DE102014112707A1 - Plant for the condensation of steam - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Kondensation von Dampf, welche selbsttragend ausgebildete Rohrbündel (5) aufweist, die mit ihren oberen Enden (9) an eine Dampfverteilleitung (10) und mit ihren unteren Enden (11) an einen Kondensatsammler (14) angeschlossen sind, welcher sich auf einer Unterkonstruktion (2) abstützt, wobei der Kondensatsammler (14) in seinem Inneren Streben (15, 16) aufweist.The present invention relates to a plant for the condensation of steam, which has self-supporting tube bundles (5), which are connected with their upper ends (9) to a steam distribution line (10) and with their lower ends (11) to a condensate collector (14) , which is supported on a substructure (2), wherein the condensate collector (14) in its interior struts (15, 16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Kondensation von Dampf mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a system for the condensation of steam with the features in the preamble of
Die
luft angesaugt wird. Der Dampf wird über eine firstseitige Dampfverteilleitung in die einzelnen Rohrbündel geleitet. In den außenseitig berippten Rohren der Rohrbündel kondensiert der Dampf. Das entstehende Kondensat wird in einem Kondensatsammler im Fußbereich der Rohrbündel aufgefangen. Der Kondensatsammler kann als Kondensatsammelleitung ausgebildet sein, in welcher das Kondensat und etwaiger Restdampf in eine gemeinsame Richtung strömen. Die Rohrbündel haben Abmessungen von z. B. 2.200 mm × 10.000 mm und daher ein erhebliches Gewicht, wobei noch das Gewicht der Dampfverteilleitung hinzukommt. Neben diesem statischen Gewicht sind von der Unterkonstruktion der Anlage auch äußere Einflüsse aufzufangen wie Windlasten, Schneelasten oder auch Erdbebenkräfte. Um den Aufwand zur Unterstützung der Rohrbündel zu minimieren, wurden diese selbsttragend ausgebildet, so dass sie auch das Gewicht der Dampfverteilleitung aufnehmen können. Aufgrund der selbsttragenden Ausführungen der Rohrbündel können teure und schwere Tragrahmen für die Rohrbündel entfallen. Die Unterkonstruktion muss weniger Lasten aufnehmen und kann mit geringerem Materialaufwand realisiert werden.is sucked in air. The steam is passed through a ridge-side steam distribution line in the individual tube bundles. In the outside ribbed tubes of the tube bundles condenses the steam. The resulting condensate is collected in a condensate collector in the foot area of the tube bundle. The condensate collector may be formed as a condensate collecting line, in which flow the condensate and any residual steam in a common direction. The tube bundles have dimensions of z. B. 2.200 mm × 10,000 mm and therefore a considerable weight, which still adds the weight of the steam distribution line. In addition to this static weight, external influences such as wind loads, snow loads or even earthquake forces are to be absorbed by the substructure of the plant. In order to minimize the effort to support the tube bundles, they were designed self-supporting so that they can also take the weight of the steam distribution line. Due to the self-supporting versions of the tube bundles expensive and heavy support frame for the tube bundles can be omitted. The substructure must absorb less loads and can be realized with less material.
Die gesamten Lasten der Rohrbündel und der Dampfverteilung werden über den Kondensatsammler in die Unterkonstruktion eingeleitet. Der Kondensatsammler, der rechteckig oder im Querschnitt auch rund ausgestaltet sein kann, ist hierzu außenseitig mit einer Vielzahl von rippenartigen Aussteifungen versehen. Auch der Kondensatsammler selbst ist relativ dickwandig, um die erforderlichen Lasten übertragen zu können.The entire loads of the tube bundles and the steam distribution are introduced into the substructure via the condensate collector. The condensate collector, which may be rectangular or in cross-section also designed round, this is provided on the outside with a variety of rib-like stiffeners. The condensate collector itself is relatively thick walls in order to transfer the required loads.
Der fertigungstechnische Aufwand, aber auch der Materialaufwand, um einen hinreichend steifen und tragfähigen Kondensatsammler zu schaffen, ist vergleichsweise hoch, insbesondere durch die Vielzahl von außenseitigen Verstärkungsrippen, die zur Kraftübertragung erforderlich sind.The manufacturing effort, but also the cost of materials to create a sufficiently rigid and sustainable condensate collector is relatively high, in particular by the large number of outside reinforcing ribs, which are required for power transmission.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kondensatsammler hinsichtlich des Materialaufwandes zu optimieren und insbesondere den Herstellaufwand bei selbsttragenden Rohrbündeln zu verringern.The invention has for its object to optimize the condensate collector in terms of material costs and in particular to reduce the manufacturing costs for self-supporting tube bundles.
