DE19930507A1 - Gegen Leckage sichernde Flanschverbindung für einen mindestens zweiteilgen Behälter - Google Patents

Abstract

Bei einer Flanschverbindung für einen mindestens zweiteiligen Behälter, bei dem die Flanschverbindung von einem im Behälterinneren unter Druck (P¶i¶) stehenden schädlichen Gas oder Gasgemisch beaufschlagt wird und bei dem zum Aufbau einer Dichtung (12) der eine Flansch (2) mit einer Nut und der andere Flansch (3) mit einer der Nut zugeordneten Feder (8) versehen ist und in der Nut ein Dichtmittel (10) angeordnet ist, das bei Anziehen einer an den beiden Flanschen angreifenden Schraubverbindung abdichtend zusammengepresst wird, ist zur Sicherung der Verbindung gegen Leckage von Schadgas nach außen vorgesehen, dass eine bezüglich der gegen den Innendruck (P¶1¶) des Behälters abdichtende erste Dichtung (12) eine innenliegende Leckagedichtung (13) mit Nut (7) und Feder (9) ausgebildet ist und zwischen Innendruckdichtung und Leckagedichtung (13) eine mit den beiden Dichtungen in Verbindung stehende Sperrgaskammer (14) vorgesehen ist, die mit einem unter Überdruck (P¶1¶ + DELTAp) gegenüber dem Innendruck (P¶i¶) stehenden nicht schädlichen Sperrgas beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für einen mindestens zweiteiligen Behälter der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Salpetersäure wird in großtechnischem Maßstab in Kontaktverfahren durch Oxidation von Ammoniak und Luft gewonnen. In einen mindestens zweiteiligen Behälter wird ein Gemisch von Ammoniak und Luft unter Druck über feingewebte Platinnetze geführt. Der Ablauf der Oxidation ist exotherm, daher sind in dem Reaktionsbehälter, in dem die Oxidation durchgeführt wird, den Platinnetzen Heizflächenelemente nachgeschaltet. Der obere Teil des Reaktionsbehälters (Brennerhaube) ist mit dem unteren Teil des Behälters über eine Flanschverbindung verbunden, wie dies z. B. schematisch auf den S. 32 und 33 des Prospektes "Anlagen- und Apparatebau/Komponenten und Teilkreisläufe" der Firma L. & C. Steinmüller aus dem Jahre 1986 dargestellt ist. Der obere Teil des Behälters muss betriebsmäßig häufig von dem unteren Teil des Behälters getrennt werden, damit die Katalysatornetze zugänglich sind, was besondere Anforderungen an die Flanschverbindung stellt. Eine Schweißlippendichtung an der Flanschverbindung ist nicht sinnvoll.

Bei einer bekannten Flanschverbindung ist ein Flansch mit einer Nut und der andere Flansch mit einer der Nut zugeordneten Feder versehen und ist in der Nut ein Dichtmittel eingesetzt. Bei Anziehen der für die Verbindung der Flansche vorgesehenen Schraubverbindung wird das Dichtmittel beaufschlagt.

Die Flanschverbindung wird vom Behälterinneren her mit einem unter Druck stehenden Gasgemisch beaufschlagt, das eine schädliche Komponente, nämlich das Ammoniak, enthält.

Bei der bekannten Flanschverbindung kann Ammoniak haltiges Schadgas über die Dichtung austreten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flanschverbindung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die gegen Leckage von Schadgas nach außen gesichert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass eine bezüglich der ersten Dichtung innenliegende Leckagedichtung ausgebildet ist und zwischen der ersten Dichtung und der Leckagedichtung eine mit den beiden Dichtungen in Verbindung stehende Sperrgaskammer vorgesehen ist, die mit einem unter Überdruck gegenüber dem Innendruck des Behälters stehenden nicht schädlichen Sperrgas beaufschlagbar ist.

Bei einer Leckage der außenliegenden und gegen den Innendruck abdichtenden Dichtung strömt nicht schädliches Sperrgas zum Behälteraußenraum ab. Bei einer Leckage der innenliegenden Dichtung strömt nicht schädliches Sperrgas in Folge eines leichten Überdrucks gegenüber dem Innendruck in das Behälterinnere.

Die erfindungsgemäße Flanschverbindung kann auch bei anderen Prozessen eingesetzt werden, bei denen die Gefahr besteht, dass ein schädliches Gas austritt, wie z. B. bei der Herstellung von Caprolactam (Katalytische Luftoxidation von Cyclohexan), Blausäure (Ammoxidation von Methan), Formaldehyd (Oxidation von Methanol mit Luft), Lachgas, Synthesegas od. dgl.

