each with the help of a surrounding the pipe Seal are sealed.

Wärmetauscher für den hochkorrosiven Einsatz werden heutzutage aus Materialien wie Glas, Graphit, PTFE oder Siliziumcarbid für die Rohre bzw. Glas, Email oder PTFE-Auskleidungen für Stutzen, Verteilerraum und Mantelraum hergestellt.Heat exchangers for highly corrosive use are nowadays made of materials such as glass, graphite, PTFE or silicon carbide for the pipes or glass, enamel or PTFE linings for nozzles, distribution space and jacket space.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmeaustauschern aus Metall, bei denen die Rohre mit den Rohrböden durch Einlöten, Schweißen oder Bördeln verbunden sind, ist dieses bei Einsatz von Glas- oder Siliziumcarbidrohren nicht möglich. Hierzu werden aufwendige Systeme zur Abdichtung benötigt. Insbesondere für die vertikale Ausdehnung und die Kontraktion der Heizrohre zu Problemen in der Dichtheit.In contrast to conventional metal heat exchangers, in which the pipes is connected to the tube sheets by soldering, welding or flanging not possible when using glass or silicon carbide tubes. To do this elaborate sealing systems required. Especially for the vertical Expansion and contraction of the heating pipes to problems in the tightness.

Bekannt ist aus der DE 33 10 986 A1 ein Rohrbündelwärmeaustauscher mit Rohrböden aus Kunststoff, in denen die Rohre in Bohrungen mit einer Abstufung angeordnet und jeweils mit Hilfe einer das Rohr umgebenden Dichtung eingedichtet sind, die durch eine in den weiteren Teil der Bohrung eingeschraubten Gewindebuchse unter Spannung gehalten wird. Als Dichtung wird ein Klemmring aus Kunststoff mit zylindrischen Durchgang verwendet, wobei die beiden Stirnseiten des Klemmringes konisch im Sinne einer Anspitzung verlaufen.DE 33 10 986 A1 discloses a shell-and-tube heat exchanger with Pipe trays made of plastic, in which the pipes in bores with a gradation arranged and each sealed with the help of a seal surrounding the tube are through a threaded bush screwed into the further part of the bore is kept under tension. A plastic clamping ring is used as the seal cylindrical passage used, the two end faces of the clamping ring tapered in the sense of a point.

Weiterhin ist ein mechanisches Rohrdichtsystem für Wärmetauscher vom Typ mit mehreren vertikal angebrachten Heizrohren bekannt, welche sich zum Austausch von Wärme zwischen dem Inneren mehrerer Heizrohre zu der umgebenden Atmosphäre durch einen Heizrohrboden erstrecken, wobei das Dichtsystem einen ersten äußeren Ring umfaßt, mit einem Wandabschnitt, der in einer Oberseite endet und einem ringförmigen Raum zwischen dem unteren Endabschnitt des äußeren Ringes und dem Heizrohr und Rohrboden definiert; einen Weichmetall-Innenring, der in dem ringförmigen Raum, welcher das Heizrohr umgibt, angebracht ist, und durch den Rohrboden getragen wird; ein Gehäuse, welches teilweise den Weichmetall-Innenring aufnimmt, so dass sobald eine Kraft abwärts auf die erste äußere Hülse ausgeübt wird, der ringförmige Raum ausreichend verringert wird, um den Weichmetallring und das Gehäuse in eine dichtende Verbindung zwischen dem Heizrohr und dem Rohboden zu zwingen, aber gleichzeitig eine vertikale Ausdehnung des Heizrohres erlaubt, wobei die äußere Hülse des weiteren eine Einrichtung definiert, um den Weichmetallring und das Gehäuse davon zu bewahren, durch die abwärts gerichtet angewendete Kraft verdrückt zu werden; und ein Durchbruch, welcher das Dichtungssystem zur Aufbringung der Kraft umgibt, um die Dichtung zwischen dem Heizrohr und dem Rohrboden zu bewirken.Furthermore, a mechanical pipe sealing system for Heat exchanger of the type with several vertically attached heating pipes, which are known to exchange heat between the inside of several heating pipes to the extend surrounding atmosphere through a heating tube floor, the Sealing system comprises a first outer ring, with a wall section which in  one top ends and an annular space between the bottom End portion of the outer ring and the heating tube and tube sheet defined; one Soft metal inner ring, which in the annular space surrounding the heating tube is attached and carried by the tube sheet; a housing which partially absorbs the soft metal inner ring, so that as soon as a force downwards the first outer sleeve is exercised, the annular space is reduced sufficiently is to the soft metal ring and the housing in a sealing connection between the heating pipe and the bare floor, but at the same time one vertical expansion of the heating tube allowed, the outer sleeve further a means defined to close the soft metal ring and the housing thereof keep from being crushed by the downward force; and a breakthrough that surrounds the force application sealing system to effect the seal between the heating tube and the tube sheet.

