DE1600618A1

DE1600618A1 - Druckkessel

Info

Publication number: DE1600618A1
Application number: DE19671600618
Authority: DE
Inventors: Long Charles Algernon
Original assignee: Struthers Scientific and International Corp
Current assignee: Struthers Scientific and International Corp
Priority date: 1966-05-10
Filing date: 1967-05-09
Publication date: 1970-04-23
Also published as: BE697769A; GB1182101A; FR1574664A; US3457961A

Description

Dipping. F.Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann, Dipl-Ing. H."Weickmann Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte

8 MÜNCHEN 27, MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22 . I OÖOw

STRUTHERS SOIMTIPIC AND INTERNATIONAL· CORPORATION, 630 Fifth Avenue, New York, N.Y. 10020 / USA

Druckkessel

Die Erfindung betrifft ein Druckgefäß oder einen Druckkessel für Wasserstoff öder Kohlenwasserstoffe, der eine Stahlaußenhülle in Monoübck- oder Vlelschiohtenbauart und eine Innenauskleidung bzw. ein futter, welches gegen Versprödung durch Wasserstoff und andere schädliche Wirkungen beständig ist, aufweist, wobei das futter und die Außenhülle getrennte Umfangsschweißnähte aufweisen, zwischen denen sich ein Ventilationsraum befindet und die Außenhülle Entlüftungsdurehlässe' aufweist, die seitlieh von den Schweißnähten einen Abstand aurweisen.

Die Erfindung kann auf j@dee Druckgefäß angewendet werden, welches eine. Stahlhülle aufweist$ die ®iae

BAD ORICiNAL

Monoblock- oder Mehrschichtenbauart besitzen kann und dazu bestimmt ist, Wasserstoff gas oder Grase unter Druck und bei niedrigen und Umgebungstemperaturen und/oder bei hoher Temperatur aufzunehmen. Besonders geeignet ist sie für die Verwendung bei Kesseln, die für die Verarbeitung von Kohlenwasserstoff-Fluiden bei hoher Temperatur oder Pluiden, die Wasserstoffgas entwickeln oder während des Verfahrens zugesetzt erhalten, verwendet werden* Desgleichen eignet sie sich zur Lagerung von Wasserstoffgas oder Wasserstoff enthaltenden Grasen. Zu diesen Kesseln gehören Gaslager-Kessel und Kessel für verhältnismäßig hohe Temperaturen, wie beispielsweise Druckdestillationskolonnen, Fraktionier- und Erdölcracktürme und dergl..

Es ist bekannt, derartige Gefäße oder Kessel mit einem korrosionsbeständigen Futter oder Auskleidungen mit einem Legierungsgehalt auszurüsten, um den schädlichen Wirkungen des Kesselinhalte zu widerstehen und diese Putter von außen durch die dicke Keseelwand zu belüften, so daß da· durchsickernd· Waeeerstoffgas freigesetzt wird und die Ausbildung von Druck und Zerstörung in der starken Keeeelwand vermieden wird·

BAD ORIGINAL

009817/1043

160Ü61Ö

Diese Bauart ist; zufriedenstellend, soweit es die Seile des Futtere zwischen den Enden des Hüllverlaufs betrifft, sie ist jedoch unbefriedigend an den Enden des Hüllverlaufs und besondere unbefriedigend an den Verbindungsstellen der Umfangenähte. Die derzeitige Umfangenäht verschweißt die Futterumfangsnaht und wird dann kontinuierlich nach außen durch die Kesselwand gebildet· Diese übliche Bauweise ergibt einen kontinuierlichen Metallweg für das Durchsickern von Wasserstoff nach außen in die Umf angenäht hinein und durch sie hindurch, wodurch eine Versprödung durch Wasserstoff und andere schädliche Wirkungen hervorgerufen werden und ein Reißen der Naht durch die gesamte Umfangaverschweißung auftreten kann, eo daß möglicherweise der Kessel katastrophal platzen kann·

Irfindungsgemäß wird nunmehr ein Druckkessel geschaffen, der eine besondere Auskleidung aufweist» die im Kessel auf solche Weise angebracht wird, daß die Schwierigkeiten beseitigt werden, die beim oben beschriebenen Verschweißen der Umfangsnäht· auftraten· Durch die Erfindung wird der Bau eines Kessele billiger, al· wenn aan hierfür teure und widerstandsfähige !legierungen verwen*- det und die tlmfangsschweißnähte zwischen den geraden TeI-