Vorzugsweise ist das Sperrgas eine nicht schädliche Komponente eines die Flanschverbindung von innen beaufschlagenden Gasgemisches.

Es ist möglich, dass die beiden Dichtungen als Flachdichtungen ausgebildet sind.

Andererseits kann es zweckmäßig sein, die beiden Dichtungen als Nut- und Federdichtungen auszubilden, bei denen jeweils der eine Flansch mit einer Nut und der andere Flansch mit einer der Nut zugeordneten Feder versehen ist und in der Nut ein Dichtmittel angeordnet ist.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn in dem einen Flansch sowohl die Nut für die erste Dichtung (Außendichtung) als auch die Nut für die Leckagedichtung und in dem anderen Flansch die den Nuten zugeordneten Federn ausgebildet sind. Die Sperrgaskammer wird dann von dem von den beiden Federn begrenzten Raum gebildet.

Schließlich ist zur Vergrößerung des Strömungsquerschnitts für das Sperrgas vorgesehen, dass zwischen den beiden in einen Flansch ausgebildeten Nuten eine sich zur Sperrgaskammer hin öffnende Ringnut ausgebildet ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden.

Die Flanschverbindung 1 besteht aus einem unteren Flansch 2 und einem oberen Flansch 3, die in nicht näher dargestellter Weise mit einem unteren Teil 4 bzw. einem oberen Teil 5 eines Behälters verbunden sind. Zum Beispiel können die Flansche 2 und 3 als Aufschweißflansche mit den Behälterwänden verbunden sein.

Auf seiner sich radial erstreckenden Oberseite 2a ist der Flansch 2 mit einer radial außenliegenden Ringnut 6 und mit einer radial innenliegenden Ringnut 7 versehen, wobei die Ringnut 6 eine größere Breite aufweist als die radial innenliegende Ringnut 7; die Tiefe der beiden Nuten ist gleich. Der Flansch 3 ist auf einer sich radial erstreckenden Teilfläche 3a seiner Unterseite mit einer außenliegenden und der Ringnut 6 zugeordneten ringartigen Feder 8 und einer innenliegenden und der Ringnut 7 zugeordneten ringartigen Feder 9 versehen. Die Federn 8 und 9 können einstückig mit den Flansch ausgebildet sein oder auf die Unterseite aufplattiert sein. Die Breiten der Federn sind kleiner als die Breiten der zugeordneten Ringnuten. Die Breite der Ringfeder 8 ist größer als die Breite der Ringfeder 9. In den Nuten 6 und 7 sind Dichtmittel 10 bzw. 11 eingebracht.

In den Flanschen 2 und 3 sind aufeinander ausgerichtete Durchgangsbohrungen 2b bzw. 3b ausgebildet, in die Schraubbolzen zur Verbindung der beiden Flansche 2 und 3 eingebracht werden können. Die Schraubbolzen sind nicht dargestellt. Beim Beaufschlagen der Flansche 2 und 3 durch die Schraubbolzen greifen die Federn 8 und 9 in die zugeordneten Nuten 6 bzw. 7 unter Komprimierung der Dichtmittel 10 bzw. 11 ein.

Die Elemente 6, 10 und 8 bilden eine erste Dichtung (Außendichtung) 12, die für eine Abdichtung gegenüber dem im Behälter herrschenden Inendruck P_i gewährleistet. Dieser kann z. B. im Bereich von 4 bis 5 bar bei einem Behälter liegen, dessen Oberteil als Brennerhaube eines NH₃-Verbrennungselements dient. Das dort vorhandene Gas ist schädlich, weil es Ammoniak enthält.

Die Elemente 7, 11 und 9 bauen eine Leckagedichtung (Innendichtung) 13 auf.

Zwischen den beiden Ringfedern 8 und 9 ist eine ringförmige Sperrgaskammer 14 ausgebildet, die über mindestens eine Bohrung 15 mit einem Sperrgas beaufschlagbar ist. Das Sperrgas steht unter einem leichten Überdruck P_i + Δp bezogen auf den Innendruck P_i des Behälters.

