DE1451286C - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der ein nachgiebiges äußeres Gehäuse und innenliegende, parallel in axialer Richtung und im Abstand angeordnete Rohre aufweist, die beiderseitig in Rohrplatten eingeschweißt sind.

Bei bekannten Wärmetauschern dieser Art (französische Patentschrift 1 253 315) werden relativ dicke Rohrplatten verwendet, welche öffnungen zur Aufnahme der Rohre aufweisen. Hierbei ist die Herstellung einer durchgehenden Schweißnaht unter zufriedenstellenden Bedingungen nicht möglich, und die Schweißstellen können nur schwer auf ihre Güte untersucht werden. In Lücken oder Fehlstellen zwischen den Rohrplatten und den Rohren kann sich aggressive Flüssigkeit ansammeln, was insbesondere in Beziehung auf radioaktive Substanzen gefährlich sein kann.

Es ist bereits bekannt (deutsche Patenschaft 767 905), Rohre in der Wandung der Sammelkammer eines Dampfkessels zu befestigen, indem die Rohre flanschartige Teile aufweisen, an denen die Verschweißung vorgenommen wird. Dieser flanschartige Teil ist kegelförmig ausgebildet und die Verschweißung erfolgt durch elektrische Widerstandsschweißung unter Pressung des Kegels an einen entsprechenden Kegelsitz. Zwischen der relativ dicken Wandung der Sammelkammer und den Rohren verbleibt deshalb ein Spalt.

Es ist auch bereits bekannt (britische Patentschrift 763 274), wabenartige Rohrstückenden zur Bildung von Rohrplatten unmittelbar miteinander zu verschweißen; die Ausbildung dieser wabenartigen Rohrstückenden ist jedoch so, daß die Schweißstellen radiografisch nicht untersucht werden können.

Es ist fernerhin ein Verfahren zur Herstellung von geschweißten Wärmeaustauschern bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 749 883), bei denen einzelne Taschen in einen Sämmelboden einmünden, und die Enden der aus dünnem Blech bestehenden Einzeltaschen zunächst mit dickerwandigen Blechkragen verschweißt werden, die dann unter entsprechender Biegung oder Abwinklung zur Bildung des Sammelbodens ebenfalls miteinander verschweißt werden. Ein derartiges Verfahren eignet sich nicht dazu, einen Wärmetauscher zu schaffen, welcher gegen hochaggressive Flüssigkeiten, insbesondere in der Kerntechnik, eingesetzt werden könnte.

Zur Einschweißung von Rohren in Rohrwähde ist es ferner bekannt (S c h i m ρ k e und Horn, »Praktisches Handbuch der gesamten Schweißtechnik«, 5. Auflage, Bd. 2, 1950, S. 255, insbesondere Abb. 2, 183, Ausführung e), Rohrenden, welche mit Flanschen versehen sind, zu benutzen. Dabei ist es bekannt (Zeitschrift »Schweißtechnik vom Mai 1959, S. 50, Abb. 1, Ausführung 2), einen Schweißstutzen vorzusehen, dessen radial gerichteter Flansch der Dicke der Wandung des Behälters entspricht.

Diese Literaturstellen vermitteln jedoch keine Anregung dahingehend, bei der Verschweißung von Rohren in Rohrplatten so vorzugehen, daß Wärmetauscher der eingangs angegebenen Art unter Anwendung von radio- oder röntgenografischen Untersuchungsmethoden hergestellt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers der angegebenen Art so zu schaffen, daß er zur Aufnahme von radioaktiven Stoffen geeignet ist, und seine Schweißstellen radio- bzw. röntgenografisch während der Herstellung untersucht werden können.

Die gestellte Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

a) die Rohrplatten werden an Ringen für das Gehäuse angeschweißt;

b) das Gehäuse wird mindestens teilweise hergestellt, indem die Ringe miteinander verbunden werden;

c) Rohre mit Flanschen, deren Wandstärke der der Rohrplatten entspricht, werden von der Mitte der Rohrplatten aus nach außen weiterführend durch zueinander fluchtende Aussparungen der Rohrplatten eingeführt und die Ränder der Flansche an die Rohrplatten stumpf angeschweißt;

d) das Gehäuse wird vollendet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine der erfindungsgemäßen Bauweisen des Wärmetauschers,

F i g. 2 einen Grundriß im Schnitt entlang der Linie I[-11 von Fig. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte teilweise Ansicht im Schnitt eines Einzelteils, das in dem Kreis gezeigt ist, welcher mit III in F i g. 1 gekennzeichnet .ist, während

F i g. 4 eine Grundansicht im Schnitt wiedergibt, die ähnlich derjenigen von F i g. 2 ist und eine Alternativ-Bauweise darstellt.

