DE10111237A1 - Strahlverfahren zum Reinigen von Rohren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Rohren mit Hilfe eines Strahlmediums, wobei ein Ablenkkörper durch das Rohr bewegt und von dem Strahlmedium umströmt wird, wobei dem gasförmigen Medium zumindest ein festes Strahlmittel zugesetzt wird. Dabei wird das Strahlmedium mit dem Zusatz an einem Ende in das Rohr eingeblasen oder aus dem Rohr angesaugt. Erfindungsgemäß werden Rohre mit auf diesen anhaftenden Materialien oder Beschichtungen, die einerseits eine größere Härte als Trockeneis und andererseits eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Rohrmaterial, an dem die Materialien oder Beschichtungen anhaften, aufweisen, einer Reinigung unterzogen, bei der dem gasförmigen Medium entweder lediglich Trockeneis oder Trockeneis und zusätzlich mindestens ein weiteres festes Strahlmittel zugesetzt werden. Das Verfahren eignet sich zur Anwendung bei Rohren eines Schwefelkondensators einer Clausanlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Rohren mit Hilfe eines Strahl­ mediums, wobei ein Ablenkkörper durch das Rohr bewegt und von dem Strahlmedium umströmt wird, wobei dem gasförmigen Medium zumindest ein festes Strahlmittel zu­ gesetzt wird und wobei das Strahlmedium mit dem Strahlmittel an einem Ende in das Rohr eingeblasen oder aus dem Rohr angesaugt wird.

Strahlvorrichtungen allgemein dienen zum Reinigen von Oberflächen mit Hilfe eines zumeist gasförmigen Strahlmediums, dem ein abrasives Strahlmittel wie Sand oder dergleichen zugesetzt sein kann. Es ist auch bekannt, als Strahlmittel Trockeneis oder Trockenschnee zu verwenden. Der Einsatz von Trockeneis hat den Vorteil, dass die abzureinigenden und anschließend zu entsorgenden Stoffe nicht durch zusätzliche Strahlmittel vermehrt werden, da Trockeneis nach Gebrauch bei Erwärmung sublimiert.

Mobile Anlagen zur CO₂-Strahlreinigung sind unter dem Namen Cryomax® und Cryomini® aus Prospekten der Fa. Linde Gas AG bekannt.

Im Hinblick auf eine schnelle und rationelle Reinigung größerer Flächen ist es wünschenswert, dass der von der Strahldüse erzeugte Strahl möglichst weit aufgefächert ist. Zu diesem Zweck sind Flachdüsen bekannt, die einen fächerartig aufgeweiteten Strahl erzeugen. Bei Verwendung abrasiver Strahlmittel besteht jedoch ein Nachteil darin, dass die Partikel des Strahlmittels auf die sich verjüngenden Wände der Düse aufprallen, sodass es entweder zu einem erhöhten Verschleiß an der Düse kommt oder, im Fall von Trockeneis insbesondere in Form von Pellets, die Partikel des Strahlmittels in noch feinere Partikel zerschlagen werden, die keine nennenswerte abreinigende Wirkung mehr haben.

Ein Strahlverfahren und Strahlvorrichtungen, die eine effiziente und gründliche Reini­ gung der Innenflächen von Rohren oder sonstigen Hohlkörpern insbesondere mit Trockeneis ermöglichen, ist aus WO 99/29470 bekannt.

Der Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, dass man einen von dem Strahl­ medium umströmten Ablenkkörper durch das zu reinigende Rohr bewegt. Durch den Ablenkkörper werden das Strahlmedium und gegebenenfalls das darin mitgeführte Strahlmittel, beispielsweise Pellets aus Trockeneis, sanft in Radialrichtung auf die Rohrwand abgelenkt und dabei zugleich beschleunigt, so dass eine gleichmäßige intensive Reinigungswirkung auf dem gesamten Innenumfang des Rohres erzielt wird.

Die Strömung des Strahlmediums kann dabei wahlweise mit Hilfe einer zusammen mit dem Ablenkkörper durch das Rohr bewegten Strahldüse oder mit Hilfe eines an einem Ende des zu reinigenden Rohres angeordneten Druck- oder Sauggebläses erzeugt werden.

Die Strahlvorrichtung mit einer durch das Rohr bewegten Strahldüse verjüngt sich in einem stromaufwärtigen Abschnitt stetig zu einer Engstelle und erweitert sich von der Engstelle aus stromabwärts wieder stetig, und stromabwärts der Engstelle und koaxial zur Strahldüse ist ein Ablenkkegel angeordnet.

Mit Hilfe dieser Strahldüse wird ein konisch aufgefächerter Strahl erzeugt, so dass eine entsprechend große Arbeitsbreite der Stahlvorrichtung erreicht wird, die deshalb auch für andere Anwendungen geeignet ist. Besonders vorteilhaft lässt sich eine solche Strahldüse aber zur Reinigung der Innenflächen von Rohren, beispielsweise in Röhren­ wärmetauschern einsetzen. Die Strahldüse wird dann einfach koaxial durch das Rohr bewegt, so dass mit Hilfe des konisch aufgeweiteten Strahls die gesamte Rohrinnen­ fläche gleichmäßig abgestrahlt werden kann.

