DE2064570A1 - Baustein zum Herstellen einer senkrechten Röhre - Google Patents

Description

• "Baustein 2um Herstellen einer senkrechten ltöhrett Die Erfindung betrifft einen zum Herstellen einer etwa senkrecht stehenden Röhre dienenden Baustein, dessen Längsachse dem Durchmesser der Röhre entsprechend gekrümmt ist und an dessen Ober- und Unterseite weitere Bausteine gleicher Form in zur Längsachse dieses Bausteines versetzter Lage anliegen.
• Bausteine für derartige Röhren sind z.B. im Kamin- und Schornsteinbau bekannt. Zur Führung von Gasen werden aus diesen Bausteinen bestehende Röhren anch innerhalb von Anlagen verwendet, in denen sehr hohe Temperaturen auftreten.
• So enthält z.B. eine zur Ammoniaksynthese dienende Anlage einen Sekundärreformer, in den ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch bei einer Temperatur von etwa 16000 C verbrennt.
• Das Stic1Kstoff-Wasserstoff-Gemisch wird mittels eines Stahlrohres unter einem Druck von etwa 30 Atm in den Innenraum eines solchen Sekundärreforinrs hineingeleitet, in dem die Verbrennung unter gleichzeitiger Zuführung von Luft bei einer Temperatur von etwa 5000 C stattfindet. Das zur Zuführung des StickstoffWasserstoffGemisches dienende Stahlrohr muss zum Schutz gegen die sehr hohe Verbrennungstemperatur mit einer Röhre aus hochwertigem keramischen Material umgeben seinj da es sonst sofort verzundern würde. Bei diesen hohen Temperaturen ist eine Verbindung der einzelnen Bausteine durch Mörtel nicht mehr möglich, da die einzelnen Bausteine sehr starken Temperaturschwankungen unterworfen sind und sich ihre Abmessungen deshalb in verhältnismässig starkem Nasse ändern. Andererseits muss eine solche, das Stahlrohr schützende Röhre auch erheblichen Druc1Sschwankungen gewachsen sein, die plötzlich in Form von Verpuffungen oder sogar explosionsartig auftreten können. Deshalb muss die aus diesen Bausteinen bestehende Röhre auch grössere radiale Beanspruchungen aushalten können.
• Es ist bekannt, eine Röhre dieser Art mit einem Steinverband aufzubauen, bei dem horizontal liegende Bausteine durch senkrechte Teilsteine von besonderer Form so miteinander verbunden werden, dass ein Vermörteln der Steine-nicht erforderlich ist und dass dennoch eine ausreichende Belastbarkeit der Röhre in radialer Richtung vorhanden ist. Das Herstellen dieses Steinverbandes ist verhältnismässig aufwendig, und nachteilig ist insbesondere die Tatsache, dass die Keilsteine eine andere Form haben müssen als die übrigen Bausteine.
• Es ist ferner bekannt, zur Herstellung einer solchen Röhre sogenannte Dübelsteine zu verwenden, d.h. Bausteine, die an ihrer Oberseite und Unterseite in gleicher Verteilung mit Löchern versahen sind, in die ebenfalls aus keramischem Hatrial bestehende Dübel wie Passstifte eingesetzt werden1 dass so pie jeweils zwei übereinander liegende Bausteine miteinander verbinden, ohne dass ein Vermörteln erforderlich ist.
• Auch diese II erstellung eines Steinverbandes ist verhältnismässig aufwendig, was sowohl durch die Verlvendung der Dübel als auch durch die Herstellung der ihnen im Querschnitt entsprecenen Löcher bedingt ist, in die die Dübel eingesetzt werden. Nachteilig ist es ferner, dass die Dübel nur einen verhältnissmässig geringen Querschnitt haben und deshalb entsprechend gering beanspruchbar sind, zumal sie beim Auftreten einer radialen Belastung auf Scherung beansprucht werden.
• Hiervon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Baustein so auszubilden, dass zur herstellung einer Röhre nur ein einziger Typ von Bausteinen ohne die Zuhilfenahme weiterer Verbindungselemente erforderlich ist und dass sich die Üerstellung des Bausteines und das Errichten der Röhre vereinfachen iassen.