Diese Aufgabe ist bei einer Anlage zur Kondensation von Dampf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a system for the condensation of steam with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Kondensation von Dampf sieht selbsttragend ausgebildete Rohrbündel vor. Die Rohrbündel sind mit ihren oberen Enden an eine Dampfverteilleitung angeschlossen und mit ihren unteren Enden an einen Kondensatsammler. Das Rohrbündel kann gegenüber der Vertikalen geneigt sein, wie bei einer A- oder V-förmigen Anordnung der Rohrbündel. Das Rohrbündel kann aber auch senkrecht stehen, so dass sich die Dampfverteilleitung vertikal oberhalb des Kondensatsammlers befindet.The plant according to the invention for the condensation of steam provides self-supporting tube bundles. The tube bundles are connected at their upper ends to a steam distribution line and with their lower ends to a condensate collector. The tube bundle may be inclined with respect to the vertical, as in an A- or V-shaped arrangement of the tube bundles. The tube bundle can also stand vertically, so that the steam distribution line is vertically above the condensate collector.
Die Lasten der Rohrbündel, der Dampfverteilleitung und des Kondensatsammlers werden auf eine Unterkonstruktion übertragen, auf welcher sich der Kondensatsammler abstützt. Die Erfindung sieht nun vor, dass der Kondensatsammler in seinem Inneren Streben aufweist. Diese Streben haben die Funktion, die Lasten, die von der Dampfverteilleitung bzw. dem Rohrbündel in den Kondensatsammler eingeleitet werden, aufzunehmen und zu übertragen. Die Streben können dabei so stark konfiguriert sein, dass außenseitige Versteifungsrippen des Kondensatsammlers gänzlich entfallen können. Die Streben können dadurch kürzer gestaltet sein als außenseitig in Umfangsrichtung um den Kondensatsammler verlaufende Rippen. Die Orientierung der Streben ermöglicht zudem eine bessere Werkstoffausnutzung, da die von dem Rohrbündel übertragenen Lasten direkt und ohne den Umweg über außen umlaufende Rippen in die Unterkonstruktion eingeleitet werden können, und weil die von dem Rohrbündel übertragenen Lasten nicht über die Wandung des Kondensatsammlers übertragen werden. The loads of the tube bundles, the steam distribution line and the condensate collector are transferred to a substructure, on which the condensate collector is supported. The invention now provides that the condensate collector has struts in its interior. These struts have the function to absorb and transmit the loads that are introduced from the steam distribution line or the tube bundle in the condensate collector. The struts can be configured so strong that the outside stiffening ribs of the condensate collector can be completely eliminated. The struts can thereby be made shorter than the outside circumferentially around the condensate collector extending ribs. The orientation of the struts also allows a better material utilization, since the loads transmitted by the tube bundle can be introduced directly into the substructure without the detour via outer circumferential ribs, and because the loads transmitted by the tube bundle are not transmitted via the wall of the condensate collector.
Der Kondensatsammler besitzt mithin zwei funktionale Baugruppen, nämlich einerseits die Streben, die zur Kraftübertragung vorgesehen sind, und andererseits das Mantelrohr des Kondensatsammlers, d. h. den gehäuseartigen Teil, der für die höher angeordneten Komponenten keine tragende Funktion hat und so ökonomisch wie möglich gestaltet sein kann. Das Mantelrohr muss dem externen Druck standhalten, da Anlagen zur Kondensation von Dampf unter Vakuum betrieben werden. Die Wandung des Mantelrohrs kann entsprechend dünner gestaltet sein. Der Verlauf der Wandung bzw. die Querschnittsform ist völlig unabhängig von dem Verlauf der Streben wählbar. Der Kondensatsammler kann insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen. Die Querschnittsform macht bei entsprechender Dimensionierung der Wanddicke externe, d. h. außen umlaufende Aussteifungsmittel überflüssig. Die funktionale Trennung zwischen der Funktion des Kondensatsammelns sowie der Aufrechterhaltung des Vakuums einerseits und der Überleitung aller Kräfte (Windkräfte, Erdbebenkräfte, Gewichtskräfte, etc.) des Rohrbündels und der Dampfverteilleitung andererseits ermöglicht insgesamt eine Bauweise, die fertigungstechnisch einfach und schnell umzusetzen ist, kompakt ist und eine Materialersparnis ermöglicht.The condensate collector therefore has two functional components, namely on the one hand the struts, which are intended for power transmission, and on the other hand, the jacket tube of the condensate collector, ie the housing-like part, which has no supporting function for the higher components arranged and can be designed as economically as possible. The jacket pipe must be able to withstand the external pressure as steam condensation units operate under vacuum. The wall of the jacket tube can be made correspondingly thinner. The course of the wall or the cross-sectional shape is completely independent of the course of the struts selectable. The condensate collector may in particular have a round cross section. The cross-sectional shape makes with appropriate dimensioning of the wall thickness external, ie outside circumferential stiffening superfluous. The functional separation between the function of condensate collecting and the maintenance of the vacuum on the one hand and the transfer of all forces (wind forces, earthquake forces, weight forces, etc.) of the tube bundle and the steam distribution line on the other hand allows a total design that is simple to implement and fast production technology is compact and saves on material.