009617/1043

len und den Deckeln mit teuren Legierungsschweißmaterialien ausführt, die gegen eine Yersprödung durch Wasserstoff beständig eind. Sie bekannte Entlüftungebauart von echichtenweise aufgebauten Kesseln weist Umfangsverschweißungen auf, die das Durchsickern von Gras ermöglichen! wobei die Wahrscheinlichkeit besteht, daß in den nicht entlüfteten und soliden Umfangsverschweißungen, die einen zusammenhängenden Schweißmetallmaterialweg von Innern des Kessels durch die Wand nach außen bilden, Versprödüngen durch Wasserstoff auftreten· Erfindungsgemäß erfolgt eine Trennung der kompakten Futterschweißung, welche den Druck des Kesselsinhalts aushalten soll, und der starken Außenumfangsschweißung der starken Kesselwand. Erfindungsgemäß werden die Schweißnaht des Futters und die Schweißnaht der starken Kesselwand durch einen Entlüftungsraum getrennt, der sich zwischen der Innenseite und der äußeren starken Umfangsverschweißung befindet, und es möglich macht, daß das durch die innere, widerstandsfähige legierung und ihre Umfangsverschweißung durchsickernde Gas abgeleitet wird und nicht durch einen zusammenhängenden Metallweg durch die gesamte UmfangeschweiSverbindungsnaht nach auSen dringt. Das durch die innere Legierungssohicht durchgesickerte Gas wird seit-

BAD OHIGfNAL

009817/1043

• lieh entlüftet und fließt längs durch die Intlüftungs-1öcher, welche sich direkt von der Außenseite des Kesselfutters nach außen erstrecken, zur Atmosphäre ab.

Es ist bekannt, daß Wasserstoffgas von Stahl adsorbiert werden kann und eine Versprödung, andere schädliche Wirkungen und ©ine Zerstörung des Kessels hervorrufen, kann und daß Wasserstoffgas von austenit±8ch®ia₉ rostfreiem Stahl u&d anderen legierten Materialien adsorbiert werden und durchsickern kann, ohne daß eixia merkliche Schädigung auftritt ο Srfindungsgesiäß werden als futter Materialien verwendet, die unter diesen Bedingungen sicher sind,und die stärkere Außenwand und ihre Umfangsverschweißung werden abgetrennt unä ermöglichen die Verwendung wirtschaftlicherer Stähle für die Außenwand®₅ die den Innendruck aufnehmen und den davon herrührenden Beanspruchungen ausgesetzt sind, jedoch nicht dem Wasserstoffgasdruck unterliegen, da !Futter und Putterversehweißung getrennt sind und eine Entlüftung jedes Sickerdruckes ermöglichen, der gegen di© ¥®rsohweißimg der stecken AuS®nstahlwand an ihren Usifaiigsnihten auftritt«

Im folgenden wird die Erfindung in mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser

BAD

O13SS17/1O43

zeigen

Pig, 1, 2 und 3 Querschnitte durch Umfangs-

schweiflungen der Druckgefäße und zeigen drei Ausführungsformen der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die aneinandergrenzenden Oberflächen der beiden aufeinanderstoßenden Teile A und B des zu verschweißenden Kessele unter Bildung einer äußeren, U-förmigen Öffnung G für eine Schweißnaht ausgeschnitten, und innen befindet sich ein Grund D¹, an dem die beiden Teile aufeinanderstoßen. Auf der Innenseite ist eine U-fÖrmige Öffnung E ausgeschnitten, die sich nach innen öffnet und deren Grund in den starken Wandabschnitten unter Bildung des Grundes D¹ zusammenstößt. Durch die Innenschichten oder Metallfutter 4 und 4', die gegenüber dem Kesselinhalt beständig sind, ist eine F förmige Vertiefung F gebildet.

Die Formen der Verschwelßungsausnehmungen sind nur beispielsweise angegeben und unwichtig hinsichtlich Größe, Neigung usw. und sollen lediglich die Erfindung anhand eines typischen Beispiels erläutern.

009817/1043

IbUUb lö

Eine Stahlverschweißung 1, deren Zusammensetzung mit den angrenzenden Abschnitten A und B der starken Außenwand verträglich, ist, wird von der Außenseite des Gefäßes aus angebracht· Die Abschnitte A und B werden sls aus mehreren Stahlschichten bestehend gezeigt} sie können jedoch genauso gut kompakt sein oder andere Schichten aufweisen, je nach den speziellen Erfordernissen.

Der Grund D der beiden Abschnitte wird ausgeholt oder auf andere Weise von der Gefäßinnenwand entfernt, wie durch die Striche 9 angedeutet ist, bis gesundes Metall erhalten wird. Danach wird dae Schweißmetall 20 von der Innenseite aus aufgelegt unter Verwendung eines Stahlmaterials, welches mit den aneinandergrenzenden Abschnitten A und B der starken Außenwand ^m-ts-äglieh ist. Die innere Oberfläche wird durch Schleifen oder nach anderen bekannten Methoden geglättet·

Ein Stab 3 aus Spezialmaterial wie chromlegiertem, rostfreiem Stahl oder einem gegenüber Wasserstoff und/oder dem Kesselinaalt widerstandefähigen Material wird innen um die Umfangsnaht und gegen die StahlverschweiSung 20 gelegt.

