EP0301121B1 - Rippenrohr - Google Patents

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EP0301121B1
EP0301121B1 EP19870111019 EP87111019A EP0301121B1 EP 0301121 B1 EP0301121 B1 EP 0301121B1 EP 19870111019 EP19870111019 EP 19870111019 EP 87111019 A EP87111019 A EP 87111019A EP 0301121 B1 EP0301121 B1 EP 0301121B1
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finned tube
fin
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finned
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Manfred Dipl.-Ing. Knab
Karl Dipl.-Ing. Noll
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Wieland Werke AG
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Wieland Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/26—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/006—Tubular elements; Assemblies of tubular elements with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features

Definitions

  • the invention relates to a finned tube according to the preamble of claim 1.
  • Finned tubes of this type with a fin height h R of about 10 mm are used in particular in air-cooled heat exchangers.
  • a relatively small fin pitch t R ⁇ 1.34 mm (at least 19 finned inches) is assigned a relatively small fin height h R of 0.8 to 1.25 mm.
  • the invention has for its object to provide a finned tube that retains good heat transfer properties even when used in corrosive, erosive and contaminated media.
  • the object is achieved by the characterizing features a) and b) of claim 1 (the rib cross-sectional area A R is measured in the longitudinal direction of the tube).
  • the rib height h R is preferably in the range 0.8 mm ⁇ h R ⁇ 1.7 mm, in particular in the range 1.0 mm ⁇ h R ⁇ 1.5 mm.
  • the values for the surface ratio of the corrugated outer surface Ao / smooth outer surface Ao, smooth as a function of the rib pitch t R lie between the values of the equations.
  • the smooth tube has an outer diameter which corresponds to the fin diameter of the finned tube.
  • a rib width B> 0.3 mm at the tip of the rib is preferred.
  • the finned tube For use in shell and tube heat exchangers, it is recommended that the finned tube have smooth ends, the diameter of which roughly corresponds to the fin diameter.
  • the finned tube in corrosive or erosive media, it preferably consists of a corrosion-resistant metallic material, such as steel, high-alloy steel or titanium.
  • finned tube according to the invention for heat exchangers for condensation and evaporation as well as heat transfer without phase change (on the tube outside) of corrosive and erosive substances which have a critical pressure p crit ⁇ 200 bar is preferred. Because of the favorable surface area, these finned tubes are also ideally suited for use in contaminated process streams.
  • Particularly suitable substances of this type are hydrocarbon mixtures from chemistry or petrochemicals, for example ethylene / propylene, n-pentane / para-xylene.
  • Fig. 3 shows a finned tube 1 with integral fins 2, which run helically around the outside of the tube.
  • the finned tubes 1 are produced in a manner known per se by the finned tube rolling method (cf. for example US Pat. No. 3,327,512).
  • FIG. 4 clearly shows, the ribs 2 taper towards the tip of the rib, the bottom of the groove between the ribs 2 is rounded.
  • rib pitch t R distance from rib center to rib center
  • rib height h R rib cross-sectional area A R (hatched in Fig. 4)
  • rib width B at the rib tip radius R in the groove base
  • Rib diameter d R inside diameter of the tube (in the finned part) di.
  • the finned tube 1 has a smooth end 1 ', the diameter of which corresponds to the fin diameter d R.
  • condensation performance of the condenser equipped with finned tubes according to the invention was at least a factor 2 higher than the condensation performance of the condenser provided with standard finned tubes.

