DE19954521C1

DE19954521C1 - Wärmetauscher für den Sauergasbereich

Info

Publication number: DE19954521C1
Application number: DE1999154521
Authority: DE
Inventors: Peter Pulverich; Stefan Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für den Einsatz bei korrosiven Medien, insbesondere oxidierenden Säuren. DOLLAR A Der Wärmeaustauscher in Form eines Rohr- oder Kamm-Wärmeaustauschers besteht aus einem herkömmlichen Baustahl und die vom Sauergas durchströmten Bereich sind mit einer Auskleidung versehen. Die Auskleidung kann aus einem bitumenhaltigen Material oder einer durch thermisches Spritzen aufgebrachten Pulverschicht bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für den Einsatz im Sauergasbereich.

Bekannt ist aus der DE 197 17 931 C1 ein Wärmetauscher für Einsatzbereiche bei Temperaturen größer 200°C bis 1600°C und/oder korrosiven Medien, der aus feuerverstärkter Keramik (C/SiC oder SiC/SiC) besteht, und die Einzelbauteile keramisch miteinander verbunden oder mit einem Keramikkleber gefügt sind. Die Geometrie sowohl der Einzelbauteile als auch des Gesamtapparates kann auf die entsprechenden Prozeß- und/oder Umgebungsbedingungen exakt angepaßt werden.

Die Druckschrift DE 81 06 819 U1 schreibt einen Wärmetauscher für aggressive Medien, bestehend aus einem Metallrohr mit Fluorkunststoffmanten, wobei der Mantel aus FEP oder PFA besteht und eine vorgegebene Wandstärke besitzt.

In den Ansprüchen 2 bis 5 werden konstruktive Einzelheiten in bezug auf das Metallrohr und der Befestigung angegeben.

Da Polytetrafluoräthylen (PTFE) ein Press-Sinterwerkstoff mit hohem Porengehalt und hoher Diffusionsrate ist, wird dieser gemäß der Erfindung durch Fluorkunststoff (FEP oder PFA) ersetzt. Diese weisen eine geringere Diffusionsrate auf.

In der DE 25 15 007 A1 wird eine Kunststoffbeschichtung und Rohre für Wärmetauscher beschrieben. Die Kunststoffbeschichtung besteht aus einer stärkeren Elastikschicht und einer dünneren Oberschicht, wobei unter der Elastikschicht unmittelbar auf der metallischen Rohrinnenwandung eine Unterschicht aus Kunststoff vorgesehen ist.

Die Unterschicht ist eingepresst, vorzugsweise durch Rollendruck.

Der Nachteil bei dieser Lösung besteht darin, daß hier nacheinander mehrere Schichten unterschiedlicher Elastizität und Festigkeit aufgetragen werden, wobei die untere Schicht unmittelbar auf die metallische Rohrinnenwandung aufgetragen und vorzugsweise durch Rollendruck eingepresst ist.

Zwischen dem Auftragen der einzelnen Schichten müssen Trocknungs- und Aushärtungsphasen eingelegt werden. Insgesamt führt dies zu einer relativ kostenintensiv und zeitaufwendigen Herstellung.

Des weiteren kann die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen und Festigkeitswerten bei höherer Wärmebeaufschlagung dazu führen, daß die Schichten sich untereinander lösen.

In der WO 99/35458 wird ein Wärmeübertragungselement beschrieben, das aus einem Grundkörper aus einem starren Material mit einer Fluorpolymerbeschichtung besteht, die durch Pulverbeschichtung auf den Grundkörper aufgetragen wird.

Durch diese Beschichtung entsteht auf der Oberfläche eine Fluorpolymerschicht mit einem relativ hohen Porengehalt und hoher Diffusionsrate. Um die Diffusionsrate zu minimieren, muß die Schichtdicke entweder erhöht oder eine Unter- oder Deckschicht mit einem geringen Porengehalt und geringer Diffusionsrate aufgebracht werden.

Wärmetauscher aus Metall für den Einsatz bei korrosiven Medien unterliegen einer starken Korrosion und besitzen dadurch nur eine beschränkte Lebensdauer, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden oder wenn sie nicht hoch legiert werden.

Hochlegierte Materialien und Gußeisen bereiten bei der Verarbeitung Schwierigkeiten, wodurch sich Beschränkungen hinsichtlich der Form der Anlage ergeben und mehr Flansche, Fittings und höhere Kosten erforderlich sind. Durch den vermehrten Einsatz von Flanschen und Fittings erhöht sich die mögliche Leckagebildung an den Wärmetauschern.

Wärmetauscher für den Einsatz bei korrosiven Medien/Sauergasbereich werden hauptsächlich aus austenitischem rostfreien Stahl der Serie 300 (18% Cr-8% Ni) hergestellt. Die Korrosionsbeständigkeit beruht auf einem Oxidfilm. Bei den rostfreien Stählen handelt es sich um eine Serie von Legierungen auf der Basis von Eisen, die im allgemeinen mindestens 12% Chrom enthalten, um eine Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Der Zusatz von Nickel zu der Eisen/Chromlegierung verändert die Raumstruktur. Die dabei entstehende Phase wird als Austenit bezeichnet.