• Zur Lösung dieser Autgal)e wird für einen Baustein der eingangs genannten Art erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass an der Oberseite und der Unterseite des Bausteines sich über seine Länge hin erstreckend Vertiefungen und hervorstellende Anschläge ausgebildet sind und dass diese sich jeweils über eine halbe Bausteinlänge erstrecken und so über die Bausteinlänge verteilt angeordnet sind, dass zu beiden Seiten einer halben Bausteinlänge von Vertiefungen oder Anschlägen sich jeweils über eine viertel Bausteinlänge erstreckende Anschläge bzw. Vertiefungen an den Enden des Bausteines anschliessen.
• Mit Hilfe eines nach der Erfindung hergestellten Bausteines lässt sich eine senkrecht stehende Röhre einfach errichten, da nur ein einziger Bausteintyp erforderlich und weitere Verbindungselemente nicht notwendig sind. Die Verteilung der Vertiefungen und Anschläge über die Bausteinlänge berücksichtigt gleichzeitig den Versatz aufeinander liegender Bausteine in Richtung ihrer Längsachse. Die Vertiefungen und Anschläge haben einenainander angepassten Querschnitt und gewährleisten einen sicheren Halt der einzelnen Bausteine, so dass verhältnismässig hohe radiale Beanspruchungen von der Röhre aufgenommen werden können. Auch ist die Herstellung des Bausteines selbst ohne einen besonders grossen tech -nischen Aufwand möglich.
• Vorteilhaft ist es, wenn gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von den Enden des Bausteines sich jeweils über eine viertel Bausteinlänge erstreckende Vertiefungen vorgesehen sind und wenn zwischen diesen die sich über die halbe Bausteinlänge erstreckenden Anschläge liegen. Obwohl grundsätzlich auch die umgekehrte Verteilung von Anschlägen und Vertiefungen möglich ist, besteht bei dieser Ausführungsform der Vorteil, dass der Baustein nach dem Formen an allen vier Ecken gleichzeitig aufgelegt werden kann und infolge dieser guten Abstützung bis zum Trocknen seine Form beibehält.
• Es ist nicht unbedingt erforderlich, über den entsprechenden Anteil der Bausteinlänge hin jeweils einzelne Vertiefungen vorzusehen. Vielmehr ist es vorteilhaft, wenn die Vertiefungen einer Bausteinseie als durchgehende Nut ausebildet sind. Entsprechendes gilt für die Anschläge, dic zlçecJ-ungssig als durchgehende Federn ausgebildet werden0 Günstig ist ein halbkreisftiriger Querschnitt für die Nut und die Feder.
• Bei einer praktischen Ausführunggfors der Erfindung fallen die Nut und die Feder jeweils an ihrer Stirnseite in einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Senkrechten abO Hierdurch werden scharfkantige Übergangsstellen vermieden an denen am ehesten Beschädigungen infolge der Beanspruchung auftreten können. Um sicherzustellen> dass die Bausteine unabhängig von dem jeweiligen Erwäraungsgrad ständig voll aufeinander aufliegen, ist es günstig, wenn die Anschläge eine etwas geringere Höhe haben als es der Tiefe der Vertiefungen entw spricht, Um einen Wärmedurchtritt in radialer Richtung zwischen den flach aneinanderstossenden Stirnseiten der Bausteine zu erschweren, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass an einer Stirnseite des Bausteines eine Nut und an der anderen Stirnseite eine Feder mit einem dem Nut~ querschnitt angepassten Querschnitt ausgebildet sind und dass sich Nut und Feder in, bezogen auf die Einbaulage des Bauw steines, senkrechter Richtung erstrecken. Durch die Nut und die in diese eingreifende Feder wird die Wärme an einem unmittelbaren Durchtritt in radialer Richtung gehindert, so dass z.B0 ein im Inneren der Röhre verlegtes Stahlrohr noch besser geschützt wird. Auch diese Nuten und Federn können einen halbkreisförmigen Querschnitt haben.