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rippenrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es sind Rippenrohre mit dem angegebenen Bereich der Teilung tR von 1,60 bis 3,90 mm (6,5 bis 16 Rippen/Zoll) bekannt.
  • Rippenrohre dieser Art mit einer Rippenhöhe hR von etwa über 10 mm werden insbesondere in luftgekühlten Wärmeaustauschern eingesetzt.
  • Aus der DE-A 2 303 192 sind ebenfalls Rippenrohre bekannt, bei denen einer relativ großen Rippenteilung tR von 2,12 bis 2,54 mm (10-12 Rippen/Zoll) eine relativ große Rippenhöhe h R von mehr als 2,54 mm zugeordnet ist.
  • Eine Verwendung dieser Rippenrohre bei korrosiven, erosiven und verunreinigten Medien, wie sie beispielsweise im Bereich der Chemie und Petrochemie auftreten, ist bereits deshalb ausgeschlossen, weil die Nuten zwischen den Rippen leicht mit Ablagerungen angefüllt würden und damit die Leistung des Rippenrohres als Wärmeübertragungselement wesentlich beeinträchtigt würde.
  • Bei den Rippenrohren nach der DE-A 2 119 245 ist einer relativ kleinen Rippenteilung tR < 1,34 mm (mindestens 19 RippenlZoll) eine relativ kleine Rippenhöhe hR von 0,8 bis 1,25 mm zugeordnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rippenrohr anzugeben, das auch bei der Verwendung in korrosiven, erosiven und verunreinigten Medien gute Wärmeübertragungseigenschaften behält. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale a) und b) des Anspruchs 1 gelöst (Die Rippenquerschnittsfläche AR wird dabei in Rohrlängsrichtung gemessen).
  • Damit wird einerseits eine offene Rippenstruktur vorgeschlagen, die einer Verschmutzung der Nuten zwischen den Rippen entgegenwirkt, und andererseits wird eine relativ massive Rippe zur Verfügung gestellt, die widerstandsfähig ist gegen die Angriffe der korroviven und erosiven Medien.
  • Die Rippenhöhe hR liegt vorzugsweise im Bereich 0,8 mm < hR < 1,7 mm, insbesondere im Bereich 1,0 mm < hR < 1,5 mm. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegen die Werte für das Verhältnis tR / hR im Bereich 1,2 < tR / hR < 5, insbesondere im Bereich 1,3 < tR / hR < 3,2. Es empfiehlt sich, die Werte für die Rippenquerschnittsfläche AR als Funktion der Rippenhöhe hR zwischen den Werten der Gleichungen AR = 0,5 mm hR und AR = 0,7 mm2 + 1 mm hR zu wählen (vgl. das Diagramm in Fig. 1). Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen die Werte für das Oberflächenverhältnis der berippten Außen-Oberfläche Ao/ glatter Außen-Oberfläche Ao, glatt als Funktion der Rippenteilung tR zwischen den Werten der Gleichungen. Ao / Ao, glatt = 1,05 und Ao / Ao, glatt = 1,49 + 0,214 . (tR -3,97)2, vgl. Fig. 2 mit tR in mm. Bei diesem Vergleich hat das Glattrohr einen Außendurchmesser, der dem Rippendurchmesser des Rippenrohres entspricht.
  • Für die Herstellung mittels des üblichen Rippenrohr-Walzverfahrens empfiehlt es sich, daß die Rippen zur Rippenspitze hin konisch zulaufen. Eine Rippenbreite B > 0,3 mm an der Rippenspitze ist dabei bevorzugt.
  • Für die Verwendung in Rohrbündelwärmeaustauschem empfiehlt es sich, wenn das Rippenrohr glatte Enden aufweist, deren Durchmesser in etwa dem Rippendurchmesser entspricht.
  • Für die Verwendung des Rippenrohres in korrosiven bzw. erosiven Medien besteht es vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen metallischen Werkstoff, wie etwa Stahl, hochlegiertem Stahl oder Titan.
  • Die Verwendung des erfindungsgemäßen Rippenrohres für Wärmeaustauscher sowohl für Kondensation und Verdampfung als auch Wärmeübertragung ohne Phasenwechsel (auf der Rohraußenseite) von korrosiven und erosiven Stoffen, die einen kritischen Druck p krit < 200 bar haben, ist bevorzugt. Wegen des günstigen Oberflächenverhäftnisses sind diese Rippenrohre ebenfalls ausgezeichnet für den Einsatz in verunreinigten Prozeßströmen geeignet.
  • Als Stoffe dieser Art kommen insbesondere Kohlenwasserstoffgemische aus der Chemie oder Petrochemie in Frage, beispielsweise Äthylen / Propylen, n-Pentan/Para-Xylol.
  • Die Erfindung wird an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Rippenrohr,
    • Fig. 4 in vergößertem Maßstab einen Teillängsschnitt durch ein Rippenrohr,
    • Fig. 5 ein Foto eines Längsschliffes eines Rippenrohres,
    • Fig. 6 den Einsatz der Rippenrohre in einem Rohrbündel.
  • Die Fig. 3 zeigt ein Rippenrohr 1 mit integralen Rippen 2, die auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig umlaufen. Die Herstellung der Rippenrohre 1 erfolgt in an sich bekannter Weise nach dem Rippenrohrwalzverfahren (vgl. beispielsweise US-PS 3.327.512). Wie Fig. 4 deutlich zeigt, laufen die Rippen 2 konisch zur Rippenspitze zu, der Nutengrund zwischen den Rippen 2 ist ausgerundet.
  • An Hand der Fig. 3/4 sind die Rippenrohrgrößen erläutert: Rippenteilung tR (Abstand von Rippenmitte zur Rippenmitte), Rippenhöhe hR, Rippenquerschnittftäche AR (in Fig. 4 schraffiert), Rippenbreite B an der Rippenspitze, Radius R im Nutengrund, Rippendurchmesser dR, Innendurchmesser des Rohres (im berippten Teil) di.
  • Aus Fig. 3 geht deutlich hervor, daß das Rippenrohr 1 ein glattes Ende 1' aufweist, dessen Durchmesser dem Rippendurchmesser dR entspricht.
    • BeisDiel:
  • Es wurden Rippenrohre 1 aus Edelstahl 1,4571 mit 11,2 Rippen/Zoll (tR = 2,27 mm) mit den Abmessungen nach folgender Tabelle hergestellt:
    Figure imgb0001
  • Damit ist tR/hR =1,63; AR/hR = 0,62 mm.
    Ein Längsschliff durch die so hergestellten Rohre ist mit dem Foto nach Fig. 5 gezeigt die Rohrinnenseite ist glatt. Rippenrohre und Vergleichsrippenrohre (Standardrippenrohre mit 19 Rippen/Zoll und demselben Rippendurchmesser dR) wurden jeweils in einem Rohrbündel-Kondensator 3 nach Fig. 6 eingesetzt (also Wasser im Rohr, kondensierendes Kohlenwasserstoffgemisch - CnHm-Gemisch - außen).
  • Es zeigte sich, daß die Kondensationsleistung des mit erfindungsgemäßen Rippenrohren bestückten Kondensators mindestens um den Faktor 2 höher lag als die Kondensationsleistung des mit Standard-Rippenrohren versehenen Kondensators.

