DE1047111B - Gefaess mit Schutzauskleidung aus Metall - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Metallgefäße, z. B. Behälter oder Tanks, Druckgefäße oder Kessel, chemische Reaktoren, Wärmeaustauscher, Rohrleitungen usw., die zur Aufnahme von korrodierenden Gasen oder Flüssigkeiten bestimmt und gegen deren Einwirkung mittels einer Auskleidung aus Metall geschützt sind. Die Erfindung betrifft insbesondere eine verbesserte Anordnung dieser Auskleidung, bei der die Ränder der einzelnen Teile der Auskleidung mittels Schweißnähte aus einem korrosionsbeständigen Metall miteinander verbunden sind, und bei der Indikatorbohrungen vorgesehen sind, die es ermöglichen, Undichtigkeiten nachzuweisen und ein Gas oder eine Flüssigkeit einzuleiten, um dem Herausdringen des gasförmigen oder flüssigen Gefäßinhalts durch undichte Stellen entgegenzuwirken.

Es ist bekannt, stählerne Druckgefäße mittels Auskleidungen zu schützen, bei denen zwischen den Kanten der einzelnen Teile der Auskleidung Spalte offenbleiben, die mittels mit der Auskleidung verschweißter Streifen aus korrosionsbeständigem Metall abgedeckt sind. Ferner ist es bekannt, zum Auskleiden solcher Behälter ein mehrschichtiges Material auf Blechgrundlage, z. B. ein Stahlblech mit Schutzüberzug, zu verwenden, bei dem eine Unterlage aus Kohlenstoff- oder Legierungsstahl auf einer Seite gleichmäßig und untrennbar mit einem korrosionsbeständigen Metall überzogen ist. Weiterhin ist es bekannt, im Metallmantel mit dem Raum hinter der Auskleidung in Verbindung stehende Indikatorbohrungen vorzusehen, die es ermöglichen, etwa auftretende Undichtigkeiten festzustellen, wobei gegebenenfalls ein nichtkorrodierender gasförmiger oder flüssiger Stoff zugeführt wird, der einen Gegendruck erzeugt. Derartige Indikatorbohrungen können mit Rohrleitungen verbunden sein.

Die bekannten Konstruktionen weisen jedoch gewisse Nachteile auf. Einer dieser Nachteile besteht in dem langen und engen Strömungsweg, den der durch Undichtigkeiten austretende gasförmige oder flüssige Stoff passieren muß, bevor er die Indikatorbohrung erreicht. Gegebenenfalls können hierbei vor Feststellung der Undichtigkeit Teile des Gefäßes, z. B. des äußeren Mantels, der Schweißstellen und der Auskleidung, die nicht aus korrosionsbeständigem Metall bestehen, erheblich geschädigt werden. Ein weiterer Nachteil ist der starke Druck, der benötigt wird, um einen nichtkorrodierenden Stoff durch die Öffnung einzuführen, damit er durch die undichte Stelle einströmt. Bei zeitweiligem Versagen oder bei Verstopfung des Zufuhrsystems für den nichtkorrodierenden druckerzeugenden gasförmigen oder flüssigen Stoff bleibt der äußere Mantel ungeschützt. Außerdem wird das korrodierende Gas bzw. die korrodierende Flüssigkeit durch den zugeführten Stoff nicht wirksam aus allen Spalten und Gefäß mit Sctiutzauskleidung aus Metall

Anmelder:

N. V. De Bataafsche Petroleum Maatschappij, Den Haag

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 13. Dezember 1954

Howard Quast Duguid, Emeryville, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Ritzen zwischen Auskleidung und Mantel herausgespült, da der letztere ausschließlich zu der undichten Stelle strömt, so daß die Korrosion selbst dann weitergeht, wenn das nichtkorrodierende Strömungsmittel bereits zugeführt wird. Ferner wirkt sich der Druck des durch die Bohrungen eingeführten Stoffes auf die gesamte Fläche der Auskleidung aus und ist bestrebt, diese von dem Außenmantel zu trennen. Deshalb muß der Druck den Druckschwankungen im Gefäß sorgfältig angepaßt werden, wenn nicht das Auftreten erheblicher Spannungen an den Schweißstellen in Kauf genommen werden soll. Wird das unter Druck stehende Gas bzw. die Flüssigkeit in den gesamten Raum hinter der Auskleidung eingeleitet, so muß die Auskleidung wegen ihrer geringen Widerstandsfähigkeit gegen einen von außen wirkenden Druck aus schmalen Streifen hergestellt werden, wodurch sich die Gestehungskosten erhöhen.