Bei Behältern größeren Durchmessers und damit bei Sperrgaskammern großer Länge ist es sinnvoll, die Sperrgaskammer 14 nicht nur über eine Bohrung 15, sondern über eine Vielzahl gleichmäßig über den Umfang der Sperrgaskammer verteilte Bohrungen mit Sperrgas zu beaufschlagen.

Bei Undichtwerden der Außendichtung 12 strömt Sperrgas SG nach außen ab. Bei Undichtwerden der Innendichtung 13 strömt Sperrgas in den Innenraum des Behälters.

Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Flanschverbindung ist somit der Austritt von unter Druck P_i stehendem Schadgas nach außen sicher verhindert.

Vorzugsweise wird als Sperrgas Luft von dem Kompressor herangeführt, der die für die Oxidation von Ammoniak und Luft erforderliche Luft komprimiert. Der Behälterinnendruck P_i wird wegen des Druckverlustes zwischen Kompressor und Brennerhaube immer etwas kleiner sein als der Kompressorausgangsdruck.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist in dem zwischen den beiden Nuten 6 und 7 verbleibenden Steg auf der Fläche 2a des Flansches 2 eine weitere ringförmige Ausnehmung 16 vorgesehen, die sich zur Sperrgaskammer 14 hin öffnet und in deren Boden sich die Bohrung 15 öffnet.

Bei dieser Ausführungsform wird der Strömungsquerschnitt für das Sperrgas in Umfangsrichtung der Flanschverbindung durch den nicht von dem Dichtmaterial und den Steg zwischen den Nuten eingenommenen Querschnitt der Sperrgaskammer 14 und den Querschnitt der Ringnut 16 bestimmt, so dass im Falle von Leckagen, die weiter von der Zuführöffnung der Bohrung 15 bzw. der Bohrungen 15 entfernt sind, das Zuströmen von Sperrgas erleichtert wird. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ragen die Federn 8 und 9 unter Komprimierung der Dichtmittel 10 und 11 in die Nuten 6 und 7 hinein.

Im Behälterinneren erstreckt sich von der Oberseite des Flansches 2 ein ringartiger Träger 17 nach oben, der die für die Oxidation erforderlichen Platinnetze trägt. Der Träger 17 bildet mit der Innenfläche des Flansches 3, der einen entsprechend größeren Innendurchmesser als Flansch 2 aufweist, einen Ringraum 18, über den die Dichtungen 12 mit dem unter dem Druck P_i stehenden Gas G beaufschlagt werden, wie dies in der Figur durch den Pfeil G symbolisch dargestellt ist.

Claims (6)

1. Flanschverbindung für einen mindestens zweiteiligen Behälter, bei dem die Flanschverbindung von einem im Behälterinneren unter Druck (P_i) stehenden schädlichen Gas oder Gasgemisch beaufschlagt wird und bei der zwischen den Flanschen (2, 3) eine Dichtung (12) angeordnet ist, die bei Anziehen einer an den beiden Flanschen angreifenden Schraubverbindung abdichtend zusammengepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine bezüglich der ersten Dichtung (12) innenliegende Leckagedichtung (13) ausgebildet ist und zwischen der ersten Dichtung (12) und der Leckagedichtung (13) eine mit den beiden Dichtungen in Verbindung stehende Sperrgaskammer (14) vorgesehen ist, die mit einem unter Überdruck (P_i + Δp) gegenüber dem Innendruck (P_i) des Behälters stehenden nicht schädlichen Sperrgas beaufschlagbar ist.

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrgas eine nicht schädliche Komponente eines die Flanschverbindung (1) von innen beaufschlagenden Gasgemisches ist, insbesondere Luft.

3. Flanschverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtungen als Flachdichtungen ausgebildet sind.

4. Flanschverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtungen (12, 13) als Nut- und Federdichtungen ausgebildet sind, bei denen jeweils der eine Flansch (2) mit einer Nut (6; 7) und der andere Flansch (3) mit einer der Nut zugeordneten Feder (8; 9) versehen ist und in der Nut (6) ein Dichtmittel (10; 11) angeordnet ist.

5. Flanschverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einen Flansch (2) sowohl die Nut (6) für die erste Dichtung (12) als auch die Nut (7) für die Leckagedichtung (13) und in dem anderen Flansch (3) die den Nuten zugeordneten Federn (8, 9) ausgebildet sind.

6. Flanschverbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden in einem Flansch ausgebildeten Nuten (6, 7) eine sich zur Sperrgaskammer (14) hin öffnende Ringnut (16) ausgebildet ist.