AT515245B1 - Rohrbündel-Wärmetauschergruppe und Apparat, insbesondere Reaktor für die Erzeugung von Melamin umfassend eine solche Wärmetauschergruppe - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrbündel- Wärmetauschergruppe und einen Apparat, umfassend - eine Rohrplatte (101) mit einer ersten Fläche, die während des Betriebs ins Innere einer Wärmetauschkammer (140) gerichtet ist, und eine der ersten Fläche gegenüberliegende, zweite Fläche, die während des Betriebs zum Äußeren der Wärmetauschkammer (140) gerichtet ist, mindestens ein durchgehendes Loch (103), das die Dicke der Rohrplatte (101) durchquert und mindestens ein Wärmetauscherrohr (100), welches das durchgehende Loch (103) durchquert und mit einem Kreislauf zur Speisung eines Wärmetauschmediums wirkverbunden ist, wobei die Rohrbündel- Wärmetauschergruppe ferner mindestens eine Hülse (200) umfasst, die an den gegenüberliegenden Enden offen ist und an der Rohrplatte (101) sowie an dem Rohr (100) befestigt ist, wobei die Hülse (200) in dem Loch (103) untergebracht und auf das Rohr (100) in einem Abschnitt desselben aufgepresst ist, in dem dieses die Dicke der Rohrplatte (101) durchquert, wobei die Hülse (200) ferner von der ersten Fläche der Rohrplatte (101) derart auskragt, dass eines ihrer ersten offenen Enden im Inneren der Wärmetauschkammer (140) endet; ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Apparat umfassend eine solche Wärmetauschergruppe.

Description

Beschreibung

[0001] ROHRBÜNDEL-WÄRMETAUSCHERGRUPPE UND APPARAT, INSBESONDERE REAKTOR FÜR DIE ERZEUGUNG VON MELAMIN UMFASSEND EINE SOLCHE WÄRMETAUSCHERGRUPPE

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrbündel-Wärmetauschergruppe und einen Apparat umfassend diese Wärmetauschergruppe.

[0003] Der Apparat besteht insbesondere aus einem chemischen Reaktor und mehr insbesondere aus einem chemischen Reaktor für die Erzeugung von Melamin.

[0004] Es ist bekannt, Melamin mittels Harnstoff-Pyrolyse nach folgender allgemeiner Reaktion (1) herzustellen:

(1)

Harnstoff Melamin wobei es sich bekanntlich um eine stark endothermische Reaktion handelt.

[0005] Die Verfahren zum Umformung von Harnstoff in Melamin können in zwei Gruppen unterteilt werden: Verfahren, bei denen die Harnstoff-Pyrolyse bei hohem Druck erfolgt und Verfahren, bei denen die Harnstoff-Pyrolyse bei niedrigem Druck erfolgt.

[0006] Beide Verfahren werden typischerweise in Reaktoren durchgeführt, die mit einem Harnstoff in flüssigem Zustand gespeist werden. Vorzugsweise wird der Reaktor auch mit einem Ammoniakstrom gespeist.

[0007] Bei den Hochdruckverfahren wird die Reaktionskammer auf einem Druck von über 60 barrei gehalten und ist mit Heizmitteln versehen, die das Reagenssystem auf einer Temperatur von ca. 360°C - 450°C halten.

[0008] Bei den bekannten Reaktoren bestehen die Heizmittel sowohl bei den Hochdruck- als auch den Niederdruckverfahren aus einem Rohrbündel, welches von einem Wärmetauschmedium durchströmt wird, welches beispielsweise aus einer Salzschmelze besteht, welche typischerweise aus einer Mischung von Natrium- und Kaliumnitraten sowie -nitriten besteht.

[0009] In einem typischen Hochdruckprozess umfasst das Rohrbündel eine Rohrplatte, die so an dem Reaktormantel verankert wird, dass dieser die Reaktionskammer 140 begrenzt.

[0010] Wie in den beiliegenden Abbildungen 1 und 3 dargestellt ist, ist jedes Rohr 100 des Bündels oder einer seiner Arme, wenn es U- oder schlangenförmig ausgestaltet ist, einzeln an der Rohrplatte 101 mittels einer Schweißnaht 102 befestigt, die sich am Kopf (Abb.1) oder im Übergangsbereich zwischen der ins Innere der Reaktionskammer 140 gerichteten Fläche der Rohrplatte und der seitlichen Außenfläche eines jeden Rohrs befinden kann (Abb.3).

[0011] Jedes Rohr 100 ist an seinem im Inneren der Reaktionskammer befindlichen Ende mit einem eigens vorgesehenen Verschluss 107* verschlossen, der eine einfache Form, die Form eines umgekehrten Bechers, eines T (wie in Abb.1 dargestellt) oder jede andere zweckdienliche Form aufweisen kann.

[0012] In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Arten von Verschlüssen 107*, u.a. auch die zuvor angesprochenen, in den beiliegenden Abbildungen gezeigt werden.