Die vorbekannten Lösungen haben den Nachteil, dass sie einen konstruktiv hohen Aufwand erfordern und dabei auch zeitaufwendig für die Montage der Wärmeaustauscher sind.The previously known solutions have the disadvantage that they are structurally high Require effort and is also time-consuming for the assembly of the Are heat exchangers.

Insbesondere die Montage derartiger Rohrbündelwärmeaustauscher ist sehr aufwendig, da die Rohrböden gleichzeitig die Abdichtung zwischen Mantelraum und Verteilerraum bilden und somit im Durchmesser größer als der Manteldurchmesser sind. Die Heizrohre müssen einzeln durch die Rohrböden eingefügt und abgedichtet werden.In particular, the assembly of such tube bundle heat exchangers is very expensive, since the tube sheets also seal between the jacket space and Form distribution space and thus in diameter larger than the jacket diameter are. The heating tubes must be inserted and sealed individually through the tube sheets become.

Ein weiterer Nachteil liegt in der Reparaturunfreundlichkeit beim Bruch von einzelnen Heizrohren. Dazu ist es meistens notwendig, den gesamten Wärmeaustauscher zu demontieren, das heißt, die einzelnen Heizrohre nach und nach auszubauen.Another disadvantage is the unfriendliness in the repair of individual fractures Heating pipes. To do this, it is usually necessary to close the entire heat exchanger dismantle, that is, gradually remove the individual heating pipes.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Rohrbündelwärmeaustauscher der eingangs näher beschriebenen Art eine einwandfreie Abdichtung zwischen den Rohren und den aus Kunststoff bestehenden Rohrböden zu gewährleisten, wobei Ausdehnung und Kontraktion nicht zu Undichtheiten führen. Des weiteren soll die Montage des Rohrbündels wesentlich einfacher und effektiver gestaltet werden.The invention was therefore based on the object Pipe bundle heat exchanger of the type described in the introduction a perfect one  Sealing between the pipes and the plastic tube sheets ensure that expansion and contraction do not lead to leaks. Furthermore, the assembly of the tube bundle should be much easier and more effective be designed.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.The solution to this problem is in claim 1 specified.

Die Fasen der einander zugewandten Seiten der Rohrböden bilden den Raum zur Aufnahme der Dichtung, vorzugsweise eines O-Ringes. Durch das Verschrauben von innerem und äußerem Rohrboden wird die Dichtung gestaucht und dichtet somit das Heizrohr ab.The chamfers on the mutually facing sides of the tube sheets form the space Inclusion of the seal, preferably an O-ring. By screwing the inner and outer tube sheet is compressed and thus seals that Heating pipe.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Bohrungen zur Aufnahme der Heizrohre im Durchmesser größer auszubilden und zur Abdichtung Dichthülsen einzusetzen. Die Dichthülsen weisen konisch ausgebildete Endstücke auf. Jeweils sind in die Bohrungen der beiden Rohrböden des Verteilerbodens diese Dichthülsen derart eingesetzt, dass die konisch ausgebildeten Endstücke mit ihrer Stirnfläche zueinander angeordnet sind.There is also the possibility of drilling the holes for the heating pipes in the Make the diameter larger and use sealing sleeves for sealing. The Sealing sleeves have conical end pieces. Are each in the Bores of the two tube plates of the distributor plate this sealing sleeves used that the conical end pieces with their end faces to each other are arranged.

