DE2064570B2

DE2064570B2 - Baustein zum herstellen einer senkrechten roehre

Info

Publication number: DE2064570B2
Application number: DE19702064570
Authority: DE
Inventors: Herbert 4000 Düsseldorf Nowak
Original assignee: Karrena GmbH, 4000 Düsseldorf
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE2064570C3; DE2064570A1

Description

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 auch innerhalb von Anlagen verwendet, in denen sehr hohe Temperaturen auftreten. So enthält z. B. eine zur Ammoniaksynthese dienende Anlage '' einen Sekundärreformer, in dem ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch bei einer Temperatur von etwa 1600° C verbrennt. Das Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch wird mittels eines Stahlrohres unter einem Druck von etwa 30 atm in den Innenraum eines solchen Sekundärreformers hineingeleitet, in dem die Verbrennung unter gleichzeitiger Zuführung von Luft bei einer Temperatur von etwa 500° C stattfindet. Das zur Zuführung des Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches dienende Stahlrohr muß zum Schutz gegen die '' sehr hohe Verbrennungstemperatur mit einer Röhre aus hochwertigem keramischen Material umgeben sein, 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 Maße ändern. Andererseits muß eine solche, das Stahlrohr schützende Röhre auch erheblichen Druckschwan-²' kungen 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.

ⁱ⁽¹ Es ist bekannt, eine solche Röhre aus Bausteinen herzustellen, deren aneinanderstoßende Seitenflächen eben sind. Die aus den Bausteinen selbst gebildete Wandung erstreckt sich jedoch nicht über den ganzen Umfang, sondern es bleiben Öffnungen frei. ^r> In diese werden die Bausteine in radialer Richtung haltende stopfenähnliche Elemente eingesetzt. Diese wiederum sind mittels eines Dübels an einem Isolierrohr befestigt, etas von den Bausteinen umgeben wird. Die hier verwendeten Bausteine sind also sogenannte Dübelsteine, deren Verwendung jedoch zu einer verhältnismäßig aufwendigen Konstruktion führt. Nachteilig ist jedoch nicht nur der durch die Verwendung der Dübel bedingte Herstellungsaufwand, sondern auch die Tatsache, daß die Dübel nur einen ver-⁴' hältnismäßig geringen Querschnitt haben. Ohne die gleichzeitige Verwendung eines inneren Rohres von erforderlicher Festigkeit läßt sich deshalb mit den bekannten Bausteinen keine im wesentlichen selbsttragende Konstruktion errichten, die Beanspruchungen ⁾⁰ der eingangs genannten Art gewachsen ist (US-PS 3486533).

Es ist ferner bekannt, zur Herstellung einer Röhre Bausteine zu verwenden, die an ihren benachbarten Bausteinen zugewandte Seiten mit Nuten bzw. nut-"'"' ähnlichen Aussparungen versehen sind. Die an den in Längsrichtung der Bausteine auf der einen Seite jeweils vorgesehenen Nuten können mit an der anderen Seite befindlichen Federn beim Zusammensetzen der Bausteine in Eingriff gebracht werden, so daß ^b0 hierdurch eine Verbindung der Bausteine in Umfangsrichtung der Röhre erzielt wird. Auf Grund der Anordnung und Form der Nut-Feder-Verbindung jedoch ist dieser Verbindungsbereich durch radial nach außen gerichtete Kräfte nur verhältnismäßig gering belastbar.

Deshalb sind zusätzliche flanschähnliche Halteelemente erforderlich, die in die nutähnliche Aussparung an den Schmalseiten der Bauseite eingreifen und die

ihrerseits mit einem inneren, zur Erzielung einer aus;-reichenden Festigkeit des Bausteinverbandes also ebenfalls benötigten Rohr verbunden sind. Es läßt sich deshalb auch mit diesen Bausteinen keine insbesondere für eine senkrechte Anordnung geeignete Röhre ohne die Verwendung besonderer, zwischen den einzelnen Ba-Jsteinen angreifender Befestigungsmittel herstellen.

Es ist ferner für in Form von Hängekonstruktionen ausgeführte Decken bzw. Wände die Verwendung eines besonders hierfür geschaffenen Bausteines bekannt. Die einzelnen Bausteine werden an einer besonderen Trägerkonstruktion aufgehängt. Jeder Baustein ist zweiteilig ausgeführt, um zwischen die beiden Steinhälften ein Hängeelement einsetzen zu können. Die aneinanderliegenden Seiten der beiden Steinhälften sind mit einer Verriegelung versehen, die ein Verschieben der Steinhälften gegeneinander verhindern soll. Diese Verriegelung hat die Form einer Nut-Feder-Verbindung, und zwar derart, daß auf jeder Steinhälfte eine sich über die halbe Steinbreite erstrekkende Nut und eine sich über die halbe Steinbreite erstreckende Feder koaxial zueinander ausgebildet sind. Beim Aneinandersetzen der Steinhäiften greift die Feder der einen Steinhälfte in die Nut der anderen Steinhälfte, wobei es günstig ist, daß beide Steinhälften dieselbe Form haben.

Dieser Baustein ist jedoch ebenfalls nicht zur Herstellung eines im wesentlichen selbsttragenden Steinverbandes einer Röhre geeignet. Insbesondere fehlen an den Außenseiten des aus den beiden Steinhälften zusammengesetzten Bausteins irgendwelche Verbindungsmöglichkeiten zum Anschließen eines benachbarten Steines, ohne daß hierzu eine Vermörtelung erfolgen muß.

