DE1298379B

DE1298379B - Rohrleitungsverteiler oder -sammler

Info

Publication number: DE1298379B
Application number: DEL55991A
Authority: DE
Inventors: O'sullivan Thomas F
Original assignee: Lummus Co
Current assignee: CB&I Technology Inc
Priority date: 1966-03-14
Filing date: 1967-03-13
Publication date: 1969-06-26
Also published as: US3460924A; FR1514559A; GB1151144A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrleitungsverteiler oder -sammler für heiße Medien, bestehend aus einer an einem Ende verankerten Hauptleitung,, an die in axialen Abständen langgästieckte Verteilerrohre angeschlossen sind, von denen ebenfalls in axialen Abständen Zweigleitungen abgehen.
Erfindungsgemäß ausgebildete Rohrleitungsanordnungen eignen sich besonders für die Auslaßsammelleitungen von Wasserdampfreformem, wie sie für die Herstellung von Wasserstoff, Methanolsynthesegas, Ammoniaksynthesegas u. dgl. verwendet werden: Bei der Ausbildung von Öfen oder Erhitzern, wie sie für, -die Durchführung. chemischer Verfahren benutzt werden, treten die größten Schwierigkeiten durch Wärmedehnung-m Verbindung mit den Verfahrensrohren selbst auf, da diese Rohre der direkten Wärmeeinwirkung der Flamme oder sonstigen Wärmequelle in dem Ofen ausgesetzt sind. Zur Aufnahme der Wärmedehnung der Rohre müssen geeignete Vorkehrungen getroffen werden. Da sich die Verfahrensrohre nicht auch der Dehnung der Rohrleitungsverteiler oder -sammler, in die sie münden, anpassen können, müssen die Rohrleitungsverteiler oder -sammler so ausgebildet werden, daß nach außen, d. h. bezüglich der Anschlußstellen der Verfahrensrohre, möglichst keine Wärmedehnungen auftreten. .
Die Teile des Rohrleitungsverteilers oder -samm= lers dehnen sich infolge Aufnahme von aus dem hindurchfließenden Verfahrensmedium ebenfalls aus. Bisher war es gewöhnlich ausreichend, einen Dehnungsausgleicher bekannter Arten an einer geeigneten Stelle des Rohrleitungsverteilers oder -sammlers anzuordnen, um unerwünschte Bewegungen von den Verfahrensrohren fernzuhalten. Die neueren Entwicklungen auf den Gebieten der Wasserdampfreformierung und anderer Verfahrenserhitzer haben jedoch zu so hohen Ausflußtemperaturen und Drücken geführt, daß herkömmliche Dehnungsausgleicher nicht mehr zufriedenstellend sind. Darüber hinaus macht die zunehmende Größe technischer Verfahrenserhitzer die Anwendung herkömmlicher Dehnungsbögen kostspielig und - was noch wichtiger ist - sehr umständlich, ._ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; einen verbesserten Rohrleitungsverteiler oder -sammler, insbesondere für die Auslaßseite von Hochtemperaturerhitzern, zu schaffen, der einfach, kompakt und betriebssicher ausgebildet ist, wirtschaftlich- hergestellt werden kann und Wärmedehnungen auch bei sehr hohen Temperaturen ohne Notwendigkeit einer Anordnung von herkömmlichen Dehnungsausgleichern in sich selbst ausgleicht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Rohr-Leitungsverteiler oder -sammler der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Verteilerrohr sich von seiner Verbindungsstelle mit der Hauptleitung parallel und im Abstand zu dieser in Richtung auf das verankerte Ende der Hauptleitung erstreckt und so ausgebildet ist, daß es im Betriebszustand eine größere Wärmedehnung pro Längeneinheit erfährt als die Hauptleitung.
Bei dem erfindungsgemäßen Rohrleitungsverteiler oder -sammler sind die Verteilerrohre und die Haupt-Leitung so angeordnet und bemessen, daß die Wärmedehnungen der Verteilerrohre und der Hauptleitung annähernd gleich sind, aber in entgegengesetzten Richtungen erfolgen. Sofern überhaupt eine nichtkqmpensierte Wärmedehnung-- verbleibt" ist diese sehr klein und kann von kleinen; die zu den Verfahrensrohren' bildenden Dehnungsbögen ohne übermäßige Beanspruchung aufgenommen werden. Diese Dehnungsbögen nehmen auch die Ausdehnung der Verfahrensrohre zwischen dem nächstgelegenen Rohrbefestigungspunkt und der Anschlußstelle auf. Die Hauptleitung ist an ihrem einen Ende verankert, so daß die Wärmedehnung von diesem Ende ausgeht, und die Verteilerrohre sind so angeordnet, daß sie sich bei Eiwärmurig in der entgegengesetzten Richtung ausdehnen. @ Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Unterschied der Wärmedehnung zwischen den Verteilerrohren und der Hauptleitung (der infolge von Längenunterschieden beträchtlich sein kann) durch Verwendung einer innen isolierten Hauptleitung und/oder von außen isolierten Verteilerrohren auf ein Geringstmaß zurückgeführt.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Weise, teilweise im Schnitt, drei Ausführungsformen der Erfindung. bei einem Rohrverzweigungssystem.