Wärmetauscher, die aus den vorgenannten Materialien hergestellt werden, sind relativ kostenintensiv und konstruktionsbedingt aufwendig in der Herstellung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend vom Stand der Technik die Anwendung von einfachen kostengünstigen Baustählen für Wärmetauscher im Sauergasbereich zu ermöglichen, wobei durch eine einfach einlagige Beschichtung, eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht wird. Die Schicht soll bei einer minimalen Dicke einen sehr geringen Porengehalt sowie eine minimale Diffusionsrate aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher und deren Einzelteile aus herkömmlichem Baustahl bestehen und dessen vom Sauergas durchströmten Teile mit einer Auskleidung versehen sind.

Die Auskleidung kann aus einer bitumenhaltigen Schicht oder einer Pulverschicht bestehen. Als Pulver kann Keramik- oder Metallpulver zum Einsatz kommen. Die Pulverschicht wird durch thermisches Spritzen aufgetragen.

Die entscheidenden Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind u. a.:

- Verwendung von kostengünstigen herkömmlichen Baustählen für den Wärmetauscher bzw. deren Einzelteile,
- Beschichtung der mit dem Sauergas in Berührung kommenden Teile mit einem chemisch beständigen Material,
- Chemische Beständigkeit der Auskleidung gegenüber aggressiven Medien/Sauergas.

Die Temperatur- und die Temperaturwechselbeständigkeit, die chemische Resistenz, die Wärmeleitfähigkeit und die Festigkeit der Auskleidung kann gezielt über den eingesetzten Werkstoff beeinflußt werden.

Die einzelnen Wärmetauscherelemente wie Rohre, Platten, Rohrböden, Bodenplatten usw. sind aus herkömmlichem Baustahl gefertigt. Die Bereiche, die vom Sauergas berührt werden, sind mit einer Beschichtung (Auskleidung) versehen.

Bei der Verwendung des Wärmetauschers für Niedrigtemperaturbereich kann die Auskleidung aus einem bitumenhaltigen Material bestehen. Beim Zusammenbau des Wärmetauschers werden die Verbindungsstöße zwischen den einzelnen Elementen des Wärmetauschers nachbehandelt, wodurch sich eine in sich geschlossene Auskleidung ergibt.

Bei der Verwendung des Wärmetauschers bei höheren Temperaturen ist es vorteilhaft, den Wärmetauscher mit einer Keramik- oder Metallpulverschicht auszukleiden.

Eine entsprechende Keramik- oder Metallpulverschicht wird durch thermisches Spritzen von Pulver auf die zu beschichtenden Teile des Wärmetauschers erreicht. Als Keramikpulver kann Siliciumkarbid (SiC) zum Einsatz kommen. Bei den Metallpulvern kann zur Auskleidung Chrom- oder Nickelpulver sowie ein Gemisch aus Chrom/Nickelpulver, beispielsweise Pulver einer Legierung Ni, Cr, B, Si, verwendet werden.

Nach dem Zusammenfügen der Bauteile des Wärmetauschers können die erreichbaren Fügestellen nachbearbeitet werden, indem die Stellen mit Pulver beschichtet werden.

Es ist auch möglich an den Fügestellen einen wärme- und korrosionsbeständigen Kleber anzubringen, der beim Fügen der Einzelteile eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung der beschichteten Flächen der Einzelteile untereinander gewährleistet.

Claims

1. Wärmetauscher für den Sauergasbereich in Form eines Rohr- oder Kammerwärmetauschers, wobei der Grundkörper und dessen Einzelteile aus Metall bestehen und dessen vom Sauergas durchströmten Teile mit einer Auskleidung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und dessen Einzelteile aus einem herkömmlichen Baustahl bestehen und die vom Sauergas durchströmten Teile und Bereiche des Wärmetauschers mit einer in sich geschlossenen bitumenhaltigen Schicht versehen sind.

2. Wärmetauscher für den Sauergasbereich in Form eines Rohr- oder Kammerwärmetauschers, wobei der Grundkörper und dessen Einzelteile aus Metall bestehen und dessen vom Sauergas durchströmten Teile mit einer Auskleidung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und dessen Einzelteile aus einem herkömmlichen Baustahl bestehen und die vom Sauergas durchströmten Teile und Bereiche des Wärmetauschers mit einer in sich geschlossenen Keramikpulver- oder einer Metallpulverschicht versehen sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallpulver Chrom- oder Nickelpulver oder ein Gemisch aus Chrom- Nickelpulver verwendet wird.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikpulver vorzugsweise Siliciumkarbid verwendet wird.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht durch thermisches Spritzen aufgetragen wird.