DE102006036612A1

DE102006036612A1 - Verfahren zur Herstellung einer Coldbox

Info

Publication number: DE102006036612A1
Application number: DE200610036612
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ott; Tilmann Russow
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Das Verfahren dient zur Herstellung einer Coldbox, die eine Tragstruktur und mindestens ein Verkleidungsblech aufweist. Eine Berechnung der Statik der Tragstruktur wird durchgeführt. Die Elemente der Tragstruktur werden gemäß den Ergebnissen der Berechnung dimensioniert. Die Tragstruktur wird aus diesen Elementen aufgebaut. Das oder die Verkleidungsbleche werden mit der Tragstruktur verbunden. Bei der Berechnung der Statik der Tragstruktur werden die statischen Eigenschaften des Verkleidungsblechs berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Coldbox und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Eine Coldbox stellt eine Einhausung für Teile einer Tieftemperaturanlage, zum Beispiel einer Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage, dar. Sie weist Seitenwände auf, welche sich senkrecht zur Grundfläche der Einhausung erstrecken.
Eine "Tieftemperaturanlage" weist Betriebstemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur auf, zum Beispiel unterhalb von 100 K, insbesondere unterhalb von 75 K. Beispielsweise wird bei der Tieftemperaturzerlegung von Luft die zu zerlegende Einsatzluft abgekühlt und mindestens zu einem Teil verflüssigt. Die Luft wird dann in einer oder mehreren Kolonnen bei Temperaturen von etwa 100 K durch Rektifikation zerlegt.
Zur thermischen Isolierung von Tieftemperaturanlagen werden die kalten Teile, wie zum Beispiel Kolonnen, Apparate, Rohrleitungen oder Ventile, mit einer Einhausung versehen. Die Einhausung mit den zu isolierenden Teilen wird auch als Coldbox bezeichnet. Unter einer Coldbox wird im Folgenden insbesondere eine Ummantelung oder eine Umhüllung verstanden, die geeignet ist, ein oder mehrere Bauteile einer Tieftemperaturanlage aufzunehmen und diese thermisch gegen die Umgebung zu isolieren. Die Einhausung ist entweder selbst thermisch isoliert oder kann mit geeignetem thermischen Isolationsmaterial gefüllt werden.
Zur Isolation wird die Coldbox üblicherweise mit einem pulverförmigen Isoliermaterial wie zum Beispiel Perlite gefüllt. Alternativ oder zusätzlich kann auf die Wände der Coldbox ein festes Isoliermaterial aufgebracht werden. Bei der Konstruktion der Coldbox sind die äußeren Einwirkungen, wie Wind und eventuelle Erdbeben, sowie innere Einwirkungen, wie das Eigengewicht des Blechmantels, der Einbauten und der Rohrleitungen sowie der Perlite-Isolierung und der Spülgasdruck zu berücksichtigen.
Derartige häufig quaderförmige Einhausungen weisen bisher eine Stahlkonstruktion auf, deren Dach und deren Seitenwände mit Blech verkleidet sind.
Bisher bekannte Coldboxen werden aus einer m Skelett als Tragstruktur und Verkleidungsblechen aufgebaut. Ein bekanntes Skelett besteht aus vertikalen Stützen, horizontalen Riegeln und Diagonalen, die zum Beispiel aus zusammengesetzten, offenen oder geschlossen Profilen, zum Beispiel mit rechteckigem, quadratischem, U-, T-, I- oder L-förmigem Querschnitt, gebildet und vorzugsweise aus Stahl hergestellt sind.. Nach dem Aufbau des Skeletts wird die Coldbox mit einem oder mehreren Verkleidungsblechen beplankt und geschlossen. Das Verkleidungsblech kann als Glattblech oder als Trapezblech ausgeführt sein, jeweils mit oder ohne Versteifungen, so genannte Blechsteifen.
Neben dem Aufbau des Skeletts auf der Baustelle und der anschließenden Beplankung mittels Verkleidungsblechen ist es außerdem bekannt geworden, Teile der Tragstruktur mit Verkleidungsblech als Paneele vorzufertigen und die Coldbox dann aus diesen vorgefertigten Paneelen zusammenzusetzen ( EP 1520079 B1 ). Die Erfindung bezieht sich auf beide Formen des Aufbaus einer Coldbox.