Die Rohrverzweigürig ist a--n- einem Verankerungspunkt 10, beispielsweise an einem Abhitzekessel, befestigt. Die Hauptleitung 12 ist mittels eines Flansches an der Verankerungsstelle angebracht und weist bei dem dargestellten Beispiel- drei Verteilerrohre 14, 16 und 18- auf. In der Zeichnung sind verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung - und Anordnung dieser ?Verteilerrohre dargestellt., Bei einer praktisch ausgeführten Rohrverzweigung werden aber normalerweise nicht alle Ausführungsformen gleichzeitig zur Anwendung kommen. Bei -den Verteilerrohren 14 und 18 handelt es sich um Ausführungsformen, wie sie beispielsweise bei einem Wasserdampfreformer benutzt werden können, wo eine Mehrzahl von Zweigleitungen, d. h. Verfahrensrohren 20 für einmaligen Durchgang, an das Verteilerröhr - angeschlossen -werden muß. Bei dem Verteilerrohr 16 handelt es sich um eine Ausführungsform reit nur einer einzigen Verbindung zu einem Verfahrensrohr 22, wie sie bei Öfen mit mehrfachem Durchgang; z. B: Naphthakracköfen, verwendet wird.
Die Hauptleitung 12 weist eine Innenisolierung 24 auf, so daß die Temperatur der Rohrwand so gering wie möglich gehalten wird, während die Verteilerrohre 14,16 und 18 von außen isoliert sind. Bei allen Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Verbindung der Verfahrensrohre 20. bzw. 22 mit den Verteilerrohren 14, 16 und 18 mittels kleiner Ausdehnungsbögen 26, die die Vertikalausdehnung der Verfahrensrohre 20 bzw. 22 zwischen ihien Befestigungspunkten und den: -Arischlüß"sfelteri-- der Dehnungsbögen aufnehmen.
Nachstehend1 wird zunächst das Zusammenspiel von Hauptleitung 12 und- Verteilerrohr 14 beschrieben. Die waagerechte Länge der Hauptleitung 12 bis zu dem Anschlußpunkt des Verteilerrohres 14 beträgt Lt-. Bei einer Temperatur T dehnt sich dieses Rohrstück um eine Strecke dLi aus, die sich aus der Gleichung ergibt: dLi = Ll-a-t, wobei t die Betriebstemperatur und oc die lineare WärmeausdehnungszahI ist, die bei den vorteilhaft verwendeten martensitischen rostfreien Stahllegierungen im Temperaturbereich von 20 bis 1090'C zwischen 5,9 und 6,7-10-6 liegt. Das Verteilerrohr 14 hat eine Länge L2 und dehnt sich bei der Betriebstemperatur (die mit guter Annäherung als konstant über die Länge der Rohrverzweigung angenommen werden kann) um den Betrag dL2 aus. Die Länge und das Wärmedehnverhalten (Werkstoffauswahl, Isolierung) des Verteilerrohres 14 werden so gewählt, daß bei der Betriebstemperatur dL2 etwa gleich 2 dLi ist. Demgemäß wird sich der am weitesten links angeschlossene Dehnungsbogen 26 etwas nach links bewegen, während sich der Dehnungsbogen am rechten Ende um einen gleichen Betrag nach rechts bewegt. Ein in der Mitte des Verteilerrohres 14 angeschlossener Dehnungsbogen bewegt sich überhaupt nicht, da an diesem Punkt dLi gleich der entgegengerichteten Wärmedehnung des Verteilerrohres 14 ist. Selbst wenn es nicht möglich ist, das Verteilerrohr genau in der angegebenen Weise auszubilden, beträgt die durch Wärmedehnung herbeigeführte Maximalbewegung an irgendeinem Punkt L" längs des Verteilerrohrs immer nur die Differenz zwischen dLn und dLi.
Die vorstehend angegebenen Regeln sind auf Verteilerrohre, die sich verhältnismäßig nah an der Verankerungsstelle der Hauptleitung befinden, d. h. wo dL recht klein ist, schwieriger anzuwenden. Eine bevorzugte Ausbildung für diese Verhältnisse ist in Verbindung mit dem Verteilerrohr 18 veranschaulicht, das sich in einem Abstand L3 von der Verankerungsstelle befindet. Dort beträgt die Wärmedehnung dL3. Das Verteilerrohr 18 weist einen nach links, d. h. auf das verankerte Ende zu gerichteten Arm mit einer Länge L4 und einen nach rechts, d. h. von dem verankerten Ende weggerichteten kürzeren Arm mit einer Länge L5 auf. Um in diesem Fall eine insgesamt ausgeglichene Wärmedehnung zu erreichen, wird der auf das verankerte Ende gerichtete Arm hinsichtlich Länge L4 und Wärmedehnverhalten so ausgebildet, daß dL4 etwa gleich 2 dL3+dL5 ist. Wiederum ist die durch Wärmedehnung herbeigeführte Bewegung an den entsprechenden Enden des Verteilerrohres gleich und entgegengesetzt und in der Mitte gleich Null.
Die Verteilerrohre 14 und 18 eignen sich besonders für Wasserdampfreformer und andere Verfahrenseinrichtungen, bei denen eine große Anzahl von Zweigleitungen angeschlossen werden muß. Die Regeln der Erfindung sind aber auch anwendbar auf den Anschluß einer einzelnen Zweigleitung, und eine hierfür geeignete Ausführungsform ist an Hand des Verteilerrohres 16 veranschaulicht. Dieses befindet sich in einem Abstand L6 von dem Verankerungspunkt, und das Verteilerrohr hat eine Länge L7. In diesem Fall wird L7 so gewählt, daß dL7 gleich dLs ist. Dann wird durch die Wärmeausdehnung praktisch keine Querbewegung herbeigeführt.
Es ist ersichtlich, daß - um dL2 gleich 2 dLi zu machen - entweder L2 recht lang sein oder ein Material verwendet werden muß, das eine viel höhere Wärmeausdehnungszahl (a) hat. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wird die Hauptleitung zweckmäßig mit einer Innenisolierung versehen. Hierdurch wird die Wandtemperatur so tief wie möglich gehalten und dLi so klein wie möglich gemacht. Gleichzeitig werden die Verteilerrohre von außen isoliert, so daß ihre Wandtemperaturen der Temperatur des Verfahrensmediums nahekommen und dL2 einen verhältnismäßig großen Wert annimmt.