009617/1043

bad

Die Seiten dieses Stabes 3 werden bei 10 mit verträglichen Schweißmaterialien mit jeder Seite der Auskleidungen 4 und 4^f aus widerstandsfähigem Material verschweißt, so daß die Schweißnähte 10 nicht in die Abschnitte A oder B eindringen oder sich mit ihnen metallurgisch verbinden.

Die Schweißfläche 5 wird zwischen den Enden der Putterschichten 4 und 4' mit einem verträglichen, gegen Wasserstoff beständigen Schweißmaterial bis zur Innenoberfläche ausgefüllt. Zwischen der Außenoberfläche des Stabes 3 und der Putterschichten 4 und 4^f und den inneren Oberflächen der starken Wandabschnitte A und B wird längs und um den ganzen Umfang verlaufend ein freier Haum geschaffen, der durch die Putterschweißung sickerndes Wasserstoffgas durch die Entlüftungslöcher 21, die an jeder Seite der Verschwel ßung angebracht werden, nach außen zur Atmosphäre entweichen läßt.

In Pig. 1 wird ein Spalt 22 zwischen den äußeren Oberflächen der Putterschichten 4 und 4' und den inneren Oberflächen der starken Wandabschnitte A und B gezeigt. In der Praxis sind die starken Wandabschnitte A und B auf die

009817/1043

Futterschichten 4 und 4¹ aufgeschrumpft, wobei die Oberflächen, welche den als Spalt 22 gezeigten Kanal bilden, geschrotet oder gesandstrahlt sind, um starken Walzzunder zu entfernen, wobei sie jedoch rauh genug bleiben, um ein Durchsickern von Gas nach außen zu den Entlüftungslöchem 21 zu erlauben·

Gewöhnlich können sowohl die Putterschichten 4 und 4* wie auch die starken Wände A und B aus Schmiedestücken bestehen, die keine Längsnähte aufweisen. Die Putterschichten 4 und 4* und die starken Wände A und B können jedoch auch aus Plattenmaterial gewalzt und längsverschweißt sein.

Wie 3?ig. 2 zeigt, sind Kesselabschnitte C und D auf Entlüftungsschichten 12 und 12* und die wasserstoffbeständigen Auskleidungen 11 und 11' aufgeschrumpft. Die Entlüftungsschichten 12 und 12¹ können aus 6,35 mm starkem, perforiertem und an den inneren und äußeren Oberflächen sandgestrahltem Stahl bestehen, so daß Gas längs durchtreten kann. Eine geeignete» um den Umfang verlaufende öffnung 24 wird zwischen den Enden der Kesselabschnitte C. und D für die Aufnahme einer Schweißung vorbereitet· Zu-

009817/1043

erst wird eine Verschweißung 13 aus gegen Zerstörung durch Wasserstoff beständigem Metall, welches mit dem Material der Futter 11 und 11' verträglich ist, hergestellt und radiographisch untersucht. Stahlstangen 14 von gleicher Dicke wie die Entlüftungsschichten 12 und 12· werden von außen in den Grund des Umfangsspaltes 24 so eingelegt, daß sie die Schweißung 13 bedecken. Der Stab 14 wird an den beiden Seiten 15 verschweißt, aber die beiden Verschweißungen 15 dringen nicht in die Putter 11 und 11' ein und verschmelzen mit ihnen, so daß ein Gras-Sickerraum zwischen den Entlüftungsschichten 12 und 12' und den Futtersehichten 11 und 11' verbleibt. Die Verschweißung wird in üblicher Weise auf der äußeren Oberfläche der Kesselabschnitte C und D hergestellt· Das durch die Verschweißung 13 dringende Gas versickert daher längs und tritt durch die Entlüftungslöcher 16 aus. Hierdurch werden Versprödung und andere schädliche Wirkungen des Wasserstoffs auf die Hauptverschweißung 27 vermieden.

Sie Futter 11 können aus Titan, Zirkon oder ähnlichem Material bestehen, welches nicht leicht mit Stahl oder rostfreien Stahllegierungen verschweißt wird, aber

009817/1043

I DUUD lö - 11 -

mit sich, selbst verschweißt werden kann. Erfindungsgemäß können die Wände C und D wirtschaftlich aus Kohlenstoffstahl hergestellt werden. Die Entlüftungsschichten 12 und 12^f können zusätzliche Entlüftungsöffnungen 28 aufweisen, damit Wasserstoff längs zu den Entlüftungslöchern 16 an der inneren und äußeren überfläche der Schichten 12 und 12* aussickern kann.

