DE10251736A1

DE10251736A1 - System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern

Info

Publication number: DE10251736A1
Application number: DE10251736A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Schildmann; Dietmar Altegoer; Rainer Kretzschmar
Original assignee: Taprogge GmbH
Current assignee: Taprogge GmbH
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-13
Also published as: EP1565702B1; ATE412158T1; AU2003276222A1; WO2004042314A1; EP1565702A1; DE50310682D1

Abstract

Für ein System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern, die von einem Strömungsmedium, insbesondere Rohöl, mit einer Temperatur oberhalb 120 DEG C durchströmt werden, wobei zum Reinigen eines Rohres an dessen Innenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen durch Abreinigen gelöst und aus dem Rohr ausgetragen werden, ist für eine Reinigung der Innenwandung der Wärmetauscherrohre während des Betriebes des Wärmetauschers vorgesehen, daß Reinigungskörper, die temperaturbeständig (oberhalb 120 DEG C) und gegenüber aggressiven Strömungsmedien wie Rohöl widerstandsfähig sind und deren Außenabmessungen beim Reinigen gleich dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres sind und die eine äußere zum Abreinigen von Ablagerungen von einer Rohrinnenwandung geeignete Kontaktfläche aufweisen, unter dem Druck des Strömungsmediums das Rohr durchlaufen und mit ihrer Kontaktfläche unter der Wirkung einer Anpreßkraft an die Rohrinnenwandung gedrückt werden, und daß während des Durchlaufs der Reinigungskörper an der Innenwandung des Rohres anhaftende Ablagerungen von der Kontaktfläche der Reinigungskörper erfaßt und gelöst sowie von dem Strömungsmedium und/oder dem Reinigungskörper mitgenommen und aus dem Rohr ausgetragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern, die von einem Strömungsmedium, insbesondere von Rohöl, mit einer Temperatur oberhalb 120°C durchströmt werden, wobei zum Reinigen eines Rohres an dessen Innenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen durch Abreinigen gelöst und aus dem Rohr ausgetragen werden.
In der Rohölverarbeitung werden Rohrbündel-Wärmetauscher, nämlich sog. crude oil heater (COH), dazu verwendet, das Rohöl mit Prozeßabwärme in Vorheizstufen auf eine möglichst hohe Betriebstemperatur zu bringen, bevor es im Enderhitzer mit Fremdenergie auf die Temperatur erhitzt wird, die notwendig ist, wenn das Rohöl zur Destillation gelangt.
Die Aufheizung des Rohöls wird in Stufen über mehrere parallel und in Reihe geschaltete COH-Wärmetauscher vorgenommen. Dabei werden die Rohre des Wärmetauschers von außen mit Prozeßmedium beheizt. Bedingt durch den Wärmeübergang an den Rohren des Wärmetauschers kommt es zu Ablagerungen und Verkrustungen aus Partikeln aus dem Rohölstrom auf der Rohrinnenseite. Diese verschlechtern den Wärmeübergang mit der Folge, daß bei gleichem Energieaufwand eine geringere Aufheizung des Rohöls stattfindet.
Der Bildung von Ablagerungen und Verkrustungen an der Rohrinnenwandung wird auf chemischem Wege entgegengewirkt, indem man dem Rohöl vor dessen Eintritt in den Wärmetauscher Additive dosiert zugibt. Damit bleibt der Belag in der Regel weich und kann im Vergleich zu fest anhaftenden Verkrustungen mechanisch leichter entfernt werden. Mit der Verwendung von Additiven wird jedoch eine Belagbildung nicht verhindert sondern lediglich verzögert. Der Wärmeübergang an den Wärmetauscherrohren verschlechtert sich durch Zunahme und Wachsen des Belages im Laufe des Betriebes, so daß eine mechanische Reinigung unerläßlich ist.
Bei den mechanischen Reinigungsverfahren ist zunächst zwischen solchen Verfahren zu unterscheiden, die eine Unterbrechung des Betriebes und ein Öffnen des Wärmetauschers erfordern, und solchen, die während des Betriebes des Wärmetauschers wirksam werden. Letztere Verfahren umfassen einerseits fest im Wärmetauscher eingebaute Reinigungselemente und andererseits Systeme, bei denen die Wärmetauscherrohre von Reinigungselementen durchlaufen werden, wie nachstehend erläutert wird.
Verbreitet wird die manuelle Reinigung der Wärmetauscher angewendet. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Betrieb des Wärmetauschers und damit gewöhnlich die gesamte Anlage, in die der Wärmetauscher eingebaut ist, stillgelegt werden muß. Die Wärmetauscher werden geöffnet – hierfür müssen sie entsprechend zugänglich angeordnet und konstruktiv in geeigneter Weise für ein leichtes periodisches Öffnen gestaltet sein – und mit herkömmlichen Verfahren wie z.B. Hochdruckreinigung oder mit Bürsten/Schabern gereinigt. Neben diesem mit hohen Kosten verbundenen Aufwand, bedingt auch durch die Unterbrechung des Betriebs des Wärmetauschers und der zugehörigen Anlage – ist ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens, daß der Belag an der Rohrinnenwandung zwar entfernt, aber seine Bildung und sein Anwachsen mit entsprechender Verschlechterung des Wärmeübergangs nicht von vornherein zu vermeiden ist. Denn zwischen den Reinigungsintervallen verschlechtert sich der Wärmeübergang im Laufe des Betriebes erheblich.
Die während des laufenden Betriebes des Wärmetauschers wirksamen mechanischen Reinigungsverfahren unterliegen schon durch die sehr hohen Betriebstemperaturen, die oberhalb 120°C liegen und ohne weiteres Bereiche von ca. 400°C erreichen können, sowie durch die chemische Beanspruchung durch Verwendung in einem aggressiven Medium wie Rohöl besonderen Anforderungen.
Die Verwendung fest im Wärmetauscher eingebauter Reinigungselemente beruht auf dem Prinzip, Reinigungskörper wie schraubenförmige Federelemente oder dergleichen an einer Aufnahmevorrichtung am Eintritt des Wärmetauschers zu befestigen, die lose in den Rohren angeordnet sind und sich durch die Rohre hindurch erstrecken. Die Reinigungselemente bestehen aus temperatur- und mediumbeständigen Werkstoffen. Die Aufnahmevorrichtung ermöglicht eine axiale Bewegung der Reinigungselemente im Rohr. Dabei werden durch die Form und Anordnung der Reinigungselemente Turbulenzen in dem Strömungsmedium erzeugt, die die Belagbildung verzögern. Außerdem werden an der Rohrinnenwandung anhaftende Schmutzteilchen oder dergleichen durch die Bewegung des Reinigungselementes entfernt, so daß eine Belagbildung im wesentlichen verhindert wird.
Solche Reinigungsverfahren mit fest eingebauten Reinigungselementen haben jedoch den Nachteil, daß die im Rohr selbst, gewöhnlich auf seiner gesamten Länge, untergebrachten Reinigungselemente eine permanente Erhöhung der Reibungsverluste der Strömung und damit einen erhöhten Energieaufwand für das aufzuheizende Medium verursachen. Die Reinigungselemente bilden außerdem Hindernisse im freien Rohrquerschnitt, so daß Schmutzteilchen an den Reinigungselementen hängenbleiben und zu Rohrverstopfungen führen können.
Bei mechanischen Reinigungsverfahren mit beweglich im Rohr angeordneten Reinigungskörpern werden rollenförmige Reinigungsbürsten verwendet, die jeweils zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Rohres, dem sie zugeordnet sind, hin- und herlaufen und dabei einen Belag von der Rohrinnenwandung abreinigen können. Hierfür ist am Einlaß und am Auslaß jedes Rohres ein Korb angeordnet. Der Korb am Auslaß nimmt die Bürste auf, wenn sie das Rohr mit dem Strömungsmedium durchlaufen hat. In den Korb auf der Einlaßseite wird die Bürste zurückgeführt, damit sie für einen erneuten Reinigungsdurchlauf durch das Rohr wieder zur Verfügung steht.