• Ein nach der Erfindung ausgebildeter Baustein lässt sich grundsätzlich aus beliebigem, den jeweiligen Anforderungen angepasstem Material herstellen. Es ist sogar auch denkbar, diesen Baustein dann zu verwenden, wenn die Fugen zwischen den Bausteinen vermörtelt sind0 In diesem Fall wird durch das Ineinandergreifen der Nuten und Federn die Beanspruch~ barkeit der Röhre in radialer Richtung wesentlich erhöht Gegebenenfalls kann eine dünnere Mörtelschicht oder nicht so hochwertiger Mörtel verwendet werden, wenn von einer bestimmten Beanspruchbarkeit ausgegangen wird.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben: Im einzelnen zeigen: Figo i einen schematischen Schnitt durch den Sekundärreformer einer Anlage zur Ammoniaksyntheseg Fig. 2 in vergrössertem Massstab eine TeilSeitenansicht einer aus den Bausteinen hergestellten Röhre; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Baustein; Fig. 4 eine Seitenansicht dieses Bausteines in Form einer Abwicklung; Figo 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 3 Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VIVI in Figo 3.
• In einen Sekundärreformer 10 wird über ein Stahlrohr 11 ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff hineingeführt, und zwar unter einem Druck von 30 Atom. Das Stahlrohr 11 ist von einer Röhre 12 umgeben, die aus einzelnen Bausteinen 13 bei steht. Im Bereich des oberen Endes der Röhre 12 befindet sich ein Ringbrenner 14. Das durch das Stahlrohr 11 senkrecht nach oben geführte Qasgeiisch wird im Kopf des Sekundär, reformers 10 um etwa 1800 umgelenkt und trifft von oben her auf den Ringbrenner 14. Durch diesen wird Luft von einer Temperatur von etwa 5000 C zuführt. Die Verbrennung erfolgt in der Umgebung des Ringbrenners 14 bei einer Temperatur von etwa 16000 C. Nach Durchlaufen eines Katalysators 15 tritt das gasförmige Ammoniak durch den Auslass 16 aus, von wo es einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird0 Der obere Teil der Röhre 12 besteht aus einzelnen Bausteinen 13, die lose aufeinandergelegt sind, ohne dass die zwischen ihnen liegenden Fugen vermörtelt werden. Alle Bausteine 13 haben dieselbe Form. Als Anschläge, die die in radialer Richtung wirkende Belastung aufnehmen, dienen an der Oberseite und der Unterseite ausgebildete Federn 17, die in Nuten 18 eingreifen0 Der Fuss der Federn 17 liegt etwa auf derselben Höhe wie der Boden der Nuten 18 während auch die Rücken der Federn 17 mit den oberen Begrenzungen der Nuten 18 auf etwa gleicher Höhe liegen; allerdings sind die Federn 17 etwas niedriger, als es der Tiefe der Nuten 18 entspricht. DieLage der Nuten 18 und der Federn 17 zueinander liesse sich, bezogen auf die Höhe eines Bausteines 13 in seiner Einbaulage, natürlich auch so beschreiben, dass davon ausgegangen wird, dass die Oberseite oder die Unterseite eines Bausteines 13 jeweils unterschiedliche Ebenen hat. Von der höher gelegenen Ebene aus erstrecken sich die Nuten 18 in die Tiefes und von der tiefer gelegenen Ebene aus ragen die Federn 17 nach oben. Auch wäre es denkbar, anstelle W0D Nuten von zwei in radialer Richtung hintereinander liegenden Anschlägen oder Federn zu sprechen, die zwischen sich einen Abstand haben damit in diesen die Feder eines anderen Bausteines eingreifen kann0 Wie aus Fig. 2 erkennbar sind die übereinander liegenden Bausteine 13 jeweils um eine halbe Bausteinlänge in Längst richtung zueinander versetzt. Die Feder 17 eines jeden Bausteines erstreckt sich im mittleren Bereich des Bausteines 13 über die halbe Bausteinlänge, während sich die zu beiden Seiten der Feder 17 anschliessenden Nuten 18 jeweils über eine viertel Bausteinlänge erstrecken. Dies ist in Fig. 3 durch die eingetragenen Bogenlängen angegeben. Der Baustein 13 erstreckt sich insgesamt über einen Bogenwinkel von 360. Demnach nimmt die Feder 