DE19534823A1 - Rohrbündel-Wärmeübertrager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmeübertrager (RWÜ) zum Einsatz abstromseitig von Wirbelschichtfeuerungen, Verbrennungsturbinen, ther­ mischen Crack-Anlagen u. dgl.

Derartige RWÜ werden beispielsweise in Ethylenanlagen bei der Erzeugung von Ethylen durch thermisches Spalten abstromseitig von einer Transferleitung von einem Spaltofen eingesetzt und als Spaltgaskühler bezeichnet.

Spaltgaskühler müssen außerordentlich hohen Anforderungen an die Kon­ struktion und die Materialeigenschaften genügen. Das durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen wie Naphtha, Schwerbenzin oder auch Ethan aus dem Spaltofen austretende heiße Reaktionsgemisch muß in den Spaltgaskühlern rasch gekühlt werden, um unerwünschte Nebenreaktionen zu vermeiden. Der Spaltgaskühler bzw. RWÜ dient als Abhitzekessel, in welchem durch Ver­ dampfung von mantelseitig geführtem Speisewasser Hochdruckdampf erzeugt wird.

Das aus dem Spaltofen mit hoher Geschwindigkeit kommende Spaltgas tritt über eine die Transferleitung in einen axial angeordneten Haubenstutzen ein und trifft auf die untere Rohrplatte, um nach Durchgang durch die Rohre des Spaltgaskühlers einer Ölwäsche und der weiteren Aufarbeitung zugeführt zu werden.

Das Spaltgas enthält trotz kurzer Verweilzeiten und hoher Geschwindigkeiten bereits Kokspartikel, wobei es nicht möglich ist, alle Innenrohre des Spaltgas­ kühlers gleichmäßig zu beaufschlagen. Die zentralen Bereiche der Bodenplatte und auch die im Bereich der Kernzone angeordneten Rohre werden dem­ gemäß stärker erodiert als die peripheren Bereiche.

Es ist bekannt, in einem Reaktor installierte Kühlrohre mit einer erosionshemmenden feuerfesten Be­ schichtung auszurüsten (vgl. US 4 124 068), um das Risiko eines Rohrver­ sagens und das Eindringen von Kühlwasser in das umgebende Reaktions­ gemisch bei erhöhter Temperatur zu vermindern.

Dem Problem einer wesentlich stärkeren Anströmung und Beanspruchung der Kernzone im Vergleich zu den Randzonen ist versucht worden u. a. durch kegelförmige Einbauten (vgl. US-PS 35 52 487) oder durch diffusorartige Um­ lenkvorrichtungen ohne Einbauten (vgl. DE-PS 21 60 372) in den Hauben­ stutzen zu begegnen.

Ferner ist vorgeschlagen worden, sowohl zur Vergleichmäßigung der Durch­ strömung des eintrittseitigen Haubenstutzens als auch zum Schutz der Rohr­ platte vor Erosion den RWÜ mit Einbauten aus Stäben, die zu Ringen gebogen sind, zu versehen, wobei die Ringe entlang der Oberfläche eines Kegels ange­ ordnet sind, dessen Spitze zu dem Gaseintritt gerichtet ist (vgl. EP 0 377 089 A1).

Hierdurch sollen die von dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas im Bereich der Kernströmung mitgeführten Kokspartikel abgebremst und teilweise radial nach außen gelenkt werden, so daß sie nicht mehr zu Erosionsschäden an der Rohrplatte und den Rohren führen. Auf der anderen Seite ist mit der­ artigen Einbauten ein Differenzdruck und durch entsprechende Verweilzeit­ erhöhung ein Ausbeuteverlust verbunden.

Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem durch eine Verstärkung der Bodenplatte ein wirksamer Erosionsschutz angestrebt wird. Die Erosionen an der unteren Rohrplatte machten periodische Abstellungen der Spaltgaskühler erforderlich, wobei man sich so beholfen hat, die Bodenplatten durch Auftrags­ schweißung wieder auf die erforderliche Wanddicke zu bringen. Dieses Ver­ fahren ist aufwendig und kann hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit des mittels Auftragsschweißung aufgebrachten Materials ebenfalls nicht zufriedenstellen.

Zur Behebung dieser Nachteile wird vorgeschlagen, mindestens eine der beiden Rohrplatten von RWÜ mit einer Beschichtung aus einem chemisch ab­ bindenden erosionsbeständigen Feuerfestprodukt zu versehen.

Bei einem RWÜ der eingangs genannten Art mit einem zwischen zwei Boden­ platten gehaltenen Rohrbündel und einer sich vom Durchmesser der Transfer­ leitung von einem Spaltofen auf den Durchmesser der unteren Rohrplatte er­ weiternden Haubenstutzen werden Anker zum Halten der Beschichtung an der unteren Rohrplatte angebracht.

Die Beschichtung wird mittels einer Stampfmasse mit einer Stärke von etwa 10 5 bis 50, vorzugsweise 15 bis 30 mm ausgeführt.

Hierzu wird die untere Rohrplatte vorteilhaft mit V-, T-, S- oder Y-Ankern im Durchmesser von etwa 5 mm oder einer Blechkonstruktion in Honigwaben­ struktur mit einer Höhe von etwa 5 bis 10 mm verschweißt.

Derartige Anker sind als ECO-VINs für verschiedene Auskleidungsstärken in auf Stahlblech geschweißten Auskleidungen mit Hintermauerung in feuerungs­ technischen Anlagen bekannt, wobei zur besseren Verankerung der Stampf­ masse die Schenkel des Ankers auf etwa 60°C aufgebogen werden können. Die Anker können in ungespreizter oder in gespreizter Ausführung auf die untere Rohrplatte aufgeschweißt werden.