Für die Rückführung der Bürsten in die Körbe auf der Einlaßseite ist der Wärmetauscher entweder abzuschalten, damit Gelegenheit besteht, die Bürsten von der Auslaßseite wieder der Einlaßseite zuzuführen. Oder das Rohrleitungssystem für den Wärmetauscher wird so eingerichtet, daß der Wärmetauscher für die Rückführung der Bürsten durch Umschalten von Armaturen von dem Medium in umgekehrter Richtung durchlaufen wird, wobei die in den Körben auf der bisherigen Auslaßseite des Rohrbündels des Wärmetauschers aufgefangenen Bürsten die Rohre nun mit dem Mediumstrom in umgekehrter Richtung durchlaufen und in den Körben auf der bisherigen Einlaßseite, die nun den Auslaß bildet, wieder aufgefangen werden. Die Umschaltung der Durchlaufrichtung des Mediumstroms im Wärmetauscher wird periodisch vorgenommen. Die Einrichtung eines in der Strömungsrichtung umkehrbaren Systems bedingt einen hohen apparatetechnischen Aufwand, so daß dieses System mit hohen Kosten verbunden ist. Wenn sich Auffangvorrichtungen lösen und verlorengehen, geht auch die zugeordnete Bürste verloren und das Rohr wird nicht mehr gereinigt, ohne daß dies von außen festgestellt werden kann. Verlorene Fangvorrichtungen und Bürsten bilden auch gefährliche Hindernisse, weil sie den freien Durchgang des Mediums beeinträchtigen können. Beschädigte oder verschlissene Reinigungskörper lassen sich nur austauschen, wenn man die Anlage abschaltet und den Wärmetauscher öffnet. Darüber hinaus ist keine Verschleißerkennung der Reinigungskörper möglich. Das bedeutet, daß die Reinigungsbürsten die Rohre nicht gründlich reinigen und daß sie insgesamt nicht optimal eingesetzt werden können, weil der Austausch der Reinigungsbürsten möglicherweise entweder zu früh oder zu spät erfolgt.
Ausgehend von einem System der eingangs genannten Art liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern für Strömungsmedien insbesondere Rohöl mit einer Temperatur oberhalb 120°C zu schaffen, bei dem eine Reinigung der Innenwandung der Wärmetauscherrohre während des Betriebes des Wärmetauschers erfolgt. Das System soll die Anforderungen erfüllen, die ein Strömungsmedium vorgibt, das hohe Temperaturen aufweist und als chemisch aggressiv einzustufen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein Reinigungssystem dieser Art dadurch gekennzeichnet ist, daß Reinigungskörper, die

– temperaturbeständig (oberhalb 120°C) und
– gegenüber aggressiven Strömungsmedien wie Rohöl widerstandsfähig sind und
– deren Außenabmessungen beim Reinigen gleich dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres sind und die
– eine äußere zum Abreinigen von Ablagerungen von einer Rohrinnenwandung geeignete Kontaktfläche aufweisen,
– unter dem Druck des Strömungsmediums das Rohr durchlaufen und
– mit ihrer Kontaktfläche unter der Wirkung einer Anpresskraft an die Rohrinnenwandung gedrückt werden, und daß
– während des Durchlaufs der Reinigungskörper an der Innenwandung des Rohres anhaftende Ablagerungen von der Kontaktfläche der Reinigungskörper erfaßt und gelöst sowie
– von dem Strömungsmedium und/oder dem Reinigungskörper mitgenommen und
– aus dem Rohr ausgetragen werden.

Das erfindungsgemäße System gestattet eine Reinigung der Rohre von Wärmetauschern während des laufenden Betriebs des Wärmetauschers und der übrigen Komponenten der Anlage, der der Wärmetauscher zugeordnet ist. Die hierfür vorgesehenen Reinigungskörper sind aufgrund einer geeigneten Materialauswahl und eines geeigneten Aufbaus beständig gegenüber hohen Temperaturen und aggressiven Strömungsmedien wie Rohöl. Sie durchlaufen das zu reinigende Rohr jeweils frei unter dem Druck des Strömungsmediums, indem sie am Einlaß des Rohrs eintreten und das Rohr nach dem Durchlauf am Auslaß wieder verlassen. Dabei findet eine intensive Reinigung der gesamten Rohrinnenwandung statt, wenn die Kontaktfläche des Reinigungskörpers beim Durchlauf desselben durch das Rohr mit der gesamten Oberfläche der Rohrinnenwandung in Kontakt kommt und dabei mit der Kontaktfläche unter der Wirkung einer Anpresskraft an die Rohrinnenwandung angedrückt wird. Die Kontaktfläche des Reinigungskörpers ist so ausgebildet, daß sie an der Rohrinnenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen erfaßt und löst, so daß diese von dem Strömungsmedium und/oder dem Reinigungskörper selbst mitgenommen und aus dem Rohr ausgetragen werden können. Auf diese Weise kann sich auf der Rohrinnenwandung kein Belag im Sinne einer länger anhaltenden Ablagerung von Schmutzteilchen bilden. Auch Verkrustungen auf der Rohrinnenseite werden vermieden. Der Wärmeübergang an den Rohren des Wärmetauschers und damit dessen Wirkungsgrad bleiben gleich und werden nicht beeinträchtigt. Durch die kontinuierliche Reinigung während des Betriebes des Wärmetauschers liegen konstante Bedingungen während der gesamten Betriebsdauer vor. Die Notwendigkeit zum Abschalten und Öffnen des Wärmetauschers zum Reinigen der Rohre – wie beim Stand der Technik – entfällt. Die Hinzufügung von Additiven zum Strömungsmedium ist nicht erforderlich. An der Ein- und an der Auslaßseite des Wärmetauschers bedarf es keiner kostspieligen apparativen Einrichtungen, um die Reinigungskörper in die Rohre einzuführen und am Rohrende wieder aufzufangen.
Nach einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung werden die Reinigungskörper nach dem Durchlauf durch die Rohre gesammelt und bei Bedarf den Eintrittsöffnungen der Rohre für einen weiteren Reinigungsdurchgang durch die Rohre zugeführt. Je nach Umständen kann sich ein Bedarf für eine sofortige Zurückführung der Reinigungskörper zur Einlaßseite des Wärmetauschers oder erst zu einem späteren Zeitpunkt ergeben. Wesent lich ist, daß die Reinigungskörper auf der Auslaßseite nicht einzelnen Auffangvorrichtungen zugeführt werden sondern daß die Reinigungskörper gesammelt und gemeinsam wieder zur Einlaßseite zurückgeführt werden, jedenfalls auf einem gemeinsamen Weg, der keine aufwändigen Eingriffe oder Maßnahmen zur Rückführung erfordert. Vorzugsweise werden die Reinigungskörper in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Kreislauf geführt, nämlich nach dem Durchlauf durch die Rohre in einer Fangvorrichtung gesammelt und entweder unmittelbar der Einlaßseite der Rohre für einen erneuten Durchlauf wieder zugeführt oder zunächst in einer Aufnahmeeinrichtung gesammelt werden, wobei die Reinigung der Rohre unterbrochen und erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer oder in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad der Rohre oder von anderen Parametern wieder durchgeführt wird. Diese Systemvariante ist sehr wesentlich, weil sie eine automatische kontinuierliche oder diskontinuierliche Rückführung der Reinigungskörper gestattet, so daß sich insgesamt eine sehr einfach durchzuführende und sehr effiziente Reinigung der Innenwandung der Rohre ergibt, ohne daß hierfür ein erheblicher baulicher Aufwand erforderlich ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Rückführungsleitung für die Reinigungskörper hinter den Auslaßseiten des Wärmetauschers eine Fangvorrichtung, bspw. ein feststehendes oder bewegbares Sieb oder ein Filter zum Auffangen der Reinigungskörper aus dem Medienstrom vorgesehen ist. Stationäre Fangvorrichtungen, wie bspw. Filter oder feststehende Siebe, überspannen gewöhnlich den gesamten Querschnitt der Abflußleitungen auf der Auslaßseite des Wärmetauschers. Bewegbare Siebe sind zwischen einer neutralen Position, in der sie den gesamten Mediumstrom mit allen Bestandteilen passieren lassen, und einer Sammelposition, in der sie den gesamten Querschnitt der Abflußleitung des Mediums zum Auffangen der Reinigungskörper überspannen, umschaltbar.