[0013] Insbesondere zwei verschiedene Arten von Verschlüssen 107* werden ausschließlich zur Veranschaulichung in den vergrößerten Darstellungen der Abbildung 1 gezeigt.

[0014] Im Innern eines jeden Rohrs 100 ist koaxial hierzu eine an den gegenüberliegenden Enden offene Leitung 104 mit Spiel eingesetzt; der Kanal im Innern einer jeden Leitung 104 und der zwischen ihr und dem jeweiligen Rohr 100 definierte Zwischenraum bilden folglich die Flusswege (Vorlauf und Rücklauf) der Salzschmelze.

[0015] Wie in den Abbildungen 1 und 3 schematisch dargestellt ist, sind der zweite Abschnitt 100b der Rohre 100 und das Ende der dazugehörigen, aus ihm auskragenden Leitung 104 mit einer zweiten Rohrplatte 110 und mit einer dritten Rohrplatte 111 gekoppelt, die die Kanäle zur Verteilung und Sammlung der Salzschmelze begrenzen. Die Kopplung erfolgt mittels Schweißen, Aufdornen oder jedes anderen, angemessenen Systems.

[0016] Insbesondere erfolgt bei dem in Abb.1 gezeigten Fall, bei dem das Rohr 100 an die Rohrplatte 101 auf der Innenseite der Reaktionskammer stumpfgeschweißt ist, die Verbindung zwischen der Rohrplatte 101 auf der Außenseite zur Reaktionskammer mit der Rohrplatte 110, die den Kanal zur Verteilung und Sammlung der Salzschmelze begrenzt, mittels eines Rohrabschnitts 100c, der durch Schweißen, Aufdornen oder jedes andere, angemessene System mit den beiden Platten verbunden wird.

[0017] Die verschiedenen Bestandteile, die mit dem Prozessmedium in der Reaktionskammer 140 (Rohrplatte und Rohre) in Berührung kommen, sind aus hochkorrosionsbeständigen Materialien hergestellt, da sie ein Reagenssystem in harten Betriebsbedingungen kontaktieren müssen.

[0018] Typischerweise sind diese Bestandteile aus Stählen oder Speziallegierungen wie beispielsweise Chrom-Nickel-Molybdän Hastelloy® C276, C22, Alloy A 59 oder Inconel 625 hergestellt.

[0019] Insbesondere kann die Rohrplatte 101 aus einem einzigen, den Bedingungen in der Reaktionskammer widerstehenden Material hergestellt sein oder aus weniger hochwertigem Material 101a*, das mit dem für die Betriebsbedingungen erforderlichen Material 101b* beschichtet wird.

[0020] Die Beschichtung kann durch Auftragen von Material oder jedes andere Beschichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik vorgenommen werden.

[0021] Ferner sind die verschiedenen Bestandteile miteinander verschweißt.

[0022] Bekanntlich wird die Schweißnaht durch lokalisiertes Schmelzen der zu verschweißenden Ränder mit oder ohne Auftrag von Metall derselben Art wie das Basismetall der beiden zu verbindenden Bestandteile ausgeführt; durch diese Verschmelzung wird eine dauerhafte Verbindung der beiden Bestandteile bei substantieller Kontinuität des Materials erzielt.

[0023] Typischerweise sind die Rohre 100 längs konzentrischer Umkreise rund um die Rückführleitung 141 der Reagensmasse verteilt, die sich im Allgemeinen in der Mitte der Reaktionskammer 140 befindet. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise zirkuliert die Reaktionsmasse abwärts in der mittleren Rückführleitung und tritt unter Vereinigung mit der geschmolzenen Harnstoffmasse und vorzugsweise der eingespeisten Ammoniakmasse beispielsweise über eigens vorgesehene Öffnungen in dem der Rohrplatte nächstgelegenen Bereich aus, wobei sie mit den Rohren 100 des Rohrbündels im Verbindungsbereich mit der Rohrplatte quer zu den Rohren 100 in Berührung kommt, um dann in den Rohrzwischenräumen wieder nach oben zu steigen.

[0024] Darüber hinaus wird auch bei umgekehrter Zirkulation der Durchmesser der Rohre 100 in der Nähe der Rohrplatte 101 in jedem Fall von dem quer zu den Rohren rezirkulierenden Medium berührt.

[0025] Bekanntlich führt der Aufprall eines Mediums auf eine Oberfläche zur Erosion dieser Fläche, wobei die Erosion umso stärker ist, je mehr der Prallwinkel sich 90° nähert.

[0026] Bei Kontrollen, die an den dem Stand der Technik entsprechenden Rohrbündeln durchgeführt wurden, zeigte sich, dass die Rohre 100 des Rohrbündels im Bereich des Aufpralls des rezirkulierenden Mediums erosionsgefährdet sind.

[0027] Bei eingehender Untersuchung des oben beschriebenen Phänomens konnte festgestellt werden, dass die Rohre des Rohrbündels, die längs des inneren Umfangs verteilt sind, aufgrund ihrer größeren Nähe zum Austrittspunkt der aus der mittleren Leitung 141 rezirkulieren-den Masse einer größeren Erosion als die Rohre ausgesetzt sind, die längs der äußeren Umkreise verteilt sind.

