DE102004051722A1

DE102004051722A1 - Druckeinrichtung

Info

Publication number: DE102004051722A1
Application number: DE200410051722
Authority: DE
Inventors: Guenter Schierjott
Original assignee: Schierjott Guenter Drtechn
Current assignee: Schierjott Guenter Drtechn
Priority date: 2004-10-23
Filing date: 2004-10-23
Publication date: 2006-04-27
Also published as: WO2006045573A1; EP1805436A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckeinrichtung, insbesondere Probennahmenkühler, mit einem äußeren Mantelrohr, die wenigstens einseitig mit einem Deckelelement verschlossen ist, das mit einer konischen Verjüngung in eine konische Erweiterung des Mantelrohrs eingepaßt ist, wobei das Deckelelement über wenigstesn ein Sicherungselement mit dem Druckbehälter verbunden ist und im Bereich einer konischen Verjüngung ein Dichtelement aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckeinrichtung, insbesondere einen Probenahmenkühler, mit einem äußeren Mantelrohr. Insbesondere weist das Mantelrohr wenigstens je einen Zulauf und Ablauf für ein flüssiges Medium auf sowie wenigstens ein den Druckbehälter durchlaufendes Rohr für ein zu temperierendes Medium.

Probenahmekühler zur Untersuchung von Wasser- und Dampfproben zur Bestimmung beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit, des pH-Wertes, des O₂-Gehaltes oder anderer Meßwerte sind bekannt. Derartige Meßwerte können in einwandfreier Form nur bei Raumtemperatur und in entspanntem Zustand der zu untersuchenden Probe bestimmt werden.

Insbesondere im Kraftwerks- und Kesselbetrieb, aber auch in der chemischen Industrie werden Probenahmenkühler eingesetzt, die geeignet sind, Wasser-, Dampf- und Gasproben auf Raumtemperatur abzukühlen und gleichzeitig auf ein für den Meßvorgang zuträglichen Druck zu entspannen. Die Kühler arbeiten in der Regel im Gegenstromverfahren und entsprechen den sicherheitstechnischen Richtlinien. Im Kraftwerksbereich sind beispielsweise derartige Kühler für einen maximalen Betriebsdruck von 375 bar und eine maximale Betriebstemperatur von 550°C ausgelegt. Kühlwasserseitig können derartige Kühler mit einem maximalen Druck von 25 bar und einer Temperatur von 100°C betrieben werden.

Die im Stand der Technik bekannt gewordenen und in Kraftwerken eingesetzten Probenahmenkühler bestehen regelmäßig aus in Mantelrohren für die Kühlwasserführung angeordneten Kühlwendeln unterschiedlicher Länge.

Meßgut und Kühlwasser werden im Gegenstrom geführt, wobei zur Ausschöpfung der Kühlkapazität des Kühlers das Meßgut in der Regel den Kühler in einer Kühlwendel durchläuft. Ein- und Austritte können an entgegengesetzten Enden des Kühlers angeordnet sein, werden aber häufig aus wartungstechnischen Gründen im Kopfbereich zusammengeführt. Deckel und Mantel sind unter Einschluß eines Dichtelements kraftschlüssig miteinander verbunden. Häufig ist der Boden als tiefgezogenes Formstück ausgebildet, beispielsweise als Klöpperboden, und mit einer peripher umlaufenden Naht mit dem Mantelrohr verschweißt. Dies deshalb, um die internen Kräfte über die Wandung abzuleiten, die dadurch nur auf Zug beansprucht wird. In weniger Hochdruck belasteten Ausführungsformen besteht der Boden gelegentlich aus einer aufgeschweißten Deckelplatte.

Das Deckelelement im Kopfbereich des Mantelrohrs wird zumeist über eine Flanschverbindung an einem Aufschweißflansch im Randbereich des Mantelrohrs vorgenommen. Flanschverbindungen sind arbeits- und materialaufwendig; zudem bedingen sie ein äußerst sorgfältiges Arbeiten beim Legen der Schweißnähte. Durch die von innen wirkenden Kräfte bei hoher Druckbeaufschlagung kommt es zudem selbst bei gekammerten Dichtringen immer wieder zu Undichtigkeiten, insbesondere bei längeren Standzeiten und nach wartungsbedingter Abnahme des Deckelelements.

