Planung eines Wärmeübertragers Ganzheitliche Aufgabenlösung bis zur Instandsetzung eines Rohrbündel-Wärmeübertragers

Vorwort XI 1 Aufgabenstellung &bdquo,Auslegung und Konstruktion eines Rohrbü,ndel–Wä,rmeü,bertragers (RWÜ,)&ldquo, 1 1.1 Allgemeine Voraussetzungen fü,r die Auslegung eines RWÜ, 1 1.2 Hinweise zur Aufgabenstellung 1 1.3 Aufgabenstellung mit Detailangaben: 2 1.4 Hinweise zur Lö,sungsmethodik 4 2 Wä,rmetechnische Auslegung des RWÜ, 7 2.1 Allgemeines 7 2.2 Verwendete Formelzeichen und Kenngrö,ß,en 11 2.3 Ausgangsdiskussion 14 2.3.1 Gegebene Grö,ß,en 15 2.3.2 Stoffwerte aus der erweiterten Aufgabenstellung 17 2.4 Ü,berschlä,gige Berechnung der erforderlichen Wä,rmeü,bertragungsflä,che 17 2.4.1 Ermittlung des abzuleitenden Wä,rmestromes Q— 17 2.4.2 Berechnung der erforderlichen Kü,hlwassermenge m— 2 18 2.4.3 Wahl des Wä,rmedurchgangskoeffizientenk 19 2.4.4 Ermittlung der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz Ddm 20 2.4.5 Berechnung der erforderlichen Wä,rmeü,bertragungsflä,che Aerf 24 2.4.6 Begrü,ndung der Medienfü,hrung 24 2.4.7 Aussagen zur Verschmutzung von Wä,rmeü,bertragungsflä,chen 25 2.5 Grundlagen fü,r die konstruktive Ausfü,hrung 29 2.5.1 Anordnung und Abmessung der Innenrohre 30 2.5.2 Anzahl der Rohre und Lä,nge des Rohrbü,ndels 34 2.6 Nachweise fü,r den Rohrraum und den Mantelraum 38 2.6.1 Wä,rmeü,bertragung im Rohrraum 39 2.6.1.1 Ermittlung der Reynoldszahl Re 40 2.6.1.2 Ermittlung der Nusselt–Zahl Nui 40 2.6.1.3 Ermittlung der Wä,rmeü,bergangszahl ai 43 2.6.2 Wä,rmeü,bertragung im Mantelraum ohne Einbauten 43 2.6.3 Wä,rmeü,bertragung im Mantelraum mit Einbauten 45 2.6.3.1 Auswahl der Einbauelemente 45 2.6.3.2 Notwendige Ergebniskorrekturen 47 2.6.3.3 Auslegung der Umlenksegmente 49 2.6.3.4 Ermittlung der Reynoldszahl Rea 52 2.6.3.5 Ermittlung der Nusselt–Zahl Nua 54 2.6.3.6 Ermittlung der Wä,rmeü,bergangszahl aa im Auß,enraum 62 2.6.3.7 Ermittlung der Wä,rmedurchgangszahlk 63 2.7 Nachweis der Wandtemperatur 65 2.8 Korrektur der Wä,rmeü,bertragungsflä,che 67 2.9 Kompensatorkriterium 69 2.9.1 Festlegungen in WN 75–0094 Hö,chst AG [37] 70 2.9.1.1 Kaltes Medium um die Rohre 70 2.9.1.2 Warmes Medium um die Rohre 71 2.9.2 Vorgehensweise in der Fachliteratur 72 2.9.3 Berechnung nach AD 2000–Merkblatt S 3/7 [45] 75 2.10 Zusammenfassung der wä,rmetechnischen Auslegung 78 3 Druckverlustberechnung im Mantel– und im Rohrraum des RWÜ, 83 3.1 Druckverlust im Rohrraum DpRR 84 3.1.1 Druckverlust beim Einströ,men in die Eintrittskammer DpE 85 3.1.2 Druckverlust beim Einströ,men in die Rohre DpER 88 3.1.3 Druckverlust beim Durchströ,men der Rohre DpR 90 3.1.4 Druckverlust beim Ausströ,men aus den Rohren DpAR 93 3.1.5 Druckverlust infolge Umlenkung