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Abdichtung von Flanschverbindungen an Apparaturen, Rohrleitungen u. dgl.
Die in der chemischen Industrie zur Anwendung kommenden Reaktionskessel, Lagerbehälter, Rohrleitungen u. dgl., mit Auskleidungen verschiedener säure-und laugenfester Werkstoffe, die mit Spezialkitten verlegt werden, haben sich gegen chemische und auch thermische Einflüsse sehr beständig erwiesen. Die Flanschverbindungen solcher Apparaturen, wie Kessel mit Deckel oder Rohrleitungen untereinander konnten bis anhin meist nur behelfsmässig durch möglichst korrosionsbeständige Metalle ausgeführt werden, indem z. B. der abzudichtende Eisenflansch mit Blei geschützt wurde. Es sind aber auch Konstruktionen bekannt, nach welchen der Metallflansch durch Aufkitten von Deckplatten aus demselben Werkstoff wie die Auskleidung geschützt werden kann.
Damit wird wohl ein
Schutz des Behälterflansches gegen chemische Angriffe erreicht, jedoch ist die Abdichtung nach aussen nicht befriedigend, da die Deckplatten niemals genau eben verlegt werden können.
Selbst wenn nach der Verlegung dieser Deck- platten die Dichtungsfläche eben bearbeitet wird, was an und für sich nur an leicht transportablen Gefässen ausgeführt werden kann, ist eine betriebssichere Abdichtung nicht gewährleistet. Es ist dies damit zu erklären, dass nie ein Fugenkitt mit den gleichen Festigkeit-und ganz besonders Härteeigenschaften, wie es die Deckplatten aufweisen, gewählt werden kann. Die Dichtung, die quer zu einer zwischen zwei aneinanderstossenden Deckplatten befindlichen Kittfuge zu liegen kommt, wird daher bei der Anpressung den meist weicheren und oft plastischen Kitt eindrücken.
Ferner konnten an solchen Konstruktionen infolge der Verschiedenartigkeit der Wärmeausdehnung von Kitt und Plattenmaterial aber auch bei Beanspruchung durch Druck, speziell bei Aussenbeheizung des Behälters, Haarrisse an der Grenzfläche von Kitt und Stein beobachtet werden, was ihre Abdichtung besonders bei Verwendung etwas poröser Kitte überhaupt verhindert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Abdichtung von Flanschverbindungen an Apparaten, Rohrleitungen u. dgl., aus Eisen, Beton, Holz, Kunststoffen u. dgl., mit Aus-. kleidungen aus Werkstoff-Formlingen, wie z. B. Deckplatten, die gegen chemische, mechanische und thermische Einflüsse beständig sind. Die erwähnten Nachteile der bekannten Flanschabdichtungen werden dadurch vermieden, dass eine fugenlosen Dichtungsfläche, die vorzugsweise mit Rillen versehen werden kann, zur Aufnahme der Dichtung der Flanschverbindung zweier Apparateteile geschaffen wird, die eine vollkommene Abdichtung gewährleistet.
Diese Dichtungsfläche mit Rillen wird mittels Schablonen in eine geeignete plastische Ma.'''3e eingeformt, die nach der Behandlung eine harte, elastische nicht zu spröde Füllmasse bildet, um die hohen spezifischen Belastungen der Dichtung aufnehmen zu können. Diese plastische Masse wird beispielsweise in Vertiefungen der Deckplatten, die durch Kitt in der Flanschkonstruktion gehalten und verspannt werden, verlegt und verformt.
Als Werkstoffe für die Formlinge kommen je nach chemischen, thermischen und Druckbeanspruchungen zur Verwendung : Steinzeug, Thermosil, Klinker, Porzellan, Glas, Kohle, Schmelzbasalt, Beton, Kunststoffe, Ferrosilizium u. dgl., und als Kitt bzw. Füllmaterial : Wasserglaskitt,
Kunstharzkitt, Zement, Bitumenkitt oder sonst ein plastisches Material, das nach der Ver- formung abbindet und erhärtet. Je nach Werk- stoffeigenschaften können die Formlinge auch nach bekannten Methoden durch Hintergiessen,
Schweissen und Löten mit dem Flansch verbunden werden.
Die fugenlose Dichtungsfläche wird in die plastische Masse, die in Vertiefungen der Deck- platten selbst oder zwischen Deckplatten und
Flansch eingebettet ist, eingeformt. Mit Vorteil werden schwalbenschwanzförmige Querschnitte der Vertiefungen verwendet, um die Füllmasse in der Flanschkonstruktion zu verankern. Da die zur Anwendung kommenden plastischen
Massen meist etwas porös sind, obwohl sie als technisch dichte Füllmassen bezeichnet werden, ist zur Erreichung einer absolut dichten Flansch- verbindung, speziell bei Beanspruchung durch
Temperatur und Druck, folgende Massnahme sehr vorteilhaft.