Claims

Patentansprüche: 1. Rohrleitungsverteiler oder -sammler für heiße Medien, bestehend aus einer an einem Ende verankerten Hauptleitung, an die in axialen Abständen langgestreckte Verteilerrohre angeschlossen sind, von denen ebenfalls in axialen Abständen Zweigleitungen abgehen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß jedes Verteilerrohr (14, 16, 18) sich von seiner Verbindungsstelle mit der Hauptleitung (12) parallel und im Abstand zu dieser in Richtung auf das verankerte Ende (10) der Hauptleitung erstreckt und so ausgebildet ist, daß es im Betriebszustand eine größere Wärmedehnung pro Längeneinheit erfährt als die Hauptleitung.
2. Rohrleitungsverteiler oder -sammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung (12) zur Verringerung ihrer Wärmedehnung eine Innenisolierung (24) aufweist.
3. Rohrleitungsverteiler oder -sammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verteilerrohr (14, 16, 18) mit einer Außenisolierung versehen ist.
4. Rohrleitungsverteiler oder -sammler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verteilerrohre (14) hinsichtlich ihrer Länge (L2) und ihres Wärmedehnungsverhaltens so ausgebildet sind, daß ihre Wärmedehnung (dL..) im Betriebszustand etwa das Doppelte der - Wärmedehnung (dLi) der Hauptleitung (12) am Anschlußpunkt des betreffenden Verteilerrohrs beträgt.
5. Rohrleitungsverteiler oder -sammler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem verankerten Ende (10) der Hauptleitung (12) am nächsten gelegene Verteilerrohr (18) einen auf das verankerte Ende gerichteten Arm und einen zweiten von dem verankerten Ende (10) weggerichteten Arm aufweist und der erste Arm hinsichtlich Länge (L4) und Wärmedehnungsverhalten so ausgebildet ist, daß seine Wärmedehnung (dL4) im Betriebszustand etwa gleich der Summe (2 dL3 -I- dL5) aus dem Doppelten der Wärmedehnung der Hauptleitung (12) am Anschlußpunkt (2 dL ) des Verteilerrohrs und der Wärmedehnung (dLS des zweiten Arms ist.
6. Rohrleitungsverteiler oder -sammler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Verteilerrohr (16) nur in Nähe seines freien Endes eine Zweigleitung (22) abgeht und jedes Verteilerrohr (16) hinsichtlich Länge (L7) und Wärmedehnungsverhalten so ausgebildet ist, daß seine Wärmedehnung (dL7) im Betriebszustand etwa gleich der Wärmedehnung (dLs) der Hauptleitung (12) am Anschlußpunkt des Verteilerrohrs ist.