Erfindungsgemäß ist bei Gefäßen mit geschweißter Auskleidung aus korrosionsbeständigem Metall eine zum Anzeigen von Undichtigkeiten dienende Bohrung (Indikatorbohrung) derart angeordnet, daß sich ein kurzer, unmittelbarer Strömungsweg von demjenigen Gebiet der Auskleidung aus ergibt, in welchem das Auftreten einer Undichtigkeit am ehesten zu erwarten ist, so daß der Strömungsweg des durch die Undichtigkeit austretenden korrodierenden gasförmigen oder flüssigen Stoffes verkürzt und die Zufuhr des unter Druck stehenden nichtkorrodierenden Stoffes zu dem Gefäß erleichtert wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist bei Gefäßen der oben bezeichneten Art die zum Anzeigen von Undichtigkeiten dienende Indikatorbohrung

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mit einem Rohr ausgekleidet, das vorzugsweise ebenfalls aus korrosionsbeständigem Metall besteht, um das Strömen des durch Undichtigkeiten austretenden Stoffes auf Kanäle zu beschränken, die durch korrosionsbeständige Flächen abgegrenzt sind.

Die erfindungsgemäß ausgestalteten Gefäße bestehen aus einem äußeren Mantel z. B. aus Kohlenstoffoder Legierungsstahl und einer Schutzauskleidung, die an der Innenfläche des Metallmantels befestigt und so angeordnet ist, daß zwischen den Rändern der Auskleidungsteile, z. B. zwischen den Kanten der einzelnen Platten bzw. zwischen den Rändern der schraubenlinienförmig angeordneten Auskleidungsstreifen, Spalte verbleiben, wobei mindestens die Außenfläche der Auskleidung aus korrosionsfestem Metall besteht. Die Spalte sind mit Streifen aus Schutzmetall abgedeckt, die mit der Auskleidung mit Hilfe eines schützenden bzw. korrosionsbeständigen Schweißmetalles verschweißt sind. Durch den Mantel hindurch erstreckt sich eine zum Anzeigen von Undichtigkeiten dienende Bohrung, die Undichtigkeiten in der Auskleidung anzeigt. Erfindungsgemäß steht diese Indikatorbohrung unmittelbar mit dem unterhalb des Abdeckstreifens liegenden Raum des Schlitzes in Verbindung. Vorzugsweise ist der Spalt durch Schweißnähte ausgefüllt, welche die Auskleidung mit dem Mantel verbinden, und die Indikatorbohrung ist mit einem Rohr aus Schutzmetall ausgekleidet, das sich durch die erwähnte Verbindungsschweißung hindurch erstreckt und seinerseits mit dieser verschweißt ist.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil eines mit einer Auskleidung versehenen Gefäßes,

Fig. 2 einen in größerem Maßstab gezeichneten, senkrechten Schnitt, der die Einzelheiten der Verbindung und der Schweißstellen zeigt,

Fig. 3, ähnlich der Fig. 2, einen Schnitt, der durch eine zum Anzeigen von Undichtigkeiten dienende Indikatorbohrung gelegt ist, und

Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Druckgefäß dargestellt, das einen äußeren Stahlmantei 10 aufweist, der z. B. in Schweißkonstruktion ausgeführt sein kann und mit einer aus mehreren Einzelplatten bestehenden Auskleidung 11 versehen ist. Die Auskleidungsplatten sind zylindrisch gekrümmt, damit ihre Flächen der Innenfläche des Mantels 10 entsprechen, und die einzelnen Platten sind so angeordnet, daß zwischen ihren Rändern Spalte offenbleiben. Mit dem äußeren Mantel sind sie durch geeignete Mittel verbunden, die ausschließlich aus Schweißstellen bestehen können, welche in der nachstehend beschriebenen Weise in den Spalten oder Schlitzen angeordnet sind. Gegebenenfalls können zusätzlich an sich bekannte Punktschweißungen vorgesehen sein, welche die Platten mit dem Mantel oder mit über die Fläche der Auskleidungsplatten verteilten Ausschweißbolzen verbinden. In der Figur sind solche Schweißstellen nicht dargestellt.

