DE202008014506U1

DE202008014506U1 - Behälterflansch

Info

Publication number: DE202008014506U1
Application number: DE200820014506
Authority: DE
Original assignee: IAG IND und ANLAGENBAU GEORGSM; Iag Industrie- und Anlagenbau Georgsmarienhuette GmbH
Current assignee: FURKERT, HANS-JOACHIM, DIPL.-ING., DE; SPRECKELMEYER, RAINER, DIPL.-ING., DE
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2018-11-01

Abstract

Flansch an Behältern, insbesondere Reaktorbehältern, dessen Dichtfläche mit einem Kühlsystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtfläche des Flansches (1) zwei Nuten (3, 4) mit unterschiedlichen Durchmessern zur Aufnahme von Dichtringen eingedreht sind und zwischen den Nuten (3, 4) Aussparungen in den Flanschen (1, 2) eingedreht sind, wodurch nach Montage der Flansche ein Kühlkanal (8) gebildet ist, in den eine Kühlflüssigkeit über Bohrungen (10) ein- bzw. austritt, wobei die Bohrungen 10 einen Anschluss (11) zur Prüfung der Dichtheit der Dichtringe aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen Flansch an Behältern, insbesondere Reaktorbehältern. Es handelt sich vorzugsweise um große Behälterflansche mit Innendurchmessern > 3 m bei Reaktoren im Mitteldruckbereich (< 10 Mpa), bei denen die Auslegungstemperatur über 250°C liegt, wobei durch ein integriertes Kühlsystem erreicht wird, dass statt des Einbaus einer für diese Einsatzfälle sonst üblichen Spiraldichtung als Behälterdichtung O-Ringdichtungen oder Lippendichtungen aus einem Elastomer mit einer Temperaturbeständigkeit unter 250°C verwendet werden können.
Stand der Technik
Große Behälterflanschverbindungen werden unter anderem im Reaktorbau zum Einbau von verfahrensbedingten Einbauten oder zum Einbau von Schutzeinrichtungen zur Abschirmung hoher Reaktionstemperaturen von der Druckbehälterwand benötigt.
In 1 ist ein Behälterflansch für einen Reaktor dargestellt, bei dem der Flansch im Bereich des Flanschhalses gekühlt wird, jedoch nicht so intensiv, dass die Auslegungstemperatur (> 250°C) für die Dichtungswahl reduziert werden kann und somit die Verwendung eines Elastomers als Dichtwerkstoff ungeeignet ist. Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, wurde neben der dargestellten Spiraldichtung eine Schweißlippendichtung am Flansch integriert. Nachteilig bei dieser Lösung ist, das eine Montage von großen Spiraldichtungen (> 3 m), vor allem, wenn der Behälter liegt, wie es in Vorbereitung einer Wasserdruckprüfung des Druckmantels von Reaktoren erforderlich ist, sehr aufwändig und hinsichtlich einer Beschädigung der Dichtung sehr risikobehaftet ist. Die Abdichtung bei Spiraldichtungen erfordert eine besonders ausgeführte Rauhigkeit in der in der Dichtfläche und eine exakte Anzugstechnologie der Verbindungsschrauben. Beide Forderungen verursachen hohe Fertigungskosten, insbesondere wenn der Druckmantel eines solche Reaktors einer Glühbehandlung laut Vorschrift unterzogen werden muss.
In 2 ist eine Flanschverbindung mit einer Lippendichtung für einen Druckbehälter kleinerer Abmessung für einen Schnellverschluss dargestellt, wobei zur Absenkung der Auslegungstemperatur der Flanschteller innen Eindrehungen hat, die mit einem separaten zylindrischen Mantel so verschlossen sind, dass in den dadurch gebildeten Kühltaschen eine Kühlung des Dichtflächenbereichs derart erfolgen kann, dass als Dichtwerkstoff ein Elastomer verwendet werden kann. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass der separate zylindrische Mantel auf Innen- und auf Außendruck berechnet werden muss und die Wanddicke damit durchmesserabhängig ist. Bei großen Behälterabmessungen kann das dazu führen, dass nach dem Anschweißen eine aufwändige Glühbehandlung notwendig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Eindrehungen eine Schwächung des Flanschtellers darstellen, die durch Vergrößerung der Flanschblatthöhe ausgeglichen werden muss, wodurch höhere Materialkosten entstehen.
Aufgabe der Erfindung
Ziel der neuen Lösung ist, einen Behälterflansch großer Abmessung so zu gestalten, dass trotz hoher Auslegungstemperatur Elastomere als Dichtungswerkstoff verwendet werden können und bei dem ein Kühlsystem integriert ist, welches in seiner Wanddickenauslegung von der Behältergröße unabhängig ist und das so im Flanschteller angeordnet ist, dass bei der Berechnung/Auslegung des Flansches die Flanschblatthöhe nicht vergrößert werden muaa, wobei das Kühlsystem vorzugsweise separat betrieben werden sollte. Zur Gewährleistung langer, störungsfreier Betriebslaufzeiten wird die Integration einer zusätzlichen Schweißlippendichtung, wie in 1 dargestellt, als zweckmäßig angesehen.
Lösung der Aufgabe