[0028] Bei dieser Kontrolle zeigte sich außerdem, dass die Schweißnähte Ermüdungserscheinungen aufwiesen, die vermutlich durch die Vibrationen verursacht werden, die unter bestimmten turbulenten Strömungsbedingungen auftreten.

[0029] Ferner muss angemerkt werden, dass die Schweißnähte zwischen unterschiedlich dicken Flächen vorgenommen werden, wobei insbesondere große Dicken- und folglich Massenunterschiede zwischen Rohr und Rohrplatte zu erheblichen Unterschieden bei den Aufwärm-, Schmelz- und Abkühlzeiten während des Schweißens der beiden betroffenen Flächen führen, wodurch innere Spannungen im Material entstehen können (beispielsweise beim Verschweißen der Außenwand des Rohrs mit der Rohrplatte ist die Wärmezufuhr zum Schmelzen der Oberfläche der Rohrplatte derart, dass die Rohrwand bis zur Innenfläche des Rohrs schmilzt.

[0030] Der Bereich der Schweißnaht ist folglich mechanischen Spannungen ausgesetzt und kann bei Kontakt mit einer aggressiven Mischung (beispielsweise Salzschmelze in Anwesenheit von Abbauprodukten wie NaOH) intergranularen Korrosionserscheinungen ausgesetzt sein.

[0031] Um das Problem der Überhitzung beim Stumpfschweißen von Rohr und Rohrplatte bei unterschiedlichen Dicken und folglich unterschiedlichen Massen zu lösen, ist es bekannt, einen Schaft 108 derselben Dicke wie das Rohr mittels mechanischer Bearbeitung der Oberfläche 101b* der Rohrplatte herauszuarbeiten (siehe Abb.3).

[0032] Hierbei wurde jedoch festgestellt, dass abgesehen von der Tatsache, dass sich das Schmelzmaterial in direktem Kontakt mit dem Wärmeübertragungsmedium (z.B. der Salzschmelze) befindet, weiterhin hohe Spannungen im Schaft auftreten, die durch die mechanische Bearbeitung bedingt sind, die zur seiner Herstellung unter Berücksichtigung seiner intergranularen Korrosionsanfälligkeit erforderlich sind.

[0033] Es muss außerdem darauf hingewiesen werden, dass nach dem Zusammenfügen der verschiedenen Bestandteile (Platte und Wärmetauscherrohre) mittels Schweißung eine Wärmebehandlung des gesamten Bündels zur Beseitigung der internen Spannungen praktisch nicht mehr möglich ist, welche sowohl infolge der mechanischen Bearbeitung als auch der lokalisierten Erwärmung und anschließenden Abkühlung und des Materialschrumpfs - beispielsweise beim Glühen, Lösungsglühen oder Normalglühen - auftreten.

[0034] Es ist klar sichtlich, dass es bei Lecks durch die Platte-Rohr-Schweißnaht 102 gemäß Abb.1 sowohl durch direkte Lecks durch die Schweißnaht oder intergranulare Korrosion des Rohranteils und/oder des Schafts bei einer Schweißnaht gemäß Abb.2, als auch durch intergranulare Korrosion des seitlichen Anteils des von der Schweißnaht 102a (Abb.3) betroffenen Rohrs infolge der unterschiedlichen Drücke in der Reaktionskammer und im Erwärmungskreislauf zu einem Leck kommt, welches die beiden verschiedenen Medien miteinander in Kontakt bringt.

[0035] Aus US 4288109 A ist es bekannt eine Hülse aus korrosionsbeständigem Material vorzusehen, die zwischen Rohrplatte und Rohr angeordnet ist. Die Hülse ist durch Schweißnähte auf der Innen- und Außenseite mit der Rohrplatte und durch eine Schweißnaht auf der Innenseite der Reaktionskammer mit dem Rohr verbunden. Insbesondere die zwischen Rohrplatte und Hülse ausgebildete Schweißnaht im Inneren der Reaktionskammer ist jedoch großen Belastungen ausgesetzt und für eine Überprüfung kaum zugänglich.

[0036] In GB 851492 A ist ein Wärmetauscher beschrieben, der ebenfalls eine Hülse zwischen Rohrplatte und Rohr vorsieht. Diese Hülse wird in einem ersten Schritt auf das Rohr aufgepresst und verschweißt. Nach einer Überprüfung der Schweißnähte wird die Hülse anschließend mit der Rohrplatte auf der Außenseite der Reaktionskammer verschweißt. Schäden die während des Betriebs auftreten, können nicht festgestellt werden. Dies ist insbesondere problematisch für Schäden im Bereich zwischen Rohr und Hülse, aber auch für Schäden in der Rohrplatte.