Wenn dem Strahlmedium ein Strahlmittel zugesetzt wird, prallen die Partikel des Strahlmittels kaum auf den Ablenkkegel auf. Ursache hierfür dürften die speziellen Strömungs- und Druckverhältnisse sein, die sich aufgrund der erfindungsgemäßen Düsenform ergeben.

Der Einsatz von Trockeneis ist bisher wenig effektiv bei der Abreinigung von Materia­ lien oder Beschichtungen, bei denen die Schockkühlung (ca. -78°C) nicht oder nur in geringem Ausmaß zu einer Schockversprödung des Materials mit anschließender Rissbildung führt, z. B. bei verhärteten Kalkablagerungen, harten Ablagerungen orga­ nischer Stoffe oder Gipsablagerungen. Da die Schockkühlung hier nicht zu Thermo­ spannungen oder Rissen führt, können die Trockeneispartikel nicht in das Material bzw. zwischen das abzureinigende Material und die Werkstückoberfläche eindringen und damit auch nicht zu Absprengungen durch schlagartige Sublimation führen. Die kinetische Aufschlagenergie des relativ weichen Trockeneises zeigt dann nur eine geringe Wirkung.

Die Härte von Trockeneis entspricht etwa der geringen Härte von Gips.

In WO 99/29470 wird deshalb vorgeschlagen, durch Zugabe eines zusätzlichen, leicht bis stark abrasiven Strahlmittels wie zum Beispiel Stahlgranulat zu dem Trockeneis eine Wirkungsverbesserung zu erzielen, die auch die Abreinigung von allein mit Trockeneis nicht zu entfernenden Materialien ermöglicht. Auch die Zugabe chemischer Mittel, z. B. kalklösender Mittel, oder von Kaltgas, z. B. gekühltem N₂, zur Stabilisierung der Trockeneis-Pellets wird erwähnt.

Demnach ist es nachteilig, das in WO 99/29470 offenbarte Verfahren bei Belägen anzuwenden, die härter als Kalkablagerungen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art aufzuzeigen, welches zur Anwendung bei Belägen geeignet ist, die härter als Kalkablagerungen sind.

Diese Aufgabe wird gelöst von einen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Sie wird konkret gemäß der Erfindung dadurch umgesetzt, dass Rohre mit auf diesen anhaftenden Materialien oder Beschichtungen, die einerseits eine größere Härte als Trockeneis und andererseits eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Rohrmaterial, an dem die Materialien oder Beschichtungen anhaften, aufweisen, einer Reinigung unterzogen werden, bei der dem gasförmigen Strahlmedium entweder lediglich Trockeneis oder Trockeneis und zusätzlich mindestens ein weiteres festes Strahlmittel zugesetzt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteilhafterweise weisen die Materialien oder Beschichtungen einen um zumindest 15 W/m°K kleineren, vorzugsweise um zumindest 20 W/m°K kleineren, besonders bevor­ zugt um zumindest 25 W/m°K kleineren Wert der Wärmeleitfähigkeit auf als das Rohr­ material. Das Rohrmaterial ist oft Stahl, der eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 46 W/m°K aufweist, oder Edelstahl mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 35 W/m°K. Ein Beispiel für ein erfolgreich abzulösendes Material stellt etwa Ruß dar, der eine gute Wärme­ leitfähigkeit von ca. 8,9 W/m°K besitzt. Materialien mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit sind folglich besser ablösbar. Dies trifft folglich beispielsweise auf Schwefel mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,45 W/m°K zu.

Besondere Vorteile lassen sich mit der Erfindung erzielen, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Materialien oder Beschichtungen einen Wert kleiner als 20 W/m°K, vorzugsweise kleiner als 15 W/m°K, besonders bevorzugt kleiner als 10 W/m°K (insbesondere kleiner als 9 W/m°K) aufweist. Bezogen auf das Trägermaterial des Rohres, an welchem die Materialien oder Beschichtungen anhaften und/oder auf welchem sich die Materialien oder Beschichtungen befinden, ist es von Vorteil, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Trägermaterials des Objektes einen Wert größer als 30 W/m°K, vorzugsweise größer als 35 W/m°K, besonders bevorzugt größer als 45 W/m°K, aufweist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Rohre eines Schwefelkondensators einer Claus-Anlage unter Anwendung des erfindungsgemäße Verfahrens gereinigt werden können.