Claims (13)

1. Rippenrohr (1), insbesondere für Wärmeaustauscher, mit auf der Rohraußenseite schraubenlinienförmig oder ringförmig umlaufenden, integralen Rippen (2), die durch die Größen Teilung tR, Rippenhöhe hR und Rippenquerschnittsfläche AR beschrieben werden, die eine Teilung tR von 1,60 bis 3,90 mm (6,5 bis 16 Rippen/Zoll) aufweisen und bei denen das Verhältnis Rippenquerschnittsfläche AR / Rippenhöhe hR beträgt:
AR/hR < 0,5 mm, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) die Rippenhöhe hR liegt in folgendem Bereich:
0,2 mm < hR < 2,0 mm;
b) das Verhältnis Rippenteilung tR / Rippenhöhe hR liegt in folgendem Bereich:
1 < tR/hR < 15.
2. Rippenrohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenhöhe hR im Bereich 0,8 mm < hR < 1,7 mm liegt.
3. Rippenrohr nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippenhöhe hR im Bereich 1,0 mm < hR < 1,5 mm liegt.
4. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis tR / hR im Bereich 1,2 < tR / hR < 5 liegt.
5. Rippenrohr nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis tR / hR im Bereich 1,3 < tR / hR < 3,2 liegt.
6. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werte für die Rippenquerschnittsfläche AR als Funktion der Rippenhöhe hR zwischen den Werten der Gleichungen AR = 0,5 mm hR und AR = 0,7 mm2 + 1 mm hR liegen (Fig. 1)
7. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werte für das Oberflächenverhältnis der berippten Außenoberfläche Ao / glatte Außenoberfläche A0,glatt als Funktion der Rippenteilung tR zwischen den Werten der Gleichungen Ao / Ao, glatt = 1,05 und Ao / Ao, glatt = 1,49 + 0,214. (tR - 3,97)2 liegen (Fig. 2 mit tR in mm).
8. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rippen (2) zur Rippenspitze hin konisch zulaufen.
9. Rippenrohr nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an der Rippenspitze gemessene Rippenbreite B > 0,3 mm beträgt.
10. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß es glatte Enden (1') aufweist, deren Durchmesser in etwa dem Rippendurchmesser dR entspricht.
11. Rippenrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einem korrosionsbeständigen, metallischen Werkstoff, wie etwa Stahl, hochlegiertem Stahl oder Titan, besteht.
12. Verwendung eines Rippenrohres anch einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 für Wärmeaustauscher für Kondensation, Verdampfung oder Wärmeübergang ohne Phasenwechsel von korrosiven und erosiven Stoffen, die einen kritischen Druck pkrit. < 200 bar haben.
13. Verwendung eines Rippenrohres als Wärmeaustauscher für Kohlenwasserstoffgemische für den Zweck nach Anspruch 12.
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