DE2122324C3

DE2122324C3 - Behälter mit Heiz- oder Kühlmantel

Info

Publication number: DE2122324C3
Application number: DE19712122324
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Ing. 5090 Leverkusen Reinhard
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1974-09-12
Also published as: DE2122324B2; DE2122324A1

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Behälter mit Heiz- oder Kühlmantel, bestehend aus einem Innenmantel und einem Außenmantel, zwischen denen ein spiralförmiger Kanal angeordnet ist, der mit einem Zulauf und Ablauf versehen ist.

Im chemischen Apparatebau, im Reaktorbau und in der Wärme- und Kältetechnik werden in zunehmendem Maße derartige Kessel und Behälter — auch unter Druck — betrieben.

Es ist ein Kessel bekannt, dessen Mantel mit Halbrohrschalen besetzt ist. Der gebildete Hohlraum stellt den Heizmantel dar. Diese Konstruktion ist langwierig in der Fertigung, da die Ränder der Halbrohrschalen sehr sorgfältig außen auf den Mantel aufgeschweißt werden müssen. An den Schweißstellen treten häufig Spannungsrißkorrosionen auf. Die dabei entstehenden Schaden verursachen hohe Reparaturkosten oder machen den Kessel sogar unbrauchbar.

Weiterhin werden Kessel mit Warzenmänteln benutzt. Gegenüber dem Kessel mit einfachem, durchgehendem Außenmantel kann seine Wandstärke bei gleicher Druckbeanspruchung niedriger sein. Zur Herstellung der Warzen sind jedoch bei zunehmender Wandstärke erhebliche Verformungskräfte notwendig. Bei Verwendung von Edelstahl und Feinkornstahl liegt für die Herstellung der Warzen bei 15 mm Wandstärke die Grenze. Es bedarf zur Fertigung der Walzen spezieller Vorrichtungen und hydraulischer Werkzeuge. Dabei sind örtlich unterschiedliche Reckungen des Mantels im maximalen Verformungsbereich und bei nicht ausreichender Vorwärmung auf etwa 700⁰C, Anrisse an den Warzen erste Schäden. Das Verschweißen der Warzen mit dem Innenmantel ist bei hohen Wandstärken sehr von der Qualität der Schweißnahtvorbereitung und der Sorgfalt des Schweißers abhängig, denn Schweißfehler an der Wurzellage sind schwer auszubessern. Ein weiterer Nachteil ist sicherlich die starke punktweise Flammeneinwirkung auf den Innenmantel, die für das Eindrücken der Warzen in den Außenmantel erforderlich ist. Trotz Einbringen von Distanzstücken zwischen Innen- und Außenmantel sind die entstehenden Zwischenräume unterschiedlich groß. Wegen der fehlenden erzwungenen Strömung bilden die unterschiedlich starken Zwischenräume stellenweise Ansalzpunkte für Schmutzablagerungen. Diese verschmutzten Zonen werden nur gering oder garnicht durchströmt. Auf diese Weise entstehen erncbliche Wärmeverluste und Spannungen.

Es ist weiterhin ein Behälter mit einem Heiz- bzw. Kühlmantel bekannt, dereinen Innenmantel und einen Außenmantel aufweist. Während der Innenmantel aus einer durchgehenden Wandung besteht, ist der Außenmantel aus um den Innenmantel gewickelten und damit verschweißten L- oder T-Profilen gefertigt, wobei die Profile mit ihren Schenkeln aneinander geschweißt sind und so den Außenmantel bilden. Entsprechend schlecht ist der Wärmeübergangseffekt. Nachteilig

in hierbei ist, daß sich die Profile infolge ihrer Formstabilität schlecht wickeln lassen und daß zum anderen erhebliche Schweißarbeiten durchzuführen sind.