Der jeweiligen Fangvorrichtung ist eine Schleuse zur Befüllung und Entnahme der Reinigungskörper nachgeschaltet. Bei diskontinuierlichem Reinigungsbetrieb kann die Schleuse auch der Zwischenlagerung der Reinigungskörper während der Unterbrechung der Rohrreinigung dienen.
Insgesamt wird damit ein System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern für Strömungsmedien wie Rohöl mit einer Temperatur oberhalb 120°C und mit erheblichen chemisch aggressiven Eigenschaften ermöglicht, das sich gegenüber den eingangs erörterten bekannten Systemen grundsätzlich unterscheidet und erstmals eine dauerhafte Reinigung der Rohre auch für derartige Medien gestattet oder zuläßt, ohne daß hierfür ein erheblicher baulicher Aufwand erforderlich ist. Vor allem läßt sich mit dem erfindungsgemäßen System vermeiden, daß man den Betrieb des Wärmetauschers und der vom Betrieb des Wärmetauschers abhängigen Komponenten einer Gesamtanlage zum Reinigen der Rohre unterbrechen und den Wärmetauscher öffnen muß. Erstmals steht durch die Erfindung ein System für solche Medien zur Verfügung, bei dem die Reinigungskörper bei ihrer Rückführung von der Auslaßseite auf ihre Funktionsfähigkeit hin geprüft werden können, indem man die Reinigungskörper entsprechende Prüfeinrichtungen durchlaufen läßt.
Bestandteil der Erfindung ist ferner ein Reinigungskörper für Systeme der vorbeschriebenen Art, nämlich für Systeme zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern, die von einem Strömungsmedium, insbesondere von Rohöl, mit einer Temperatur oberhalb 120°C durchströmt werden. Erfindungsgemäß ist der Reinigungskörper derart ausgebildet, daß zum Reinigen eines Rohres an dessen Innenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen von dem Reinigungskörper durch Abreinigen gelöst und aus dem Rohr ausgetragen werden, wenn der Reinigungskörper das Rohr durchläuft. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reinigungskörpers, mit dem sich die Innenwandung der Rohre des Wärmetauschers sauberhalten bzw. reinigen läßt, werden nachfolgend erläutert.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Reinigungskörpers ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper

– temperaturbeständig (oberhalb 120°C) und
– gegenüber aggressiven Strömungsmedien wie Rohöl widerstandsfähig ist und
– seine Außenabmessungen beim Reinigen des Rohres gleich dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres sind und der Reinigungskörper
– eine äußere zum Abreinigen von Ablagerungen von einer Rohrinnenwandung geeignete Kontaktfläche aufweist,
– unter dem Druck des Strömungsmediums das Rohr durchläuft und
– mit seiner Kontaktfläche unter der Wirkung einer Anpresskraft an die Rohrinnenwandung gedrückt wird, und daß
– während des Durchlaufs des Reinigungskörpers an der Innenwandung des Rohres anhaftende Ablagerungen von der Kontaktfläche des Reinigungskörpers erfaßt und gelöst sowie
– von dem Strömungsmedium und/oder dem Reinigungskörper mitgenommen und
– aus dem Rohr ausgetragen werden.

Mit diesem Reinigungskörper steht erstmals ein relativ einfaches Reinigungsmittel zur Verfügung, das den Aufbau und das Leitungssystem des Wärmetauschers für das Strömungsmedium, nämlich insbesondere für den Rohölstrom, im wesentlichen unverändert läßt. Im Vergleich zum Stand der Technik wird also kein baulicher Aufwand erforderlich. Der Betrieb der Anlage wird ohne die Notwendigkeit von Unterbrechungen für das Öffnen des Wärmetauschers für die Rohrreinigung ermöglicht. Insgesamt ergibt sich folglich ein hohes Maß technischer und wirtschaftlicher Vorteile gegenüber den bisherigen Reinigungskörpern, die zum Reinigen der Rohre von Wärmetauschern für heiße (oberhalb 120°C) und auch aggressive Strömungsmedien bekannt sind. Erfindungsgemäße Reinigungskörper dieser Art sind in den vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Reinigungssystemen einsetzbar, und deshalb gelten die für diese Systeme bereits angeführten Vorteile auch für die erfindungsgemäßen Reinigungskörper selbst.
Der erfindungsgemäße Reinigungskörper ist vorzugsweise als im wesentlichen kugelförmiger, elastischer Rollkörper mit reinigender Oberfläche ausgebildet, wobei die gesamte Oberfläche des Reinigungskörpers die Kontaktfläche zum Abreinigen von Ablagerungen von der Rohrinnenwandung bildet. Diese Form und Ausbildung des erfindungsgemäßen Reinigungskörpers zeichnet sich durch sehr wesentliche Vorteile aus. Zum einen braucht man den Körper aufgrund seiner Kugelform bzw. seiner balligen Form nicht richtungsgebunden in den Rohreinlaß des zu reinigenden Rohres einzusetzen, sondern der Reinigungskörper nimmt in jeder Lage nach dem Eintritt in das Rohr selbsttätig eine Anpassung an den freien Innenquerschnitt des Rohres vor, ohne daß hierfür besondere Maßnahmen zu treffen sind. Dadurch, daß die gesamte Oberfläche des Reinigungskörpers eine zum Abreinigen von Ablagerungen geeignete Kontaktfläche bildet, die mit der Rohrinnenwandung in Eingriff kommt, steht durch die Kugelform ein hohes Reinigungspotential zur Verfügung. Aufgrund seiner Elastizität kann sich der Reinigungskörper jeder in der Praxis möglichen Änderung der Form des freien Querschnitts des zu reinigenden Rohres anpassen, beispielsweise wenn sich eine Verkrustung als Folge unerwartet hoher momentaner Verschmutzungen des Strömungsmediums ergibt.
Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Reinigungskörpers im druckfreien Zustand, nämlich vor dem Eintritt des Reinigungskörpers in das Rohr, größer als der Innendurchmesser des Rohres, und der Außendurchmesser des Reinigungskörpers paßt sich dem Innendurchmesser des Rohres an, wenn der Reinigungskörper in die Eintrittsöffnung des Rohres eintritt und dabei elastisch federnd zusammengedrückt wird. Bei dieser Ausbildung des Reinigungskörpers wird die Anpresskraft, mit der die Kontaktfläche des Reinigungskörpers mit der Innenwandung des Rohres in Eingriff kommt, durch einen entsprechend elastisch federnden Aufbau des Reinigungskörpers erzeugt. Hierfür wird dem Reinigungskörper im druckfreien Zustand ein größerer Außendurchmesser erteilt, als dem Innendurchmesser des Rohres entspricht.
Erfindungsgemäße Reinigungskörper lassen sich in einer Vielzahl verschiedenartig arbeitender Reinigungsysteme einsetzen. So ist es möglich, erfndungsgemäße Reinigungskörper für Systeme zu verwenden, bei denen die Reinigungskörper durch Umkehr der Strömungsrichtung des Mediumstroms in dem zu reinigenden Rohr praktisch hin- und herlaufen. Hierfür ist, bedingt durch die Bereitstellung eines richtungsumschaltbaren Leitungssystems für das Strömungsmedium, ein verhältnismäßig hoher Bauaufwand erforderlich, wie eingangs bereits erläutert wurde. Dennoch wird dieses Reinigungssystem durch Verwendung erfindungsgemäßer Reinigungskörper sehr wesentlich vereinfacht, weil der erfindungsgemäße Reinigungskörper, wie bereits angeführt, nicht richtungsgebunden eingesetzt werden muß. Dies hat den Vorteil, daß nicht jeder Reinigungskörper einen besonderen Auffangkäfig an beiden Seiten des zu reinigenden Rohres aufweisen muß, mit dem der Reinigungskörper an der Ein- und an der Auslaßseite stets so gegenüber dem zu reinigenden Rohr ausgerichtet wird, daß er sich überhaupt in das Rohr einsetzen läßt, damit er es durchlaufen kann. Erfindungsgemäß können die Reinigungskörper nach einem Reinigungsdurchgang an der Auslaßseite der Rohre als Batch, d.h. als Menge, aufgefangen und in geeigneter Weise den Rohren zum Reinigen wieder zugeführt werden, entweder durch Strömungsumkehrung an der bisherigen Auslaßseite oder aber durch Umsetzen der Reinigungskörper insgesamt an die bisherige Einlaßseite, die stets Einlaßseite bleibt.
