DE19524538C1 - Verbindung eines stählernen Rohrs mit einem stählernen Rohrboden eines Wärmetauschers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines mit einer sprödharten äußeren Beschichtung verse­ henen stählernen Rohrs mit einem stählernen Rohrboden eines Wärmetauschers, insbesondere für aggressive Medien.

Zur Verbindung eines Rohrs mit einer sprödhar­ ten äußeren Beschichtung, wie z. B. einer Emailbeschich­ tung, in einem stählernen Rohrboden eines Wärmetau­ schers, insbesondere eines Wärmetauschers, bei dem zunächst ein aggressives Medium, wie z. B. heißes Rauch­ gas, mit einem anderen Medium, wie z. B. Wasser, im Wärme austauschenden Kontakt steht, ist es bekannt, die beiden Endabschnitte des Rohrs nicht zu beschichten. Die Länge der nicht beschichteten, also metallisch blan­ ken Endabschnitte ist kürzer als die Dicke des jeweiligen Rohrbodens bemessen. Vor dem Einsetzen eines Rohrs in eine Bohrung des Rohrbodens wird die dem aggres­ siven Medium zugewandte Oberfläche des Rohrbodens mit einer korrosionsfesten Kunststoffolie abgedeckt. Im Be­ reich der Bohrung wird die Kunststoffolie mit einer Aus­ halsung versehen, die in die Bohrung fast und sich über eine Teillänge der Bohrung erstreckt. Anschließend wird das Rohr in die Bohrung eingeführt, bis daß die Stirnseite des Rohrs in der Ebene der dem aggressiven Medium Oberfläche abgewandten Oberfläche des Rohrbodens liegt. Hierbei wird die Aushalsung zwischen der Wandung der Bohrung und der äußeren Oberfläche des Rohrs verpreßt. Das Ende der sprödharten Be­ schichtung liegt etwa im mittleren Längenbereich der Aus­ halsung. Danach wird die Stirnseite des Rohrs mit dem Rohrboden verschweißt oder es wird das Rohr in den Rohrboden eingewalzt.

Durch nicht zu vermeidende Toleranzen beim Rohr, beim Rohrboden und bei der Aushalsung können bei einer derartigen Festlegung Dichtprobleme auftreten. So­ mit kann es in dem Bereich zwischen der Aushalsung, dem äußeren Umfang des nicht beschichteten Endabschnitts, der Wandung der Bohrung sowie der Schweißnaht zu Korrosionen kommen. Dies macht sich insbesondere dann verstärkt be­ merkbar, wenn die Verbindung des Rohrs bei vertikaler Anordnung am unteren Ende des Wärme­ tauschers an dem dort befindlichen Rohrboden stattfin­ det. Hier kann sich ausgefällte Säure stauen und zwischen der äußeren Oberfläche des Rohrs und der Aus­ halsung durchtreten.

Da der Endabschnitt des Rohrs zwischen der Stirnseite der Aushalsung und der Schweißnaht, insbeson­ dere durch eine Walzoperation, an die Wandung der Bohrung gepreßt wird, kann die hierdurch bedingte Verformung des Rohrs dazu führen, daß im Endbereich der an­ grenzenden sprödharten Beschichtung Risse entstehen, die ebenfalls mit Dichtproblemen verbunden sind.

Auch die Schweißnahtqualität kann im bekannten Fall nicht in dem gewünschten Umfang gewährleistet werden. Da beim Einführen des Endabschnitts des Rohrs in die Bohrung die Aushalsung der Kunststoffolie zwischen der äußeren Oberfläche des Rohrs und der Wandung der Bohrung verquetscht wird, bildet sich zwischen der Aushalsung und der stirnseitigen Schweißnaht ein ge­ schlossener Ringraum. Die beim Schweißen entstehenden Schweißgase gelangen folglich unter Überdruck, der be­ strebt ist, sich im Bereich des schwächsten Widerstands, das heißt des erkaltenden Schweißmaterials abzubauen. Da­ durch entstehen in der Schweißnaht Poren, welche wiederum Undichtigkeiten nach sich ziehen können.