Durch die Ausbildung des Verteilerbodens in innere und äußere Rohrböden mit unterschiedlichem Durchmesser ist es möglich, das Rohrbündel außerhalb des Mantels vorzumontieren, wobei auf der einen Seite innerer und äußerer Rohrboden bereits mit einander verschraubt werden und somit der Dichtring zwischen beiden Rohrböden verspannt wird.By designing the distributor plate with inner and outer tube plates Different diameters, it is possible to put the tube bundle outside the jacket pre-assemble, with inner and outer tube sheets already on one side  are screwed together and thus the sealing ring between the two tube sheets is tensioned.

Nach dem Einbringen des so vormontierten Rohrbündels in den Mantel des Wärmeaustauschers wird auf der zweiten Seite nur noch der im Durchmesser größer ausgebildete Rohrboden aufgeschoben. Durch die Verschraubung dieser beiden Rohrböden werden die Dichtungen auf der zweiten Seite verspannt und somit ebenfalls die Dichtheit zwischen Heizrohren und Verteilerplatte hergestellt.After inserting the pre-assembled tube bundle into the jacket of the On the second side, the heat exchanger only becomes larger in diameter trained tube plate pushed on. By screwing these two Pipe plates, the seals on the second side are tensioned and thus also the tightness between the heating pipes and the distributor plate.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Es zeigenShow it

Fig. 1 Schnitt durch den erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauscher Fig. 1 section through the tube bundle heat exchanger according to the invention

Fig. 2 Ausschnitt "X" aus dem Verteilerboden Fig. 2 section "X" from the distributor floor

Fig. 3 Einzelheit "Y" - Abdichtung des Heizrohres Fig. 3 detail "Y" - sealing the heating tube

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch den erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmeaustauscher dargestellt. Dieser besteht aus dem Mantel 1, dem Boden 2 mit Stutzen, einem Distanzstück 3 zur Schaffung eines Verteilerraumes, einem Verteilerboden mit den inneren 4 und äußeren 5 Rohrboden und den Heizrohren 11. Boden 2 und Mantel 1 sind üblicherweise verschraubt, wobei zur Schaffung des Verteilerraumes ein Distanzstück 3 zwischengesetzt wird.In Fig. 1 shows a section through the inventive tube heat exchanger. This consists of the jacket 1 , the bottom 2 with nozzle, a spacer 3 to create a distribution space, a distribution base with the inner 4 and outer 5 tube sheets and the heating tubes 11th Bottom 2 and jacket 1 are usually screwed, with a spacer 3 being inserted to create the distribution space.

Der innere Rohrboden 4 des Verteilerbodens ist im Durchmesser kleiner als der Mantelinnendurchmesser ausgebildet. Der äußere Rohrboden 5 ist im Durchmesser größer ausgebildet und übernimmt somit die Dichtfunktion zwischen Mantel- und Verteilerraum. The inner tube plate 4 of the distributor plate is smaller in diameter than the jacket inner diameter. The outer tube sheet 5 is made larger in diameter and thus takes over the sealing function between the jacket and distribution space.

In den Fig. 2 und 3 sind Einzelheiten des Rohrbündelwärmeaustauschers näher dargestellt.In FIGS. 2 and 3, details are shown of the tube bundle heat exchanger in more detail.