Der Wärmetauscher, welcher vertikal in F i g. 1 dargestellt ist, ist von Verbund-Bauweise und aus Rohren und Plätten aus rostfreiem Stahl hergestellt. Ein Rohrbündel 1 weist ein Bündel von parallelen, im Abstand gehaltenen Rohren 2 auf, die über Rohrplatten oder -scheiben 3 an ihren Enden gehalten sind. Die Enden der Rohre 2 sind so eingerichtet oder ausgebildet, daß sie mit den Rohrplatten 3 mittels geschmiedeter, mit Flansch 6 versehener Hülsen oder Buchsen 4 in Verbindung stehen, welche an der Verbindungsstelle 5 mit den Rohren 2 und an ihren Flanschen 6 mit den Rohrplatten 3 durch Stumpfschweißen bzw. Schweißnähte verbunden sind.

Im einzelnen besteht das Bündel von Rohren 2 aus einhundertfünfzig Rohren mit einer gleichseitigen \) Abstandshalterung, und das Rohrbündel 1 ist mit Ringen 7 eines Gehäuses 8 durch Stumpfschweißen 9 an den Umfangen der Rohrplatten 3 verbunden. Ein Balgen 10, der aus vier Umwindungen 11 besteht, bildet einen ausdehnbaren Abschnitt des Gehäuses 8 zur Aufnahme von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Rohrbündels 1 und des Gehäuses. Das Gehäuse 8 erstreckt sich über die Rohrplatte 3 hinaus, um eine obere Kammer 12 und unten eine Rohrkammer 13 zu bilden, die durch ein schüsseiförmiges Ende 13 a mit einem sich nach unten erstreckenden Rohrzweig 14 abgeschlossen ist. Ein breites Zweigrohr 15 an dem Gehäuse 8, welches zwischen den Kopfplatten 3 angeordnet ist, bietet einen Zugang zu einer Gehäusekammer 16, welche durch das Gehäuse 8 und die Rohrplatten begrenzt ist, und zwei kleinere bzw. schmälere Zweigrohre 17, 18 sind benachbart der unteren Rohrplatte 3 angeordnet. In den oberen Bereichen des Gehäuses 8 benachbart der oberen Rohrplatte 3 sind Zweigrohre 19, 20, 21 vor- _: gesehen. Zweigrohre 17, 18, 19, 20 stehen mit der Gehäusekammer 16 in Verbindung, während das Zweigrohr 21 mit den Zonen des Gehäuses in Ver- ! bindung steht, welche sich unmittelbar oberhalb der oberen Rohrplatte befinden. Der Wärmetauscher ist so eingerichtet, daß er in der Vertikalstellung, wie sie in F i g. 1 gezeigt ist, durch Halterungsausleger 22 gehalten wird, die an dem Gehäuse befestigt sind.

Das Zusammenbauen des Wärmetauschers ist so geplant, daß alle Schweißstellen radiographisch während der Herstellung untersucht werden können, d. h. in nachstehender Reihenfolge: Die Rohrplatten 3 werden mit den Ringen 7 verschweißt, das Gehäuse wird über einen Teil der Länge, welche sich zwischen den Ringen 7 erstreckt, hergestellt, die Rohrenden werden an die Buchsen 4 geschweißt, die Rohre mit den Buchsen werden durch die Rohrplatten 3 und das teilweise angefertigte Gehäuse 8 geführt, und die Buchsenflansche 6 werden mit den Rohrplatten 3 verschweißt, wobei am Mittelpunkt der Rohrplatten zu beginnen ist und dann radial nach außen fortgeschritten wird. Die Herstellung des Gehäuses 8 wird schließlich zu Ende geführt.

Der Zugang für die radiographische Untersuchung der Schweißstellen in den Rohrplatten wird über Öffnungen· gewonnen, die zwischen dem teilweise hergestellten Gehäuse freigelassen sind. Die Ringe und die endgültigen Gehäuseschweißungen werden radiographisch untersucht, und zwar durch Einführen einer

ίο Stabanode in die äußeren Rohre und Vorsehen eines Films an der Außenseite des Gehäuses.