Durch die DE 31 31 535 C2 ist ein Wärmetauscher-Rohr für die Aufheizung oder Kühlung von aggressiven Gasen in Kraftwerks-, Chemie-, Klima-, Trocknungs- und sonstigen Industrieanlagen mit einem den Innendruck aufnehmenden metallischen Innenrohr und einem als Korrosionsschutz dienenden keramischen Außenrohr bekannt. Das Außenrohr umschließt das Innenrohr mit geringem Abstand. Der Ring­ raum zwischen Innen- und Außenrohr ist mit einem eine Wärme leitende Verbindung bildenden Füllmaterial ausge­ füllt. Das keramische Außenrohr ist in einzelne Rohrab­ schnitte unterteilt, die untereinander durch Abdichtele­ mente verbunden sind, welche auf der Mantelfläche der Rohrabschnitte dichtend anliegen.

Gemäß dem Vorschlag der DE 35 01 656 A1 wird ein Stahl­ rohr so bereichsweise mit Emaille überzogen, daß die Endabschnitte emaillefrei sind. Die Länge der Endab­ schnitte soll ausreichen, um die notwendigen Bearbeitun­ gen mittels Schweifen oder Verschrauben zur Herstellung einer Rohrschlange durchzuführen, ohne daß eine Beein­ trächtigung der vor den Enden beginnenden Emailleschicht zu erwarten ist.

Durch die DE 43 44 810 A1 ist ein von den Abgasen eines Brenners beheizbarer Wärmetauscher bekannt, bestehend aus ein aufzuheizendes Medium führenden Rohren und aus mit­ tels Kragen auf die Rohre aufgesetzten Lamellen. Die Rohre sind mit einer Korrosionsschutzschicht aus Emaille versehen, die ausschließlich auf einem nicht mit Lamellen besetzten Bereich der Rohre aufgebracht ist.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung eines mit einer sprödharten äußeren Beschichtung versehenen stäh­ lernen Rohrs mit einem stählernen Rohrboden eines Wärmetauschers zu schaffen, die bei säurefester Ausführung absolut gasdicht ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruchs 1 angegeben.

Danach endet jetzt die sprödharte äußere Beschichtung eines Rohrs in einem solchen Abstand von der dem aggressiven Medium zugewandten Oberfläche des Rohrbo­ dens, daß die durch das Festlegen des Endabschnitts des Rohrs in der Bohrung hervorgerufene Verformung des Rohrs keine negativen Auswirkungen mehr auf die Qualität der Beschichtung hat. Am Ende der Be­ schichtung, das heißt kurz vor dein Übergang auf den nicht beschichteten Endabschnitt, wird ein Dichtring, insbeson­ dere ein O-Ring, unter Vorspannung aufgebracht. Das Mate­ rial des Dichtrings ist ein temperatur- und säurebestän­ diger Kunststoff, wie beispielsweise Viton. Anschließend wird ein Schrumpfschlauch aus einem temperatur- und säu­ rebeständigen Kunststoff, wie beispielsweise PFA, PTFE oder FEP, über eine Teillänge des nicht beschichteten Endabschnitts des Rohrs, den Dichtring und den daran angrenzenden Endbereich der Beschichtung geschoben. Die Länge der Abschnitte des Schrumpfschlauchs neben dem Dichtring ist etwa gleich bemessen, wobei der nicht be­ schichtete Endabschnitt des Rohrs etwa zur Hälfte von dem Schrumpfschlauch abgedeckt ist. Letztlich wird der Schrumpfschlauch mittels Heißluft festgelegt, so daß eine zuverlässige Dichtung gegen eindringende Konden­ sate, Säuren, Gase etc. auch über die sprödharte Be­ schichtung hinaus gewährleistet ist. Der Schrumpfschlauch bildet gewissermaßen eine Verlängerung der Beschichtung. Durch Wahl einer entsprechenden Dicke werden Probleme durch Diffusion/Permeation in Kunststoffen ausgeschlossen.