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass zwei O-Ringe nebeneinander mit unterschiedlichen Durchmessern als Dichtung eingebaut werden und im Zwischenraum zwischen beiden Dichtungen eine Aussparung als Kühlkanal so gestaltet ist, dass die Dichtflächen beider O-Ringe sicher auf < 250°C gekühlt werden, wobei der Zulauf der Kühlflüssigkeit über Bohrungen im unteren Behälterflansch und der Ablauf über Bohrungen im oberen Behälterflansch erfolgt. Die Kühlung der Dichtfläche im Bereich der O-Ringe wird zusätzlich, falls erforderlich, durch einen am Innendurchmesser jedes Behälterflansches vorgesehenen Kühlkanal unterstützt, der dadurch gebildet ist, dass ein Viertelrohrring an die Aussparung des Behälterflansches angeschweißt wird und durch Bohrungen mit dem Zu- und Ablauf des Kühlsystems verbunden ist, wobei die Abmessung des Viertelrohrringes so gewählt ist, dass sie kleiner ist als der Abstand des Behälterflanschpaares gemessen am Teilkreisdurchmesser und somit die Nachteile der Ausführungsvariante nach 2 vermieden werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der 3 näher erläutert, während in den 1 und 2 bekannte Flanschausführungen dargestellt sind.
1: Schnitt durch einen bekannten Behälterflansch mit Spiraldichtung und Schweißlippendichtung mit Außenkühlung des Flanschhalses
2: Schnitt eines Behälterschnellverschlusses bekannter Art mit Lippendichtung aus einem Elastomer, mit integrierter Flansch- und Deckelkühlung
3: erfindungsgemäße Behälterflanschverbindung mit Schweißlippendichtung und Rundringdichtungen aus einem Elastomer, mit integrierter Kühleinrichtung der Dichtfläche und Außenkühlung des Flanschhalses
In der 1 ist der Behälterflansch 1 mit eingelegter Spiraldichtung 2 und Schweißlippendichtung 3 dargestellt, wobei der Flanschhals 4 mit einer Nase 5 zum Anschweißen eines Wassermantels 6 zur Kühlung des Druckmantels einschließlich Flanschhals 4 versehen ist. Der Abstand der gekühlten Zone zur Dichtfläche 7 ist so groß, dass eine Absenkung der Auslegungstemperatur für den Flanschbereich unrealistisch ist. Der Wassermantel stellt bei dieser Anwendung eine Sicherheitseinrichtung dar, die eine plötzliche örtliche Überschreitung der Auslegungstemperatur des Druckmantels durch Dampfbildung anzeigt und ein Abfahren der Anlage noch rechtzeitig ermöglicht.
In der 2 ist ein Behälterverschluss eines Druckapparates mit einer typischen Lippendichtung 2 aus einem Elastomer dargestellt. Im Behälterflansch 1 sind zur Absenkung der Betriebstemperatur im Dichtungsbereich Eindrehungen 3 im Flansch 1 vorgesehen, die mit einem zylindrischen Mantelteil 4 über Schweißnähte 5 so verschlossen werden, dass Kühlkanäle 6 entstehen, über die eine Absenkung der Betriebstemperatur ermöglicht wird. Die Kühlkanäle 6 werden einzeln über Zu- und Ablaufbohrungen 7 gespeist, die von einer zentrale Bohrung 8 von der Außenseite des Flansches ausgehen. Der Verschlussdeckel 9 des Behälters wird auf ähnliche Art und Weise mit separaten Kühlkanälen 10 gestaltet. Um ine für den Dichtungswerkstoff maximale zulässige Temperatur zu erreichen, ist ein Kühlmantel 11 vorgesehen.
In der 3 ist ein Behälterflanschpaar 1, 2 großer Abmessung dargestellt, wie es im Reaktorbau, z. B. bei Druckvergasungsreaktoren, vorherrschend angewendet wird, bei dem nach der Erfindung statt der Dichtungskombination – metallische Flachdichtung (Spiraldichtung) mit einer Schweißlippendichtung – eine zur Kostensenkung gewählte Dichtungskombination – elastische O-Ringdichtungen mit Schweißlippendichtung – vorgesehen wird, wobei durch ein besonders gestaltetes Kühlsystem erreicht wird, dass die Auslegungstemperatur auf eine für Elastomere zulässige Betriebstemperatur gesenkt wird.
In der ebenen Kontaktfläche 3 werden dazu im Flansch 1 zwei Nuten 4. 5 mit unterschiedlichen Durchmessern zum Einlegen der O-Ringe 6, 7 eingedreht, wobei der Abstand so groß gewählt wird, dass nach dem Eindrehen einer Aussparung zwischen beiden Nuten 4, 5 in beiden Flanschen 1, 2 ein Kühlkanal entsteht. Der Zu- und Ablauf der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal 8 erfolgt über Querbohrungen 10, wobei der Ein- und Austritt einen Anschluss 11 (z. B. ein Gewinde) an der Außenfläche der Flansche hat. Über diesen Anschluss 11 ist es nach der Montage des Reaktors und auch während des Betriebs vorteilhaft möglich, die Dichtheit der O-Ringe durch Beaufschlagung mit Druck zu prüfen. Zur Intensivierung der Kühlung der Dichtfläche werden an den Innenflächen der Flansche 1, 2 zusätzliche Kühlkanäle 12, 13 dadurch gebildet, dass an den Aussparungen an den Flanschen 1, 2 Viertelrohrschlangen 14, 15 druckdicht angeschweißt werden, die wiederum über Bohrungen 16, 17 mit den Querbohrungen 10 der Dichtflächenkühlung direkt verbunden sind. Die Dichtheit der Kühlkanäle 12, 13 kann ebenfalls vorteilhaft über die Anschlüsse 11 geprüft werden.
Zur Zentrierung der Flansche sind Zentrierbolzen 18 außerhalb der Nut 4 vorgesehen. Die zur Erleichterung beim Öffnen der Schließnaht 19 der Schweißlippendichtung 9 allgemein üblichen konischen Innenflächen der Flanschblattteller sind so gestaltet, dass die erforderliche Flanschblatthöhe bei der Gestaltung des Flansches so umgesetzt wird, dass die Höhe 20 der Kühlkanäle 12, 13 kleiner ist als der Abstand 21 der Flanschblätter in Höhe des Teilkreisdurchmessers.
Zur Vollständigkeit der Druckmantelkühlung haben die Behälterflansche 1, 2 am Flanschhals Anschweißnasen 22, an denen ein Kühlwassermantel angeschweißt ist.