Es ist auch bekannt, um einen Behältermantel ringförmige Rippen parallel zueinander anzuschweißen

»5 und dann im Abstand von dem Behältermaterial die Rippen durch Streifen miteinander zu verschweißen, so daß von den Rippen, dem Behältermantel und jeweils den zugehörigen Streifen eine Ringkammer gebildet ist. Die Ringkammern sind untereinander durch

ίο Durchfiußöffnungen verbunden. Die Venveilzeit der Kühl- bzw. Heizflüssigkeit ist unkontrollierbar, da kaum ein zwangläufiger Durchfluß entsteht und bei diesem Aufbau die Venveilzeit der Flüssigkeit in den einzelnen Kammern kaum regulierbar ist.

Schließlich ist auch ein Doppelmantelbehälter bekannt, der zwischen den beiden Mänteln ein schraubenförmig gewelltes Rohr aufweist, das eng an die beiden Mantelrohre anliegt. Sowohl zwischen Innenmantel und gewelltem Rohr als auch zwischen Außenmantel und welkem Rohr kann Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet werden. Nachteilig bei diesem Wärmetauschbehälter ist, daß die drei Mäntel über die Länge gesehen nicht miteinander verschweißbar sind, so daß der Innenmantel auf den im Behälter herrschenden Druck ausgelegt sein muß. Es ist auch äußerst schwierig, insbesondere bei großen Durchmessern, den gewellten Einsatz so genau zu fertigen, daß die .Mäntel übereinander geschoben werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Gestaltung eines Behälters oder Kessels -·■- vorzugsweise Druckbehälter oder -kessel —, der fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und störungsfrei und mit hohem Wärmewirkungsgrad arbeitet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kanal durch eine Blechspi~ale gebildet ist, die durch Schweißstellen mit dem Innenmantel verbunden ist und daß der Außenmantel entlang der Blechspirale Ausschnitte aufweist, in denen der Außenmantel mit der Blechspirale nach außen dicht durch Schweißverbindung befestigt ist. Im Rahmen der Erfindung sind nicht nur stetig verlaufende Blechspiralen zu verstehen, sondern auch solche mit schrägen Absätzen oder stufenartigen Absätzen.
Die Vorteile dieser Konstruktion liegen in der Herstellung und im Betrieb. Es sind nur in der Kesselfertigung allgemein übliche Grundfertigungsverfahren anzuwenden, so daß die Fertigung mit geringem Aufwand erfolgt. Es lassen sich auch hohe Wandstärken verwirklichen. Auf ein Glühen nach dem Anschweißen des Außenkessels wie beim Warzenmantel oder wie bei aufgeschweißten Halbrohrschalen kann verzichtet werden. Im Betrieb ergibt sich durch die Spiralführung des Heiz- oder Kühlmediums ein besserer Wärmeübergang. Die Schweißnähte werden deshalb gleichmäßiger beansprucht, so daß eine längere Lebensdauer gewährleistet ist.

Die Erfindung ist anwendbar sowohl für unter Druck als auch für drucklos betriebene Behälter oder

Kessel. Auch das Heiz- oder Kühlmedium kann unter Druck stehen.

Hergestellt wird der erfindungsgemäße Behälter oder Kessel, indem der Innen- und Außenmantel in üblicher Weise wie einwandige Behälter vorgefertigt werden. Erstreckt sich der Heiz- oder Kühlmantel über beide Behälterböden, so ist der Außenmantel so vorzufertigen, daß ein Boden erst nachträglich nach dem Überschieben des Außenmantels über den Innenmantel aufgesetzt wird. Dieser nachträglich angesetzte ia Boden kann angeflanscht oder auch angeschweißt sein.