Die Beschichtung mit der Stampfmasse aus einem chemisch gebundenen, gegen Erosion widerstandsfähigen Feuerfestmaterial wird entweder von Hand oder für größere Flächen durch Spritzen aufgebracht und manuell beispiels­ weise mittels Flachstahl und Hammer oder mittels maschineller Werkzeuge verdichtet.

Als Stampfmasse geeignet ist beispielsweise RESCO-CAST ein Produkt der RESCO Products Inc. Andere im Handel befindliche geeignete Produkte sind das als Rammasse bezeichnete PLIRAM Cyclone-Mix D der Plibrico GmbH.

Um die Temperaturwechselbeständigkeit der Beschichtung unter den ge­ gebenen hohen Anforderungen zu verbessern, können der Stampfmasse ge­ wellte Stahlfasern (C-Mix) beispielsweise mit einem Mengenanteil von 1 bis 2 Gew.-% zugesetzt werden.

Im Prinzip braucht nur der Kernbereich in der Mitte der Rohrplatte mit der Be­ schichtung versehen zu werden. Durch Aufbringen der erosionsschützenden Beschichtung können sowohl neue noch nicht im Einsatz gewesene Boden­ platten als auch durch Auftragsschweißung wieder auf die erforderliche Wanddicke gebrachte Bodenplatten erfindungsgemäß ausgerüstet werden.

Das Aufbringen einer Bewehrung auf eine Bodenplatte eines Spaltgaskühlers einer Ethylenanlage wird nachfolgend weiter ins Einzelne gehend beschrieben, wobei die gewählten Vorgehensweisen für das Aufbringen, die genannten Materialien und der spezielle Anwendungsfall bei einem Spaltgaskühler nicht einschränkend sondern im Sinne eines Ausführungsbeispiels verstanden sein sollen.

Ausführungsbeispiel

Auf eine Bodenplatte werden V-Anker oder ECO-VIN Anker mit in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellter Ausführungsform aus einem austenitischen Stahl (1.4841) aufgeschweißt. Die Innen­ rohre des RWÜ werden durch konische Holzstopfen verschlossen, so daß die Stampfmasse sowohl an den Ankern als auch an den Stopfen Halt findet. Die aus PLIRAM Cyclone-Mix D bestehende Stampfmasse wird mit 2 Gew.-% gewellten Stahlfasern C-Mix 25 (Material 1.4841) versetzt.

Das Aufbringen der Stampfmasse erfolgt manuell mittels Spachtel und Kelle. Die aufgebrachte Stampfmasse wird anschließend sek­ tionsweise durch mittels Flacheisen übertragene Hammerschläge zu einer lunkerfreien Beschichtung verdichtet. Nach einer Abbindezeit von ca. 25 Std. bei normaler Außentemperatur werden die konischen Holzstopfen wieder entfernt.

Die Trocknung der Stampfmasse und der anschließende Brand er­ folgt gemäß einer vorgegebenen Temperaturkurve nach Hersteller­ anweisungen.

Hierbei zeigt Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Rohrboden in der Draufsicht (von unten betrachtet).

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Spaltgaskühler mit einer er­ findungsgemäßen Beschichtung im Bereich der Bodenplatte.

Durch das Aufbringen der Beschichtung können auch stark vorgeschädigte Bodenplatten vor weiterer Erosion geschützt werden. Zwar unterliegen auch die erfindungsgemäß ausgerüsteten Bodenplatten bzw. RWÜ je nach Einsatz hinter Wirbelschichtfeuerungen, Verbrennungsturbinen oder thermischen Crack-Anlagen beispielsweise Ethylenanlagen oder Anlagen zur Erzeugung von Acetylen einer Erosion durch Kokspartikel. Im Vergleich zu dem unge­ schützten metallischen Material der Bodenplatte ist die Erosion erfindungsge­ mäß beschichteter Bodenplatten deutlich langsamer, so daß sich eine ver­ besserte Verfügbarkeit der entsprechenden Anlagenteile ergibt. Im übrigen ist bei Verschleiß eine Entfernung und erneute Aufbringung der erfindungsge­ mäßen Beschichtung möglich.

Claims (5)

1. Rohrbündel-Wärmeübertrager (RWÜ) zum Einsatz abstromseitig von Wirbel­ schichtfeuerungen, Verbrennungsturbinen, thermischen Crackanlagen mit einer Beschichtung von mindestens einer der beiden Rohrplatten aus einem chemisch abbindenden erosionsbeständigen Feuerfestprodukt.

2. Rohrbündel-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 mit einem zwischen oberer und unterer Rohrplatte gehaltenen Rohrbündel, einer sich vom Durchmesser einer Transferleitung von einem Spaltofen auf den Durchmesser der unteren Rohrplatte erweiternden Eintrittskammer sowie mit der unteren Rohrplatte verbundenen Ankern zum Halten einer Beschichtung aus einer Stampfmasse mit einer Stärke von 10 bis 50, vorzugsweise 15 bis 30 mm unter Freilassen der Öffnungen für die Wärmeaustauscherrohre.

3. Rohrbündel-Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die untere Rohrplatte zwecks Halten der Stampfmasse mit Ankern in V-, T-, S- oder Y- Form oder mit einer Honigwabenstruktur verschweißt ist.

4. Rohrbündel-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Stampfmasse als luftabbindendes Produkt zu einem erosionsbeständigen Feuerfestprodukt chemisch abgebunden hat.

5. Rohrbündel-Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Stampfmasse gewellte Stahlfasern zugesetzt sind.