Druckbehälter mit aufgeschweißter Bodenplatte sind in der Regel nicht geeignet, höheren Drücken Stand zu halten. Aus diesem Grunde ist man dazu übergegangen, überkragende Deckel- und Bodenelemente über Spannelemente außerhalb des Mantelrohrs miteinander zu verbinden und zu verspannen. Eingelegte Dichtringe, die sich auf den Stirnseiten des Mantelrohrs finden, sind mangels Führung und Kammerung nicht geeignet, Dichtigkeit auch bei hohen Drücken zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Deckelelement für einen Druckbehälter bereitzustellen, der die vorstehend aufgezeigten Nachteile der Lösungen des Standes der Technik, nämlich die zeit- und materialaufwendige Anflanschung und die Dichtigkeitsprobleme, zu beheben und damit eine einfache und kostengünstige Herstellung von derartigen Deckelelementen und damit ausgestatteten Druckbehältern zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit einem Druckbehälter der eingangs genannten Art gelöst, der wenigstens einseitig mit einem Deckelelement verschlossen ist, das in eine konische Erweiterung des Mantelrohrs eingepaßt ist, wobei das Deckelelement über wenigstens ein Sicherungselement mit dem Druckbehälter verbunden ist und im Bereich der konischen Erweiterung ein Dichtelement aufweist.

Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Deckelelement ist insbesondere für den Einsatz in Probenahmenkühlern geeignet, darüber hinaus aber auch in jeder anderen Art von Druckgefäßen, beispielsweise Kühlern verschiedenster Art, Sammelbehältern, Reaktoren, Lagerbehältern, Durchflußgefäßen und dergleichen. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Deckelelement aber auch für die Herstellung von Zugängen und Mannlöchern für jede Art von Druckbehältern und Druckleitungen verwandt werden.

Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Prinzip, den Deckel in eine konische Erweiterung des Mantelrohrs in seinem Randbereich einzupassen, löst eine Reihe von Problemen und hat Vorteile gegenüber Lösungen des Standes der Technik.

Bei der Einpassung eines zylindrischen Deckels und Verspannung desselben im Kopfbereich eines Mantelrohrs ist die Gleichmäßigkeit der zusammenwirkenden Teile von entscheidender Bedeutung. Dies bedeutet, daß bei zylindrischem Verlauf des Rohrs und zylindrischen Stopfen oder Deckel eine gleichmäßige Kreisform essentiell ist. Diese wird aber in vielen Fällen schon durch eine bloße Schweißnaht, wie sie vielfach bei der Herstellung von Mantelrohren auftritt, gestört. Nacharbeitungen sind hier aufwendig und führen selten zu einem wirklich gleichmäßigen Rund.

Wird dagegen die Stirnseite des Mantelrohrs mit einem Dorn aufgeweitet, ergibt sich eine konische Erweiterung mit sehr gleichmäßigem Verlauf und insbesondere gleichmäßiger Steigung. Gleichzeitig werden Unebenheiten, beispielsweise durch Schweißnähte, eingeebnet. Die damit zur Verfügung stehende Fläche, die als Anschlag für ein Deckelelement und eine darin vorhandene Dichtung dient, erfüllt somit alle Anforderungen.

Die entsprechende Ausgestaltung des Deckelelements mit einer der konischen Erweiterung des Mantelrohres entsprechenden konischen Verjüngung im Randbereich ist ohne weiteres möglich.

Vorzugsweise weist das Deckelelement eine auskragende Deckelplatte auf, die über den aufgeweiteten Rand des Mantelrohrs hinausragt. Dies erleichtert die Handhabung des Druckbehälters bzw. Deckels und den Ansatz von Werkzeugen.

Die konische Erweiterung des Mantelrohrs bzw. konische Verjüngung des Deckelelements bewegt sich vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50° zur Senkrechten und insbesondere von 10 bis 30°. Ein Winkel von etwa 20° hat sich für die Verspannung der erfindungsgemäße Deckelelemente und die Dichtwirkung der damit einhergehenden Dichtelemente vielfach als optimal erwiesen.