Bei der Auskleidung besteht mindestens die der Einwirkung des gasförmigen oder flüssigen korrodierenden Stoffes ausgesetzte Fläche aus Schutzmetall, d. h., aus einem Metall bzw. einer Legierung, die durch die verwendeten Gase oder Flüssigkeiten nicht angegriffen wird, z. B. aus nichtrostendem Stahl, Kupfer, Aluminium, Bronze usw. Da einige dieser Schutzmetalle einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, entstehen insbesondere an den Schweißstellen entsprechend hohe thermische Beanspruchungen, wenn diese Metalle allein als Auskleidung verwendet und unmittelbar mit dem stählernen Mantel verschweißt werden. Um den bei hohen Temperaturen auftretenden Schwierigkeiten Herr zu werden und dabei gegebenenfalls einen Teil des teuren Metalls einzusparen, ist es vorteilhaft, Auskleidungsplatten zu verwenden, die aus mit dem Schutzmetall überzogenem Stahl bestehen. Derartige Platten können als »Schichtplatten« bezeichnet werden und sind in der Zeichnung dargestellt. Die Erfindung ist zwar der Verwendung von derartigen

ίο Platten besonders angepaßt, doch nicht darauf beschränkt. Die Platten bestehen im allgemeinen aus einem Blech aus Kohlenstoff- oder Legierungsstahl, bei welchem auf eine oder beide Flächen gleichmäßig und untrennbar eine Schutzschicht aus einem anderen Metall aufgebracht ist, deren Dicke gewöhnlich 10 °/o oder mehr der Gesamtdicke des Blechs beträgt. Die beiden Metalle lassen sich ohne weiteres durch Warm- oder Kaltwalzen von Blöcken aus den beiden Metallen miteinander verbinden, wobei diese Blöcke mit, vom metallurgischen Standpunkt aus gesehen, sauberen Flächen, gegebenenfalls unter Einschaltung eines Legierungsmetalls, aufeinandergelegt werden, und wobei die Ränder der Blöcke durch Schweißnähte abgedichtet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel besteht die Auskleidung aus einem Grundblech 12 aus Kohlenstoffstahl, mit dem eine dünnere Platte 13 bzw. ein Blech aus desoxydiertem Kupfer als Schutzmetall verbunden ist; die Ränder der Auskleidung sind vorzugsweise in der bei 14 angedeuteten Weise abgeschrägt, so daß sie einen Spalt freilassen. Die Schweißung, mittels deren die Auskleidungsplatten mit der Wandung des Mantels verbunden sind, besteht aus einer Stahlschweißnaht 15,, welche die Basis des Spalts ausfüllt und den stählernen Mantel mit dem stählernen Grundblech der Schichtplatten verbindet. Diese Schweißnaht als eigentliches Verbindungsmittel kann in einem oder mehreren Durchgängen erzeugt sein und verläuft vorzugsweise kontinuierlich. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Schweißnaht 15 durch eine oder mehrere weitere Schweißnähte abgedeckt, um sie gegen die korrodierende Wirkung des Strömungsmittels zu schützen. Zu diesem Zweck kann auf der Schweißnaht 15 eine durchlaufende Schweißraupe 16 aus Siliziumbronze oder Monelmetall aufgebracht sein, die ihrerseits durch eine durchlaufende letzte Schweißraupe 17 aus desoxydiertem Kupfer abgedeckt ist, welch letztere zwischen den Kupferschichten 13 liegt. Die Schweißraupe 16 dient hauptsächlich dem Zweck, eine Zwischenschicht von geringerem Eisengehalt einzuschalten, so daß die Korrosionsbeständigkeit der zuletzt aufgebrachten Schweißraupe 17 nicht durch Eisenaufnahme beeinträchtigt wird. Die freiliegenden Kanten der einander benachbarten Auskleidungsplatten sind durch einen Abdeckstreifen 18 aus desoxydiertem Kupfer überlappt, der so breit ist, daß er den Spalt überdeckt und flach an den Kanten der Auskleidungsplatten anliegt. Vorzugsweise ist der Abdeckstreifen 18 etwas dicker als die Schicht 13 und mit der Auskleidung mittels ebenfalls aus desoxydiertem Kupfer bestehender, ununterbrochener Schweißnähte 19 verbunden. Fig. 2 bis 4 zeigen die Einzelheiten nur an einem waagerechten Stoß zwischen den Auskleidungsplatten; die gleichen Einzelheiten sind jedoch auch bei den senkrechten Stoßstellen gemäß Fig. 1 vorgesehen. Die Stoßstellen der Auskleidung sind zweckmäßigerweise so angeordnet, daß sie sich nicht mit denjenigen des Mantels 10 decken.

