DE2519032A1 - Verfahren und vorrichtung zum erhoehen des waermeuebergangskoeffizienten auf der innenseite der rohre eines oberflaechenwaermeaustauschers eines geschlossenen kuehl- oder heizkreislaufes - Google Patents

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 22. April 1975

Verfahren und Vorrichtung zum Erhöhen des Wärmeübergangskoeffizienten auf der Innenseite der Rohre eines Oberflächenwärmeaustauschers eines geschlossenen Kühl- oder Heizkreislaufes

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zum Erhöhen des V/ärmeübergangskoeffizienten auf der Innenseite der Rohre eines Oberflächenwärmeaustauschers, der innerhalb eines geschlossenen Kühl-, oder Heizkreislaufes angeordnet und von einer im Umlauf geführten Warmeübertragungsflüssigkeit durchflossen ist, insbesondere eines Oberflächenkondensators zum Kondensieren von Turbinendampf als Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufes.

In zweiter Linie betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Strömt mit Gasen in gelöster Form angereichertes flüssiges Kühlmittel durch die Rohre des Oberflächenwärmeaustauschers, dann erwärmt es sich, wobei - als Folge dieser Erwärmung - ein Teil der gelösten Gase, z.B. Luft, in

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Blasenform ausgeschieden wird. Weiteres Gas wird ausgeschieden, wenn -im Kreislauf eine Druckabsenkung stattfindet. Das so ausgeschiedene Gas durchströmt zusammen mit der Kühlflüssigkeit die Rohre. Es wurde nun gefunden, daß die Gase - da sie spezifisch leichter als die Flüssigkeit sind - im oberen Bereich des Rohrquerschnittes einen Teil der inneren Oberfläche der Rohre des Oberflächenkondensators abdecken, also gleichsam eine Isolierschicht zwischen Rohrinnenwand und Kühlflüssigkeit bilden. Die negativen Auswirkungen einer solchen Isolierschicht sind an sich bekannt, nämlich verringerter Wärmeübergangs- und damit Wärmedurchgangskoeffizient und verringerter Wärmestrom. Da der abzuführende Wärmestrom aber meist von der Dampfturbinenseite her festliegt, bedeutet ein geringerer Wärmedurchgangskoeffizient für die Praxis eine Erhöhung der Wärmeaustauschflächen, also eine Steigerung des Materialaufwandes und damit der Kosten.

Bei Oberflächenwärmeaustauschern für Kondensationsturbinen ist es bekannt, durch konstruktive Maßnahmen zu verhindern, daß einzelne Rohrgruppen von einer unbeweglichen Gasschicht umgeben sind. Es handelt sich hierbei aber um Gasschichten, die an der Dampfseite der Rohre auftreten.

Bei Oberflächenkondensatoren ist es ferner bekannt, das Kondensat bis auf die zugehörige Sattdampftemperatur beim erzielten absoluten Druck zu erwärmen, bei welcher sämtliche Gase aus dem Kondensat entweichen können und als Gasdampfgemisch durch eine Luftpumpe abgesaugt werden.

Es ist ferner ein Kühlkreislauf bekannt, der einerseits einen Mischkondensator zum Kondensieren des Turbinendampfes und andererseits in einem.Kühlturm angeordnete, durch einen Luftstrom gekühlte Wärmetauschelemente aufweist, wobei die oberen Wasserkammern der Wärmetausch-

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elemente mit einem Entlüftungsrohr verbunden sind (DT-OS-2 248 333).

Außerdem ist es üblich, die in den Wasser- und Umlenkkammern eines Oberflächenkondensators abgeschiedene Luft durch Pumpen abzusaugen oder bei Überdruck abzuführen. Dadurch kann jedoch nicht verhindert werden, daß beim Durchströmen der Kühlrohre - durch die Erwärmung des Wassers bedingt - erneut Luft ausgeschieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. bei der der Wärmeübergangskoeffizient nicht durch eine Gasschicht auf der Flüssigkeitsseite der Rohre herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit an einer oder mehreren Stellen des Kreislaufs einer entsprechenden Druckerniedrigung und/oder Temperaturerhöhung unterworfen und daran anschließend das so ausgeschiedene Gas nach außen abgeführt, insbesondere abgesaugt, wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Druckabsenken und/oder T emper-a tür erhöhen und Gasabf Uhren zu Beginn der Erstinbetriebnahme bzw. WiederInbetriebnahme des Kreislaufes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf mit einem Druckerniedrigungs- und Gasabsaugeaggregat, insbesondere einer Luftpumpe, und/oder einer Heizvorrichtung mit nachgeordneter Gasabführung verbunden ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung

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ist die Luftpumpe über eine Leitung und ein Absperrventil mit dom über dem Flüssigkeitsspiegel eines an die Zu- und RUcklaufleitung des Kreislaufs angeschlossenen Ausgleichsbehälters liegenden, Gas enthaltenden Raum verbunden, und ist der Flüssigkeitsspiegel des Ausgleichsbehälters durch eine Flüssigkeitsschicht, insbesondere Öl, abgedeckt. ι

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Beschreibung und der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch darstellenden Zeichnung erläutert.

Die Wärmeübertragungsflüssigkeit zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, der einen Oberflächenwärmetauscher I, an dessen Rohren der z.B. eine Turbine verlassende Abdampf.kondensiert, in einem Kühlturm des sog. "trockenen" Typs angeordnete Wärmetauscherelemente 2, sowie eine Zulaufleitung 3* in die eine Umwälzpumpe 6 geschaltet ist, und eine Rücklaufleitung 5> aufweist. Das Rohrsystem des Kühlkreises ist ferner mit einem Ausgleichsbehälter 7 verbunden, um bei temperaturbedingten Volumenänderungen eine Ausgleichsmöglichkeit zu schaffen und dadurch den Druck im Rohrsystem konstant zu halten. Der Ausgleichsbehälter 7 ist in entsprechender Höhe über den Wärmetauscherelementen 2 angeordnet und über eine Leitung 8a, 8b mit einer Luftpumpe oder Luftsaugeaggregat 9 bekannter Art verbunden. In die Leitung 8a, 8b zwischen den Ausgleichsbehälter 7 und das Luftsaugeaggregat 9 ist ein Absperrventil IO geschaltet. Mittels des Absaugeaggregates wird der Druck an einer Stelle des Kreislaufs erniedrigt und das so aus der Wärmeübertragungsflüssigkeit freigesetzte Gas abgesaugt. Die Freisetzung von Gasen kann dabei noch durch Erhöhen der Temperatur der zu entgasenden Flüssigkeit erhöht werden. Das Absaugeaggregat

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wird dabei nur so lange in Betrieb gehalten, bis eine ausreichende Entgasung der gesamten Wärmeübertragungsflüssigkeit erreicht ist.

Das Luftsaugeaggregat 9 ist zweckmäßigerweise das zur Entlüftung des Dampfraumes des Oberflächenkondensators I ohnehin vorhandene Aggregat. Durch entsprechende Anordnung eines Wegeventils Il wird erreicht, daß das Luftsaugeaggregat in einfacher Weise wahlweise zur Entlüftung des Dampfraumes des Oberflächenkondensators I und zur Entgasung der Warmeübertragungsflüssigkeit verwendet werden kann. Um vor Inbetriebnahme der gesamten Anlage wirkungsvoll entgasen zu können, ist der Ausgleichsbehälter 7 über zwei Leitungen 12, 13* in die je eine Armatur 14 bzw. 15 zum wahlweisen Freigeben und Sperren des Durchflusses geschaltet ist, mit dem Kreislauf verbunden. Die Zulaufleitung 12 von dem Vorlauf 3 zum Kühlturm 4 mündet über dem Flüssigkeitsspiegel im Ausgleichsbehälter 7; deren Armatur 14 ist während des 'normalen Betriebes, d.h. beim Rückkühlen der erhitzten Wärmeübertragungsflüssigkeit, des Kreislaufes geschlossen, während der Periode der Entgasung der Wärmeübertragungsflüssigkeit jedoch geöffnet. Die Leitung 13 verbindet die Rücklaufleitung 5 mit dem Boden des Ausgleichsbehälter 7i deren Armatur 15 ist während des normalen Betriebes und während der Periode der Entgasung der Wärmeübertragungsflüssigkeit geöffnet.