Der Kondensatsammler ist über Stützfüße auf der Unterkonstruktion gelagert, wobei die Streben insbesondere im Bereich der Stützfüße angeordnet sind und sich in Richtung von den Rohrbündeln zu den Stützfüßen erstrecken. Die Stützfüße sind diejenigen Komponenten, welche die von den Streben übertragende Kraft auffangen und in die Unterkonstruktion einleiten. Um etwaige Biegemomente zwischen den Streben und den Stützfüßen zu vermeiden, sind die Stützfüße möglichst nahe bei den Streben und insbesondere fluchtend zu den Streben angeordnet.The condensate collector is supported by support legs on the substructure, wherein the struts are arranged in particular in the region of the support legs and extend in the direction of the tube bundles to the support legs. The support feet are those components which absorb the force transmitted by the struts and introduce them into the substructure. In order to avoid any bending moments between the struts and the support legs, the support legs are arranged as close to the struts and in particular aligned with the struts.
Die Streben innerhalb des Kondensatsammlers reduzieren das für das Kondensat bzw. den überschüssigen Dampf zur Verfügung stehende Volumen innerhalb des Kondensatsammlers. Die Reduzierung des Volumens kann vernachlässigt werden. Es ist allerdings von Vorteil, wenn die Streben in strömungstechnischer Hinsicht einen möglichst geringen Einfluss haben. Die Streben sollen daher einen Querschnitt besitzen, der eine größere Ausdehnung in Längsrichtung des Kondensatsammlers besitzt als quer zur Längsrichtung. Streben mit diesen Proportionen sind im Sinne der Erfindung strömungsgünstig. Die Streben können einen stromlinienförmigen Querschnitt besitzen und können sich insbesondere im An- und/oder Abströmbereich in der Breite verjüngen. Bei Streben, die im Querschnitt länger als breit sind, wie z.B. rechteckige oder im wesentlichen rechteckige Streben, sollte das Seitenverhältnis in einem Bereich von 1:2 bis 1:30, insbesondere in einem Bereich von 1:3 bis 1:20, insbesondere in einem Bereich von 1:10 bis 1:20 liegen. Die Streben sind insbesondere Flacheisen, die mit ihrer schmalen Stirnseite in Strömungsrichtung weisen, d. h. in Längsrichtung des Kondensatsammlers weisen. Bei dieser Orientierung wird weder das Abfließen des Kondensats noch das Überströmen von überschüssigem Dampf signifikant behindert. Stirnseiten des Flacheisens können gerundet sein. Gleichzeitig kann durch Streben in Form von Flacheisen eine relativ große Stützkraft übertragen werden, denn die freie Knicklänge der Streben innerhalb des Kondensatsammlers ist relativ gering.The struts within the condensate collector reduce the volume available for the condensate or excess steam within the condensate collector. The reduction of the volume can be neglected. However, it is advantageous if the struts have the least possible influence in terms of flow technology. The struts should therefore have a cross-section which has a greater extent in the longitudinal direction of the condensate collector than transverse to the longitudinal direction. Struts with these proportions are aerodynamic in the context of the invention. The struts may have a streamlined cross-section and may in particular taper in the arrival and / or outflow in the width. For struts which are longer in cross section than they are wide, e.g. rectangular or substantially rectangular struts, the aspect ratio should be in a range of 1: 2 to 1:30, in particular in a range of 1: 3 to 1:20, in particular in a range of 1:10 to 1:20. The struts are in particular flat iron, which point with their narrow end face in the flow direction, d. H. in the longitudinal direction of the condensate collector. With this orientation, neither the drainage of the condensate nor the overflow of excess steam is significantly hindered. End faces of the flat iron can be rounded. At the same time, a relatively large support force can be transmitted by struts in the form of flat iron, because the free buckling length of the struts within the condensate collector is relatively low.