Mit besonderem Vorteil lassen sich die erfindungsgemäßen Reinigungskörper in Systemen verwenden, in denen sie kontinuierlich oder diskontinuierlich im Kreislauf geführt werden. Hierzu wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Systeme hingewiesen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Reinigungskörper innen ein Auftriebselement und außen ein Reinigungselement auf. Mit dem Auftriebselement wird die Position bzw. der Weg des Reinigungskörpers im Mediumstrom vorgegeben bzw. beeinflußt, während das Reinigungselement die Funktion der Rohrreinigung übernimmt. Mit dem Auftriebselement soll erreicht werden, daß der Reinigungskörper im Mediumstrom schwebt, so daß sich die Reinigungskörper vor allem an der Einlaßseite des Wärmetauschers, also neben dem Rohrboden, möglichst gleichmäßig verteilen, so daß die Rohre mit etwa gleicher Häufigkeit gereinigt werden. Bei der Gestaltung des Auftriebselements muß folglich vor allem darauf geachtet werden, daß eine Gesamtdichte des Reinigungskörpers erreicht wird, die der Dichte des Prozeßmediums entspricht, damit der Reinigungskörper schwimmt bzw. schwebt. Bei der Gestaltung des Reinigungselementes ist darauf zu achten, daß vor allem die kugelige oder ballige Kontaktfläche zum Abreinigen von Ablagerungen bzw. von an der Rohrinnenwandung abgelagerten Schmutzteilchen oder dergleichen geeignet und entsprechend abrasiv ausgebildet ist.
Für die Funktion des Auftriebselements ist es zweckmäßig, daß das Auftriebselement im Zentrum des Reinigungskörpers angeordnet ist und aus einem oder mehreren druckfesten oder druckfest gestalteten Hohlkörpern z.B. aus Metall oder Körpern mit geringem spezifischem Gewicht wie z.B. Metallschaum besteht. Die erforderliche Druckfestigkeit richtet sich vor allem nach dem relativ hohen Systemdruck, der z.B. in Systemen zum Aufheizen von Rohöl herrscht.
Die Kontaktfläche des Reinigungselementes muß vor allem abrasiv wirken, damit Ablagerungen von der Rohrinnenwandung abgereinigt werden können. Hierfür ist es möglich, das Reinigungselement aus Metall-Lamellen, Metall-Gestrick, Metall-Geflecht, Metall-Folie oder dergleichen zu bilden, nämlich aus hitzebeständigen und gegenüber aggressiven Medien unempfindlichen Materialien mit Kanten, die sich zum Abreinigen von Rückständen von der Rohrinnenwandung eignen. Das Reinigungselement soll zweckmäßig auch federnd elastisch ausgebildet sein, damit eine entsprechende Anpresskraft zwischen der Kontaktfläche und der Rohrinnenwandung erzeugt wird, wenn der Reinigungskörper in das Rohr eintritt. Der unmittelbar wirksame Abschnitt der kugeligen oder balligen Kontaktfläche kann aufgrund der federnd elastischen Eigenschaften des Reinigungselementes einer schmalen, bandförmigen Abflachung entsprechen, die sich kreisförmig um den Reinigungskörper erstreckt und mit der Rohrinnenwandung in Eingriff steht.
Seltener wird der Fall sein, daß ein federnd elastisches Bindematerial wie Metallschaum das Reinigungselement trägt und allein das notwendige elastisch federnde Verhalten des Reinigungskörpers bewirkt. Eher wird die notwendige Elastizität gemeinsam von dem Bindematerial und dem Reinigungselement erzeugt. Das Reinigungselement kann jedoch auch teilweise oder vollständig im Bindematerial eingebettet sein.
Für den Fall, daß durch den Reinigungskörper von der Rohrinnenwandung abgereinigte Ablagerungen an der Kontaktfläche des Reinigungskörpers fest anhaften und die Kontaktfläche nicht von dem Strömungsmedium selbst wieder von der Kontaktfläche gelöst werden, kann eine Reinigung der Kontaktfläche der Reinigungskörper vor ihrem erneuten Zuführen zur Einlaßseite des Wärmetauschers vorgenommen werden z.B. durch Hochdruckstrahlen der Kontaktfläche der Reinigungskörper, und/oder durch mechanische Mittel wie Bürsten oder dergleichen. Eine Kontrolle der Reinigungskörper im Hinblick auf Verschleiß oder Beschädigungen oder dergleichen ist auf dem Weg der Reinigungskörper von der Auslaßseite des Wärmetauschers zur Einlaßseite hin jederzeit möglich.
Nach einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform des Reinigungskörpers ist vorgesehen, daß der Reinigungskörper aus einem – in Strömungsrichtung des Strömungsmediums im Rohr gesehen – vorderen Auftriebselement und einem an dessen Rückseite befestigten Reinigungselement besteht. Bei dieser Ausführungsform sind die Funktionen „Auftrieb" und „Reinigung" auf zwei gesonderte Teilkörper aufgeteilt, auch wenn die beiden Teilkörper zu einem Reinigungskörper vereinigt sind. Bei der Gestaltung des Auftriebselements ist das Gewicht des Reinigungselements mitzuberücksichtigen. Das Auftriebselement tritt zuerst in das zu reinigende Rohr ein und nimmt das an seiner Rückseite befestigte Reinigungselement mit.
Zweckmäßig weist das Auftriebselement eine ballige Form auf und übernimmt die Funktion eines Schwimmkörpers, der aus einem oder mehreren Hohlräumen oder mit einer entsprechend porigen Struktur gebildet ist. Der Durchmesser des Auftriebselements ist zweckmäßig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres, damit das Auftriebselement leicht in den Rohreinlaß eintreten und das Rohr möglichst ungehindert durchlaufen kann.
Das Reinigungselement dieses Reinigungskörpers ist vorzugsweise blatt- oder scheibenförmig sowie kreisrund ausgebildet und trägt einen Kranz aus elastisch federnden Lamellen, der als Kontaktfläche an der Rohrinnenwandung anliegt. Der Durchmesser des Lamellenkranzes ist im freien Zustand folglich größer als im Rohr, wenn der Lamellenkranz elastisch federnd auf den Rohrinnendurchmesser zusammengedrückt ist und damit die notwendige Anpresskraft erzeugt wird. Wenn sich der Reinigungskörper im Rohr befindet, wirkt der Druck des Strömungsmediums überwiegend auf das Reinigungselement, um den Reinigungskörper zusammen mit dem Strömungsmedium durch das Rohr hindurchzuschieben. Je nach Ausbildung des Reinigungselementes, das beispielsweise auch einen drahtbürstenförmigen Kranz aufweisen kann, der die abreinigende Kontaktfläche bildet, kann auch das vordere Auftriebselement als Vortriebskörper dienen, indem man beispielsweise den kreisförmigen Spalt zwischen der Außenseite des Auftriebselements und der Rohrinnenwandung relativ schmal hält.
Eine wesentliche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Reinigungskörper besteht darin, daß die Kombination aus dem Auftriebselement und dem Reinigungselement – unabhängig davon, ob der Reinigungskörper ein – oder zweiteilig gestaltet ist – in ihrer Gesamtdichte so ausgelegt ist, daß die Gesamtdichte der Dichte des Strömungsmediums entspricht und der Reinigungskörper folglich in dem Strömungsmedium schwebt.
Ferner wird bevorzugt, daß das Material des Reinigungselementes und das Material des Bindematerials, falls ein solches verwendet wird, und das Material des Auftriebselements temperaturbeständig (min. 120°C) sowie widerstandsfähig gegenüber aggressiven Medien wie Rohöl ist und vorzugsweise aus Metall besteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Wärmetauscheranlage mit einem System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern, bei denen die Rohre von Reinigungskörpern durchlaufen und die Reinigungskörper in der Anlage in einem Kreislauf geführt werden;
1a eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Wärmetauscheranlage wie in 1, jedoch mit einer alternativen Ausführung einer für den Kreislauf der Reinigungskörper verwendeten Schleuse;
2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers im Querschnitt;
3 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers im Querschnitt;
4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers im Querschnitt;
5 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers;
6 eine Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers teilweise als Schnittdarstellung;
7 eine Ansicht eines Rohteils des Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers gemäß 6;
8 eine Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Reinigungskörpers in Schnittdarstellung, wobei der Reinigungskörper zweiteilig ausgebildet ist.