Einige oder vorzugsweise sämtliche Verbindungsnähte sind mit einer oder mehreren Indikatorbohrun-

gen 20 versehen, die sich durch die Wand des Mantels hindurch in den Spalt hinein und durch die darin befindlichen Schweißnähte hindurch erstrecken, so daß sie unmittelbar mit dem Innenraum des Spalts an der Außenseite des Abdeckstreifens 18 in Verbindung stehen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Indikatorbohrung mit einem Kupferrohr 21 ausgekleidet, das vor dem Anbringen des Abdeckstreifens 18 eingebaut wird. Die Bohrung 20 im äußeren Mantel kann vor oder nach dem Anbringen der Auskleidung angebracht werden. Sie wird bis zum Inneren des Gefäßes durchlaufend gestaltet, indem durch die Schweißungen 15 bis 17 sowie durch Teile der abgeschrägten Ränder der Auskleidungsplatten hindurchgebohrt wird (s. Fig. 3 und 4). Das Rohr wird dann gegenüber der Stahlplatte 12 am Umfang durch eine Schweißnaht 22a abgedichtet, und diese Schweißnaht wird gegenüber der Schweißraupe 17 durch eine längs des Rohrumfangs verlaufende ununterbrochene Schweißraupe 22 abgedeckt; diese Schweiß raupe 22 kann sich bis zu der Schicht 13 der Auskleidung erstrecken. Die Schweißungen 22a und 22 können aus Siliziumbronze (oder Monelmetall) bzw. aus desoxydiertem Kupfer bestehen. Das Rohr wird ferner durch eine längs seines Umfangs verlaufende Schweißnaht 23 aus Siliziumbronze mit dem Außenmantel verbunden. Wie bei 25 angedeutet, ist auf das äußere Ende des Rohrs 21 eine Schweißmuffe 24 durch Hartlöten aufgesetzt, damit man das Rohr an eine Einrichtung zum Nachweis von Undichtigkeiten und/oder zum Aufbringen von Druck anschließen kann. Diese Einrichtung kann beispielsweise Mittel umfassen, um ein chemisch träges Strömungsmittel (Gas oder Flüssigkeit) durch die Rohre 21 hindurch mit einem Druck einzuleiten, der niedriger ist als der in dem Gefäß herrschende Druck, so daß das Sicherungsmittel beim Auftreten einer Undichtigkeit nach außen verdrängt wird. Ferner kann eine auf Druckänderungen ansprechende Vorrichtung vorgesehen sein, die das Auftreten von Undichtigkeiten nachweist, und/oder es sind Mittel vorgesehen, um einen unter Druck stehenden gasförmigen oder flüssigen Stoff, z. B. den nichtkorrodierenden Bestandteil des innerhalb des Gefäßes einer chemischen Reaktion unterliegenden Gemisches, nach dem Auftreten einer Undichtigkeit unter einem höheren Druck nach innen zu fördern, damit das Gefäß so lange wie beabsichtigt in Betrieb gehalten werden kann.

Es sei bemerkt, daß die vorstehend erwähnten Schweißmetalle für den Fall gelten, daß das nichtkorrodierende Schutzmetall Kupfer ist, während bei anderen Schutzmetallen andere Schweißmetalle verwendet werden.

Es liegt auf der Hand, daß eine Undichtigkeit am ehesten in der Nähe der Schweißnähte 19 auftritt, wo die stärksten Beanspruchungen zu erwarten sind, und wo das freiliegende Metall am stärksten einer Korrosion ausgesetzt ist, denn das Schweißmetall ist im allgemeinen als weniger widerstandsfähig zu betrachten als das Grundmetall, insbesondere, da poröse Stellen oder Risse vorhanden sein können. Wenn das Gefäß, in dem bei normaler Temperatur im wesentlichen keine Spannungen vorhanden sind, dann unter Innendruck bei einer Temperatur von z. B. 200 bis 300° C benutzt wird, treten erhebliche thermische Beanspruchungen auf, die bei wiederholtem Erhitzen und Abkühlen zur Bildung von Rissen führen können. Die Indikatorbohrung steht in unmittelbarer Verbindung mit dem durch den Abdeckstreifen 18 abgeschlossenen Raum, in welchen das eine Undichtigkeit passierende Gas bzw. die Flüssigkeit von innen her zuerst eintritt. Da der Abdeckstreifen nicht mit der letzten Schweißraupe 17 verschweißt ist, kann der herausdringende Stoff bzw. das dadurch verdrängte, unter Druck stehende, chemisch träge Sicherungsmittel hinter dem Abdeckstreifen zu dem nächstliegenden Indikatorloch gelangen. Man kann daher die Undichtigkeit feststellen, ohne daß der korrodierende Stoff innerhalb des Gefäßes durch irgendwelche Kanäle strömt, die durch ein Metall begrenzt sind, das von ihm angegriffen wird. Wenn umgekehrt ein unter Druck stehender nichtkorrodierender gasförmiger oder flüssiger Stoff mit einem Druck, der höher ist als der Druck der in dem Gefäß enthaltenen Gase bzw. Flüssigkeiten in die Indikatorbohrung eingepreßt wird, findet dieser von außen zugeführte Stoff leicht seinen Weg zu der Leckstelle und kann in das Gefäß gelangen, um den weiteren Ausströmen des korrodierenden Gefäßinhaltes entgegenzuwirken. Bei einem zeitweiligen Versagen oder einer Verstopfung des Sicherungssystems schützt die Schweißraupe 17 den äußeren Mantel gegen die korrodierenden Gase oder Flüssigkeiten. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die unter Druck stehenden Gase bzw. Flüssigkeiten sowie die Sicherungsmittel nur auf eine begrenzte Fläche der Auskleidung einwirken, und zwar nur auf die Fläche hinter den Abdeckstreifen 18, so daß das Bestreben, die Auskleidung von der Innenwand des Gefäßes 10 abzuheben, vermindert wird. Da somit nur geringe Kräfte dahin wirken, die Abdeckstreifen von den Auskleidungsplatten abzuheben, muß nicht so viel Sorgfalt darauf verwendet werden, daß durch die Indikatorbohrungen nur ein dem Innendruck des Gefäßes entsprechender Druck aufgebracht wird. Da der Gegendruck nur auf diejenigen Teile wirkt, die einem Außendruck ausgesetzt sind, sind die Abmessungen der Auskleidungstafeln dadurch eingeschränkt, daß sie nicht dem Gegendruck standhalten müssen. Durch die auf diese Weise mögliche Verwendung größerer Auskleidungstafeln werden die Herstellungskosten herabgesetzt, da die erforderlichen Schweißarbeiten verringert werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gefäß mit einem äußeren Mantel aus Metall, mit dessen Innenfläche die Außenfläche einer aus einzelnen Platten oder Streifen aus korrosionsbeständigem Metall bestehenden Auskleidung verbunden ist, wobei auf den Innenflächen der zwischen ihren benachbarten Kanten Spalte bildenden Platten oder Streifen ein Teil der Außenflächen von die Spalte überbrückenden, aus korrosionsbeständigem Metall bestehenden Abdeckstreifen mittels ununterbrochener, aus korrosionsbeständigem Metall bestehender Schweißnähte befestigt sind, und mit durch den äußeren Mantel hindurch nach innen sich erstreckenden Indikatorbohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatorbohrungen (20) jeweils in die Spalte münden und in unmittelbarer Verbindung mit den mittels der Abdeckstreifen (18) abgegrenzten Räumen stehen.

2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch die Indikatorbohrungen (2Oj nadh innen je ein Rohr (21) erstreckt, das aus korrosionsbeständigem Metall besteht und eine Auskleidung für die Indikatorbohrungen (20) bildet.

3. Gefäß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem Grundblech aus Stahl (12) und einem aus korrosionsbeständigem

Metall bestehenden Blech (13) zusammengesetzte Auskleidung (11) mit dem äußeren Mantel (10) mittels je einer auf den von dem äußeren Mantel (10) für die zwischen den Platten oder Streifen der Auskleidung (11) befindlichen Spalte gebildeten Grundflächen vorgesehenen Schweißnaht (15) verbunden ist, die in Richtung zum Gefäßinneren hin von weiteren, die Spalte ausfüllenden, aus korrosionsbeständigem Metall bestehenden S chweißraupen (16, 17) überlagert ist, wobei jeweils die zu innerst liegende Schweißraupe (17) mit benachbarten Platten oder Streifen der Bleche (13) bündig liegt, und daß das innere Ende je eines nach innen durch die Schweißungen (15 bis 17) hindurch sich erstreckenden Rohres (21) von einer aus korrosionsbeständigem Metall bestehenden, mit der

Schweißraupe (17) verbundenen Schweißraupe (22 a) umgeben und ein aus korrosionsbeständigem Metall bestehender Abdeckstreifen (18) vorgesehen ist, der den Spalt zwischen den Platten oder Streifen der Auskleidung (11) überbrückt, die Schweißnähte (17) und das innere Ende des Rohres

(21) abdeckt und mittels ununterbrochener, aus korrosionsbeständigem MetallbestehenderSchweißnähte (19) mit den jeweils anliegenden Blechen (13) verbunden ist.

4. Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißraupe (22a) mittels einer unmittelbar an diese anschließenden, aus korrosionsbeständigem Metall bestehenden Schweißraupe

(22) gegenüber der Schweißraupe (17) abgedeckt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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