DE20221062U1 - Tunnel pipe floor for heat exchanger, e.g. for chemical refinery, has steel plates joined to carrying floor part ends by laser or electron beam welding in irreversible, hermetically sealed manner - Google Patents

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Abstract

The tunnel pipe floor (1) consists of individual steel sheet plates (4) joined to the ends (3) of the carrying floor (12) elements (13) using laser welding or electron beam welding with a continuous weld seam or a continuously welded butt weld in a mechanically irreversible and hermetically sealed manner to form the tunnel pipe floor for the heat exchanger.

Description

Wärmetauscher werden für die unterschiedlichsten Medien mit den unterschiedlichsten Kühlmedien hergestellt und betrieben.heat exchangers be for the most diverse media with a wide variety of cooling media manufactured and operated.

Dies betrifft sowohl die Funktion des Wärmetauschers als Kühler für z.B. Spaltgase in Chemischen Raffinerien, Heißdampfkühler, Abhitzekesseln, Gas/Gas-Kühler usw., aber auch die Funktion des Erwärmens von Medien, wie z.B. beim klassischen Rohrkessel.This relates both to the function of the heat exchanger as a cooler for e.g. fission gases in chemical refineries, superheated steam coolers, waste heat boilers, gas / gas coolers etc., but also the function of heating of media, e.g. in the classic tube boiler.

Die Firma Borsig fertigt u.a. Tunnelspaltgaskühler für Gaseintrittstemperaturen bis zu 1000°C und Dampfdrücke bis zu 140 bar (14000 kPa). Diese Tunnelspaltgaskühler werden von Borsig vorrangig für Anlagen der Ethylenproduktion eingesetzt und mit einem versteiften Tunnelrohrbodensystem ausgeführt. Dieses Versteifungssystem, besteht aus einen Rohrboden und einem Tunnelboden mit Stegen. Diese Stege werden durch Verschweißen mit dem Rohrboden und andererseits über einen Gitterring mit dem Mantel fest verbunden. Dadurch wird die Längsdehnung des Mantels annähernd so groß wie die der Rohre, und die Spannungen in der Schweißnaht Rohr zu Rohrboden werden klein und der Rohrboden bleibt bei allen Betriebsbedingungen eben.The Company Borsig manufactures u.a. Tunnel gap gas cooler for gas inlet temperatures up to 1000 ° C and vapor pressures up to 140 bar (14000 kPa). These tunnel slit gas coolers become from Borsig priority for Equipment of ethylene production used and stiffened with a Tunnel tube bottom system executed. This stiffening system consists of a tubesheet and a Tunnel floor with bars. These webs are made by welding with the tubesheet and on the other hand over a grid ring firmly connected to the jacket. This will be the elongation approximating the coat as big as the pipes, and the stresses in the weld pipe become tube sheet small and the tube bottom remains flat under all operating conditions.

Die Temperatur der Schweißnähte im Betrieb ist nahe der Sattdampftemperatur, da sie auf der Wasserseite des Rohrbodens liegen.The Temperature of the welds in operation is near the saturated steam temperature, as it is on the water side of the tube bottom lie.

Dieses Tunnelrohrbodensystem hat technische Vorteile gegenüber anderen Konstruktionen, die sich auf folgende Gesichtspunkte beziehen:

  • – Die Rohre dignen nicht als Zuganker, und die Spannungen in der Schweißnaht Rohr zu Rohrboden sind gering.
  • – Die Lebensdauer des Materials der Rohre und des Rohrbodens bezogen auf Ermüdung des Materials oder Lastwechsel im Wärmetauscher wird vergrößert.
  • – Es gibt keine Begrenzung für die Rohrlänge.
  • – Das Stopfen von Rohren führt nicht zu erhöhten Spannungen in den Nachbarrohren.
  • – Sowohl die horizontale als auch die vertikale Aufstellung des Kessels ist möglich.
This tunnel tube floor system has technical advantages over other constructions, which refer to the following aspects:
  • - The pipes do not dig as tie rods, and the stresses in the weld pipe to tube sheet are low.
  • - The life of the material of the tubes and the tubesheet in terms of fatigue of the material or load changes in the heat exchanger is increased.
  • - There is no limit to the tube length.
  • - The plugging of pipes does not lead to increased stresses in the neighboring pipes.
  • - Both horizontal and vertical installation of the boiler is possible.