[0037] US 03216749 A offenbart einen Druckbehälter, der von einer Vielzahl an Kühlgasrohren durchzogen ist. Die Rohre werden in zwei Rohrplatten gehalten. Die Rohrplatte ist mit Nippeln verschweißt. Die Nippel sind über Schweißnähte mit Hülsen verbunden, in denen die Rohre frei beweglich gelagert sind. Anlagen mit einem solch komplexen Aufbau wären jedoch sehr teuer und daher für die Herstellung günstiger Produkte, wie beispielsweise Melamin nicht geeignet.

[0038] In WO 2004096782 ist ein Verfahren zur Herstellung von Melamin beschrieben, das allerdings die Verwendung handelsüblicher Wärmetauscher vorsieht. Die Probleme, die sich daraus ergeben wurden Eingangs ausführlich beschrieben.

[0039] Insbesondere wenn die Reaktionskammer mit einem Druck betrieben wird, der über dem Druck im Erwärmungskreislauf liegt, kommt es zum Einlauf des Prozessmediums, beispielsweise Melamin und Ammoniak, in den Erwärmungskreislauf und folglich zu einem Überdruck im gesamten Erwärmungskreislauf und zur Explosionsgefahr.

[0040] Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die zuvor beschriebenen Nachteile der älteren Technik (z.B. Erosion und Schweißnähte zwischen unterschiedlichen Dicken) zu beseitigen durch Herstellung einer Rohrbündel-Wärmetauschergruppe und eines Apparats umfassend eine solche Gruppe, insbesondere einen Reaktor für die Herstellung von Melamin, mit verbesserten Betriebsdauereigenschaften, die eine Beseitigung der Erosionserscheinungen des Rohrteils in der Nähe der Rohrplatte ermöglichen.

[0041] Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rohrbündel-Wärmetauschergruppe und einen Apparat, insbesondere einen Reaktor für die Herstellung von Melamin umfassend eine solche Gruppe vorzusehen, die eine Verringerung des Risikos von Rissbildung ermöglichen.

[0042] Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Risiko einer Rissbildung in den Wärmetauscherrohren und folglich das Risiko eines Kontakts und einer eventuellen Reakti-on/Explosion zwischen dem in den Rohren zirkulierenden Wärmeübertragungsmedium und dem Material im Innern der Reaktionskammer zu vermindern, unabhängig davon, ob es sich um ein Heiz-/Kühlmedium oder um ein Reagenssystem handelt, das äußerlich an den Rohren entlangströmt.

[0043] Diese und weitere Aufgaben werden mit einer Rohrbündel-Wärmetauschergruppe und einem Apparat, insbesondere einem Reaktor zur Herstellung von Melamin nach den beiliegenden Hauptansprüchen gelöst.

[0044] Der dieser Erfindung zugrunde liegende Hauptgedanke besteht darin, für jedes Rohr mindestens eine Hülse bereitzustellen, die an den beiden gegenüberliegenden Enden offen und an der Rohrplatte sowie an dem Rohr befestigt ist, wobei die Hülse in dem Loch untergebracht und auf das Rohr in einem Abschnitt aufgepresst ist, in dem dieses durch die Dicke der Rohrplatte hindurchgeführt wird.

[0045] Die Hülse ist mittels einer Schweißnaht mit der Rohrplatte verbunden, die in der Wärmetauschkammer untergebracht ist.

[0046] Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, eine Dichtigkeit zwischen der Rohrplatte und der Hülse herzustellen, die das Eindringen des Mediums verhindert, das sich in der Reaktionskammer im Grenzbereich zwischen der Außenwand der Hülse und der Wand des durch die Platte hindurchgehenden Loches vorhandenen befindet. Sollte es zu einem solchen Eindringen kommen, würde das in der Reaktionskammer befindliche Reagens den Anteil der Rohrplatte erreichen, der den Bedingungen der Reaktionskammer nicht widersteht, da er im Allgemeinen aus einem weniger hochwertigen Material hergestellt ist. Insbesondere würde das Eindringen bei Reaktoren zur Herstellung von Melamin zur Korrosion und demzufolge zu einer raschen Beschädigung der Rohrplatte führen.

[0047] Es ist nur eine Verbindungsstelle zwischen der Hülse und der Rohrplatte vorgesehen.

[0048] Vorzugsweise ist nur eine Verbindungsstelle zwischen dem Rohr und der Hülse vorgesehen.

[0049] Vorteilhafterweise ist die so hergestellte Verbindung in der Lage, unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zu widerstehen, denen die miteinander verbundenen Bestandteile, beispielsweise in Reaktoren für die Herstellung von Melamin, möglicherweise ausgesetzt sind. In derartigen Reaktoren kommt es in der anfänglichen Erwärmungsphase, d.h. ausgehend von einem leeren Reaktor, zu sehr unterschiedlichen Aufwärmgeschwindigkeiten bei den verschiedenen Bestandteilen (Rohr, Hülse und Rohrplatte), die zu unterschiedlichen Ausdehnungsgeschwindigkeiten führen.