Fig. 3 zeigt Kesselabschnitte X und Y, die auf die Putter 30 und 31 aufgeschrumpft sind. Eine Innenverschweißung 33 wird in der inneren Umfangsvertiefung 34 hergestellt. Auf die Innenseite der Verschweißung 33 wird ein Stab 35 so aufgelegt, daß er die Verschweißung 33 abdeckt, und wird an den Stellen 36 und 37 an den Auskleidungen 30 und 31 festgeschweißt. Die Verschweißung 40 vervollständigt die Verbindung der Kohlenstoffstahl-Abschnitte X und Y. Der Stab 35 besteht aus dem gleichen Material wie die Auskleidungen 30 und 31. Daher kann sich die Schweißung 33 nicht mit dem Stab 35 verbinden,und die Schweißungen 36 und 37 brennen nicht durch, so daß keine Verbindung mit den Kesselabschnitten X und Y erfolgt· Dadurch wird es möglich, daß Gas durch die Verschweißungen

009817/1043

36 und 37 hindurchsickert und dann längs zwischen den Abschnitten X und Y und den Auskleidungen 30 und 31 weitersickert und schließlich durch die Entlüftungslöcher 38
entweicht·

In den drei vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden zwar zwei zylindrische Druckkesselabschnitte miteinander verbunden, die gezeigten Verschweißungen können jedoch auch zur Verbindung der Kopf- oder Bodenabschnitte mit dem Hauptkörper eines Druckgefäßes verwendet werden.

009817/1043

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Der Versprödung und anderen scliädliciien Wirkungen von Wasserstoff ausgesetzter Druckkessel, dessen Teile mit Umfangsschweißungen verbunden sind und wobei jeder ^eil ein Putter aufweist, welches gegenüber dem Druckkesselinhalt beständig ist,und eine starke Außenwand, die auf dem Putter liegt, gekennzeichnet durch eine Innenverschweißung, die mit dem Puttermaterial verträglich ist und die Putter verbindet, wobei die Innenverschweißung gegenüber Versprödung durch Wasserstoff beständig ist, und durch eine Außenverschweißung, welche die starken Außenwände verbindet, wobei die Außenverschweißung keine Bindung mit dem Putter und der Innenverschweißung aufweist und die Innenverschweißung mit den Außenwänden und der Außenverschweißung keine Verbindung aufweist, die starken Außenwände kleine Entlüftungskanäle aufweisen, die bis zu dem Putter durchführen und seitlich von den Verschweißungen angeordnet sind, so daß Gas, welches durch die innere Verschweißung durchsickert, seitlich zwischen dem Putter und den Außenwänden weitersickert und durch die Entlüftungskanäle entweicht.

009817/1043

-H-

2· Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände auf die Putter aufgeschrumpft sind und die inneren Oberflächen der Außenwände und die Außenoberflächen der Futter aufgerauht sind, um ein Durchsickern von Gas zwischen ihnen zu ermöglichen.

3. Druckkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verschweißung über der inneren Verschweißung hergestellt wird und ein Stab oder ein Streifen aus Futtermaterial unter der Außenverschweißung angebracht und zwischen den Futtern verschweißt wird und die Innenverschweißung innerhalb des Stabes zwischen den Futtern hergestellt wird.

4· Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverschweißung über der Innenverschweißung hergestellt wird und ein Stab aus dem Außenwandmaterial außerhalb der Innenverschweißung angebracht und mit den Außenwänden verschweißt wird und die Außenverschweißung außerhalb des Stabes zwischen den Außenwänden hergestellt ist.

5. Druckgefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Entlüftungsschichten zwischen dem Futter und den Außen-

009817/1043

wänden vorhanden sind und die Entlüftungsschichten aufgerauhte Oberflächen besitzen, welche Gas-Sickerkanäle darstellen, und zwischen den Entlüftungsschichten ein Stab aus Außenwandmaterial verschweißt ist.

6. Druckgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab die gleiche Dicke wie die Entlüftungsschichten aufweist und die Entlüftungsschichten zur Gasführung Entlüftungsöffnungen, die durch sie hindurchgehen, aufweisen.

7. Druckgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab aus Futtermaterial innerhalb und unter der Außenverschweißung angeordnet ist und die Innenverschweißung aus zwei Verschweißungen besteht, die den Stab zwischen den Futtern verschweißen,und der Stab praktisch gleiche Dicke wie die Putter aufweist.

009817/1043

Leerseite