Die Form der Dichtungsfläche und der von dieser aufzunehmenden Dichtung soll derart gewählt werden, dass neben der Haupt-
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abdichtung auf der fugenlosen Dichtungsfäche- der eigentlichen Dichtung auch auf den Deckplatten eine Abdichtung gegen Undichtwerden durch Kittporosität, erfolgt. Diese zusätzliche Abdichtung wird bei Verwendung bearbeiteter Deckplatten besonders wirksam.
Solche Flanschverkleidungen durch Deckplatten werden je nach Betriebsbedingungen unter Druckspannung des Platten-und Kittmaterials verlegt. Diese Methode bietet speziell bei Verwendung von spröden Werkstoffen mit niederen Elastizitätsmodulen und bei Beanspruchungen durch erhöhte Dichtungsbelastungen, die bei Autoklaven sehr hohe Werte erreichen können, dadurch erhebliche Vorteile, dass erst die Druckspannungen der Werkstoffe überwunden werden müssen, ehe die Zugspannungen zur Wirkung kommen. Bekannterweise ist die Zugfestigkeit solcher Materialien nur ein Bruchteil der Druckfestigkeit. Durch diese Verspannung wird auch die Schlagfestigkeit der Deckplattenabdichtung erhöht.
Die Verlegung der Deckplatten unter Druckspannung wird bei keramisch gesinterten, aber auch metallisch gegossenen Werkstoffen mit meist geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Flanschwerkstoff dadurch bewerkstelligt, dass die Deckplatten und das Kittmaterial bei niederer als der Flanschkonstruktion entsprechenden Temperatur verlegt werden. So wurden durch Erwärmen der Tragkonstruktion und Verlegen der Steine und des Kittes bei Raumtemperatur die Deckplatten beim Abkühlen des Flansches unter Druckspannung gesetzt, während die Tragkonstruktion unter Zugspannung steht. Auch durch Verwendung quellbarer Kitte und unter Drucksetzung der Flanschverbindung bei erhohter Temperatur lässt sich eine Verspannung erreichen, die besonders nach Erhärtung des Kittes und Abkühlung der Tragkonstruktion erhebliche Druckspannungen in der Flanschverbindung erzeugt.
Die Kombination von fugenloser Dichtungsfläche und Einspannung der Deckplatten der Flanschabdichtung erlaubt erst Apparate mit Auskleidungen auch für höhere Drucke und Temperaturen zu verwenden.
Bei Auskleidungen von Gefässen mit wärmeleitenden Platten und Kitten ist die Verwendung von Deckplatten für die Flanschkonstruktion zufolge thermischer Beanspruchungen aus der gleichen Qualität notwendig. Es hat sich ins- besondere auch gezeigt, dass bei Werkstoffen mit erhöhtem thermischen Leitkoeffizient während der Aufheizung der Apparatur durch das schnel- lere Steigen der Flanschtemperatur in den
Deckplatten verminderte Druckspannungen auf- treten. Diese Massnahme erweist sich sehr vorteilhaft bei hitze-oder feuerbeständigen Aus- kleidungen insbesondere, wenn auch höhere
Arbeitsdrucke in der Apparatur auftreten. Für solche Betriebsverhältnisse bringt die neue
Flanschverbindung erst eine betriebstechnisch brauchbare Lösung.
Die Verkittung ausgekleideter Behälter ist meist nur dann gas-und flüssigkeitsdicht und verhindert nur dann eine Zirkulation der angreifenden Flüssigkeiten in den Poren der Kittfugen, wenn diese nach aussen abgeschlossen werden. Durch Verlegen der Dichtungsfläche in die Trennfuge von Flansch und Deckplatte wird ein vollständiger Abschluss der Auskleidung nach aussen erreicht. Für sehr aggressive Säuren und Betriebsverhältnisse mit hohen Innendrucken ist nur durch eine solche Massnahme an ausgekleideten Kesseln ein betriebssicherer dichter Kittfugenabschluss zu erreichen.
Durch Formgebung von Dichtungsfläche und Dichtung kann neben der Hauptabdichtung auch auf der bearbeiteten Tragkonstruktion oder auch auf den bearbeiteten Deckplatten abgedichtet werden. Durch diese Massnahme wird ein absoluter Abschluss der Flanschverbindung erreicht und zugleich ein Undichtwerden zufolge der Porosität der Kittfugen der Auskleidung verhindert.
Die Dichtungsfläche mit Rillen kann für bestimmte Verhältnisse auch direkt ohne Verwendung von Deckplatten als Tragkonstruktion in eine elastische Kittmasse eingeformt werden.
Die neue Flanschverbindung weist erhebliche Vorteile auf, besonders für Behälter mit grossem Durchmesser, wie sie in der modernen Säurebautechnik oft zur Anwendung gelangen, wo eine nach der Auskleidung notwendige Bearbeitung äusserst schwierig oder gar nicht ausführbar ist. Die Dichtungsfläche am Flansch kann am Montageplatz unter Verwendung von Schablonen leicht und billig hergestellt werden. Das gleiche gilt für Reparaturen, die auch an Ort und Stelle mit geringen Kosten ausgeführt werden können.