[0050] Diese Unterschiede sind dadurch bedingt, dass das Wärmetauscherrohr im anfänglich leeren Reaktor, wo die Temperatur der verschiedenen Bestandteile weit unter der Reaktionstemperatur liegt, von der Salzschmelze durchströmt wird, die bereits eine hohe Temperatur aufweist, und sich folglich sehr schnell erhitzt.

[0051] Die Hülse hingegen, die vom Wärmetauscherrohr erwärmt wird und einen Teil ihrer Wärme auf die Rohrplatte überträgt, erreicht sehr viel langsamer die Reaktionstemperatur.

[0052] In gleicherweise kommt es bei der Rohrplatte, die ihre Wärme von der Hülse empfängt, zu einer zusätzlichen Verzögerung beim Erreichen der Reaktionstemperatur.

[0053] Es erscheint folglich besonders vorteilhaft, nur eine Verbindungsstelle zwischen den verschiedenen Bestandteilpaaren (Rohr-Hülse und/oder Rohr-Platte) vorzusehen, die die relative Ausdehnung zwischen den verschiedenen, miteinander verbundenen Bestandteilen nicht beeinträchtigt.

[0054] Vorzugsweise kragt die Hülse von der ersten Fläche der Rohrplatte derart aus, dass eines ihrer ersten offenen Enden in Inneren der Wärmetauschkammer endet.

[0055] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist neben der genannten Gruppe auch ein Apparat, der diese Gruppe umfasst.

[0056] Auf diese Weise werden, wie im Folgenden detailliert gezeigt wird, die bei den bekannten Lösungen auftretenden Probleme überwunden.

[0057] Weitere vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der beiliegenden Ansprüche, die ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Schrift sind.

[0058] Die Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen: [0059] die Abbildungen 1-3 Lösungen nach dem Stand der Technik, die oben erläutert wurden; [0060] Abbildung 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Reaktors, der mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauschgruppe in einer ersten Ausführungsform ausgestattet ist; [0061] Abbildung 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Reaktors, der mit einer erfindungsgemäßen Wärmetauschgruppe in einer zweiten Ausführungsform ausgestattet ist.

[0062] In Übereinstimmung mit der Erfindung und unter Bezugnahme auf die Abbildungen 4 und 5 werden zunächst die wesentlichen Merkmale beschrieben, die den beiden Ausführungsformen (1 und 1A) gemeinsam sind. Erfindungsgemäß umfasst die Rohrbündel-Wärmetauschergruppe 1 und 1A eine Rohrplatte 101 mit einer ersten Fläche 101a, die während des Betriebs ins Innere einer Wärmetauschkammer 140 gerichtet ist, und eine zweite Fläche 101b, die der ersten Fläche 101a gegenüberliegt und während des Betriebs zum Äußeren der Wärmetauschkammer 140 gerichtet ist.

[0063] In der Rohrplatte 101 ist mindestens ein durchgehendes Loch 103 realisiert ist, das durch die Dicke der Rohrplatte 101 hindurchgeht und an den gegenüberliegenden Seiten 101a und 101b heraustritt. Vorteilhafterweise ist für die oben dargelegten Zwecke im Loch 103 eine Hülse 200 untergebracht, die an den gegenüberliegenden Enden offen und an der Rohrplatte 101 befestigt ist.

[0064] Im Inneren der Hülse 200 ist ein Wärmetauscherrohr 100 vorzugsweise im Wesentlichen koaxial untergebracht, das folglich das durchgehende Loch 103 durchquert und sich in die Kammer 140 erstreckt.

[0065] Das Rohr 100 ist auf bekannte Weise mit einem Kreislauf zur Einspeisung eines Wärmetauschmediums wirkverbunden. Die Hülse 200 ist demzufolge auf das Rohr 100 in einem Abschnitt aufgepresst, in dem dieses die Dicke der Rohrplatte 101 durchquert.

[0066] Die Hülse 200 kragt derart von der ersten Fläche 101a der Rohrplatte 101 aus, dass ein erstes offenes Ende der Hülse 200 im Inneren der Wärmetauschkammer 140 endet.

[0067] Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, Erosionserscheinungen im Bereich des Aufpralls des rezirkulierenden Mediums im Inneren der Kammer 140 zu vermeiden, da der Anteil der Hülse 200, der von der Fläche 101a auskragt, das Rohr 100 schützt.

[0068] In diesem Sinne vorteilhafterweise erstrecken sich die Hülsen 200 aus der ersten Fläche 101a über eine Länge heraus, die gleich oder größer als die Höhe der radialen Öffnungen der Rezirkulierungsleitung ist.

[0069] Es wird außerdem angemerkt, dass die Hülse 200 wechselweise oder gleichzeitig sowohl an der Rohrplatte 101 als auch am Rohr 100 mittels Schweißnähten befestigt ist.

[0070] Bei beiden Ausführungsformen 1 und 1a ist die Befestigung der Hülse 200 sowohl an der Platte 101 als auch am Rohr 100 mittels Schweißnähten realisiert, aber im Allgemeinen könnte zumindest eine dieser Befestigungen hiervon abweichen, da sie beispielsweise auch mittels Flanschverbindungen oder ähnlichem realisiert werden könnte.