Wie in der Veröffentlichung H. G. Paskall, J. A. Sames: "Sulphur Recovery", Calgary (Canada), 1989 im Kapitel "Sulphur condenser function and problem areas" beschrieben, bildet sich in Schwefelkondensatoren von Claus-Anlagen "sulfurcrete" aus Schwefel, Salzen und Katalysatorabrieb vorgeschalteter Reaktoren. Sulfurcrete ist ein Feststoff, dessen Härte dem von Granit gleicht. Solche Beläge wurden bisher mit Hilfe von Bohrern entfernt. Beschädigungen der Rohre durch dieses mechanische Reinigen konnten nicht ganz vermieden werden und führten zu einer geringen Lebensdauer der Kondensatoren. Versuche an Sulfurcrete-Belägen haben bestätigt, dass eine Strahlbehandlung mit Trockeneisteilchen trotz deren geringer Härte dazu führt, dass sich die Beläge aus härterem Material vom Rohrmaterial abtrennen lassen. Verantwortlich für diese überraschende Tatsache sind vermutlich die besonderen Eigenschaften des Kohlendioxids.

Das Trockeneis bewirkt einen Reinigungseffekt durch:

• 1. Thermische Schockversprödung des abzureinigenden Materials mit Rissbildung (Thermospannungen)
• 2. Eindringen von Partikeln in die durch Thermospannungen erzeugten Risse der abzureinigenden Materialien mit anschließender schlagartiger Volumenver­ größerung der Partikel bei dem Übergang in den gasförmigen Zustand (Sublimation), die zu einer "Absprengung" der abzureinigenden Materialien führt.
• 3. Kinetische Energie bei dem Aufschlag der Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf die abzureinigenden Materialien.

Die mechanische Wirkung auf die Rohrwände wird dabei gegenüber einem Ausbohren der Beläge drastisch reduziert und eine Beschädigung der Rohre kann zuverlässig ausgeschlossen werden. Die Oberflächen der Rohre werden auch nicht verkratzt, vielmehr häufig sogar poliert, mit dem Vorteil, dass auch die Neubildung von Belägen wirksam verringert wird. Die Standzeit der gereinigten Rohre (z. B. Wärmetauscher) wird länger und ihre Lebensdauer deutlich erhöht.

In Schwefelkondensatoren kommen häufig U-Rohre zum Einsatz. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man auch die gekrümmten Teile der Rohre reinigen, wenn man die Strahldüsen so formt, dass sie der Rohrkrümmung folgen können. Mit den konventionellen Bohrern ist eine Reinigung der gekrümmten Rohrteile nicht möglich, was folglich die Standzeit und Lebensdauer der Wärmetauscher weiter verkürzt. Das erfindungsgemäße Verfahren behebt dieses Problem.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem gasförmigen Medium neben dem Trockeneis ein hartes Strahlmittel, wie z. B. Sand zugesetzt, werden.

Während der Reinigung kann die Kühlmittelseite des Schwefelkondensators mit einem Heizmittel, beispielsweise mit Niederdruckdampf beaufschlagt werden. Die die Reinigung begünstigende lokale, schockartige Kühlung wird durch die Beheizung der Rohre verstärkt. Es hat sich überraschend gezeigt, dass auch besonders dicke, sehr harte Beläge entfernt werden können. Dies lässt sich so erklären, dass auch bei länger andauernder Reinigung die Rohre nicht so weit abkühlen, dass der durch die Thermospannungen bewirkte Reinigungseffekt nachlässt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Reinigen von Rohren mit Hilfe eines Strahlmediums, wobei ein Ablenkkörper durch das Rohr bewegt und von dem Strahlmedium umströmt wird, wobei dem gasförmigen Medium zumindest ein festes Strahlmittel zugesetzt wird und wobei das Strahlmedium mit dem Strahlmittel an einem Ende in das Rohr eingeblasen oder aus dem Rohr angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Rohre mit auf diesen anhaftenden Materialien oder Beschichtungen, die einerseits eine größere Härte als Trockeneis und andererseits eine geringere Wärmeleit­ fähigkeit als das Rohrmaterial, an dem die Materialien oder Beschichtungen anhaften, aufweisen, einer Reinigung unterzogen werden, bei der dem gasförmigen Strahlmedium entweder lediglich Trockeneis oder Trockeneis und zusätzlich mindestens ein weiteres festes Strahlmittel zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien oder Beschichtungen einen um zumindest 15 W/m°K kleineren, vorzugsweise um zumindest 20 W/m°K kleineren, besonders bevorzugt um zumindest 25 W/m°K kleineren Wert der Wärmeleitfähigkeit aufweisen als das Rohrmaterial.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme­ leitfähigkeit der Materialien oder Beschichtungen einen Wert kleiner als 20 W/m°K, vorzugsweise kleiner als 15 W/m°K, besonders bevorzugt kleiner als 10 W/m0K aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem gasförmigen Medium neben dem Trockeneis ein hartes Strahlmittel, wie z. B. Sand zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Reinigung die Kühlmittelseite des Schwefelkondensators mit einem Heizmittel, beispielsweise mit Niederdruckdampf beaufschlagt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf die Reinigung von Rohren eines Schwefelkondensators einer Clausanlage.