Gegenstand der Erfindung sind Tunnelrohrböden von Wärmetauschern der oben beschriebenen Art, bei denen innen viele Rohre als Rohrbündel angeordnet sind. Diese Rohrbündel sind innerhalb eines rohrförmigen Außenmantel angeordnet und werden von einem Kühlmedium umspült. Die Rohrbündel beginnen jeweils im Tunnelrohrboden und enden in einem Massivboden. Die Wärmetauscher beinhalten einen das heiße Medium aufnehmenden Tunnelrohrboden mit dem Rohrbündel und einem das abgekühlte Medium aufnehmenden Massivboden für die Rohrbündel.object the invention are tunnel tube floors of heat exchangers of the type described above, in which many tubes arranged as a tube bundle are. These tube bundles are inside a tubular outer sheath arranged and are lapped by a cooling medium. The tube bundle each begin in the tunnel tube bottom and end in a solid floor. The heat exchangers include a hot one Medium receiving tunnel tube bottom with the tube bundle and the cooled one Medium receiving solid soil for the tube bundles.

Der bisherige Rohrboden bestand aus einer Stahlplatte entsprechender Dicke, aus dem kurze Stege als Gegenstück für die Stege des Tragbodens herausgefräst wurden. Die Stege des Rohrbodens wurden mit den Stegen des Tragbodens verschweißt. Anschließend wurden die Löcher für die Rohre in den Rohrboden gebohrt, die Rohre als Rohrbündel zwischen Rohrboden und Massivboden eingebracht und verschweißt. Als Schweißverfahren wurden die allgemein üblichen elektrischen Widerstandsschweißverfahren mit Schweißhilfsstoffen verwendet.Of the Previous tube sheet consisted of a steel plate corresponding Thickness from which short webs were milled out as a counterpart to the webs of the supporting floor. The webs of the tubesheet were welded to the webs of the supporting floor. Subsequently were the holes for the Pipes drilled in the tubesheet, the tubes as a tube bundle between Tube bottom and solid soil introduced and welded. When welding processes became the commonplace electrical resistance welding process with welding aids used.

Der hohe Energieeintrag beim elektrischen Widerstandsschweißverfahren mit Schweißhilfsstoffen verursacht Spannungen im Tunnelrohrboden, die über verschiedene Wärmebehandlungen ausgeglichen werden müssen. In der Regel ist ein mehrlagiges Schweißen erforderlich, welches naturgemäß mit einer höheren Schweißfehlerquote verbunden ist.Of the high energy input in the electrical resistance welding process with welding aids causes tension in the tunnel tube floor, which is due to various heat treatments have to be compensated. In general, a multi-layer welding is required, which naturally with a higher Welding errors connected is.

Mit dem Einsatz von Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißanlagen in dieser Leistungsklasse sind neue technisch-technologische Möglichkeiten gegeben, um Tunnelrohrböden zu entwickeln, die eine höhere Qualität in der technischen Ausführung und damit der Betriebsbedingungen erreichen und zu einer wesentlichen Verringerung der Fertigungskosten führen.With the use of laser and / or electron beam welding systems in this performance class there are new technological and technological possibilities around tunnel tube floors to develop a higher one quality in the technical design and thus reach the operating conditions and to a substantial Reduce manufacturing costs.

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb, durch Nutzung des Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißens bei der Fertigung von Tunnelrohrböden neue, verbesserte konstruktive Lösungen für einen das heiße Medium aufnehmenden Tunnelrohrboden vorzuschlagen, die eine bedeutend höhere Qualität in der Ausführung und damit in den technischen Parametern der Wärmetauscher besitzen und weiter zu einer Senkung der Fertigungskosten führen.The The aim of the invention is therefore, by using the laser and / or electron beam welding in the manufacture of tunnel tube floors new, improved constructive solutions for that one name is To suggest medium receiving tunnel tube floor, the one significant higher Quality in the execution and thus possess in the technical parameters of the heat exchanger and on lead to a reduction in manufacturing costs.

Die erfinderische Lösung untergliedert sich in verschiedene Stufen des Einsatzes des Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißens und der damit verbundenen konstruktiven Lösungen für den Rohrboden und das Verbinden (Anschweißen) des Tragbodens an den Rohrboden bzw. die konstruktive Gestaltung des Tunnelrohrbodens selbst.The inventive solution is subdivided into different stages of the use of the laser and / or electron beam welding and the associated constructive solutions for the tube sheet and joining (Welding) of the supporting floor to the tube sheet or the structural design of the tunnel tube bottom itself.

Da der Energieeintrag mit einer Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißanlage zum Verschweißen geringer ist und ohne Schweißhilfsmittel erfolgt, entstehen durch die Schweißarbeiten am Rohrboden (1) nur geringe thermische Spannungen, die durch ein entsprechendes Schweißregime noch vermieden werden. Dieser Sachverhalt war unter anderem eine wesentliche Voraussetzung für die nachfolgend beschriebene technische Lösung.Since the energy input with a laser and / or electron beam welding system for welding is less and takes place without welding aids, caused by the welding work on the tubesheet ( 1 ) only low thermal stresses, which are still avoided by a corresponding welding regime. Among other things, this fact was an essential prerequisite for the technical solution described below.

Nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 2 bis 5 besteht der Rohrboden (1) aus einzelnen Stahlblechplatten (2), die mit den Enden der Stege des Tragbodens (3, 9, 10, 11) mit Hilfe einer durchgeschweißten Stumpfnaht zu einem Rohrboden verschweißt werden. Die Bereiche des Rohrbodens, die von den Stahlblechplatten (2) gebildet werden, werden mit Bohrungen versehen. In diese Bohrungen werden die Kühlrohre eingebracht und mit einer durchgeschweißten Stumpfnaht (8) mittels Laser- oder Elektronenstrahlschweißen verschweißt.According to claim 1 and claims 2 to 5 consists of the tubesheet ( 1 ) made of individual sheet steel plates ( 2 ) connected to the ends of the webs of the supporting floor ( 3 . 9 . 10 . 11 ) are welded by means of a welded butt weld to a tube sheet. The areas of the tubesheet that are separated from the steel plates ( 2 ) are formed, are provided with holes. In these holes, the cooling tubes are introduced and with a through-welded butt weld ( 8th ) welded by laser or electron beam welding.

Die Konstruktion des Tragbodens (12) wird weiter dahingehend vereinfacht, daß die bisher aus vollem Material herausgefrästen Stege des Tragbodens (13) als Stahlblechstreifen in vorbereitete Nuten (14) des Tragbodens fixiert und mit Hilfe des Laser- oder Elektronenstrahlschweißens über durchgeschweißte Stumpfnähte (8) mit dem Tragboden mechanisch fest und unlösbar verbunden werden.The construction of the supporting floor ( 12 ) is further simplified to the effect that the previously milled out of full material webs of the support floor ( 13 ) as sheet steel strip in prepared grooves ( 14 ) of the support base and fixed by means of the laser or electron beam welding through welded butt welds ( 8th ) are mechanically fixed and undetachably connected to the supporting floor.

In den 3, 4 und 5 werden die verschieden Möglichkeiten des Anpassens der Enden der Stege des Tragbodens (3) an die streifenförmigen Stahlblechplatten (2) des Rohrbodens (1) dargestellt. Die Wahl der Ausbildung der Enden der Stege des Tragbodens (9, 10, 11) ist abhängig von der Größe und der betriebsbedingten Belastung des Tunnelrohrbodens sowie weiterer mechanischer und thermischer Anforderungen an den Tunnelrohrboden.In the 3 . 4 and 5 are the different ways of adjusting the ends of the webs of the supporting floor ( 3 ) to the strip-shaped sheet steel plates ( 2 ) of the tube bottom ( 1 ). The choice of formation of the ends of the webs of the supporting floor ( 9 . 10 . 11 ) depends on the size and the operational load of the tunnel tube floor as well as on other mechanical and thermal requirements of the tunnel tube floor.

Eine weitere vorteilhafte technische Lösung besteht in der Ausbildung des Rohrbodens (1) als aus einem Stück bestehende Stahlblechplatte entsprechender Dicke, an der die Enden der Stege des Tragbodens (3) plan anliegen (6). Die Enden der Stege werden mit dem Rohrboden mit einer Laser- oder Elektronenstrahlschweißanlage mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mechanisch fest und unlösbar verbunden. Die Enden der Stege des Tragbodens können aber auch in die im Rohrboden eingefrästen Führungsnuten (14) zusätzlich fixiert und anschließend mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mit dem Rohrboden (1) verschweißt werden (7).A further advantageous technical solution consists in the formation of the tube plate ( 1 ) as a one-piece sheet steel plate of corresponding thickness at which the ends of the webs of the supporting floor ( 3 ) lie flat ( 6 ). The ends of the webs are connected to the tubesheet with a laser or electron beam welding machine with two or more weld through seams ( 6 ) mechanically fixed and permanently connected. But the ends of the webs of the support floor can also in the milled in the tube sheet guide ( 14 ) and then with two or more weld through seams ( 6 ) with the tubesheet ( 1 ) are welded ( 7 ).