Für die Standsicherheit der Coldbox bei Wind und Erdbeben wird das Verkleidungsblech nicht berücksichtigt. Diese Aufgabe erfüllen die Diagonalen in Kombination mit den Stützen und Riegeln der Tragstruktur als Fachwerk.
Die Berechnung der Statik der Coldbox, insbesondere der Tragstruktur, erfolgt durch übliche Methoden, beispielsweise die aus dem Hochbau bekannte Finite-Elemente-Methode. Dabei wird insbesondere der globale Lastabtrag berechnet, der zur Dimensionierung der Elemente des Skeletts dient.
Bei dieser Berechnung wird das Verkleidungsblech nicht zur Aussteifung der Tragstruktur angesetzt, da es sich bei der gegebenen Beanspruchung durch Beulen dem Lastabtrag entzieht. Das Verkleidungsblech nimmt lediglich die lokale Belastung aus Perlite, Spülgasdruck und Windbeanspruchung auf und leitet diese gegebenenfalls in die Blechsteifen ab. Solche Blechsteifen werden zum Beispiel als Ein- oder Mehrfeldträger zwischen den Elementen des Stahlskeletts angeordnet. Die Steifen leiten somit die lokale Beanspruchung in das globale Tragwerk, das Stahlskelett ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für eine Coldbox zu finden, das besonders kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Berechnung der Statik der Tragstruktur die statischen Eigenschaften des Verkleidungsblechs berücksichtigt werden.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erlaubt es, das Verkleidungsblech sowohl für den lokalen als auch den globalen Lastabtrag zu berücksichtigen. Dadurch können ungenutzte Systemreserven im Verkleidungsblech und dessen Membrantrageigenschaften aktiviert werden. Insgesamt wird die Dimensionierung der Elemente der Tragstruktur der Coldbox optimiert. Die Herstellung der Coldbox wird damit insgesamt kostengünstiger.
Zum Beispiel kann bei einer erfindungsgemäß hergestellten Coldbox der Vertikallastabtrag vom ausgesteiften Glattblech des Verkleidungsblechs übernommen werden. Deshalb können die vertikalen Tragglieder der Tragstruktur, die Stützen vollständig oder teilweise entfallen. Zusätzlich oder alternativ wird der Horizontallastabtrag ebenfalls vom ausgesteiften Glattblech übernommen, deshalb können die Diagonalen der Tragstruktur entfallen und die Riegel um die entfallende Beanspruchung aus der Aussteifung reduziert werden.
Vorzugsweise wird das Verkleidungsblech bei der Herstellung der Coldbox mit vertikalen Steifen kraftschlüssig verbunden. Das Grundmaterial des Verkleidungsblechs besteht beispielsweise aus einem ebenen Blech (Glattblech), insbesondere aus einem Metall wie zum Beispiel Stahl. Die Richtungsbezeichnungen "vertikal" und "horizontal" beziehen sich auf die Ausrichtung der Coldbox im Zustand der Endmontage.
Im Rahmen der gemäß Anspruch 1 angewandten Berechnungsmethode hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die vertikalen Steifen mit einem relativ geringen Abstand anzuordnen, indem mindestens zwei vertikale Steifen einen Abstand von weniger als 1000 mm, insbesondere weniger als 700 mm aufweisen. Im Allgemeinen werden die vertikalen Steifen in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Steifen wird von der linken Kante der einen zur linken Kante der anderen Steife gemessen.
Außerdem ist es günstig, wenn horizontale Steifen kraftschlüssig mit dem Verkleidungsblech verbunden werden. Die horizontalen Steifen werden auch als Riegel bezeichnet.
Die Steifen können grundsätzlich als Wellungen oder Sickungen in das Grundmaterial des Verkleidungsblechs eingearbeitet oder durch mit dem Grundmaterial verbundene Leisten gebildet sein; auch eine Kombination dieser beiden Versteifungsmethoden ist möglich. Die Leisten sind zum Beispiel aus massivem oder profiliertem Metall, insbesondere aus U-, T-, I- und/oder L-förmigen Profilen gebildet und vorzugsweise aus Stahl hergestellt.