[0071] Es muss wohl kaum erwähnt werden, dass es bei beiden Ausführungsformen 1 und 1a keinerlei Schweißnähte zwischen dem Rohr 100 und der Rohrplatte 101 gibt, da die Hülse 200 vollständig zwischen die beiden eingelegt ist.

[0072] Auf dem Hintergrund der zuvor erwähnten Aufgaben wird hierdurch ermöglicht, die Probleme bei Schweißnähten zwischen Materialien unterschiedlicher Dicke und die hiermit verbundenen Probleme zu vermeiden, auf welche hier aus Platzgründen nicht mehr eingegangen wird. Insbesondere ist diese Maßnahme besonders vorteilhaft, wenn die Hülse 200 eine geringere Dicke als die Rohrplatte 101 aufweist und wenn sie vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Dicke wie die Wand des Rohrs 100 besitzt.

[0073] Was das zweite offene, d.h. zum Äußeren der Kammer 140 gerichtete Ende der Hülse 200 anbelangt, können sich im Allgemeinen zwei verschiedene Situationen ergeben.

[0074] Bei einigen Ausführungsformen schließt das zweite offene Ende bündig mit der zweiten Fläche 101b der Platte 101 ab, während die Hülse 200 bei anderen bevorzugten Lösungen aus der Fläche 101b der Platte 101 derart auskragt, dass das zweite offene Ende außerhalb der Wärmetauschkammer 140 endet und dabei für einen gewissen Abschnitt von der Fläche 101b auskragt.

[0075] Unter vergleichender Bezugnahme auf die Ausführungsformen 1 und 1a ist diesen gemein, dass die Hülse 200 mit der Rohrplatte 101 durch eine erste Schweißnaht 105 verbunden ist, die zwischen einem Anteil des Körpers der Hülse 200 und dem Rand des Loches 103 auf der Seite der ersten Fläche 101a der Rohrplatte 101 realisiert ist; auf diese Weise ist die erste Schweißnaht in der Wärmetauschkammer 140 untergebracht.

[0076] Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich hingegen bezüglich der zweiten Schweißnaht, d.h. jener, die die Hülse 200 und das Rohr 100 verbindet; bei der ersten Ausführungsform 1 ist die zweite Schweißnaht zwischen dem ersten offenen Ende der Hülse 200 und einem angrenzenden Anteil der seitlichen Außenfläche des Rohrs 100 realisiert, so dass die zweite Schweißnaht in der Wärmetauschkammer 140 untergebracht ist; bei der zweiten Ausführungsform 1a hingegen ist die zweite Schweißnaht zwischen dem zweiten offenen Ende der Hülse 200 und dem angrenzenden Anteil der seitlichen Außenfläche des Rohrs 100 realisiert, so dass die zweite Schweißnaht außerhalb der Wärmetauschkammer 140 untergebracht ist.

[0077] Sowohl die Gruppe 1 als auch die Gruppe 1a der Erfindung sind schließlich in einem Wärmetauschapparat, umfassend auch eine Mantelwand enthalten, wobei die Rohrplatte 101 angeordnet ist, um in Zusammenwirkung mit dem Mantel die Wärmetauschkammer 140 zu begrenzen; die erste Fläche 101a der Rohrplatte 101 ist diejenige, die ins Innere der Wärmetauschkammer 140 gerichtet ist. Im Detail umfasst der Apparat mindestens eine Einlaufmündung für den druckbeaufschlagten Harnstoff im flüssigen Zustand, vorzugsweise bei 135-145°C, ins Innere der Wärmetauschkammer 140, so dass diese praktisch die Reaktionskammer für die Harnstoffpyrolyse unter Bildung von Melamin darstellt. Unter Bezugnahme auf die Abbildungen 4 und 5 für die Ausführungsformen 1 und 1a wird angemerkt, dass gleiche Teile der Gruppe und des Reaktors aus den zuvor erläuterten Abbildungen 1-3, auf die hier folglich nicht mehr eingegangen wird, der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.

[0078] Um die vorliegende Erfindung im Einzelnen verstehen zu können, wird nun besonders auf die Montage der Rohre 100 an der Rohrplatte 101 Bezug genommen; erfindungsgemäß sind hierzu Hülsen 200 vorgesehen, die vorzugsweise aus demselben Material wie die Rohre hergestellt sind und auf die Rohre 100 mindestens an der Rohrplatte 101 aufgepresst sind.

[0079] Die Hülsen 200 haben eine ähnliche oder vorzugsweise dieselbe oder noch mehr bevorzugt eine geringere Dicke als die Rohre 100.