Um Abflussöffnungen im Rohrboden des an den Kondensatsammler angeschlossenen Rohrbündels nicht zu blockieren, sind die Streben vorzugsweise außerhalb der Rohröffnungen angeordnet.In order not to block discharge openings in the tube plate of the tube bundle connected to the condensate collector, the struts are preferably arranged outside the tube openings.
Die Streben können unparallel zueinander verlaufen, wobei ihre gedachte Schnittlinie parallel zur Längsachse des Kondensatsammlers verläuft, bzw. parallel zur Strömungsrichtung in dem Kondensatsammler. Die Schnittlinie befindet sich bevorzugt außerhalb des Kondensatsammlers.The struts can run unparallel to each other, with their imaginary cutting line parallel to the longitudinal axis of the condensate collector, or parallel to the flow direction in the condensate collector. The cutting line is preferably outside the condensate collector.
Alternativ können die Streben parallel zueinander verlaufen. Das ermöglicht es, die Streben senkrecht an dem Rohrboden anzusetzen, was aus fertigungstechnischen Gründen einfacher ist als Streben in einem von 90° abweichenden Winkel zu befestigen.Alternatively, the struts may be parallel to each other. This makes it possible to attach the struts perpendicular to the tubesheet, which is easier for manufacturing reasons than to fix struts in an angle deviating from 90 °.
Die Streben durchsetzen ein im Querschnitt kreisrundes Mantelrohr des Kondensatsammlers gewissermaßen als Sekanten. Die Streben durchdringen dabei das Mantelrohr an mindestens einer Stelle. Das Mantelrohr besitzt an seiner dem Rohrbündel zugewandten Seite eine schlitzförmige Öffnung in Längsrichtung, so dass der Kondensatsammler gewissermaßen trogförmig konfiguriert ist. An diese schlitzförmige Öffnung ist das Rohrbündel mit dem gelochten Rohrboden angeschlossen. Der Rohrboden ist sowohl mit dem Mantelrohr als auch mit den Streben verbunden, insbesondere verschweißt. Die Streben stützen sich nicht mittelbar unter Eingliederung des Kondensatsammlers an dem Rohrboden ab, sondern direkt.The struts pass through a cross-sectionally circular jacket tube of the condensate collector to a certain extent as secants. The struts penetrate the jacket tube in at least one place. The jacket tube has on its side facing the tube bundle a slot-shaped opening in the longitudinal direction, so that the condensate collector is configured to a certain extent trough-shaped. At this slot-shaped opening, the tube bundle is connected to the perforated tube bottom. The tube sheet is connected to both the jacket tube and with the struts, in particular welded. The struts are not indirectly based on incorporation of the condensate collector on the tube plate, but directly.
Die anderen Enden der Streben ragen aus dem Mantelrohr des Kondensatsammlers heraus. Die Streben durchsetzen also den Kondensatsammler. Hierzu sind in dem Kondensatsammler entsprechende Öffnungen, insbesondere Schlitze, vorgesehen. Die Streben werden im Bereich der Öffnungen dicht mit dem Mantelrohr des Kondensatsammlers verbunden, insbesondere verschweißt. Dadurch ist der Kondensatsammler über den Rohrboden und auch unmittelbar über die Streben gehalten.The other ends of the struts protrude out of the jacket tube of the condensate collector. The struts thus enforce the condensate collector. For this purpose, corresponding openings, in particular slots, are provided in the condensate collector. The struts are connected in the region of the openings tightly with the jacket tube of the condensate collector, in particular welded. As a result, the condensate collector is held over the tubesheet and also directly over the struts.