Hiervon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Baustein so auszubilden, daß er sich ohne die Notwendigkeit einer Vermörtelung und ohne die Zuhilfenahme weiterer Verbindungselemente zur Herstellung einer Röhre verwenden läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe 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 hervorstehende 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 einen einander 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 technischen 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 Bausteinserie als durchgehende Nut ausgebildet sind. Entsprechendes gilt für die Anschläge, die zweckmäßig als durchgehende Federn ausgebildet werden. Günstig ist ein halbkreisförmiger Querschnitt für die Nut und die Feder.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung faüen die Nut und die Feder jeweils an ihrer Stirnseite in einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Senkrechten ab. Hierdurch werden scharfkantige Übergangsstellen vermieden, an denen am ehesten Beschädigungen infolge der Beanspruchung auftreten können. Um sicherzustellen, daß die Bausteine unabhängig von dem jeweiligen Erwärmungsgrad ständig voll aufeinander aufliegen, ist es günstig, wenn die Anschläge eine etwas geringere Höhe haben, als es der Tiefe der Vertiefungen entspricht.

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 Nutquerschnitt angepaßten Querschnitt ausgebildet sind und daß sich Nut und Feder in, bezogen auf die Einbaulage des ' Bausteines, 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. B. 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 'aßt sich grundsätzlich aus beliebigem, den jeweiligen Anforderungen angepaßtem Material herstellen. Es ist ι sogar auch denkbar, diesen Baustein dann zu verwenden, wenn die Fugen zwischen den Bausteinen vermörtelt sind. In diesem Fall wird durch das Ineinandergreifen der Nuten und Federn die Beanspruchbarkeit der Röhre in radialei 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 Eri findung an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch den Sekiindärreformer einer Anlage zur Ammoniaksynthese,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Teil-Seitenansicht einer aus den Bausteinen hergestellten Röhre. Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Baustein,
Fig. 4 eine Seitenansicht dieses Bausteines in Form

einer Abwicklung,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 3.

In einen Sekundärreformer 10 wird über ein Stahlrohr 11 ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff hineingeführt, und zwar unter einem Druck von 30 atm. Das Stahlrohr 11 ist von einer Röhre 12 umgeben, die aus einzelnen Bausteinen 13 besteht. Im Bereich des oberen Endes der Röhre 12 befindet sich ein Ringbrenner 14. Das durch das Stahlrohr 11 senkrecht nach oben geführte Gasgemisch wird im Kopf des Sekundärreformers 10 um etwa 180° umgelenkt und trifft von oben her auf den Ringbrenner 14. Durch diesen wird Luft von einer Temperatur von etwa 5000° C zugeführt. Die Verbrennung erfolgt in der Umgebung des Ringbrenners 14 bei einer Temperatur von etwa 1600° C. Nach Durchlaufen eines Katalysators 15 tritt das gasförmige Ammoniak durch den Auslaß 16 aus, von wo es einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird.

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 eingreifen. 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. Die Lage 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 Tiefe, und von der tiefergelegenen Ebene aus ragen die Federn 17 nach oben. Auch wäre es denkbar, an Stelle von 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 kann.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind die übereinanderliegenden Bausteine 13 jeweils um eine halbe Bausteinlänge in Längsrichtung 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 36°. Demnach nimmt die Feder 17 einen Bogenwinkel von 18° ein, während sich die beiden Nuten 18 über einen Bogenwinkel von jeweils 9° erstrecken. Die Federn 17 und die Nuten 18 haben jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt, was am besten aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht. Außerdem sind die Stirnseiten der Federn 17 und der Nuten 18 gegenüber der Senkrechten um etwa 30° abgeschrägt (Fig. 4).

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 11 vermindert wird, sind an den Stirnseiten der Bausteine 13 jeweils eine Feder 20 und eine Nut 21 ausgebildet, die sich in senkrechter Richtung erstrecken und ebenfalls aneinander angepaßte, halbkreisförmige Querschnitte haben. Hierdurch wird verhindert, daß die außerhalb der Röhre 12 herrschende Wärme unmit telbar durch die radialen Spalte 19 auf das Stahlrohi 11 einwirken kann. Andererseits ermöglicht die Spalt< 19 auch einen möglichst schnellen Druckausgleich f ü den Fall, daß starke Druckschwankungen oder Ver puffungen auftreten, die im Inneren der Röhre zu ei nem wesentlich höheren Druck als dem äußeren Um gebungsdruck führen.

Bezugsziffernliste:

10 Sekundärreformer

11 Stahlrohr

12 Röhre

13 Baustein

14 Ringbrenner

15 Katalysator

16 Auslaß

17 Feder

18 Nut

19 Spalt

20 Rücken

21 Nut

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zum Herstellen einer etwa 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 Lage anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite und 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 B«?usteinlänge verteilt angeordnet sind, daß zu beiden Seiten einer halben Bausteinlänge von 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. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Bausteines sich jeweils über eine viertel Bausteinlänge erstrekkende Vertiefungen (18) vorgesehen sind und daß zwischen diesen die sich über die halbe Bausteinlänge erstreckenden Anschläge (17) liegen.

3. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen einer Bausteinseite als durchgehende Nut (18) ausgebildet sind.

4. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge einer Bausteinseite als durchgehende Federn (17) ausgebildet sind.

5. Baustein nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) und die Feder (17) einen halbkreisförmigen Querschnitt haben.

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 30° gegenüber der Senkrechten abfallen.

7. Baustein nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (17) eine etwas geringere Höhe haben, als es der Tiefe der Vertiefungen (18) entspricht.

8. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite des Bausteines eine Nut (21) und an der anderen Stirnseite eine Feder (20) mit einem dem Nutquerschnitt angepaßten Querschnitt ausgebildet sind und daß sich Nut (21) und Feder (20) in, bezogen auf die Einbaulage des Bausteines (13), senkrechter Richtung erstrecken.

9. Baustein nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (21) und die Feder (20) einen halbkreisförmigen Querschnitt haben.