[0080] Noch mehr im Detail wird die Rohrplatte 101 in der Dicke von mehreren Löchern 103 durchquert, in welche jeweils eine Hülse 200 eingesetzt ist, die an den gegenüberliegenden Enden offen ist, von denen eines von der Fläche 101a der Rohrplatte 101 auskragt, die ins Innere der Reaktionskammer 140 gerichtet ist, während das andere in diesem Beispiel bündig mit der gegenüberliegenden Seite 101b der Rohrplatte 101 abschließend endet (Abb.4) oder, wie in der zweiten Ausführungsform 1a (Abb.5) gezeigt, von dieser auskragt.

[0081] Ins Innere einer jeden Hülse 200 ist jeweils ein Rohr 100 eingesteckt, das sich über die gegenüberliegenden Enden der Hülse 200 hinaus in einen ersten Abschnitt 100a innerhalb der Reaktionskammer 140 bzw. in einen zweiten Abschnitt 100b außerhalb derselben erstreckt. Noch mehr im Detail ist jede Hülse 200 mit der Rohrplatte 101 durch eine erste Schweißnaht 105 verbunden, die am Übergangsbereich zwischen der Fläche 101a der ins Innere der Reaktionskammer 140 gerichteten Rohrplatte und der seitlichen Außenfläche einer jeden Hülse 200 realisiert ist und dadurch den Zwischenraum 201 zwischen dem Abschnitt der Hülse, die außerhalb der Reaktionskammer endet, und der Rohrplatte begrenzt.

[0082] Auf diese Weise würde bei einem Leck in der Schweißnaht 105 das Prozessmedium vorteilhafterweise durch den Zwischenraum 201, der mit dem Außenraum des Rohrbündels im atmosphärischen Bereich in Verbindung steht, austreten, so dass keine Gefahr eines Kontakts zwischen dem Prozessmedium und dem Heizmedium bestünde.

[0083] Das Rohr 100 ist hingegen an der jeweiligen Hülse 200 mittels einer zweiten Schweißnaht 106 befestigt, die an dem Ende der Hülse realisiert ist, die sich ins Innere der Reaktionskammer 140 erstreckt, und einem entsprechenden Abschnitt der seitlichen Außenfläche des ersten Abschnitts 100a des Rohrs 100, das sich zum Äußeren der Hülse 200 und ins Innere der Reaktionskammer 140 erstreckt; auch hier ist es klar ersichtlich, dass bei einem Leck in der Schweißnaht 106 das Prozessmedium durch den Zwischenraum 201a austreten würde, der mit dem Äußeren des Rohrbündels im atmosphärischen Bereich in Verbindung steht, so dass keine Gefahr eines Kontakts zwischen dem Prozessmedium und dem Heizmedium bestünde.

[0084] Die Hülsen 200, die die Rohre 100 tragen, haben einen Anteil 200a, der sich ins Innere der Reaktionskammer über eine derartige Länge erstreckt, dass die Oberfläche der Rohre 100 gegenüber Erosionserscheinungen geschützt wird, die durch die Einwirkung des im Inneren der Reaktionskammer rezirkulierenden Mediums verursacht werden.

[0085] Die genaue Länge dieses Anteils 200a kann vom Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Lehren und je nach den geometrischen Merkmalen des Reaktors gewählt werden, ohne dabei den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

[0086] In einigen Ausführungsformen sind die Hülsen, die die am dichtesten an der Rückführlei- tung liegenden Rohre 100 tragen, länger als jene, die die weiter außen liegenden Rohre 100 tragen, welche hingegen kürzer sein können, um den Wärmeaustausch nicht zu behindern.

[0087] In anderen Ausführungsformen hingegen haben die Hülsen 200 alle dieselbe Länge.

[0088] Eine Variante ist in Abb.5 dargestellt; auch in diesem Fall werden die bereits oben beschriebenen, gleichen Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, weshalb auf diese nicht mehr weiter eingegangen wird.

[0089] In dieser Variante wird die zweite (mit Bezugsziffer 107 bezeichnete) Schweißnaht zur Verbindung des Rohrs 100 mit der Hülse 200 zwischen dem Ende der Hülse 200, das von der Fläche 101b der Rohrplatte 101, außerhalb der Reaktionskammer und folglich im atmosphärischen Bereich auskragt, und dem entsprechenden Anteil des Abschnitts 100b des Rohrs 100 vorgenommen, das sich zum Äußeren der Hülse erstreckt.

[0090] Der Zirkulationskreislauf des Kühl-/Heizmediums wird hier nicht weiter beschrieben, da er keine Veränderung gegenüber dem Stand der Technik aufweist, der oben erläutert wurde.

[0091] Was schließlich die Verschlüsse anbelangt, können sie bekannter, zuvor beschriebener Art sein, ohne dass die Verwendung einer bestimmten Art von Verschluss irgendwelche Auswirkungen auf die zuvor vorgenommenen Ausführungen hat.

[0092] Diesbezüglich muss nur darauf hingewiesen werden, dass diese Verschlüsse normalerweise entweder mittels Schweißen (wie bei den Becherverschlüssen) oder durch Aufpressen und anschließendes Verschweißen (wie bei T-Verschlüssen) mit den Rohren 100 verbunden werden; in den beiliegenden Abbildungen sind verschiedene Arten von wahlfreien Kupplungsverschlüssen mit den Leitungen 100 dargestellt, um anzuzeigen, dass sie auf verschiedene Weise verwendet werden können.

