DE2158541C3 - Verfahren zur Innenauskleidung eines Behälters mit einem Material hoher Qualität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Innenauskleidung eines Behälters mittels eines metallenen Befeälterauskleidungsmaterials hoher Qualität, wie Titan, Zirkonium oder rostfreier Stahl, bei dem die Behälter-•uskleidung in kaltem Zustand eingeführt wird. Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand 0er Technik Bezug, wie er in der GB-PS 898 833 be-Schrieben ist. Hierbei wird eine Auskleidung für Behälter nus Materialien hoher Qualität wie Titan oder Zirkonium hergestellt, und diese Innenauskleidung mit Schrauben am Außenmantel befestigt. Diese korrosionsfesten Materialien bzw. dieses hochwertige Material kann aber auch eingenietet werden. Eine weitere Verarbeitung dieser Auskleidung aus Materialien hochwertiger Qualität, etwa in weiterer Anpassung an den Außenmantel, galt als ausgeschlossen.

Andererseits ist bekannt, das Auskleiden durch Inliendruck mittels eines Druckfluids für gut verformbare Auskleidungsmaterialien in kaltem Zustand vorzusehen (s. zum Beispiel Deutsche Patentschrift 519 802), wobei das Innenfutter aus einem genügend formbaren, d. h. leicht fließendem Material hergestellt wurde und dieses Innenfutter dann in den Außenmantel eingeführt wurde und durch das Druckfluid gegen den Außenmantel von innen nach außen angedrückt wurde.

Durch die bisherige mechanische Befestigung ist es z. B. nahezu unmöglich, sehr lange, ausgekleidete, rohrenförmige Körper zu erhalten, da ja das Auskleidungsmaterial (z. B. Rohr) nur eine geringe Durchmesserdifferenz bezüglich des Mantels aufweisen darf, da nach dem Einführen kein anderer Arbeitsvorgang erfolgt, ßn solches sehr langes Rohr bei geringer Durchmesset fferenz läßt sich aber meist nicht einfuhren und im übrigen mußten besondere Apparaturen hierfür vorgehen werden. Trotzdem waren Freßerscheinungen zwischen dem Innen- und Außenrohr nicht auszuschlie^ßCVon daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Möglichkeit der Anpassung auch für metallenes Behälterauskleidungsmaterial hoher Qualität wie Titan. Zirkonium oder rostfreien Stahl vorzusehen

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe nun dadurch gelöst daß die Enden des Behälters verschlossen werden, dieser mit der Auskleidung erwärmt wird und anschließend oder gleichzeitig mit der Erwärmung die•Auskleidun» in an sich bekannter Weise plastisch an den Mantel angedrückt, und der Behälter mit der anhaftenden Auskleidung allmählich bis auf Zimmertemperatur herab gekühlt wird. . .

Vorzugsweise wird die Auskleidung m.» einem Druck ·,„ den Mantel angedrückt, der höher hegt, als derjenige bei dem die Auskleidung sich plastisch verformt.

Zweckmäßig wird der Druck bis zu einem Wert gleich der Streckgrenze des Materials des Mantels geteilt durch 1,5 erhöht.

Günstig ist es, wenn bis auf eine Temperatur \on kleiner gleich 500²C, vorzugsweise 300'C. erwärmt

^W'zweckmäßig verwendet man als Druckmittel zur Verformung der Auskleidung ein Fluid wie Edelgas. insbesondere Argon oder Wasserdampf.

Man läßt also die Innenauskleidung gegen den Mantel der beispielsweise aus Kohlenstoffstahl besteht, so weit expandieren, daß sie in vollkommener Weise am Außenmantel haftet. .

Die Expansion der Auskleidung wird im plastischen Bereich vorgenommen, so daß sich eine permanente Verformung bei Zimmertemperatur ergibt.

Im einzelnen kann man z. B. wie folgt vorgehen:

a) Es wird eine Auskleidung aus einem Metall hoher Qualität mit einer Außenfläche ohne Vorsprünge und einem Außendurchmesser kleiner als dem Innendurchmesser des Mantels, in den die Auskleidung eingeführt werden soll, hergestellt:

b) die Behälterauskleidung wird in den Mantel eingeführt und an den Enden eingepaßt oder befestigt·,

c) die Enden des Mantels werden entweder mit Flanschplatten oder -blechen oder konvexen Blechen oder anderen geeigneten Einrichtungen verschlossen:

d) das Ganze wird beginnend von Zimmertcmpeiatur vorzugsweise bis zu etwa 300 C erwärmt:

e) ein geeignetes Fluid wird in die Behälterauskleidung bei konstanter Temperatur eingeführt, um allmählich den Druck zu erhöhen und die Behälterauskleidung in Kontakt mit dem Mantel zu bringender Druck kann auch höher sein als derjenige, der notwendig ist. um die Auskleidung in Kontaki mildem Manlcl zu bringen;

f) der Druck wird bis auf Umgebungsdruck gesenkt;

g) und allmählich wird die Temperatur bis auf Zimmertemperatur gesenkt.