Zur Herstellung der Dichtigkeit unter Druck befindet sich zwischen dem Deckelelement und der konischen Erweiterung des Mantelrohrs ein Dichtelement. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, einen Dichtring, insbesondere einen Runddichtring (O-Ring) in einer Nut vorzusehen, was zu einer gekammerten Dichtung führt, die sich unter dem durch die Verspannung des Deckelelements mit dem Druckbehälter entstehenden Druck und dem inneren Betriebsdruck als äußerst widerstandsfähig erwiesen. Die Anordnung an einer schrägen Fläche als Dichtfläche verhindert zudem einen vorzeitigen mechanischen Verschleiß bei Wartungsarbeiten, da die Dichtverbindung bei Herausnehmen des Deckelelements aus dem Mantelrohr nur geringen Kräften ausgesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Dichtung mit geringer Auflage auf der Wandung erfordert keine großen Dichtkräfte und belastet daher das Siche rungs-/Spannungselement nur wenig. Erreicht wird hohe Wartungsfreundlichkeit bei guter Dichtwirkung.

Erfindungsgemäß weist der Druckbehälter in seinem Inneren, also innerhalb des Mantelrohrs, ein Sicherungselement auf, das insbesondere ein Spannstab ist. Ein solcher Spannstab verläuft vom Deckelelement zum Boden bzw. zur gegenüberliegenden Wand des Druckbehälters ist und an beiden Enden so festgelegt, daß er im betriebsbereiten Druckbehälter unter Spannung steht. Für geringere Belastung ist es zumeist ausreichend, einen zentralen Spannstab vorzusehen, der von der Mitte des Deckelelements zur gegenüberliegenden Wandung oder zum Boden des Druckbehälters verläuft. Für hohe Belastungen kann es jedoch vorteilhaft sein, mehrere Spannstäbe vorzusehen, die gleichmäßig oder symmetrisch um die zentrale Achse angeordnet sind.

Es ist auch ohne weiteres möglich, mehrere Spannstäbe außerhalb des Mantelrohrs an Vorsprüngen oder Flansche im Deckel-/Boden- und/oder Wandbereich anzuordnen. Entsprechendes gilt für das Innere des Mantelrohrs, in dem Sicherungsstäbe vom Deckel zu einem entsprechend ausgebildeten Vorsprung der Wandung geführt und daran festgelegt sein können. In der Regel wird aber eine Verspannung von Deckel- und Bodenelement vorzuziehen sein.

Die Spannstäbe können mit der dem Deckelelement gegenüberliegenden Wandung oder dem Boden fest verbunden sein, beispielsweise durch eine Verschraubung oder Verschweißung, oder aber hindurchgeführt sein und mit Spannmuttern gesichert sein. Eine Verschraubung oder Verschweißung im Bodenelement oder an der Wandung ist allerdings deshalb vorteilhaft, weil keine abzudichtenden Bohrungen auftreten.

Das Bodenelement des Druckbehälters kann angeschweißt sein oder aber analog zum Deckelelement aus einer konischen Erweiterung mit einem sich konisch verjüngenden Bodendeckel bestehen. Bei angeschweißtem Boden kann dieser auf die Wandung aufgeschweißt sein oder aber als Klöpperboden ausgebildet sein. Im Falle eines Klöpperbodens ist es zweckmäßig, nur einen zentralen Spannstab vorzusehen, der zentral mit dem Klöpperboden verschweißt ist.

Bei durch das Boden- und das Deckelelement hindurchgeführten Sicherungsstäben ist es notwendig, diese mit geeigneten Mitteln, etwa einer Mutter zu sichern. Es versteht sich, daß entsprechende Dichtelemente üblicher Art eingepaßt sind.

Boden- und Deckelelemente der erfindungsgemäßen Druckbehälter können für den jeweiligen Betriebszweck notwendigen Einrichtungen aufweisen, beispielsweise Zu- und Ableitungen für Kühl- oder Heizwasser, Zu- und Ableitungen für eine oder mehrere zu temperierende Fluide, etwa Wasser oder Gase, Aufnahmen für Meßinstrumente und dergleichen. Bevorzugte Einsatzzwecke derartiger Druckbehälter ist für Probenahmenkühler und Durchflußgeräte, wie sie in der Industrie zum Einsatz kommen. Die erfindungsgemäßen Druckeinrichtungen können nahezu beliebig dimensioniert werden. Dabei sind Druckfestigkeit von 100 bar oder mehr ohne weiteres möglich bei entsprechender Dimensionierung der Wandstärken und Sicherungselemente.