Bei der in Fig.4 gezeigten Bauart ist eine Gruppe von mit Quadratflanschen versehenen Buchsen 27 zum Befestigen eines Rohrbündels (nicht gezeigt) an einer Rohrplatte 28 vorgesehen. Die Buchsen sind mit den Enden der Rohre wie in dem im Vorstehenden zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Stumpfschweißen verbunden und haben quadratische Flansche 29, welche durch Stumpfschweißen miteinander verbunden sind, um eine gitterförmige Verbindung zu bilden, wodurch das Schweißen weitgehend vereinfacht und die darauffolgende radiographische Untersuchung stark erleichtert wird. Dieser Aufbau wird mit der Rohrplatte 28, welche so geformt ist, daß sie den genannten Aufbau aufnimmt, durch Stumpfschweißen verbunden.

Zusätzlich dazu, daß die radiographische Prüfung und andere Festigkeitsprüfungen bzw. zerstörungsfreie Tests der Schweißstellen bei den beschriebenen Bauarten für Wärmetauscher zufriedenstellend auszuführen und weitgehend vereinfacht sind, ergeben sich noch weitere Vorteile durch die erfindungsgemäße Bauweise. Da jedes Rohr starr mit der Rohrplatte an jedem Ende befestigt ist und dadurch eine Verankerung bildet, die die kleinen Plattenbereiche stützt, welche mit ihm in Verbindung stehen, kann eine dünnere Rohrplatte verwendet werden als sie bei herkömmlichen Wärmetauschern verwendet wird. Dadurch wird eine Wirtschaftlichkeit erreicht, die unter solchen Umständen beträchtlich ist, wo die Anforderungen die Verwendung von teuren oder kostspieligen Materialien verlangen; eine verbesserte Flexibilität, die eine Folge der Verwendung von dünnem Rohrplattenmaterial ist, verringert Innenbeanspruchungen und ermöglicht die Verwendung von Materialien, welche einen hohen Widerstandswert gegenüber Korrosion haben (aber leicht bersten); durch Anpassen der Rohre an die Rohrplatten mit Hilfe von geschmiedeten Flanschen, deren Kornverlauf parallel zu demjenigen der Rohre und Rohrplatten ist, sind Lamellenerscheinungen oder Einschlüsse bei diesen Verbindungsstellen im wesentlichen ausgeschaltet, ebenso wie Risse und Löcher in dem Aufbau, wodurch ein Versagen durch Korrosion und die dadurch erforderliche Wartung auf ein Minimum herabgesetzt werden. Schließlich bewirken die zur Verfugung stehenden höheren Wärmeübertragungskoeffizienten und die größeren Wärmeübertragungsflächen wesentliche Einsparungen in den Kosten der Anlage im Vergleich zu früheren Konstruktionen von voll radiographisch untersuchten Wärmetauschern, bei denen die Beheizung durch Ummantelungen oder Spulen erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, der ein nachgiebiges äußeres Gehäuse und innenliegende, parallel in axialer Richtung und im Abstand angeordnete Rohre aufweist, die beiderseitig in Rohrplatten eingeschweißt sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) die Rohrplatten (3) werden an Ringen (7) für das Gehäuse (8) angeschweißt;

b) das Gehäuse (8) wird mindestens teilweise hergestellt, indem Ringe (7) miteinander verbunden werden;

c) Rohre (2) mit Flanschen (6, 29), deren Wandstärke der der Rohrplatten (3, 38) entspricht, werden von der Mitte der Rohrplatten (3, 28) aus nach außen weiterführend durch zueinanderfluchtende Aussparungen der Rohrplatten (3) eingeführt und die Ränder der Flansche (6, 29) an die Rohrplatten (3, 38) stumpf angeschweißt;

d) das Gehäuse (8) wird vollendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Buchsen (4) mit runden Flanschen (6) an jedes Ende eines jeden Rohres (2) stumpf angeschweißt werden, bevor die Rohre (2) in die Aussparungen der Rohrplatten (3) eingeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Buchsen (4) mit Quadratflanschen (29) an jedes Ende eines jeden Rohres (2) stumpf angeschweißt und schließlich die Flansche (29) stumpf aneinander angeschweißt werden, bevor dieses Rohrbündel in die Aussparung der Rohrplatte (28) eingeführt wird.