Vorzugsweise wird bei der Berechnung der Statik der Tragstruktur das Verkleidungsblech für den vertikalen und/oder den horizontalen Lastabtrag berücksichtigt. Vorzugsweise wird das Verkleidungsblech für den Lastabtrag in beide Richtungen berücksichtigt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Coldbox gemäß den Patentansprüchen 7 bis 10 und ein Coldbox-Paneel gemäß dem Anspruch 11 auf.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine quaderförmige Coldbox ohne Deckel. Falls die Coldbox entsprechend hohe Anlagenteile umschließen soll, können mehrere solcher quaderförmigen Boxen übereinander angeordnet sein.
Grundelemente der Coldbox sind horizontale Riegel 1a, 1b, vertikale Steifen 2, vertikale Eckprofile 3 und Verkleidungsbleche 4. Die Riegel 1a sind als I-Profile, die Riegel 1b als U-Profile ausgebildet. Die vertikalen Steifen 2 sind auf ihrer gesamten Länge kraftschlüssig mit dem entsprechenden Verkleidungsblech verbunden, insbesondere durch eine Schweißverbindung. Sie sind als L-Profile ausgebildet und weisen einen Abstand von 620 mm auf (gemessen von der linken Kante einer Steife zur linken Kante der benachbarten).
In dem Beispiel ist die Coldbox aus insgesamt zwölf Paneelen aufgebaut, die alle eine Höhe von 12.000 mm aufweisen. Acht davon sind 3000 mm breit, die übrigen vier 2200 mm. Ab oberen und unteren Rand und an zwei Zwischenstellen sind horizontale Riegel über die gesamte Breite jedes Paneels eingebaut.
Der vertikale Wandstoß 5 der Paneele wird als geschweißter Stumpfstoß ausgebildet. Der vertikale Eckstoß der Paneele wird mittels eines Profilstoßes (Eckprofile 3) realisiert, welcher einem Paneel zugeordnet wird. Der horizontale Stoß der Paneele (in der Zeichnung lediglich als oberer Rand dargestellt) besteht aus zwei miteinander zu verbindenden Profilen, die verschweißt werden. Alternativ können die Profile auch miteinander verschraubt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Coldbox, die eine Tragstruktur und mindestens ein Verkleidungsblech aufweist, wobei – eine Berechnung der Statik der Tragstruktur durchgeführt wird – die Elemente der Tragstruktur gemäß den Ergebnissen der Berechnung dimensioniert werden, – die Tragstruktur aus diesen Elementen aufgebaut und – das oder die Verkleidungsbleche mit der Tragstruktur verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Statik der Tragstruktur die statischen Eigenschaften des Verkleidungsblechs berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vertikale Steifen kraftschlüssig mit dem Verkleidungsblech verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei vertikale Steifen einen Abstand von weniger als 1000 mm, insbesondere weniger als 700 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass horizontale Steifen kraftschlüssig mit dem Verkleidungsblech verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifen mindestens teilweise als mit dem Grundmaterial verbundene Leisten ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Statik der Tragstruktur das Verkleidungsblech für den vertikalen und/oder den horizontalen Lastabtrag berücksichtigt wird.
Coldbox mit einer Tragstruktur, die horizontale Riegel aufweist, mit mindestens einem Verkleidungsblech, das mit der Tragstruktur verbunden ist, und mit vertikalen Steifen, die kraftschlüssig mit dem Verkleidungsblech verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei vertikale Steifen einen Abstand von weniger als 1000 mm, insbesondere weniger als 700 mm aufweisen.
Coldbox nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur keine vertikalen Zwischenstützen und/oder keine Diagonalen aufweist.
Coldbox nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Aufbau aus Paneelen, wobei jedes Paneel einen Teil der Tragstruktur, insbesondere mindestens je zwei vertikale Randprofile und horizontale Riegel, und ein Verkleidungsblech mit vertikalen Steifen aufweist.
Coldbox nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Paneel eine größere Ausdehnung in vertikaler als in horizontaler Richtung aufweist, wobei es insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal so hoch wie breit ist.
Coldbox-Paneel zur Verwendung in einer Coldbox gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Paneel mindestens je zwei vertikale Randprofile und horizontale Riegel und ein Verkleidungsblech mit vertikalen Steifen aufweist und mindestens zwei vertikale Steifen einen Abstand von weniger als 1000 mm, insbesondere weniger als 700 mm aufweisen.