Die neuartige Abdichtung erlaubt nun Behälter mit Platten, beispielsweise keramischer Herkunft, absolut metallfrei auszukleiden. Solche Konstruktionen können daher emaillierte und gummierte Apparaturen ersetzen, da auch die Deckel auf Grund des Erfindungsgedankens bei Verwendung der neuartigen Flanschabdichtung nun einwandfrei mit Platten dicht ausgekleidet werden können. Für die chemische Industrie können damit Reaktionskessel entwickelt werden für grösste chemische Beanspruchungen durch aggres- sive Säuren mit Lösungsmitteln unter Siedezustand, wofür homogen verbleite, emaillierte und gummierte Apparaturen nicht mehr in Frage kommen. Auch metallempfindliche Umsetzungen sind mit grosser Sicherheit in Behältern mit der neuen metallfreien Flanschabdichtung zu bewältigen.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele soll die Abdichtung solcher Flanschverbindungen grundsätzlich erklärt werden.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Flanschverbindung von Kessel 1 und Deckel 2 aus Gusseisen, die mit beispielsweise keramischen Platten 3 und 4 ausgekleidet sind. Die Kittschichten 5 und 6 verbinden die Tragkonstruktion 1 und 2 mit den
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Platten 3 und 4. Der Kesselflansch ist derart konstruiert, dass zwischen dem Flanschabschluss von Kessel 1 und der Plattenauskleidung 3 die Deckplatten 7 eingekittet werden können. Die Endplatte 4 der Deckelauskleidung 4 a ist im Deckelflansch 2 derart eingebettet, dass die Flanschverkleidung ein Widerlager bildet. In diese Deckplatten 7 und Endplatten 4 sind z. B. schwalb nschwanzförmige Vertiefungen ss vorgesehen, die mit einer verformbaren Masse gefüllt werden.
Mittels einer Schablone, die am bearbeiteten Flanschabschluss geführt und zentriert wird, kann in die plastische Füllmasse eine Dichtungsfläche mit Rille 9 parallel zum Kesselflansch eingeformt werden, die nach Erhärtung bzw. Abbindung der Masse eine fugenlose Rille 9 zur Aufnahme der Dichtung 10 bildet. Durch eine solche Dichtungsfläche mit Rille 9 wird die Trennfuge 12 zweier Deckplatten 7 bzw. Endplatten 4, wie dies in der perspektivischen Fig. 5 veranschaulicht wird, durchbrochen und es sind keine Verbindungswege, die durch Wärmeoder Spannungsrisse zwischen den Platten entstehen können, nach aussen mehr möglich. Die
Dichtung 10 kann derart bemessen sein, dass die
Abdichtung auf der fugenlosen Dichtungs- fläche 9 und gleichzeitig auf den Deckplatten 7 erfolgt.
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Die Ausführung nach Fig. 5 wird für Autoklaven laid Behälter, die durch höchste thermische und chemische Einflüsse beansprucht werden, als prinzipielle Lösung einer dichten Flanschverbindung vorgeschlagen. Insbesondere bei gleichzeitiger Beanspruchung durch Säure und Lösungsmittel, speziell bei hohen Temperaturen, für die der Kitt aber auch das Dichtungsmatenal nur bedingt haltbar sind, weist eine Zweifachdichtung grosse Vorteile auf. Der meist für solche Verhältnisse mit zwei Plattenschichten 3 und 3 a ausgekleidete Kessel 1 erhält zum Flanschabschluss eine Deckplatte 7, die zwei Vertiefungen 8 und 8 a und somit auch zwei Dichtungsflächen mit Rillen 9 und 9 a aufweist.
Für erwähnte Betriebsbedingungen wird die Dichtungsfläche 9 beispielsweise in Wasserglaskitt, einer nicht völlig dichten Masse, eingeformt, während für die Dichtungsfläche 9 a ein gas-und flüssigkeitsdichter Kitt, jedoch nur mit beschränkter Beständigkeit gegen Lösungsmittel, Verwendung findet. Die Auswahl der Dichtungen, die in die Dichtungsrillen 9 und 9 a verlegt werden, erfolgt unter ähnlichen Voraussetzungen. Auch für höhere Temperaturgebiete der hochprozentigen Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, bringt die Zweifachdichtung grosse Vorteile, da zweierlei Kittarten verwendet werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abdichtung von Flanschverbindungen an Apparaturen, Rohrleitungen u. dgl., die mit einer aus eingekitteten Werkstoff-Formlingen, wie z. B. Deckplatten aus chemisch, mechanisch und thermisch beständigem Werkstoff bestehenden Auskleidung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die abzudichtende Fläche eine fortlaufende, in sich geschlossene Vertiefung von vorteilhaft schwalbenschwanzförmigem Querschnitt aufweist, die vollständig mit einer plastischen, nach dem Einbringen erhärtenden Masse ausgefüllt ist, so dass eine ununterbrochene fugenlose, zur Aufnahme einer Dichtung beliebiger Art geeignete Dichtungsfläche entsteht.