Das mit dem derart dicht aufgebrachten Schrumpfschlauch versehene Rohr wird dann in die Bohrung einge­ schoben und anschließend wird die Stirnseite des nicht beschichteten metallisch blanken Endabschnitts mit dem Rohrboden verschweißt. Die hierbei erzeugten Schweißgase können problemlos aus dem Ringspalt zwischen dem nicht beschichteten Endabschnitt und der Wandung der Bohrung treten. Die Schweißnahtqualität wird zweifelsfrei gewähr­ leistet.

Im Anschluß daran wird der von dem Schrumpfschlauch abge­ deckte Längenbereich des nicht beschichteten Endab­ schnitts an der Wandung der Bohrung festgelegt. Dies ge­ schieht insbesondere durch Walzen bzw. hydraulisches Auf­ weiten, wobei der Schrumpfschlauch zwischen der Oberflä­ che des Endabschnitts und der Wandung eingepreßt wird und auf diese Weise eine einwandfreie Dichtheit gegen einen Medieneintritt sichergestellt werden kann. Der Abstand des eingewalzten Längenbereichs des Endabschnitts einer­ seits von der Schweißnaht und andererseits von der Be­ schichtung reicht aus, daß bei dem Einwalzen keine unzu­ lässigen Beanspruchungen auf die Schweißnaht bzw. auf die Beschichtung ausgeübt werden.

Die Erfindung schafft mithin die Voraussetzungen zur ein­ wandfreien Festlegung von mit sprödharten Beschichtungen, wie insbesondere Email, versehenen Rohren in metallischen Rohrböden, so daß die durch die Beschichtun­ gen an sich säurefesten Rohre auch gasdicht und säurebeständig mit den Rohrböden verbunden werden können.

Der grundlegende Erfindungsgedanke erweist sich überall dort als vorteilhaft, wo die durch das aggressive Medium hervorgerufene Korrosionsbeanspruchung vergleichsweise gering ist. In den Einsatzfällen, wo ein noch höherer Korrosionsschutz verlangt wird, ist es hingegen vorteil­ haft, wenn die Merkmale des Anspruchs 2 zur Anwendung ge­ langen.

Hierbei wird die Beschichtung auf dem Rohr über den Dichtring hinaus mit einem Längenabschnitt ver­ sehen, dessen Schichtdicke dünner ist als die Schicht­ dicke der Beschichtung. Auf diesen Längenabschnitt sowie auf den letztlich von dem Schrumpfschlauch abgedeckten Längenabschnitt des nicht beschichteten Endabschnitts des Rohrs wird dann eine korrosionsfeste Schicht, das heißt ein säurefester Schutzanstrich oder eine Kunst­ stoffbeschichtung, beispielsweise eine PFA-Beschichtung, aufgebracht. Die dünnere Schichtdicke des über den Dicht­ ring hinaus zum Rohrboden vorstehenden Längenabschnitts erlaubt dann einen naht losen Übergang von der säurefesten Beschichtung auf den nicht beschichteten Endabschnitt und vermeidet folglich eine korrosionsgefährdete Schnitt­ stelle. Anschließend wird das so vorbereitete Rohr ebenfalls mit einem Dichtring und einem ent­ sprechend dicken Schrumpfschlauch versehen und dann im Rohrboden festgelegt.

Eine solche Ausführungsform gelangt insbesondere bei ste­ henden Wärmetauschern an den horizontal unteren Rohr­ böden im Gas/Säurebereich zum Einsatz und bildet einen doppelten Korrosionsschutz aus Anstrich und Kunststoff­ schlauch im gefährdeten Anschlußbereich.