Die in 1 als Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellte Anlage dient zum Aufheizen eines Rohölstroms in einem Wärmetauscher 10, dem das Rohöl durch eine Zuführleitung 11 in Pfeilrichtung 12 mit Unterstützung durch eine Pumpe 13 zugeführt wird. Der Wärmetauscher 10 umfaßt in üblicher Weise ein Bündel von nicht dargestellten Rohren, in denen das Rohöl mit der Prozesswärme aufgeheizt wird, die durch die Rohrwandung hindurch auf das Rohöl wirksam wird, wenn es die Rohre durchläuft. Hinter dem Wärmetauscher 10 wird das Rohöl über die Leitung 14 in Pfeilrichtung 15 ab- und der nächsten Verarbeitungsstufe zugeführt. Die Temperatur des durch die Anlage geführten Rohöls kann beispielsweise im Bereich von 120°C bis 400°C liegen.
Zur Reinigung der Rohre des Wärmetauschers 10 während des laufenden Betriebs des Wärmetauschers 10 und der übrigen Komponenten der Anlage sind Reinigungskörper vorgesehen, die in 1 nicht dargestellt sind sondern anhand der übrigen Figuren noch näher erläutert werden. Die Reinigungskörper verteilen sich am Rohrboden des Wärmetauschers 10 so, daß in den Einlaß jedes Rohres mindestens ein Reinigungskörper eintritt. Die Reinigungskörper durchlaufen das zu reinigende Rohr jeweils frei unter dem Druck des Rohölstroms, indem sie am Einlaß des Rohres eintreten und das Rohr nach dem Durchlauf am Auslass wieder verlassen. Dabei findet eine intensive Reinigung der gesamten Rohrinnenwandung statt. Sämtliche an der Rohrinnenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen werden von den Reinigungskörpern abgeschabt und von diesen gemeinsam mit dem Rohölstrom aus dem Rohr ausgetragen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hierzu auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems sowie der erfindungsgemäßen Reinigungskörper im ersten Teil der Beschreibung hingewiesen.
Die Darstellung von 1 dient primär einer bevorzugten Ausführungsweise des erfindungsgemäßen Systems, wonach die Reinigungskörper in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Kreislauf geführt werden. Das bedeutet, daß die Reinigungskörper nach dem Durchlauf durch die Rohre zunächst mit einer Fangvorrichtung 16 aus dem Rohölstrom der Leitung 14 herausgeholt und durch eine Leitung 17 hindurch in Richtung des Pfeils 18 abgeführt werden, während der Rohölstrom die Anlage ohne Reinigungskörper über eine Abführleitung 15a wieder verläßt. In der Fangvorrichtung 16 kann ein Filter als stationäre Fangvorrichtung vorgesehen sein, der den gesamten Querschnitt der Fangvorrichtung 16 überspannt. Es können jedoch auch bewegbare oder feste Siebe – in 1 durch die gestrichelte Linie 16a angedeutet – als Fangvorrichtung 16 eingesetzt werden. Die Siebe sind zwischen einer neutralen Position, in der sie den gesamten Rohölstrom passieren lassen, und einer Sammelposition, in der sie den gesamten Querschnitt der Fangvorrichtung 16 überspannen und die Reinigungskörper aus dem Rohölstrom entfernen, umschaltbar.
Im Falle einer kontinuierlichen Reinigung der Rohre des Wärmetauschers 10 werden die Reinigungskörper von der Leitung 17 aus im Kreislauf wieder unmittelbar in die Zuführleitung 11 eingespeist (nicht dargestellt).
Für den Fall einer diskontinuierlichen Einspeisung der Reinigungskörper in den Kreislauf bzw. in die Zuführleitung 11 – entweder periodisch nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer oder in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad der Rohre oder auch von anderen Parametern – werden die Reinigungskörper durch die Leitung 17 hindurch einer Sammeleinrichtung, nämlich einer Schleuse 19 zugeführt, in der sie gesammelt und zu einem vorgegebenen Zeitpunkt über die Leitung 30 und eine Rückschlagklappe 40 in Pfeilrichtung 41 wieder in die Zuführleitung 11 eingespeist werden. Hierfür ist die Schleuse 19 in eine obere Kammer 20 und eine untere Kammer 2i unterteilt, die durch einen Boden 22 voneinander getrennt sind. In dem Boden befindet sich eine Öffnung 23, die mit einer um eine Achse 25 verschwenkbaren Klappe 24 verschlossen wird, wenn die Reinigungskörper in der oberen Kammer 20 gesammelt werden. In einem Bypass 26, der von der oberen Kammer 20 ausgeht und mit seinem anderen Ende in einer bestimmten Position an die untere Kammer 21 angeschlossen ist, befindet sich eine Pumpe 28, die von der Leitung 17 kommendes Rohöl über einen Drahtkorb 29 oder dergleichen, der keine Reinigungskörper durchläßt, aus der oberen Kammer 20 derart in die untere Kammer 21 einspeist, daß der dort eintretende Strahl, wie durch den Doppelpfeil angedeutet ist, die Klappe 24 in der geschlossenen Stellung der Öffnung 23 hält, solange die Reinigungskörper in der oberen Kammer 20 gesammelt werden. Wird die Pumpe 28 abgestellt, sinkt die Klappe 24 in die in der Zeichnung mit gestrichelten Linien dargestellte Offenstellung, so daß die Reinigungskörper von der oberen Kammer 20 in die untere Kammer 21 gelangen.
Am Beginn eines neuen Reinigungszyklus steht die Klappe 24 in der Offenstellung. Die Reinigungskörper befinden sich in der unteren Kammer 21. Sobald der Antrieb der Pumpe 28 eingeschaltet wird, schwenkt die Klappe 24 unter der Wirkung der gegen die Klappe 24 gerichteten Rohölströmung aus der Bypass-Leitung 26 nach oben in die Schließstellung. Die Reinigungskörper werden durch die Rohölströmung aus der Bypass-Leitung 26 in die Leitung 30, in der die Rückschlagklappe 40 am Beginn des Reinigungszyklus durch den Druck des Strömungsmediums geöffnet wird, und von hier wieder in die Einlaßleitung 11 gefördert. Während eines solchen Reinigungszyklus durch die Fangvorrichtung 16 gesammelte Reinigungskörper werden durch die Leitung 17 wieder in die obere Kammer 20 transportiert, weil die Öffnung 23 durch die Klappe 24 verschlossen ist. Am Ende des Reinigungszyklus wird der Antrieb der Pumpe 28 abgeschaltet. Der Rohölstrahl aus der Bypass-Leitung 26 hört auf, so daß die Klappe 24 unter der Wirkung ihrer Schwerkraft aus der Schließstellung in die Offenstellung zurückschwenkt. Die Rückschlagklappe 40 verhindert einen Rückfluß des Mediums. Die Reinigungskörper sinken aus der oberen Kammer 20 durch die Öffnung 23 hindurch in die untere Kammer 21. Dort bleiben sie bis zum Beginn des nächsten Reinigungszyklus.
Die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Betriebsweise wird bei sinkenden Reinigungskörpern, d. h. bei Reinigungskörpern mit höherer Dichte als das Betriebsmedium (z. B. Rohöl) angewandt. Für Reinigungskörper mit geringerer Dichte, d. h. Reinigungskörper, die im Betriebsmedium, ggfs. auch Rohöl, aufsteigen, ist eine alternative Ausführung und Betriebsweise der Schleuse vorzusehen. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schleuse ist in schematischer Darstellung 1a zu entnehmen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im wesentlichen auf den Aufbau und die Betriebsweise der Schleuse.