Der erfindungsgemäße Kessel oder Behälter zeichnet sich durch besondere Betriebssicherheit aus. Die erzwungene Flüssigkeitsströmung gewährleistet einen guten und gleichmäßigen Wärmeübergang über den Innenmantel zv^schenKesselinhalt undWärmemedium. Dadurch wird die Gefahr von Spannungsrissen an den Schweißnähten herabgesetzt. Reißt die Schweißverbindung zwischen Blechspirale und Innenmantel trotzdem stellenweise, so besteht keine Gefahr, da ein absolutes Abdichten zwischen 'cn Spiralgängen nicht unbedingt ei forderlich ist. Reißen Schweißnähte in den Außennähten des Außenmantels, so sind die Schaden leicht zu bemerken und auch sehr einfach durch Über- as schweißen zu beheben. Sollte wirklich das Austauschen größerer Teile der Kesselwandung erforderlich sein, so läßt sich das durch Herausschneiden der schadhaften Teile und Einschweißen neueifTeile gegenüber den vorbekannten Kesselausführungen relativ leicht durchführen, da der erfindungsgemäße Kessel sehr einfach aufgebaut ist.

In einer Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kessels rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert, und zwar zeigt:

F i g. 1 den Kessel im senkrechten Schnitt,

F i g. 2 Schnitt A-B gemäß F i g. 1,

F i g. 3 Schnitt C-D gemäß F i g. 2 und

F i g. 4 einen Ausschnitt aus der Abwicklung des Außenmantels.

Ein Kessel 1 besteht aus einem Innenmantel 2 und einem Außenmantel 3. Zwischen beiden ist eine sich um den Innenmantel 2 windende Blechspirale 4 angeordnet. Sie ist mit Schweißnähten 5 (F i g. 2, 3) am Innenmantel 2 und mit Schweißnähten 6 (F i g. 2, 3), die in Ausschnitten 7 (F i g. 4) im Außenmantel 3 angeordnet sind, abdichtend am Außenmantel 3 befestigt. Der Außenmantel 3 ist mit Heiz- oder tCühlmittelzulauf 8 und -ablauf 9 versehen.

Beispiel für die Berechnung (in Anlehnung an AD-Merkblätter BO Ausgabe Januar 1969, sowie B Ausgabe Mai 1970, herausgegeben von Vereinigung des Technischen Überwachungsvereins e.V. Essen, Druck Carl Heymanns Verlag KG Köln):

a) Wandstärkeberechnung: W, = 0,40

b) Berechnung der Stärke des Bleches der Spirale:

s - ^ps

^Ss~ K-I '

c) Berechnung der Fläche zwischen vier Ausschnitten:

F= Z₁ -/₂,

d) Berechnung der Belastung:

~ lob '

e) Berechnung der Schweißnahthöhe:

a =

dabei

5₁ —

5₂ =

5₃ =

I₁ = t_t — ρ = S =

K — F = a = I₁ = / = b =

C =

2 · /, · 0,8 · K

bedeuten:

Stärke des Innenmantels 2, Stärke des Außenmantels 3, Stärke des Bleches der Spirale 4, Abstand der Spiralgä.nge, Abstand der Ausschnitte 7, Betriebsdruck in [atii.], Sicherheitsbeiwert gemäß AD-Merkblatt BO bei Stahl = 1,5, Festigkeitskennwert des Werkstoffes [kp/mm²], Fläche der Teilung in [mm²], Höhe der Schweißnähte 5 (mm], Länge der Schweißnähte 5 [mm], Länge der Ausschnitte 7 [mm], Breite der Ausschnitte 7 (nicht in der Berechnung), S₃ in [mm].

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Behälter mit Heiz- oder Kühlmantel, bestehend aus einem Innenmantel und einem Außenmantel, zwischen denen ein spiralförmiger Kanal angeordnet ist, der mit einem Zulauf und Ablauf versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal durch eine Blechspirale (4) gebildet ist, die durch Schweißstellen (5) mit dem Innenmantel (2) verbunden ist, und daß der Außenmantel (3) entlang der Blechspirale (4) Ausschnittt (7) aufweist, in denen der Außenmantel (3) mit der Blechspirale (4) nach eußen dicht durch Schweißverbindung befestigt ist.