Die Aufgabenstellung
Ein Festkopf-Rohrbündelwärmeübertrager erlebt wiederkehrende Anfahr-, Reinigungs- und Umschaltvorgänge. Mantel und Rohre besitzen unterschiedliche mittlere Temperaturen und dehnen sich verschieden aus. Dadurch entstehen Axialkräfte in Rohren, Rohrboden und Mantel, selbst wenn der Druck unverändert bleibt.
Der statische Rohrbodennachweis muss um die zyklischen Temperaturzustände ergänzt werden. Besonders kritisch sind schnelle Temperatursprünge, unterschiedliche Wärmeübergänge und Fälle mit nur einer beaufschlagten Seite. Das Lastkollektiv muss reale Häufigkeiten enthalten und darf nicht allein aus dem Nennbetrieb abgeleitet werden.
Erforderliche Auslegungsdaten
- Rohrboden-, Mantel- und Rohrgeometrie
- Zeitliche Temperaturzustände beider Seiten
- Druckkombinationen einschließlich einseitiger Beaufschlagung
- Anzahl von Anfahr-, Abstell- und Reinigungszyklen
Technischer Lösungsweg
Thermische Zustände definieren
Stationäre und transiente Mitteltemperaturen von Mantel und Rohren werden für jede Betriebsphase bestimmt.
Statische Rohrbodenfälle rechnen
Druck und unterschiedliche Wärmedehnung werden für alle relevanten Kombinationen im Rohrbodenmodell angesetzt.
Axialkräfte und Spannungsbereiche bilden
Kräfte in Rohren, Mantel und Rohrboden werden zwischen den Zyklusextremen differenziert.
Ermüdungsnachweis führen
Die kritischen Spannungsbereiche werden mit Lastspielzahl und Detailfestigkeit bewertet.
Betrieb oder Konstruktion optimieren
Aufheizrate, Bypass, Kompensator oder alternative Bauform werden hinsichtlich Lebensdauer verglichen.
Erwartete Ergebnisse
Geeignete SOL-ALPHA-Module
Die Module sind eine fachlich plausible Werkzeugkette. Ihre endgültige Auswahl und Reihenfolge wird bei der späteren konkreten Berechnung anhand des Regelwerks und der Projektrandbedingungen bestätigt.