11
Rohrbodentube sheet
22
Streifenförmige StahlblechplattenStrip-shaped sheet steel plates
33
Enden der Stege des Tragbodensend up the webs of the supporting floor
44
Stahlblechplatte des RohrbodensSteel plate of the tube bottom
55
plan anliegende Enden der Stege des Tragbodensplan fitting ends of the webs of the support floor
66
Durchschweißnahtby welding
77
Nut des Rohrbodensgroove of the tube bottom
88th
durchgeschweißte Stumpfnahtwelded butt weld
99
verjüngtes Ende der Stege des Tragbodensrejuvenated end the webs of the supporting floor
1010
spitz zulaufendes Ende der Stege des Tragbodenspointed tapered end of the webs of the supporting floor
1111
schwalbenschwanzförmiges Ende der Stege des Tragbodensdovetailed end the webs of the supporting floor
1212
Tragbodensupport base
1313
Stege des TragbodensStege of the supporting floor
1414
Nut für die Stege im Tragbodengroove for the Footbridges in the support floor

1 Schnitt durch einen Tunnelrohrboden 1 Section through a tunnel tube bottom

2 Detail Anspruch 2 2 Detail claim 2

3 Detail Anspruch 3 3 Detail claim 3

4 Detail Anspruch 4 4 Detail claim 4

5 Detail Anspruch 5 5 Detail claim 5

6 Detail Anspruch 6 6 Detail claim 6

7 Detail Anspruch 7 7 Detail claim 7

Claims (8)

Tunnelrohrboden für Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (1) aus einzelnen Stahlblechplatten (2) besteht , die mit Hilfe des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens mit den Enden der Stege des Tragbodens (3) mit einer Durchschweißnaht {6) oder einer durchgeschweißten Stumpfnaht (8) mechanisch unlösbar und hermetisch dicht verbunden werden und so den Tunnelrohrboden für den Wärmetauscher bilden.Tunnel tube bottom for heat exchangers, characterized in that the tubesheet ( 1 ) made of individual sheet steel plates ( 2 ) by means of laser welding or electron beam welding with the ends of the webs of the support base ( 3 ) with a through-weld seam { 6 ) or a welded butt weld ( 8th ) are mechanically non-detachable and hermetically sealed and thus form the tunnel tube bottom for the heat exchanger. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Stege des Tragbadens in vorbereitete Nuten des Tragbodens fixiert und mit Hilfe von durchgeschweißten Stumpfnähten (8) verbunden werden.Tunnel tube bottom for heat exchangers according to claim 1, characterized in that the webs of the carrier bath are fixed in prepared grooves of the tray and with the aid of through-welded butt welds ( 8th ) get connected. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlblechplatten (2) mit einer durchgeschweißten Stumpfnaht (8) beiderseitig längs mit den verjüngten Enden der Stege des Tragbodens (9) verschweißt werden und die mit einer zweiten Schweißnaht mit Hilfe von Schweißzusatzmaterial, wenn erforderlich, aufgefüllt wird.Tunnel tube bottom for heat exchangers according to claim 1, characterized in that the individual sheet steel plates ( 2 ) with a welded-through butt weld ( 8th ) on both sides along with the tapered ends of the webs of the support floor ( 9 ) and which is filled with a second weld with the aid of filler metal, if necessary. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlblechpiatten (2) mit einer Durchschweißnaht (6) beiderseitig längs mit den spitz zu laufenden Enden der Stege des Tragbodens (10) verschweißt werden.Tunnel tube bottom for heat exchangers according to claim 1, characterized in that the individual sheet steel plates ( 2 ) with a through-weld ( 6 ) on both sides along with the pointed ends of the webs of the support floor ( 10 ) are welded. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlblechplatten (2) mit einer Durchschweißnaht (6) beiderseitig längs mit den schwalbenschwanzförmigen Enden der Stege des Tragbadens (11) verschweißt werden.Tunnel tube bottom for heat exchangers according to claim 1, characterized in that the individual sheet steel plates ( 2 ) with a sweat seam ( 6 ) on both sides along with the dovetailed ends of the webs of the carrier bath ( 11 ) are welded. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden aus einer Stahlblechplatte (4) entsprechender Dicke besteht und die plan anliegenden Enden der Stege des Tragbodens (5) mit Hilfe des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens mit der Stahlbechplatte (4) mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mechanisch unlösbar verbunden werden.Tunnel tube bottom for heat exchangers, characterized in that the tubesheet is made of a sheet steel plate ( 4 ) of corresponding thickness and the flat abutting ends of the webs of the support floor ( 5 ) by means of laser welding or electron beam welding with the steel plate ( 4 ) with two or more weld-through seams ( 6 ) are mechanically non-detachably connected. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Stege des Tragbodens (3, 5 ) in einer Nut des Rohrbodens (7) fixiert und danach mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mechanisch unlösbar verbunden werden.Tunnel tube bottom for heat exchangers according to claim 5, characterized in that the ends of the webs of the supporting floor ( 3 . 5 ) in a groove of the tube bottom ( 7 ) and then with two or more through-welds ( 6 ) are mechanically non-detachably connected. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 – 7 dadurch gekennzeichnet, daß diese Schweißverfahren mit anderen Schweißverfahren kombiniert und als Hybridschweißverfahren eingesetzt werden können.Tunnel tube floor for heat exchangers according to claim 1-7 characterized in that these welding methods combined with other welding methods and as a hybrid welding process can be used.
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