Der Mantel 1 des Rohrbündelwärmeaustauschers ist mit einer PTFE-Auskleidung 10 versehen. Das Distanzstück 3 ist ebenfalls mit einer aus PTFE bestehenden Umhüllung 10 versehen. Gemäß der Fig. 2 ist der innere 4 und äußere 5 Rohrboden mittels der Schrauben 6 lösbar miteinander verbunden.The jacket 1 of the tube bundle heat exchanger is provided with a PTFE liner 10 . The spacer 3 is also provided with a sheath 10 made of PTFE. According to FIG. 2, the inner 4 and outer 5 tube sheets are detachably connected to one another by means of the screws 6 .

Der auf die Heizrohre 11 aufgeschobene O-Ring 8 wird durch Verschrauben des inneren 4 und äußeren 5 Rohrbodens verspannt. Damit ist sowohl bei Ausdehnung bzw. Kontraktion die Dichtheit gewährleistet.The O-ring 8 pushed onto the heating tubes 11 is clamped by screwing the inner 4 and outer 5 tube sheets. This ensures tightness in the event of expansion or contraction.

Durch die entsprechende Ausbildung der Dichtungsaufnahme 9 für den Dichtring 7 an dem äußeren Rohrboden 5 wird die Abdichtung gegenüber dem äußeren Umfeld gewährleistet, da der innere Rohrboden 4 im Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Mantels 1 ausgebildet ist.The corresponding design of the seal receptacle 9 for the sealing ring 7 on the outer tube sheet 5 ensures the seal with respect to the external environment, since the inner tube sheet 4 is smaller in diameter than the diameter of the jacket 1 .

Claims (3)

1. Rohrbündelwärmeaustauscher mit zweigeteilt ausgeführten Rohrböden aus Kunststoff, in die gegebenenfalls eine Metallplatte eingelegt ist, in denen die Rohre (11) in Bohrungen angeordnet und jeweils mit Hilfe einer das Rohr (11) umgebenden, zwischen den einzelnen Rohrböden (4, 5) angeordneten, als O-Ring ausgeführten Dichtung (8) eingedichtet sind, wobei der innere Rohrboden (4) im Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des äußeren Rohrbodens (5), wobei die zweigeteilten Rohrböden (4, 5) lösbar miteinander verbunden sind und wobei am äußeren Rohrboden (5), dem Mantel (1) benachbart, eine Dichtungsaufnahme (9) für einen Dichtring (7) vorgesehen ist.1. Tube bundle heat exchanger with two-part tube sheets made of plastic, in which a metal plate is optionally inserted, in which the tubes ( 11 ) are arranged in bores and each with the help of a tube ( 11 ) surrounding, arranged between the individual tube plates ( 4 , 5 ) , As an O-ring seal ( 8 ) are sealed, the inner tube sheet ( 4 ) being smaller in diameter than the diameter of the outer tube sheet ( 5 ), the two-piece tube sheets ( 4 , 5 ) being detachably connected to one another and on outer tube sheet ( 5 ), the jacket ( 1 ) adjacent, a seal receptacle ( 9 ) for a sealing ring ( 7 ) is provided. 2. Rohrbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und der äußere Rohrboden (4, 5) die gleiche Anzahl von Bohrungen für die Rohraufnahme aufweisen, wobei die Bohrungen an den einander zugewandten Seiten der Rohrböden (4, 5) Fasen zur Aufnahme des Dichtringes (7) besitzen.2. Tube bundle heat exchanger according to claim 1, characterized in that the inner and the outer tube sheet ( 4 , 5 ) have the same number of holes for the tube holder, the holes on the mutually facing sides of the tube plates ( 4 , 5 ) chamfers for receiving of the sealing ring ( 7 ). 3. Rohrbündelwärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in die Bohrungen der beiden Rohrböden (4, 5) Dichthülsen derart eingesetzt sind, daß die konisch ausgebildeten Endstücke mit ihrer Stirnfläche zueinander angeordnet sind.3. tube bundle heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that in each case in the bores of the two tube sheets ( 4 , 5 ) sealing sleeves are inserted such that the conically shaped end pieces are arranged with their end faces to each other.