Letztlich kann eine weitere Verbesserung der Abdichtung durch die Merkmale des Anspruchs 3 erzielt werden, wonach der von dem Schrumpfschlauch abgedeckte Längenbereich des nicht beschichteten Endabschnitts des Rohrs durch einen in eine Nute in der Wandung des Rohrbodens eingebetteten Dichtring faßt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Mit 1 ist in der Zeichnung allgemein ein Wärmetauscher bezeichnet, der zwei im Abstand voneinander angeordnete horizontale stählerne Rohrböden 2, 3 aufweist, die durch eine Vielzahl von senkrecht stehenden stählernen Rohren 4 miteinander verbunden sind. In der Zeich­ nung ist nur eines dieser Rohre 4 und seine Festlegung in den Rohrböden 2, 3 veranschaulicht.

Beim Ausführungsbeispiel wird das Rohr 4 von kaltem Wasser durchströmt und von einem heilen aggressi­ ven Rauchgas umströmt. Das Prinzip gilt aber auch für Er­ hitzer. Zum Beispiel wird ein kaltes Rauchgas durch war­ mes Wasser aufgeheizt.

Das Rohr 4 ist auf dem überwiegenden Teil sei­ ner Länge mit einer sprödharten äußeren Beschichtung 5, wie z. B. Email, versehen. Die Endabschnitte 6, 7 des Rohrs 4 sind nicht beschichtet. Sie sind metal­ lisch blank. Ihre Stirnseiten 8, 9 sind mit den äußeren Stirnseiten 10, 11 der Rohrböden 2, 3 bei 12 verschweißt.

Die nicht beschichteten Endabschnitte 6, 7 des Rohrs 4 sind länger als die Dicke D der Rohrböden 2, 3 bemessen.

An den Enden 13, 14 der Beschichtung 5 sind O-Ringe 15 aus einem temperatur- und säurebeständigen Kunststoff un­ ter Vorspannung aufgebracht.

Im Bereich des oberen Rohrbodens 2 ist ein Schrumpf­ schlauch 16 aus einem temperatur- und säurebeständigen Kunststoff über den O-Ring 15 sowie den an den O-Ring 15 angrenzenden Endbereich 17 der Beschichtung 5 einerseits bzw. den Längenbereich 18 des nicht beschichteten Endab­ schnitts 6 des Rohrs 4 andererseits gezogen. Der Schrumpfschlauch 16 wird durch Heißluft dicht an den Endabschnitt 17 der Beschichtung 5 und an den Längenbe­ reich 18 des Endabschnitts 6 gepreßt. Die dabei entste­ henden Schrumpfspannungen umschließen das Rohr 4 fest und erzeugen besonders durch den Druck auf den O- Ring 15 eine zuverlässige Dichtung gegen eindringende Kondensate, Säuren, Gase etc. im Bereich der Beschichtung 5.

Zur Abdichtung des Rohrs 4 im oberen Rohrboden 2 wird der von dem Schrumpfschlauch 16 umgebene Längenbe­ reich 18 des Endabschnitts 6 gemäß den Pfeilen P durch Walzen an die Wandung 19 der Bohrung 20 gepreßt, so daß auch hier die erforderliche Dichtheit gegen einen Medieneintritt von außen erzeugt wird.

Damit ist das Rohr 4 im oberen Rohrboden 2 einwandfrei dicht festgelegt.

Die dem Bereich 21 mit dem aggressiven Medium zugewandte Oberfläche 22 des Rohrbodens 2 kann plattiert oder mit Kunststoff als Korrosionsschutz beschichtet sein. Das­ selbe trifft für die entsprechende Oberfläche 33 des un­ teren Rohrbodens 3 zu.

Der untere Endabschnitt 7 des Rohrs 4 besitzt einen von der Beschichtung 5 aus über den O-Ring 15 in Richtung zum unteren Rohrboden 3 vorstehenden Längenab­ schnitt 23 mit einer dünneren Schichtdicke als die der Beschichtung 5. Dieser Längenabschnitt 23 sowie der an­ grenzende Längenbereich 24 des nicht beschichteten Endab­ schnitts 7 sind mit einem säurefesten Schutzanstrich 25 versehen.