Diese Schleuse 19 ist ähnlich wie die Schleuse 19 in 1 in eine obere und untere Kammer 20, 21 unterteilt, die durch einen Boden 22 voneinander getrennt sind. In dem Boden 22 befindet sich eine Öffnung 23, die mit einer um eine Achse 25 schwenkbaren Klappe 24 verschlossen wird, wenn die Reinigungskörper in der unteren Kammer 21 gesammelt werden. In einem Bypass 26, der von der unteren Kammer 21 ausgeht und mit seinem anderen Ende in einer bestimmten Position an die obere Kammer 20 angeschlossen ist, befindet sich wie in der erstgenannten Ausführung eine Pumpe 28, die von der Leitung 17 kommendes Rohöl über einen Drahtkorb 29 oder dergleichen, der keine Reinigungskörper durchläßt, aus der unteren Kammer 21 derart in die obere Kammer 20 einspeist, daß der dort eintretende Strahl, wie durch den Doppelpfeil angedeutet ist, die Klappe 24 entgegen der Federkraft einer Feder 24a in der geschlossenen Stellung der Öffnung 23 hält, solange die Reinigungskörper in der unteren Kammer 21 gesammelt werden. Wird die Pumpe 28 abgestellt, öffnet sich die Klappe 24 durch die Federkraft in die in der Zeichnung mit gestrichelten Linien dargestellte Offenstellung, so daß die Reinigungskörper von der unteren Kammer 21 in die obere Kammer 20 aufsteigen.
Am Beginn eines neuen Reinigungszyklus steht die Klappe 24 in der Offenstellung. Die Reinigungskörper befinden sich in der oberen Kammer 20. Sobald der Betrieb der Pumpe 28 eingeschaltet wird, schwenkt die Klappe 24 unter der Wirkung der gegen die Klappe 24 gerichteten Rohölströmung aus der Bypass-Leitung 26 entgegen der Federkraft nach unten in die Schließstellung. Die Reinigungskörper werden durch die Rohölströmung aus der Bypass-Leitung 26 in die Leitung 30, in der die Rückschlagklappe 40 am Beginn des Reinigungszyklus durch den Druck des Strömungsmediums geöffnet wird, und von hier wieder in die Einlassleitung 11 gefördert. Während eines solchen Reinigungszyklus durch die Fangvorrichtung 16 gesammelte Reinigungskörper werden durch die Leitung 17 wieder in die untere Kammer 21 transportiert und hier gesammelt, weil die Öffnung 23 durch die Klappe 24 verschlossen ist. Am Ende des Reinigungszyklus wird der Antrieb der Pumpe 28 abgeschaltet. Der Rohölstrahl aus der Bypass-Leitung 26 hört auf, so daß die Klappe 24 unter der Wirkung der Federkraft aus der Schließstellung in die Offenstellung zurückschwenkt. Die Reinigungskörper steigen aus der unteren Kammer 21 durch die Öffnung 23 in die obere Kammer 20. Dort bleiben sie bis zum nächsten Reinigungszyklus.
Im folgenden werden sechs verschiedene Ausführungsbeispiele von Reinigungskörpern gemäß 2–8 erläutert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen gleichzeitig auf den ersten Teil der Beschreibung Bezug genommen wird:
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel von 1 besteht ein Reinigungskörper 1a aus einem zentralen, kugeligen Hohlkörper als Auftriebselement 2 mit einem äußeren abrasiven Reinigungselement 4 aus Metall-Gestrick, das unter Zwischenschaltung eines metallischen Elastizitätsmediums 3 fest mit dem Auftriebselement 2 verbunden ist. Die Verbindungen der Bestandteile werden durch herkömmliche Verbindungsverfahren wie Schweißen, Kleben, Löten oder dergleichen hergestellt. Das Auftriebselement 2 ist in diesem Fall relativ klein im Vergleich zu dem Reinigungselement 4, dessen Metall-Gestrick ebenso wie die Struktur des Elastizitätsmediums 3 relativ locker ist, so daß das Auftriebselement 2 im Hinblick auf die gewünschte Gesamtdichte des Reinigungskörpers 1a ein relativ geringes Gewicht auszugleichen hat. Das spezifische Gesamtgewicht des Reinigungskörpers 1a ist grundsätzlich der Dichte des Mediums im wesentlichen anzupassen, es sei denn, daß Umstände vorliegen, die einen Unterschied zulassen oder sogar erfordern. Sämtliche Teile des Reinigungskörpers 1a bestehen aus Metall – mit Ausnahme des Klebemittels, das auch aus einem hochhitzebeständigen Kunststoff bestehen kann. Das Metall-Gestrick des Reinigungselements 4 ist aus mehr- insbesondere vierkantigem Draht oder Bandmaterial aus Edelstahl hergestellt, wobei das Reinigungselement 4 gemeinsam mit dem Elastizitätsmedium 3 dem Reinigungskörper 1a die notwendige elastisch federnde Eigenschaft verleiht. Hierfür besteht das Elastizitätsmedium 3 aus elastisch federnden gewickelten Metall-Lamellen oder einem entsprechend elastisch federnden Metall-Geflecht, das jeweils hohlkugelförmig auf dem Auftriebselement 2 – einer druckdichten Metallhohlkugel – befestigt ist. Ganz gleich, welches Metall oder anderweitiges Material für die Bestandteile des Reinigungskörpers 1a gewählt wird, sind die Bestandteile für Prozeßtemperaturen, die bis 400°C betragen können, ausgelegt, und sie sind widerstandsfähig gegenüber einem aggressiven Prozeßmedium wie Rohöl. Diese Feststellungen gelten auch für die weiteren Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben werden. Für das Elastizitätsmedium 3 kann beispielsweise auch eine schlauchförmige Matte aus Federstahl-Drahtgestrick verwendet werden, wobei der Schlauch z.B. an beiden Enden zum Schließen und zum Befestigen gelötet sein kann. Wesentlich ist die Elastizität dieser Schicht, damit sich der Reinigungskörper 1a dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohrs leicht anpassen und dennoch, wenn der Reinigungskörper 1a das Rohr durchläuft, einen Druck auf die Innenwandung des Rohrs ausüben kann, der zum Abreinigen von Verunreinigungen von der Innenwandung des Rohres ausreicht. Das Metall-Gestrick oder Streckmetall des Reinigungselementes 4 wird durch Löten oder durch ein anderes herkömmliches Verbindungsverfahren, wie oben erwähnt, mit dem Elastizitätsmedium 3 fest verbunden. Ein so gebildeter Rohling wird am Ende in eine kugelige Form gepreßt. Der kugelige Hohlkörper des Auftriebselementes 2 wird beispielsweise aus zwei tiefgezogenen Metallhalbschalen gebildet.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der Reinigungskörper 1b aus einer druckfesten Metallhohlkugel als Auftriebselement 2 mit einem unmittelbar darauf befe stigten im wesentlichen kugelförmig gestalteten Reinigungselement 4 aus Metall-Geflecht bzw. aus Streck-Metall aus Federstahl gebildet. Die Befestigung auf dem Auftriebselement 2 und eine Stabilisierung des elastischen Materials des Reinigungselementes 4 erfolgt z.B. durch Löten. Da das Reinigungselement 4 in diesem Fall sehr elastisch ist, wird kein zusätzliches Elastizitätsmedium wie im ersten Ausführungsbeispiel gebraucht, und auch in diesem Fall ist das Auftriebselement 2 im Verhältnis zum Reinigungselement 4 vergleichsweise klein.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist auf dem kugeligen Auftriebselement 2 das Reinigungselement 4, das aus Metall-Gestrick oder Metall-Geflecht wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bestehen kann, sowohl beispielsweise durch Löten unmittelbar an dem Auftriebselement 2 befestigt und darüber hinaus ganz oder teilweise in das Elastizitätsmedium 3 eingebettet, das aus einem temperaturbeständigen Elastomer oder auch aus elastischem Metallschaum bestehen kann. In diesem Fall wird ggf. in einem Arbeitsgang das Reinigungsmedium 4 und das Elastomer in einer Spritzform in die gewünschte Kugelform gebracht und das Elastomer in die Struktur aus Streck-Metall oder Metall-Gestrick eingespritzt. Dieses Herstellungsverfahren läßt sich besonders einfach durchführen. Wie bei sämtlichen anderen Ausführungsbeispielen werden auch hier als – Verbindungsverfahren Schweißen, Kleben, Löten oder dergleichen angewendet.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 5 weist der Reinigungskörper 1d keinen gesonderten Auftriebskörper 2 auf, sondern dort ist ein aus Metall-Lamellen, Metall-Gestrick oder Metall-Geflecht bzw. Streckmetall bestehendes Reinigungsmedium 4 unmittelbar in ein aus elastischem Metallschaum oder aus temperaturbeständigem Elastomer bestehendes Elastizitätsmedium 3 eingebettet, das gleichzeitig als Auftriebselement 2 wirkt.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel eines Reinigungskörpers 1e gemäß 6 ist das Auftriebselement 2 ebenfalls deutlich kleiner als das Reinigungselement 4, und dieser Reinigungskörper 1e wird aus dem in 7 dargestellten Rohling 1e hergestellt. Zunächst wird auf die Metallkugel des Auftriebselementes 2 eine außen, wie in 7 dargestellt, geschlitzte Ronde 5 aus Federstahl aufgelötet, wie z. B. bei 6 angedeutet ist. Anschließend werden zwei Rondenhälften 5a unter einem Winkel von 90° gegenüber der Ronde 5 auf das Auftriebselement 2 aufgelötet, worauf halbkreis- oder viertelkreisförmige Rondensegmente 5b in der aus 7 ersichtlichen symmetrischen Weise in den verbleibenden Zwischenräumen auf dem Auftriebselement 2 angeordnet und aufgelötet werden. Dann werden die außen radial abstehenden Stege 7 der Ronde 5 sowie der Rondenhälften 5a und der Rondensegmente 5b so verformt, daß die in 6 dargestellte Kugelform des Reinigungskörpers 1e entsteht, der außen scharfkantige Stege bzw. Lamellen 7 aufweist, die insgesamt elastisch sind, so daß sie sich dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres anpassen können und dennoch den zum Abreinigen von Verunreinigungen von der Innenwandung des Rohres ausreichenden Druck aufbringen.
Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Reinigungskörper erfolgt die Auslegung des Gewichts dahingehend, daß das Gesamtgewicht des Reinigungskörpers im wesentlichen dem spezifischen Gewicht des Mediums entspricht, damit die Reinigungskörper in der Medienströmung schweben können und sich vor allem auf diese Weise gleichmäßig im Bereich des Rohrbodens des Wärmetauschers verteilen, wenn die Reinigungskörper in die zu reinigenden Rohre einzuspeisen sind. Auf mögliche Ausnahmen ist in der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels hingewiesen worden.
Zur Reinigung der Rohre z.B. des Wärmetauschers 10 der in 1 dargestellten Anlage werden die Reinigungskörper 1a–1e über die Zuführleitung 11 für die Rohölströmung auf der Einlaßseite des Wärmetauschers 10 eingespeist und gelangen so bis in den Bereich des Rohrbodens des Wärmetauschers 10. Wenn sich dort der Rohölstrom auf die einzelnen Rohre des Wärmetauschers 10 aufteilt, werden die Reinigungskörper 1a–1e ohne weiteres mitgenommen, so daß sie in den Einlaß eines der zu reinigenden Rohre des Wärmetauschers 10 eintreten. Dabei werden die Reinigungskörper 1a–1e elastisch federnd bis zum Erreichen des Innendurchmessers der Rohre zusammengedrückt. So wird eine Anpresskraft erzeugt, die notwendig ist, um die Kontaktfläche, also die Außenfläche der Reinigungselemente 4 der Reinigungskörper 1a–1e, an die Rohrinnenwandung der zu reinigenden Rohre zu drücken. Unter der Wirkung der Anpresskraft findet eine Abreinigung von Ablagerungen von Schmutzteilchen oder dergleichen von der Rohrinnenwandung statt, wenn die Reinigungskörper 1a–1e die Rohre durchlaufen, wobei der Strömungsdruck des Strömungsmediums als Vortriebskraft auf die Reinigungskörper 1a–1e wirkt.
Abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist in dem sechsten Ausführungsbeispiel, das in 8 dargestellt ist, der Reinigungskörper 1f zweiteilig ausgebildet. An einem – in Strömungsrichtung S – vorderen, etwa birnenförmigen bzw. Balligen vorzugsweise aber kugeligen Metallhohlkörper als Auftriebselement 2 ist als Reinigungselement 4 eine kreisrunde sowie blattförmige Scheibe aus Federblech mit einer Dicke von ca. 0,1–0,5 mm mittig, wie dargestellt, bspw. durch Schweißen oder Löten befestigt. Die erforderliche Festigkeit bzw. Stabilität bestimmt die Mindestdicke dieser Scheibe, deren Durchmesser ein Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres 5 aufweist. Am Außenrand des Reinigungselementes 4 befindet sich ein Kranz aus elastisch federnden Lamellen 4a, die bei dem Eintritt des Reinigungselementes 4 in das zu reinigende Rohr 5 elastisch federnd nachgeben, so daß sich der Außendurchmesser des Reinigungselementes 4 an den Innendurchmesser des Rohres anpaßt und die Lamellen 4a mit der notwendigen Anpresskraft an die Innenwandung des Rohres 5 angedrückt werden. Auf diese Weise können die Lamellen 4a des Reinigungselementes 4 Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen von der Innenwandung des Rohres 5 abreinigen, wenn der Reinigungskörper 1f das Rohr unter der Wirkung des Strömungsmediums durchläuft. Wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beträgt auch hier das spezifische Gesamtgewicht des Reinigungskörpers ca. 0,8 g/cm³. Der Reinigungskörper 1f ist bezüglich der Auswahl des Metalls und der Verbindung zwischen dem Auftriebselement 2 und dem Reinigungselement 4 für Betriebstemperaturen von ca. 400°C ebenso ausgelegt wie bezüglich der chemisch aggressiven Eigenschaften von Rohöl, das das Strömungsmedium bildet.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß der Reinigungskörper 1f in der zweiteiligen Ausführung, wie z.B. in 8 dargestellt, im Bereich des Rohrbodens des Wärmetauschers, wenn die Reinigungskörper 1f in die zu reinigenden Rohre einzuspeisen sind, eine Selbstausrichtung spätestens vor dem Einlaß der zu reinigenden Rohre vornimmt, und zwar derart, daß stets das Auftriebselement 2 als erstes in den Einlaß des Rohres 5 eintaucht und das Reinigungselement 4 dem Auftriebselement 2 folgt, so daß sich automatisch die in 8 dargestellte Lage des Reinigungskörpers 1f in dem Rohr 5 ergibt. Ebenso problemlos lassen sich die Reinigungskörper 1f in der Fangvorrichtung 16 aus dem Rohölstrom der Leitung 14 entfernen und in die Leitung 17 abführen sowie entweder unmittelbar wieder in die Zuführleitung 11 einspeisen für eine kontinuierliche Reinigung der Rohre des Wärmetauschers wie des Wärmtauschers 10 der in 1 dargestellten Anlage oder aber über die Leitung 17 in die als Sammeleinrichtung vorgesehene Schleuse 19 transportieren und von dort zu gegebener Zeit wieder in die Zuführleitung 11 einspeisen. Die Scheibe des Reinigungselementes 4 kann in der Mitte dickwandiger als außen ausgeführt sein. Denn die erforderliche Elastizität zwecks Anpassung an den Innendurchmesser des Rohres 5 ist ausschließlich von dem Außenrand des Reinigungselementes 4 aufzubringen. Der Hohlkörper bzw. die Kugel des Auftriebselementes 2 kann im übrigen wesentlich kleiner ausgeführt sein als in dem in 8 dargestellten Beispiel. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß bei dem Reinigungskörper 1f die für die Erzeugung des notwendigen Differenzdrucks erforderliche Sperrung im Rohr 5 allein von der Scheibe des Reinigungselementes 4 übernommen wird. Auch dieses Merkmal ist von Bedeutung für die automatische Ausrichtung des Reinigungskörpers 1f.
Die Darstellungen von 1 und 1a und die beschriebenen Betriebsweisen sind nur als reine Ausführungsbeispiele zu verstehen, auf die die Erfindung keineswegs beschränkt ist.