Die Erfindung betrifft neben einem mit den Deckelelementen ausgestatteten Druckbehälter auch die Verschlußeinrichtung selbst, die aus einem Deckelelement mit konischer Verjüngung besteht, das in eine sich konisch erweiternde Aufnahme eingepaßt ist. Dabei ist das Deckelelement über ein Sicherungselement mit dem zu verschließenden Objekt verbunden und weist im Bereich der konischen Verjüngung ein Dichtelement auf. Im übrigen wird auf die vorstehende Beschreibung bezug genommen.

Eine solche Verschlußeinrichtung kann nicht nur für die vorstehend beschriebenen Druckbehälter eingesetzt werden, sondern auch zum Verschließen von unter Druck betriebenen Reaktoren, Lagerbehältern, Sammelbehältern und auch Rohrleitungen. Insoweit weist ein solches Deckelelement dann die für den jeweiligen Betriebszweck notwendigen zusätzlichen Einrichtungen, wie Zu- und Abläufe und Aufnahmen für Meßinstrumente auf. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, ein solches Deckelelement lediglich zum Verschluß von Zugängen oder Mannlöchern zu Tanks und Lagerbehältern oder auch zu Druckleitungen zu verwenden. In jedem Fall weist eine solche Verschlußeinrichtung aber ein Sicherungselement auf, das mit dem jeweiligen Druckbehälter oder der jeweiligen Druckleitungen so verbunden ist, daß es das Deckelelement mit dem daran vorhandenen Dichtelement in die konische Erweiterung des Mantelrohrs dichtend hineinzieht oder hineindrückt.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Abbildungen näher erläutert. Von den Abbildungen zeigt:
1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Probenahmekühler in der äußeren Ansicht;
2 den Probenahmekühler von 1 in Unteransicht; und
3 den Bodenbereich eines erfindungsgemäßen Probenahmekühlers im Schnitt.
Der Probenahmekühler gemäß 1 besteht aus einem Mantelrohr 1, das oben von einem Deckelelement 2 und bodenseitig von einem Bodenelement 3 verschlossen ist. Die Bezugsziffern 4 und 5 bezeichnen den Zu- und Ablauf für das Kühlmedium, in der Regel Kühlwasser und die Bezugszeichen 6 und 7 den Ab- bzw. Zulauf für das zu kühlende Fluid, das aus einer Flüssigkeit, einem Gas oder einem Gas/Flüssigkeitsgemisch bestehen kann. Mit den Bezugsziffern 10 und 12 sind jeweils Aufnahmen und Überwurfmuttern zur Festlegung der Aus- bzw. Einlässe für das zu kühlende Fluid bezeichnet.
Der Probenahmekühler wird in der Regel mit einer Halterung 9 an einer senkrechten Fläche festgelegt.
Im Inneren des Probenahmekühlers verläuft ein Spannstab 14, der in diesem Fall am Deckelelement 2 festgeschweißt oder festgeschraubt ist, das Bodenelement 3 durchstößt und gegen das Bodenelement 3 mit einer Spannmutter 8 gesichert ist. Die Spannmutter ist eine handelsübliche Sechskantmutter.
2 zeigt den Probenahmekühler von 1 in Unteransicht auf das Bodenelement 3 mit dem Zulauf 4 für das Kühlmedium, dem Ablauf 6 für das zu kühlende Fluid und der dazu gehörenden Überwurfmutter 10 sowie der Ver schraubung für den Spannstab 14 (1) mit der Spannmutter 8 und einem Dichtelement 11.
Die konische Erweiterung im Randbereich des Mantelrohrs 1 ist mit der Bezugsziffer 15 dargestellt (1); dieser Bereich ist in 2 durch das überkragenden Bodenelement 3 verdeckt.
3 zeigt den Bodenbereich eines erfindungsgemäßen Probenahmekühlers mit durchgeführtem Spannstab 14 im Schnitt mit dem Mantelrohr 1, das sich im Endbereich 15 konisch erweitert. Das Bodenelement 3 ragt mit seinem Randbereich 18 über den bodenseitigen Abschluß des Mantelrohrs 1 hinaus und ist sich entsprechend verjüngend zur konischen Erweiterung 15 des Mantelrohrs 1 ausgebildet. In einer umlaufenden Nut 17 befindet sich eine Dichtung 13 in Form eines O-Ringes, die sich bei eingepaßtem Bodenelement 3 gegen die Innenwandung der konischen Erweiterung 15 des Mantelrohrs 1 preßt und zuverlässig abdichtet. Das Deckelement 2 ist analog gestaltet.
Deckelelement 2 und Bodenelement 3 sind über den Spannstab 14 gegeneinander verspannt. Im Deckelelement 2 ist der Spannstab 14 vorzugsweise in ein nicht dargestelltes Sackloch eingesteckt und darin verschweißt. Eine zusätzliche Abdichtung des Spannstabs 14 ist mithin nicht erforderlich. Durch das Bodenelement 3 indes ragt der Spannstab 14 hindurch und ist dementsprechend an der Außenseite des Bodenelements 3 mit dem Dichtelement 11 abgedichtet. Auf das bodenseitige Ende des Spannstabs 14 ist die Spannmutter 8 aufgeschraubt, mit deren Hilfe die Vorspannkraft eingestellt werden kann, die das Deckelelement 2 und das Bodenelement 3 in die jeweilige konische Erweiterung 15 des Mantelrohrs 1 hineinzieht. Der Kraftfluß wird durch Mantelrohr 1, Deckelelement 2, Spannstab 14 und Bodenelement 3 geschlossen.
Das Bodenelement 3 weist den Zulauf 4 für das Kühlmedium sowie den Ablauf 6 für das zu kühlende Fluid auf. Der Ablauf 6 ist mit Hilfe einer in das Bodenelement 3 eingeschraubten Aufnahme 12 festgelegt und wird mit Hilfe einer Überwurfmutter 10 in der Aufnahme 12 gehalten. Zwischen Aufnahme 12 und Überwurfmutter 10 ist ein Dichteinsatz 19 angeordnet, der den Ablauf 6 abdichtet.