in den Kammern DpU 94 3.1.6 Druckverlust beim Ausströ,men aus der Austrittskammer DpA 94 3.1.7 Gesamtdruckverlust im Rohrraum DpRR 95 3.2 Druckverlust im Mantelraum des RWÜ, mit Einbauten 97 3.2.1 Druckverlust in den Mantelstutzen DpS 104 3.2.2 Druckverlust in einer Endzone DpQE 105 3.2.3 Druckverlust in der Querströ,mungszone DpQ 112 3.2.4 Druckverlust in einer Fensterzone DpF 117 3.2.5 Gesamtdruckverlust im Mantelraum 120 3.3 Ergebnis der strö,mungstechnischen Berechnungen 120 4 Ü,berlegungen zum konstruktiven Entwurf 125 4.1 Allgemeine Vorgehensweise 125 4.2 Berü,cksichtigung von Gestaltungsanforderungen 127 4.2.1 Funktionsgerechte Gestaltung des RWÜ, 127 4.2.2 Werkstoffgerechte Gestaltung des RWÜ, 128 4.2.3 Beanspruchungsgerechte Gestaltung des RWÜ, 130 4.2.4 Fertigungsgerechte Gestaltung des RWÜ, 131 4.2.5 Prü,fgerechte Gestaltung und Prü,fungen im Lebenslauf des RWÜ, 134 4.2.6 Transport– und montagegerechte Gestaltung des RWÜ, 135 4.2.7 Wartungs– und instandhaltungsgerechte Gestaltung des RWÜ, 139 5 Konstruktive Aufgabenstellung 141 6 Rechnerische Nachweise fü,r die Apparateelemente 145 6.1 Grundlagen 145 6.2 Formelzeichen und Einheiten 147 6.3 Ermittlung von Berechnungswerten [6] 148 6.3.1 Berechnungsdruck p 148 6.3.2 Berechnungstemperatur #, T 149 6.3.3 Festigkeitskennwert K 149 6.3.4 Sicherheitsbeiwert S 149 6.3.5 Ausnutzung der zulä,ssigen Berechnungsspannung in Fü,geverbindungen, Faktor zur Berü,cksichtigung von Verschwä,chungen n 150 6.3.6 Zuschlä,ge 150 6.3.6.1 Zuschlag zur Berü,cksichtigung der Wanddickenunterschreitung c1 150 6.3.6.2 Abnutzungszuschlag c2 151 6.4 Werkstoffauswahl 151 6.5 Berechnungsparameter 151 6.6 Berechnung der Apparateelemente 153 6.6.1 Zylindrische Wandung (Mantel) unter innerem Ü,berdruck 153 6.6.2 Gewö,lbte Bö,den unter innerem Ü,berdruck 156 6.6.3 Rohrbü,ndelrohre 158 6.6.3.1 Bemessung auf inneren Ü,berdruck 158 6.6.3.2 Bemessung auf ä,uß,eren Ü,berdruck 159 6.6.4 Berechnung der Rohrbö,den 161 6.6.5 Bemessung der Flanschverbindungen 165 6.7 Stabilitä,tsberechnung 167 6.7.1 Lokale Lasteinleitung durch die Sattellager 168 6.7.1.1 Tragfä,higkeitsnachweis fü,r den Zylinder 170 6.7.1.2 Nachweis des Sattellagers 172 6.7.2 Tragfä,higkeitsnachweis fü,r die Tragö,sen und ihren Anschluss 172 6.7.3 Zusatzbelastungen durch Einzelkrä,fte 177 7 Konstruktion des RWÜ, 181 7.1 Konstruktionszeichnung 181 7.2 Entwurfsprü,fung 181 8 Fertigung des Rohrbü,ndel–Wä,rmeü,bertragers 185 8.1 Wesentliche Einzelteile zur RWÜ,–Fertigung 186 8.1.1 Gewö,lbte Bö,den 186 8.1.2 Ebene Bö,den 190 8.1.3 Flanschverbindungen 197 8.1.4 Rohre 202 8.2 Wesentliche allgemeine Fertigungsschritte 203 8.2.1 Fertigung des Mantels 203 8.2.2 Verbindung Rohre/Rohrboden 205 8.2.2.1 