Vor allem ist auch darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen Reinigungskörper nicht nur in Anlagen zur Verarbeitung von Rohöl sondern auch in anderen Anlagen, die in Hochtemperaturbereichen oberhalb von 120°C betrieben werden, verwendet werden können. So eignen sich die Reinigungskörper bspw. auch zur Reinigung von Verdampferrohren in Meerwasserentsalzungsanlagen und anderen Hochtemperaturanwendungen. Auch eine Verwendung der Reinigungskörper für spezielle Anwendungen mit aggressiven Medien in der chemischen Industrie ist möglich.
Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß erfindungsgemäße Reinigungskörper auch in Rohrsystemen Verwendung finden können, die in Temperaturbereichen unter 120°C betrieben werden. Die häufige Erwähnung einer Arbeitstemperatur oberhalb 120°C in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen beruht darauf, daß sich die erfindungsgemäßen Reinigungskörper primär für Wärmetauscher eigenen sollen, die von Rohöl im Hochtemperaturbereich als Medium durchströmt werden, ohne daß die Verwendung erfindungsgemäßer Reinigungskörper auf diese Anwendung beschränkt ist.

Claims

System zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern, die von einem Strömungsmedium, insbesondere von Rohöl, mit einer Temperatur oberhalb 120° C durchströmt werden, wobei zum Reinigen eines Rohres an dessen Innenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen durch Abreinigen gelöst und aus dem Rohr ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß – Reinigungskörper (1a–1f), die – temperaturbeständig (oberhalb 120° C) und – gegenüber aggressiven Strömungsmedien wie Rohöl widerstandsfähig sind und – deren Außenabmessungen beim Reinigen gleich dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres (5) sind und die – eine äußere zum Abreinigen von Ablagerungen von einer Rohrinnenwandung geeignete Kontaktfläche aufweisen, – unter dem Druck des Strömungsmediums das Rohr (5) durchlaufen und – mit ihrer Kontaktfläche unter der Wirkung einer Anpreßkraft an die Rohrinnenwandung gedrückt werden, und daß – während des Durchlaufs der Reinigungskörper (1a–1f) an der Innenwandung des Rohres (5) anhaftende Ablagerungen von der Kontaktfläche der Reinigungskörper (1a–1f) erfaßt und gelöst sowie – von dem Strömungsmedium und/oder dem Reinigungskörper (1a–1f) mitgenommen und – aus dem Rohr (5) ausgetragen werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungskörper (1a–1f) nach dem Durchlauf durch die Rohre (5) gesammelt und bei Bedarf den Eintrittsöffnungen der Rohre (5) für einen weiteren Reinigungsdurchgang durch die Rohre (5) zugeführt werden.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungskörper (1a–1f) in einem Kreislauf geführt, nämlich nach dem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Durchlauf durch die Rohre (5) entweder unmittelbar der Einlaßseite der Rohre (5) für einen erneuten Durchlauf wieder zugeführt oder zunächst in einer Fangvorrichtung gesammelt und die Reinigung der Rohre (5) unterbrochen und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer oder in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad oder von einem anderen Parameter wieder durchgeführt wird.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführungsleitung für die Reinigungskörper zwischen der Einlaß- und Auslaßseite des Wärmetauschers ein Filter oder ein bewegbares oder feststehendes Sieb zum Auffangen der Reinigungskörper (1a–1f) aus dem Mediumstrom als Fangvorrichtung für die Reinigungskörper (1a–1f) vorgesehen ist.
System nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangvorrichtung eine Schleuse zum Befüllen, Entleeren und zur Zwischenlagerung der Reinigungskörper während der Unterbrechung der Rohrreinigung nachgeschaltet ist.
Reinigungskörper für Systeme zum Reinigen von Rohren von Wärmetauschern, die von einem Strömungsmedium, insbesondere von Rohöl mit einer Temperatur oberhalb 120°C durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper (1a–1f) derart ausgebildet ist, daß zum Reinigen eines Rohres (5) des Wärmetauschers an dessen Innenwandung anhaftende Ablagerungen wie Schmutzteilchen oder dergleichen durch Abreinigen gelöst und aus dem Rohr (5) ausgetragen werden, wenn der Reinigungskörper das Rohr durchläuft.
Reinigungskörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper (1a–1e) – temperaturbeständig (oberhalb 120°C) und – gegenüber aggressiven Strömungsmedien wie Rohöl widerstandsfähig ist und – seine Außenabmessungen beim Reinigen des Rohres (5) gleich dem Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres (5) sind und der Reinigungskörper (1a–1e) – eine äußere zum Abreinigen von Ablagerungen von einer Rohrinnenwandung geeignete Kontaktfläche aufweist, – unter dem Druck des Strömungsmediums das Rohr (5) durchläuft und – mit seiner Kontaktfläche unter der Wirkung einer Anpresskraft an die Rohrinnenwandung gedrückt wird, und daß – während des Durchlaufs des Reinigungskörpers (1a–1e) an der Innenwandung des Rohres (5) anhaftende Ablagerungen von der Kontaktfläche des Reinigungskörpers (1a–1e) erfaßt und gelöst sowie – von dem Strömungsmedium und/oder dem Reinigungskörper (1a–1e) mitgenommen und – aus dem Rohr (5) ausgetragen werden.
Reinigungskörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper (1a–1e) als im wesentlichen kugelförmiger, elastischer Rollkörper mit reinigender Oberfläche ausgebildet ist, wobei die gesamte Oberfläche des Reinigungskörpers (1a–1e) die Kontaktfläche zum Abreinigen von Ablagerungen von der Rohrinnenwandung bildet.
Reinigungskörper nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Reinigungskörpers (1a–1e) im druckfreien Zustand, nämlich vor dem Eintritt des Reinigungskörpers (1a–1e) in das Rohr (5), größer als der Innendurchmesser des Rohres (5) ist und sich dem Innendurchmesser anpaßt, wenn der Reinigungskörper (1a–1e) in die Eintrittsöffnung des Rohres (5) eintritt und dabei elastisch federnd zusammengedrückt wird.
Reinigungskörper nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper (1a–1e) innen ein Auftriebselement (2) und außen ein Reinigungselement (4) aufweist.
Reinigungskörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftriebselement (2) im Zentrum des Reinigungskörpers (1a–1e) angeordnet ist und aus einem oder mehreren druckfesten oder druckfest gestalteten Hohlkörpern z.B. aus Metall oder Körpern mit geringem spezifischem Gewicht wie z.B. Metallschaum besteht.
Reinigungskörper nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungselement (4) die Kontaktfläche bildet und aus Metall-Lamellen, Metall-Gestrick, Metall-Geflecht, Metall-Folie oder aus einer direkt auf das Auftriebselement (2) oder auf ein Zwischenelement aufgebrachten Schicht aus abrasivem temperatur- und mediumbeständigem Material besteht.
Reinigungskörper nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungselement (4) elastisch federnd ausgebildet ist.
Reinigungskörper nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisch federndes Elastizitätsmedium (3) wie Metallschaum das Reinigungselement (4) trägt.
Reinigungskörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper (1f) aus einem – in Strömungsrichtung des Strömungsmediums im Rohr (5) gesehen – vorderen Auftriebselement (2) und einem an dessen Rückseite befestigten Reinigungselement (4) besteht.
Reinigungskörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftriebselement (2) eine ballige Form aufweist.
Reinigungskörper nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungselement (4) blatt- oder scheibenförmig sowie kreisrund ausgebildet ist und einen Kranz aus federnd elastischen Lamellen (4a) trägt, der als Kontaktfläche an der Rohrinnenwandung anliegt.
Reinigungskörper nach einem der Ansprüche 10–17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination aus dem Auftriebselement (2) und dem Reinigungselement (4) in ihrer Gesamtwichte so ausgelegt ist, daß sich die Gesamtwichte um nicht mehr als 0,25 g/cm³ von der Wichte des Strömungsmediums unterscheidet.
Reinigungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Reinigungselementes (4), des Elastizitätsmediums (3) und des Auftriebselementes temperaturbeständig (min. 120°C) sowie widerstandsfähig gegenüber aggressiven Medien wie Rohöl ist und vorzugsweise aus Metall besteht.
Reinigungskörper nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskörper als rollenförmige Bürste aus Metall ausgebildet ist.