Die Streben können so weit aus dem Kondensatsammler herausragen, dass sie selbst einen Bestandteil des Stützfußes bilden, oder sogar wesentlicher Bestandteil des Stützfußes sind. Der Stützfuß ist außerhalb des Mantelrohrs des Kondensatsammlers angeordnet. Die Streben können bis zu einem Auflagerpunkt eines Stützfußes weitergeführt werden. Zur Aussteifung der Streben können diese im Bereich des Stützfußes mit Seitenelementen verbunden sein. Es handelt sich insbesondere um eine Schweißkonstruktion. The struts can protrude so far from the condensate collector that they themselves form part of the support leg, or even an integral part of the support leg. The support foot is arranged outside the jacket tube of the condensate collector. The struts can be continued up to a support point of a support leg. To stiffen the struts they can be connected in the area of the support leg with side elements. It is in particular a welded construction.
Die Seitenelemente stehen dabei vorzugsweise im Winkel, insbesondere senkrecht zu den Streben. Die Seitenelemente stützen sowohl die Streben als auch den Kondensatsammler. Sie können das Mantelrohr in seiner radialen Umfangsrichtung teilweise, d.h. weniger als 180°, oder vollständig um 180° untergreifen und tragen und dadurch auch über einen größeren Umfangsbereich abstützen. Der Kondensatsammler wird mithin nicht nur über die Streben, sondern auch über die in radialer Umfangsrichtung verlaufenden Seitenelemente gehalten. Bei besonderen, großen Belastungen können sich die Seitenelemente auch über mehr als 180° erstrecken, so dass ein noch größerer Umfangsbereich umgriffen wird.The side elements are preferably at an angle, in particular perpendicular to the struts. The side elements support both the struts and the condensate collector. You can Partially engage the jacket tube in its radial circumferential direction, ie less than 180 °, or completely under 180 ° and wear and thereby supported over a larger peripheral area. The condensate collector is thus held not only on the struts, but also on the running in the radial circumferential direction of the side elements. For special, large loads, the side elements may extend over more than 180 °, so that an even larger peripheral area is encompassed.
Die Seitenelemente können sich ferner bis zu einem parallel zu dem Kondensatsammler erstreckenden Stützlager des Stützfußes erstrecken. Das Stützlager ist das äußerste Teil des Stützfußes und dient zur Kontaktierung der Unterkonstruktion. Der Stützfuß ist wiederum an Gleitschienen der Unterkonstruktion relativverschieblich gelagert. Diese Gleitschienen, die in Längsrichtung des Kondensatsammlers verlaufen, dienen in Kombination mit den Stützfüßen zur Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen des Verbundes aus Kondensatsammler, Rohrbündel und Dampfverteilleitung. Es sind auch rollende Lagerungen des Kondensatsammlers auf der Unterkonstruktion denkbar.The side members may further extend to a support bearing of the support leg extending parallel to the condensate collector. The support bearing is the outermost part of the support leg and serves to contact the substructure. The support foot is in turn mounted on sliding rails of the substructure relatively displaceable. These slide rails, which run in the longitudinal direction of the condensate collector, serve in combination with the support feet to compensate thermally induced changes in length of the composite of condensate collector, tube bundle and steam distribution line. There are also rolling bearings of the condensate collector on the substructure conceivable.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the schematic drawings. It shows:
Die Anlage
Oberhalb des Lüfters
Der erfindungsgemäße Kondensatsammler
Die Streben
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Anlage zur Kondensation von DampfPlant for the condensation of steam
- 2 2
- Unterkonstruktionsubstructure
- 3 3
- Plattformplatform
- 4 4
- LüfterFan
- 5 5
- Rohrbündeltube bundle
- 6 6
- Rippenrohrfinned tube
- 7 7
- oberer RohrbodenUpper tubesheet
- 8 8th
- unterer Rohrbodenlower tubesheet
- 9 9
-
oberes Ende v.
5 upper end v.5 - 10 10
- Dampfverteilleitung steam manifold
- 11 11
-
unteres Ende v.
5 lower end v.5 - 12 12
- Kondensatsammler condensate collector
- 13 13
- Rippe rib
- 14 14
- Kondensatsammler condensate collector
- 15 15
- Strebe strut
- 16 16
- Strebe strut
- 17 17
- Rohrboden tube sheet
- 18 18
-
Öffnung in
17 Opening in17 - 19 19
- Schmalseite narrow side
- 20 20
- Mantelrohr casing pipe
- 21 21
- Seitenelement page element
- 22 22
- Stützfuß Support foot
- 23 23
- Stützlager support bearings
- 24 24
- Gleitschiene slide
- L L
-
Längsrichtung v.
14 Longitudinal direction v.14
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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