17 einen Bogenwinkel von 180 ein, während sich die beiden Nuten 18 über einen Bogenwinkel von jeweils 90 erstrecken. Die Federn 17 und die Nuten i8 haben jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt, was am besten aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht. Ausserdem sind die Stirnseiten der Federn 17 und der Nutenl8 gegenüber der Senkrechten um etwa 30° abgeschrägt (kig0 4)o Die Länge der Bausteine 13 ist so bemessen, dass zwischen den Stirnseiten zweier aneinandergrenzender Bausteine 13 jeweils noch ein kleiner Spalt 19 frei bleibt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Wärmeausdehnung in keinem Fall zu einer Grössenänderung im Durchmesser der Röhre 12 führen kann. Um jedoch zu verhindern, dass durch diesen Spalt 19 die Schutzwirkung gegenüber dem Stahlrohr li vermindert wird, sind an den Stirnseiten der Bausteine 13 jeweils eine Feder 20 und eine Nut 21 ausgebildet1 die sich in senkrechter Richtung erstrecken und ebenfalls aneinander angepasste, halbkreisförmige Querschnitte haben. Hierdurch wird verhindert, dass die ausserhalb der Röhre 12 herrschende Värme unmittelbar durch die radialen Spalte 19 auf das Stahlrohr 11 einwirken kann. Andererseits ermöglicht die Spalte 19 auch einen möglichst schnellen Druckausgleich für den Fall, dass starke Druckschwankungen oder Verpuffungen auftreten, die im Inneren der Röhre zu einem wesentlich höheren Druck als dem äusseren Umgebungsdruck führen.

Claims (9)

1. Ansprüche.

   um Herstellen einer etua senkrecht stehenden Röhre dienender Baustein, dessen Längsachse dem Durchmesser der Röhre entsprechend gekrümmt ist und an dessen Ober- und Unterseite weitere Bausteine gleicher Form in zur Längsachse dieses Bausteines versetzter Lae anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite und der Unterseite des Bausteines (13) sich über seine Länge hin erstreckend Vertiefungen (18) und hervorstehende Anschläge (17) ausgebildet sind und dass diese sich jeweils über eine halbe Bausteinlänge erstrecken und so über die Bausteinlänge verteilt angeordnet sind1 dass zu beiden Seiten einer halben Bausteinlänge uon Vertiefungen (18) oder Anschlägen (17) sich jeweils über eine viertel Bausteinlänge erstreckende Anschläge (17) bzw. Vertiefungen (18) an den Enden des Bausteines (13) anschliessen.
2. 2. Baustein nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Bausteines sich jeweils über eine viertel Bausteinlänge erstreckende Vertiefungen (100) vorgesehen sind und dass zwischen diesen die sich über die halbe Bausteinlänge erstreckenden Anschläge I27) liegen.
3. 3. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen einer Bausteinseite als durchgehende Nu (18) ausgebildet sind.
4. 4. Baustein nach aspruch is dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge einer Bausteinseite als durchgehende Federn (17) ausgebildet sind.
5. 5. Baustein nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (18) und die Feder (17) einen halbkreisförmigen Querschnitt haben.
6. 6. Baustein nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (18) und die Feder (17) jeweils an ihren Stirnseiten in einem Winkel von etwa 300 gegenüber der Senkrechten abfallen.
7. 7. Baustein nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (i7) eine etwas geringere Höhe haben als es der Tiefe der Vertiefungen (18) entspricht.
8. 8. Baustein nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite des Bausteines eine Nut (21) und an der anderen Stirnseite eine Feder (20) mit einem dem Nut~ querschnitt angepassten Querschnitt ausgebildet sind und das'sich Nut (21) und Feder (20) in, bezogen auf die Einbaulage des Bausteines (13), senkrechter Richtung erstrecken.
9. 9. Baustein nach Anspruch 89 dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (21) und die Feder (20) einen halbkreisförmigen Querschnitt haben.