Claims (10)

1. Patentansprüche

   1. Rohrbündel-Wärmetauschergruppe umfassend - eine Rohrplatte (101) mit einer ersten Fläche, die während des Betriebs ins Innere einer Wärmetauschkammer (140) gerichtet ist, und eine zweite Fläche, die der ersten Fläche gegenüberliegt und während des Betriebs zum Äußeren der Wärmetauschkammer (140) gerichtet ist, - mindestens ein durchgehendes Loch (103), das die Dicke der Rohrplatte (101) durchquert, - mindestens ein Wärmetauscherrohr (100), welches das durchgehende Loch (103) durchquert und mit einem Kreislauf zur Speisung eines Wärmetauschmediums wirkverbunden ist, - mindestens eine Hülse (200), die an den gegenüberliegenden Enden offen und an der Rohrplatte (101) sowie an dem Rohr (100) befestigt ist, wobei die Hülse (200) in dem Loch (103) untergebracht und auf das Rohr (100) an einem Abschnitt desselben aufgepresst ist, in dem es die Dicke der Rohrplatte (101) durchquert, wobei ferner die Hülse (200) von der ersten Fläche der Rohrplatte (101) derart auskragt, dass ein erstes offenes Ende im Inneren der Wärmetauschkammer (140) endet, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (200) an der Rohrplatte (101) mittels einer ersten Schweißnaht (105) angeschweißt ist, die zwischen einem Anteil des Körpers der Hülse (200) und dem Rand des Loches (103) auf der Seite der ersten Fläche der Rohrplatte (101) realisiert ist, so dass die erste Schweißnaht (105) in der Wärmetauschkammer (140) untergebracht ist, wobei die erste Schweißnaht (105) die einzige Verbindungsstelle zwischen der Hülse (200) und der Rohrplatte (101) darstellt.
2. 2. Wärmetauschergruppe nach Anspruch 1, in der die Hülse (200) am Rohr (100) mittels Schweißnähten befestigt ist.
3. 3. Wärmetauschergruppe nach Anspruch 1 oder 2, in der keine Schweißnähte zwischen dem Rohr (100) und der Rohrplatte (101) vorhanden sind, wobei die Hülse (200) vollständig zwischen die beiden eingelegt ist.
4. 4. Wärmetauschergruppe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, in der die Hülse (200) von der zweiten Fläche der Rohrplatte (101) derart auskragt, dass ein zweites offenes Ende außerhalb der Wärmetauschkammer (140) endet.
5. 5. Wärmetauschergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche von 2 bis 4, in der die Hülse (200) an dem Rohr (100) mittels einer zweiten Schweißnaht (106) angeschweißt ist, die zwischen dem ersten offenen Ende der Hülse (200) und einem angrenzenden Anteil der seitlichen Außenfläche des Rohrs (100) realisiert ist, so dass die zweite Schweißnaht (106) in der Wärmetauschkammer (140) untergebracht ist.
6. 6. Wärmetauschergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche von 2 bis 4, in der die Hülse (200) an dem Rohr (100) mittels einer zweiten Schweißnaht (107) angeschweißt ist, die zwischen dem zweiten offenen Ende der Hülse (200) und einem angrenzenden Anteil der seitlichen Außenfläche des Rohrs (100) realisiert ist, so dass die zweite Schweißnaht (107) außerhalb der Wärmetauschkammer (140) untergebracht ist.
7. 7. Wärmetauschergruppe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche umfassend mehrere Rohre (100) und entsprechende Löcher (103) und Hülsen (200), wobei die Hülsen (200) alternativ über gleiche oder unterschiedliche Längen von der ersten Fläche (101a) der Platte (101) auskragen.
8. 8. Wärmetauschapparat umfassend eine Mantelwand und eine Rohrbündel-Wärmetauschergruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 7, in der die Rohrplatte (101) angeordnet ist, um in Zusammenwirkung mit dem Mantel die Wärmetauschkammer (140) zu begrenzen und in der die erste Fläche der Rohrplatte (101) ins Innere der Wärmetauschkammer (140) gerichtet ist.
9. 9. Apparat nach Anspruch 8 umfassend mindestens eine Einlaufmündung für den druckbeaufschlagten Harnstoff im flüssigen Zustand, vorzugsweise bei 135-145°C, im Inneren der Wärmetauschkammer (140), wobei die Wärmetauschkammer (140) als Reaktionskammer (14) für die Harnstoffpyrolyse unter Bildung von Melamin fungiert.
10. 10. Apparat nach Anspruch 8 oder 9 umfassend eine Rückführleitung im Inneren der Wärmetauschkammer (140), ferner umfassend mehrere Rohre (100) und dazugehörige Hülsen (200), die sich in die Kammer (140) erstrecken, wobei die dichter an der Rückführleitung liegenden Hülsen (200) länger als die übrigen sind. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen