DE1190963B

DE1190963B - Verfahren zur Herstellung grosser Waermetauscher u. dgl.

Info

Publication number: DE1190963B
Application number: DEG33750A
Authority: DE
Inventors: Walter Koberski
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1961-12-05
Filing date: 1961-12-05
Publication date: 1965-04-15

Description

Verfahren zur Herstellung großer Wärmetauscher u. dgl. Bei großen Wärmetauschern öder ähnlichen Apparaten, z. B. Kontaktöfen, Reaktoren usw., mit einem innerhalb eines Mantels angeordneten Rohrbündel, dessen Einzelrohre sich parallel zueinander und in, Längsrichtung des Mantels erstrecken, muß in vielen Fällen der außerhalb der Rohre liegende Teil des Mantelquerschnittes im Betriebszustand wegen der Beschaffenheit des hier durchströmenden Mediums oder wegen der ohnehin kleinen Rohrabstände zur Vermeidung zusätzlicher Strömungswiderstände im wesentlichen frei sein.
Infolgedessen können unter solchen Verhältnissen die allenfalls zur Vermeidung von Schwingungen. vorzusehenden Rohrhalterungen nicht nach Art einer bekannten Rohrunterstützung für die Rohrbündel von Wärmetauschern ausgebildet sein, wobei je zwei Bleche in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und der Raum zwischen diesen beiden Blechen zum Festlegen der Rohre mit einem jeweils geeigneten Stoff, z. B. Blei, Kunststoff oder Zement, ausgegossen wird. Derartige Stützbleche beeinflussen nämlich in sehr erheblichem Maße die Strömung des außerhalb der Rohre durch den Wärmetauscher geleiteten Mediums, und zwar selbst dann, wenn sie sich im Sinne von Lenkwänden nur über abwechselnd verschiedene Teilquerschnitte des Wärmetauschers erstrecken.
Schwierigkeiten ergeben sich vor allem für solche Wärmetauscher, deren Mantel sich wegen seiner beträchtlichen Länge (bis zu 20 m und mehr) beim Einbau der annähernd ebenso langen Rohre und während des anschließenden Transportes von der Werkstatt zum Verwendungsort in liegendem Zustand befinden muß und erst bei der Montage in die aufrechte Betriebslage gebracht werden kann. Während dieser ganzen Zeit, die sich durch Lagerung zwischen Fertigung und Versand noch verlängern kann, werden die Rohre, wenn sie ohne Zwischenunterstützung nur an beiden Enden in Rohrböden gehalten sind, über ihre ganze Länge freitragend auf Biegung beansprucht. Dabei können sie wegen der aus Gründen guter Wärmeübertragung und möglichst geringen Gewichtes zu wählenden verhältnismäßig geringen Wandstärke nicht vollkommen gerade bleiben. Eine auch nur geringe Durchbiegung und erst recht eine unterschiedliche Verformung einzelner Rohre sind aber keinesfalls zulässig, weil dadurch, von anderen möglichen Schäden abgesehen, die Betriebsverhältnisse schwerwiegend beeinträchtigt werden würden.
Aber auch der Weg, den Einbau des Rohrbündels in den Mantel des Wärmetauschers noch nicht in der Werkstatt, sondern erst am Verwendungsort gleich in aufrechter Lage vorzunehmen, ist wegen des dazu erforderlichen großen Aufwandes an Baugeräten und Gerüsten nicht immer vorteilhaft.
Desgleichen bringen bekannte Hilfskonstruktionen aus Eisenträgern od. dgl., die zum Abstützen von größeren Rohrgruppen, z. B. für Kessel bestimmten Rohrwänden nur während des Transportes dienen und vor dem Einbau derselben wieder entfernt werden müssen, keine Lösung für Wärmetauscher, deren Rohre zum Unterschied von einem ortsfest zu montierenden. Kessel bereits vor dem Transport an den Aufstellungsort eingebaut werden müssen.
Zur Beseitigung der vorerwähnten Schwierigkeiten bei Herstellung großer Wärmetauscher und sonstiger Apparate mit einem innerhalb eines Mantels angeordneten Rohrbündel, dessen Einzelrohre sich parallel zueinander und in Längsrichtung des Mantels erstrecken, besteht die Erfindung darin, daß a) beim Zusammenbau des Rohrbündels aus leicht schmelzbaren oder lösbaren Stoffen oder Stoffgemischen eine an sich bekannte, an mindestens einer zwischen den Rohrenden liegenden Stelle angreifende vorläufige Stützkonstruktion vorgesehen wird, b) in an sich bekannter Weise mittels dieser Stützkonstruktion während der Herstellung und des anschließenden Transports des Wärmetauschers in liegendem Zustand eine gleichbleibende parallele Lage aller Rohre eingehalten wird und c) die Stützkonstruktion nach dem Aufstellen des Wärmetauschers in die Betriebslage durch Aufschmelzen oder Auflösen entfernt wird.
Ein solches Herstellungsverfahren läßt sich im einzelnen verschieden durchführen, indem entweder zunächst die Stützkonstruktion ganz oder teilweise im Mantel angeordnet wird und dann die Rohre eingebaut werden, oder indem in an sich bekannter Weise die Rohre und die zugehörige Stützkonstruktion zunächst außerhalb des Mantels zusammengebaut werden. Im letzteren Falle erfolgt der Zusammenbau der Rohre und der Stützkonstruktion zweckmäßig in einer Wanne, die anschließend zu einem geschlossenen Zylinder vervollständigt wird, der dann zusammen mit seinen Einbauten in den Mantel eingeschoben wird.
Die Stützkonstruktion kann aus mehreren vorgefertigten Querwänden mit fluchtenden Bohrungen zur Durchführung der Rohre in bestimmten, gegebenenfalls durch Zwischenstege gesicherten Abständen bestehen. Stattdessen kann die Stützkonstruktion auch aus mehreren, nacheinander ein- bzw. aufgegossenen und dann erhärtenden Schichten bestehen, wobei sich je eine horizontale Rohrreihe innerhalb einer Schicht oder zwischen zwei übereinanderliegenden Schichten befindet. Davon brauchen sich nur eine oder einige untere Schichten über die ganze Länge der Rohre zu erstrecken, während die weiter oben liegenden Schichten in Rohrlängsrichtung unterbrochen sind und vertikale Schichtwände in bestimmten, gegebenenfalls wieder durch Zwischenstege gesicherten Abständen bilden.
Ferner kann, wenn es jeweils zweckmäßig ist, bei einer aus einzelnen Querwänden bestehenden Stützkonstruktion in dem zwischen den Rohren freigelassenen Hohlraum, ebenfalls für die Dauer des liegenden Zustandes des Wärmetauschers, eine Füllflüssigkeit angeordnet sein, um die Rohre beim Transport zusätzlich gegen Erschütterungen zu schützen.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines gemäß der Erfindung hergestellten Wärmetauschers und seiner Einzelheiten schematisch dargestellt.
F i g. 1 zeigt einen Wärmetauscher, in dessen zylindrischem Mantell ein U-förmiges Rohrbündel2 angeordnet ist. Alle Rohrenden liegen an der gleichen Seite und münden hier in einen Rohrboden 3, an dessen Außenseite ein Decke14 mit einer Zwischenwand 5 zur Unterteilung der beiden, für den Eintritt bzw. Austritt des einen Mediums bestimmten und dafür mit je einem Anschlußstutzen 6, 7 versehenen Räume angeschraubt ist. Am entgegengesetzten Ende des Wärmetauschers ist ein Decke18 angeschweißt, der mit einem Anschlußstutzen 9 für das zweite Medium versehen ist, dessen andere Anschlußstutzen 10 sich am Mantel 1 in der Nähe des Rohrbodens 3 befinden. Mit 11 sind Mannlöcher bezeichnet.
Innerhalb des Mantels 1 sind in gleichmäßigen Abständen mehrere Querwände 12 und Zwischenstege 13 - letztere mit einer aus F i g. 3 im Querschnitt ersichtlichen Form - angeordnet. Die Lage der dem Deckel 8 nächstliegenden Querwand ist auf dieser Seite durch kleine Anschläge 14 am Mantel bestimmt.
Alle Querwände 12 und Zwischenstege 13 haben miteinander fluchtende Bohrungen für die Durchführung der Rohre 2. Der Zusammenbau des ganzen Rohrbündels kann innerhalb des Mantels 1 erfolgen; im Anschluß daran wird zuletzt der Deckel 8 angeschweißt.
F i g. 2 läßt einen anderen Wärmetauscher mit einem Rohrbündel 15 aus geraden Rohren erkennen, die an beiden Enden in Rohrböden 16, 17 eingesetzt sind. Von diesen entspricht der eine Rohrboden 16 dem Rohrboden 3 der ersten Ausführung, indem er einerseits mit einem Ende des Mantels 18 verschweißt und andererseits mit einem Deckel 19 verschraubt ist, der eine Zwischenwand 20 zur Unterteilung der beiden, für den Eintritt bzw. Austritt des einen Mediums bestimmten und dafür mit je einem Anschlußstutzen 21, 22 versehen, Räume enthält.
Der andere Rohrboden 17 ist in den Mantel 18 axial verschiebbar eingesetzt; vor seiner Außenseite liegt ein durch den angeschweißten Deckel 23 begrenzter Raum, der an Stelle der Krümmungen des U-förmigen Rohrbündels 2 zum Umlenken des im Gegenzug durch den Wärmetauscher zurückzuführenden Mediums dient. Die Anschlußstutzen 24, 25 für das zweite Medium befinden sich wieder an den Enden des Rohrbündels 15, aber diesmal beide innerhalb der Rohrböden 16, 17. Die Querwände 12 und Zwischenstege 13 mit den fluchtenden Bohrungen für die Durchführung der Rohre entsprechen der ersten Ausführung.
Gemäß F i g. 4 (Draufsicht) ist ein U-förmiges Rohrbündel 26 mit seinem Rohrboden 27 zur Aufnahme der offenen Rohrenden sowie den Querwänden 12 und den Zwischenstegen 13 außerhalb des (hier nicht dargestellten) Wärmetauschmantels zusammengebaut. Dabei ist das Rohrbündel von einem dünnen Blechmantel 28 umgeben, der während des Zusammenbaues zunächst nur mit der unteren Hälfte als offene Wanne vorhanden ist und dann zu einem geschlossenen Zylinder vervollständigt wird. Unterhalb des Blechmantels ist eine Betonschale 29 vorgesehen, die in mehrere Längsabschnitte unterteilt ist, welche beim Einschieben des Blechmantels mit dem fertigen Rohrbündel in den Hauptmantel nacheinander weggenommen werden.
Gemäß den F i g. 5, 6 ist abweichend von F i g. 4 die Stützkonstruktion nicht vorgearbeitet, sondern sie wird gleichzeitig mit dem Zusammenbau des Rohrbündels formgerecht hochgegossen. Der Aufbau erfolgt wieder in einer auf einer Betonschale 29 ruhenden Blechwanne 28, aber durch abwechselndes Einbringen jeweils einer Schicht 31 und einer Reihe Rohre 30, wobei zweckmäßig mindestens die untersten Rohrreihen in der ganzen Länge eingegossen werden. Falls es aus Gewichtsgründen zulässig ist, können auch alle weiteren Schichten 31 in gleicher Weise, d. h. sich über die ganze Rohrlänge erstrekkend, ausgeführt werden, so daß überhaupt keine Hohlräume zwischen den Rohren 30 innerhalb des diese umfassenden Mantels 28 vorhanden sind.
Statt dessen ist es such möglich, die in der vorerwähnten Weise eingegossene Stützkonstruktion für die Rohre so auszubilden, wie es F i g. 5 in einem Zwischenstadium der Fertigung zeigt, indem auf die untersten zusammenhängenden Schichten nach oben hin in der Rohrlängsrichtung unterbrochene Schichten 31' folgen, die mit Hilfe von Schalungen gegossen werden und in ganzer Höhe etwa den Querwänden 12 entsprechen. Infolgedessen können dort auch wieder Zwischenstege 32 -als Fertigteile oder ebenfalls eingegossen - zur Abstandhalterung der vertikalen Schichtwände angeordnet werden.
Das wesentliche der vorstehend erläuterten Ausführungen im Sinne des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die aus den vorgefertigten Querwänden 12 oder aus den nacheinander eingegossenen Schichten 31, 31' und den Zwischenstegen 13 bzw. 32 bestehende Stützkonstruktion nur für die Dauer der Herstellung und des anschließenden Transportes des Wärmetauschers ihren Zweck zu erfüllen braucht. Sobald der Wärmetauscher an seinem Verwendungsort aus der bis dahin waagerechten Lage in die aufrechte Betriebslage gebracht ist, soll die Stützkonstruktion entfernt werden, und zwar in einfachster Weise durch Aufschmelzen oder sonstiges Auflösen. Zu diesem Zweck wird für die verschiedenen Teile der Stützkonstruktion ein organischer oder anorganischer Stoff mit einem verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt (etwa zwischen 80 und 150° C) verwendet, z. B. Terphenyl oder Wood-Metall. Ein solcher Stoff ermöglicht es auch, ihn entweder fest oder flüssig einzubringen; letzteres kommt vor allem für die Schichten 31, 31' gemäß F i g. 5 in Betracht. Gegebenenfalls läßt sich der für die Stützkonstruktion verwendete Stoff später während des Betriebes sogar als Wärmetauschmittel verwenden, z. B. in einem Kernreaktor.
Wenn die zwischen den Querwänden 12 bzw. 31' frei bleibenden Hohlräume außerhalb der Rohre zur zusätzlichen Abstützung und zur Dämpfung etwaiger Erschütterungen mit einem geeigneten Stoff, z. B. Wasser, gefüllt werden, kann das Material der Stützkonstruktion nach dem Aufschmelzen zusammen mit diesem Stoff abgezogen werden, wobei es sich entsprechend seinem vergleichsweise größeren oder kleineren spezifischen Gewicht an einer bestimmten Stelle sammelt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung großer Wärmetauscher und sonstiger Apparate mit einem innerhalb eines Mantels angeordneten Rohrbündel, dessen Einzelrohre sich parallel zueinander und in Längsrichtung des Mantels erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß a) beim Zusammenbau des Rohrbündels (2; 15, 26, 30) aus leicht schmelzbaren oder lösbaren Stoffen oder Stoffgemischen eine an sich bekannte, an mindestens einer zwischen den Rohrenden liegenden Stelle angreifende vorläufige Stützkonstruktion vorgesehen wird, b) in an sich bekannter Weise mittels dieser Stützkonstruktion während der Herstellung und des anschließenden Transports des Wärmetauschers in liegendem Zustand eine gleichbleibende parallele Lage aller Rohre eingehalten wird und c) die Stützkonstruktion nach dem Aufstellen des Wärmetauschers in die Betriebslage durch Aufschmelzen oder Auflösen entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Stützkonstruktion ganz oder teilweise im Mantel (1; 19) hergestellt wird, und dann die Rohre (2; 15) eingebaut werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Rohre (26; 31) und die zugehörige Stützkonstruktion zunächst außerhalb des Mantels zusammengebaut werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenbau der Rohre und der Stützkonstruktion in einer Wanne (28) erfolgt, die anschließend zu einem geschlossenen Zylinder vervollständigt wird, der dann zusammen mit seinen Einbauten in den Mantel des Wärmetauschers eingeschoben wird.
5. Stützkonstruktion zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorgefertigte Querwände (12) mit fluchtenden Bohrungen zur Durchführung der Rohre (2; 15) in bestimmten, gegebenenfalls durch Zwischenstege (13) gesicherten Abständen angeordnet sind.
6. Stützkonstruktion zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, nacheinander ein- bzw. aufgegossene und dann erhärtende Schichten (31) vorgesehen sind, wobei sich je eine horizontale Rohrreihe innerhalb einer Schicht oder zwischen zwei übereinanderliegenden Schichten befindet.
7. Stützkonstruktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine oder einige untere Schichten (31) sich über die ganze Länge der Rohre (30) erstrecken, während die weiter oben liegenden Schichten unterbrochen sind und Querwände (31') in bestimmten, gegebenenfalls durch Zwischenstege (32) gesicherten Abständen bilden. B. Stützkonstruktion nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von den Querwänden (12; 31') und den gegebenenfalls vorhandenen Zwischenstegen frei gelassenen Hohlraum zwischen den Rohren eine Füllflüssigkeit vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1108 715; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1815 866; VGB-Mitteilungen, Dezember 1958, S.38? bis 392; Energie, 7. Juli 1958, S. 295, 296.