Wie im Falle des oberen Endabschnitts 6 des Rohrs 4 ist auch am unteren Endabschnitt 7 ein Schrumpf­ schlauch 26 über den O-Ring 15, den daran angrenzenden Endbereich 27 der Beschichtung 5 und den Schutzanstrich 25 durch Schrumpfen aufgebracht. Hierbei endet der Schrumpfschlauch 26 vor dem Ende 28 des Schutzanstrichs 25.

Desweiteren ist zu sehen, daß in der Wandung 29 der Boh­ rung 30 des unteren Rohrbodens 3 eine Nute 31 vorgesehen ist, in die ein Dichtring 32 eingebettet ist, welcher beim Einwalzen des Längenbereichs 24 gemäß den Pfeilen P1 an der äußeren Oberfläche des dann verquetschten Schrumpfschlauchs 26 zur Anlage gelangt.

Bezugszeichenliste

 1 Wärmetauscher
 2 oberer Rohrboden
 3 unterer Rohrboden
 4 Rohr
 5 Beschichtung
 6 oberer Endabschnitt v. 4
 7 unterer Endabschnitt v. 4
 8 obere Stirnseite v. 4
 9 untere Stirnseite v. 4
10 Stirnseite v. 2
11 Stirnseite v. 3
12 Schweißnähte
13 Ende v. 5
14 Ende v. 5
15 O-Ringe
16 Schrumpfschlauch
17 Endbereich v. 5
18 Längenbereich v. 6
19 Wandung v. 20
20 Bohrung in 2
21 Bereich v. 1
22 Oberfläche v. 2
23 Längenabschnitt v. 5
24 Längenbereich v. 7
25 Schutzanstrich
26 Schrumpfschlauch
27 Endbereich v. 5
28 Ende v. 25
29 Wandung v. 30
30 Bohrung in 3
31 Nute in 29
32 Dichtring
33 Oberfläche v. 3
D Dicke v. 2, 3
P Pfeile
P1 Pfeile

Claims (3)

1. Verbindung eines mit einer sprödharten äußeren Be­ schichtung (5) versehenen stählernen Rohrs (4) mit einem stählernen Rohrboden (2, 3) eines Wärmetau­ schers (1), insbesondere für aggressive Medien, bei der ein nicht beschichteter Endabschnitt (6, 7) des Rohrs (4), der länger als die Dicke (D) des Rohrbo­ dens (2, 3) bemessen ist, bereichsweise in eine Boh­ rung (20, 30) des Rohrbodens (2, 3) eingepreßt und die Stirnseite (8, 9) des Rohrs (4) mit dem Rohrboden (2, 3) verschweißt ist, wobei am Ende (13, 14) der Beschichtung (5) ein Dichtring (15) unter Vorspannung aufgebracht ist und über einen Endbereich (17, 27) der Beschichtung (5), den Dichtring (15) und einen Längenbereich (18, 24) des nicht beschichteten Endab­ schnitts (6, 7) des Rohrs (4) ein Schrumpfschlauch (16, 26) aus Kunststoff gezogen ist, wobei der mit dem Schrumpfschlauch (16, 26) versehene Längenbereich (18, 24) des nicht beschichteten Endabschnitts (6, 7) radial gegen die Wandung (19, 29) der Bohrung (20, 30) im Rohrboden (2, 3) gepreßt ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschichtung (5) über den Dichtring (15) hinaus mit einem zum Rohrbo­ den (3) vorstehenden Längenabschnitt (23) versehen ist, dessen Schichtdicke dünner als die der übrigen Beschichtung (5) ausgebildet ist, und daß auf diesen Längenabschnitt (23) sowie auf den von dem Schrumpf­ schlauch (26) abgedeckten Längenabschnitt (24) des nicht beschichteten Endabschnitts (7) des Rohrs (4) ein korrosionsfester Anstrich (25) oder eine entsprechende Kunststoffbeschichtung aufge­ bracht ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Schrumpfschlauch (16, 26) abgedeckte Längenbereich (24) des Endabschnitts (7) des Rohrs (4) durch einen in eine Nute (31) in der Wandung (29) des Rohrbodens (3) eingebetteten Dichtring (32) fast.