Einschweiß,en der Rohre 206 8.2.2.2 Einwalzen der Rohre 212 8.2.2.3 Hydraulisches Aufweiten der Rohre 216 8.2.2.4 Verbindung Rohr/Rohrboden durch Kombination verschiedener Befestigungsarten 217 8.3 Schlussprü,fung und Druckprü,fung 219 8.3.1 Schlussprü,fung 219 8.3.2 Druckprü,fung 220 8.4 Oberflä,chensauberkeit und Oberflä,chenschutz 220 8.5 Korrosionsschutzanstrich 224 8.6 Fertigungstechnologie des RWÜ, DN 400 225 8.6.1 Fertigung der Ein– und Austrittshauben 225 8.6.2 Fertigung des Mantels 226 8.6.3 Fertigung des Rohrbü,ndels 226 8.6.4 Zusammenbau 227 8.6.5 Abschlussarbeiten 227 9 Transport und Montage des RWÜ, 229 9.1 Transport 229 9.2 Montage 231 10 Wä,rmedä,mmung 233 10.1 Allgemeine Aussagen 233 10.2 Dä,mmung als Berü,hrungsschutz fü,r den RWÜ, DN 400 238 11 Instandsetzung von Rohrbü,ndel–Wä,rmeü,bertragern &ndash, Schadensbehebung durch Reinigung 241 11.1 Allgemeines 241 11.2 Logistische Vorleistungen fü,r die mechanische Reinigung von RWÜ, 243 11.3 Mechanische Reinigung von RWÜ, 248 11.3.1 Hochdruckwasserstrahlreinigung 249 11.3.2 Hochdruckreinigung unter Einsatz entsprechender Reinigungskö,rper 254 11.3.3 Reinigungsverfahren mit rotierenden Werkzeugen 262 11.4 Chemische Reinigung von RWÜ, 262 11.4.1 Allgemeines 262 11.4.2 Anwendung auf den RWÜ, DN 400 263 11.5 Thermische Reinigung 266 11.6 Trockeneisreinigung 267 11.7 In–situ–Reinigung von RWÜ, 270 12 Instandsetzung von Rohrbü,ndel–Wä,rmeü,bertragern &ndash, Schadensbehebung durch Verstopfen, Rohraustausch oder Neuberohrung 273 12.1 Allgemeines 273 12.2 Schä,den an Rohrbü,ndel–Wä,rmeü,bertragern und Schadensbehebung 273 12.2.1 Einsetzen von Stopfen 276 12.2.2 Ersatz einzelner Rohre 281 12.2.3 Neuberohrung 284 12.2.4 Sanierung von Rohrbö,den 288 Anhang 1 Bezeichnungen und Begriffe fü,r Werkstoffe Kurzzeichen in Werkstoffbezeichnungen 293 Anhang 2 Zusammenstellung der Prü,fbescheinigungen nach EN 1024:2004 (D) 295 Anhang 3 Kennwerte fü,r die Bemessung der Rohre nach DIN EN 10 216–1, und DIN EN 10 217–1 (AD 2000–Merkblatt W 4 Tafel A 2) 297 Anhang 4 Kennwerte fü,r Flacherzeugnisse nach DIN EN 10 028–2, Mindestwerte der Dehngrenze Rp0,2 bei erhö,hten Temperaturen 299 Anhang 5 Verschwä,chungsbeiwert vA bei sA=Di ¼, 0,01 AD 2000–Merkblatt B 9 301 Anhang 6 Verschwä,chungsbeiwert vA bei sA=Di ¼, 0,05 AD 2000–Merkblatt B 9 303 Anhang 7 Verschwä,chungsbeiwert vA fü,r sA= Di 2 ¼, 0,10 AD 2000–Merkblatt B 9 305 Anhang 8 Berechnungsbeiwerte b fü,r gewö,lbte Bö,den in Klö,pperform nachAD 2000–Merkblatt B 3 307 Anhang 9 Einsatzgrenzen fü,r Stahlflansche nach DIN EN 1092–1 309 Anhang 10 Diagramme zur Ermittlung der Beiwerte K fü,r Tragö,sen nach TGL 32903/17 [47] und RKF BR &ndash, A 62 [48] 311 Schlussbetrachtung 313 Index 315