Die Zulaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 5 sind an einer Stelle, die hinter der Leitung 12 und vor den Wärmetauschelementen 2 liegt, Über eine Querverbindung mit einem Bypaß-Ventil Vj (Regelventil) verbunden. Das Regelventil ist während der Periode der Entgasung geöffnet oder teilgeöffnet, im normalen Betrieb Jedoch geschlossen.

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Um zu verhindern, daß Gas aus der über dem Flüssigkeitsspiegel des Ausgleichsbehälters 7 befindlichen Gasmenge, vorzugsweise Luft, in die Flüssigkeit in Lösung geht, ist der Flüssigkeitsspiegel durch eine Schicht 18 eines mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit verträglichen Sperrmittels- z.B. öl, falls Wasser od. dgl. als Wärmeübertragungsflüssigkeit dient - abgedeckt. Um zu vermeiden, daß Sperrmittel bei absinkendem Niveau im Ausgleichsbehälter in das Kühlsystem gelangt, ist die Armatur 15 mit einem Niveaumelder verbunden, der die Armatur 15 beim Unterschreiten eines bestimmten Flüssigkeitsspiegels . schließt.

Vor der Inbetriebnahme der gesamten Anlage werden das in der Leitung vom Luftsaugeaggregat 9 zum Oberflächenkondensator I angeordnete Absperrventil 16 geschlossen, das Absperrventil IO geöffnet sowie das Wegeventil Il so eingestellt, daß die Verbindung zwischen den beiden Teilen 8a, 8b der Leitung hergestellt ist. Ferner werden die Armaturen 14 und 17 geöffnet. Wird nun der Kühlkreislauf in Betrieb genommen, tritt aus der Rohrleitung Kühlflüssigkeit in freiem Strahl oberhalb der Flüssigkeitsoberfläohe des Ausgleichsbehälters 7 aus und kann dank des durch das Luftsaugeaggregat erzeugten tieferen Druckes entgast werden. Wird nun die Dampfturbinenanlage angefahren, erwärmt sich die Kühlflüssigkeit und die Entgasung verstärkt sich. Durch Regeln der Stellung des Bypaßventils 17 kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit innerhalb erwünschter Grenzen gehalten werden.

Ist die Wärmeübertragungsflüssigkeit nach einiger Zeit ausreichend entgast, dann wird durch öffnen des Absperrventils iO und Umschalten des Wegeventils 11 im Sinne einer Verbindung der Leitung 8a mit der Atmosphäre

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das Luftsaugeaggregat seinem Hauptverwendungzweök, der Entlüftung des Kondensator-Dampfraumes, zugeführt. Anschließend werden die Armaturen 1A und 17 geschlossen. Damit ist die Betriebsschaltung des Kühlkreislaufes wie der hergestellt.

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Claims (4)

2519X332 S Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg ' Aktiengesellschaft Nürnberg, 22. April 1975 Patentansprüche

1. Verfahren zum Erhöhen des Wärmeübergangskoeffizienten

auf der Innenseite der Rohre eines Oberflächenwärmeaustauschers., der innerhalb eines geschlossenen Kühl- oder Heizkreislaufes angeordnet und von einer im Umlauf geführten Wärmeübertragungsflüssigkeit durchflossen ist, insbesondere eines Oberflächenkondensators zum Kondensieren von Turbinenabdampf als Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsf lUssigkeit an einer oder mehreren Stellen des Kreislaufs einer entsprechenden Druckerniedrigung und/oder Temperaturerhöhung unterworfen und daran anschließend das so ausgeschiedene Gas nach außen abge-■ führt, insbesondere abgesaugt, wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckabsenken und/oder Temperaturerhöhen und Gasabführen zu Beginn der Erstinbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme des Kreislaufs erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf mit einem Druckerniedrigungs- und Gasabsaugeaggregat,

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insbesondere einer Luftpumpe, und/oder einer Heizvorrichtung mit rachgeordneter Gasabführung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftpumpe (9) über eine Leitung (8a, 8b) und ein Absperrventil (10) mit dem über dem Flüssigkeitsspiegel eines an die Zu- und Rücklaufleitung des Kreislaufes^·^, 3> 5* 6) angeschlossenen Ausgleichsbehälters (7) liegenden, Gas enthaltenden Raum verbunden ist, und daß der Flüssigkeitsspiegel des Ausgleichsbehälters durch eine Flüssigkeitsschicht (l8), insbesondere öl, abgedeckt ist.

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