Claims

Druckeinrichtung, insbesondere Probenahmekühler, mit einem äußeren Mantelrohr, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einseitig mit einem Deckelelement verschlossen ist, das mit einer konischen Verjüngung in eine konische Erweiterung des Mantelrohrs eingepaßt ist, wobei das Deckelelement über wenigstens ein Sicherungselement mit dem Druckbehälter verbunden ist und im Bereich einer konischen Verjüngung ein Dichtelement aufweist.
Druckeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens je einen Zu- und Ablauf für ein fluides Medium.
Druckeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement ein Deckel ist, der eine auskragende Deckelplatte aufweist.
Druckeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel im Passungsbereich eine Nut für die Kammerung des Dichtelements aufweist.
Druckeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement ein Runddichtring (O-Ring) ist.
Druckeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sicherungselement ein Spannstab ist.
Druckeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannstab durch das Innere des Druckbehälters läuft.
Druckeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen einzelnen Spannstab, der zentral angeordnet ist.
Druckeinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mehrere Spannstäbe, die symmetrisch zur Achse des Druckbehälters angeordnet sind.
Druckeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein angeschweißtes Bodenelement.
Druckeinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Klöpperboden.
Druckeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine konische Erweiterung des Mantelrohrs im Bodenbereich und ein mit einer konischen Verjüngung in die konische Erweiterung eingepaßtes Bodenelement.
Druckeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sicherungselement einseitig mit dem Druckbehälter verschraubt oder verschweißt ist und auf der gegenüberliegenden Seite durch das Deckelelement geführt und mit einer Spannmutter gesichert ist.
Verschlußeinrichtung, insbesondere für Druckbehälter oder Druckleitungen, gekennzeichnet durch ein Deckelelement mit einer konischen Verjüngung, welches in eine sich konisch erweiternde Aufnahme eingepaßt ist, wobei das Deckelelement über wenigstens ein Sicherungselement mit dem zu ver schließenden Objekt verbunden ist und im Bereich der konischen Verjüngung ein Dichtelement aufweist, nach Maßgabe eines der Ansprüche 1 bis 13.
Verwendung der Verschlußeinrichtung nach Anspruch 14 zum Verschließen von unter Druck betriebenen Kühlern, Sammelbehälter, Reaktoren, Lagerbehältern, Leitungen und dergleichen.
Verwendung nach Anspruch 15 zur Ausbildung und Sicherung von Mannlöchern.