Claims

Flansch an Behältern, insbesondere Reaktorbehältern, dessen Dichtfläche mit einem Kühlsystem versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtfläche des Flansches (1) zwei Nuten (3, 4) mit unterschiedlichen Durchmessern zur Aufnahme von Dichtringen eingedreht sind und zwischen den Nuten (3, 4) Aussparungen in den Flanschen (1, 2) eingedreht sind, wodurch nach Montage der Flansche ein Kühlkanal (8) gebildet ist, in den eine Kühlflüssigkeit über Bohrungen (10) ein- bzw. austritt, wobei die Bohrungen 10 einen Anschluss (11) zur Prüfung der Dichtheit der Dichtringe aufweisen.
Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringe O-Ringe sind.
Flansch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (1, 2) auf der Innenseite Eindrehungen aufweisen, die mit Viertelrohrringen (14, 15) verschlossen sind, wodurch zusätzliche Kühlkanäle (12, 13) gebildet sind, welche über Bohrungen (16, 17) mit den Bohrungen (10) verbunden sind und somit auch mit dem Prüfanschluss (11).
Flansch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißlippendichtung in den Flanschen (1, 2) integriert ist, wobei der Flanschteller an der Unterseite konisch gestaltet ist, so dass der Abstand (21) der Flansche (1, 2) am Teilkreisdurchmesser größer ist als die Gesamthöhe der Kühlkanäle (12, 13).