Der Ausgangsabstand zwischen den beiden Rohren beträgt einige Millimeter, vorzugsweise 1,5 bis 5 mm, während nach der Behandlung nach der Erfindung das Spiel auf vernachlässigbare Werte in der Größenordnung von etlichen hundertstel Millimeter vermindert wird, wobei auch eine Verminderung auf Null möglich

Wichtig ist. daß während der ErwönnungsMufe Man- |e| und Auskleidung unterschiedliche Expansionen auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten erfuhren.

Hat das AuskleidungMnateriul einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der niedriger als der von Kohlenttoffstahl liegt, so neigi auf Grund der unterschiedlichen Expansion das Spiel zwischen Behälterinnenauskleidung und Mantel d-izu, während der Temperatursteigerung zuzunehmen.

Durch Steigerung des. Drucks innerhalb· des Rohres expandiert die Auskleidung weiter und wird plastisch uusgebeult oder verwölbt sich.

In der anschließenden Kühlstufe ist die Kontraktion oder Zusammenziehung größer für den Mantel als für die Behälterauskleidung

Dies führt zu einer noch höheren Haftung zwischen Auskleidung und Mantel, was besonders auffällig im Falle von Auskleidungen aus Titan oder Zirkonium ist, Ua das Metalle mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten sind, der niedriger als der von Kohlenstoffstahl liegt.

mit Auskleidungen aus anderen Mate ialien tritt die Erscheinung der Annäherung, wenn die Temperatur abgesenkt wird, nicht auf. Trotz dieser Tatsache hat sich das vorher beschriebene Verfahren als vollkommen geeignet erwiesen, um haftende Behälterauskleidungen mit vernachlässigbaren Spielen zu erhalten, die in jedem Fall völlig verschwinden, wenn die Apparate bei Betriebsdruck arbeilen.

Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet durch die Expansion der Behälterauskleidung im plastischen Zustand eine Verfestigung auf Grund von Bearbeitung des Materials, so daß die mechanischen und chcmisehen Eigenschaften der Auskleidung völlig unverändert bleiben.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß das fast immer zwischen Behälterauskleidung und Mantel nach der Behandlung vorhandene Spiel (dieses Spiel liegt in der Größenordnung von etlichen hundertstel Millimetern, kann aber auch einen Millimeter ausmachen) völlig verschwindet, wenn die mit Auskle'dung versehene Vorrichtung sich auf Verfahrensdruck befindet.

Das Verfahren nach der Erfindung ist daher unwendbar auf die Innenauskleidung metallischer Vorrichtungen mit irgendeinem Metall hoher Qualität, da die Haftung zwischen Mantel und Auskleidung in jedem Fall auch dann vollkommen ist. wenn während des Abkühlens keinerlei Kontraktion oder Zusammenziehen des Mantels eintritt, die höher als die der Auskleidung ist. Das Verfahren läßt sich daher auf das Auskleiden von Apparaten mit großen Wanddicken anwenden, wo das Zurückfedern des Mantels vernachlässigbar ist und wo die Haftung der Behälterauskleidung im wesentlichen dadurch erhalten wird, daß das permanente Verwölben oder Verbeulen ausgenutzt wird, welches das Ergebnis der Expansion im plastischen Zustund ist.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Aiisführungsbcispiels kurz erläutert.

Ein Rohr 1 aus Kohlenstoffstahl soll mit einer Behältcrauskieidung aus Titan 2 innen ausgekleidet werden. Auch die Einlaßöffnung soll ausgekleidet werden.

Der Mantel wurde mit 9 Löchern versehen, von denen 4 Gewinde trugen, um in diesen einige Kompara'oren m befestigen, welche die Expansion der Behälterauskleidung anzeigen sollten; die anderen 5 Löcher wurden benutzt, um Luft nach außen abzulassen.

Die Auskleidung wurde in zwei Teilen hergestellt; der erste mit einer Längsschweißnaht 3, der zweite war aus zwei gebogenen oder gewölbten Formstücken gebildet, die durch eine volle Eindringschweißung stumpf verschweißt wurden; die Verbindung der beiden Teile erfolgte durch Stumpfschweißen.

Die Auskleidung wurde dann in der Verbindungszone der Einlaßöffnung perforiert, und entsprechend dem Loch wurde ein Versteifungsstück 4 aufgeschweißt.

An einem der Auskleidungsenden wurde ein Profilrand 5 angeschweißt, der sich gegen einen Flansch 6, in dem sich eine Dichtung ausbildete, abstützte.

Di:e Auskleidung wurde dann in den Mantel einge- *> führt und gegen einen Ring 7 verschweißt, der sich gegen einen am anderen Ende des Mantels befindlichen Flansch 8 abstützte

Die Enden der beiden Rom·? wurden mit planen Blechen 9 oder Platten verschlossen.

»5 Zur Erwärmung im Innern stand eine Dampfleistung /ur Verfügung, die Wasserdampf unter 530 C und 56 a'a lieferte; außen erfolgte die Erwärmung mittels eines Induktors.

Die mittlere von den beiden Rohren erreichte Endtemperatur lag bei 300 C.

Diese Temperatur wurde allmählich innerhalb eines Zeitraums von etwa 2¹/: Stunden erreicht. Danach wurde der bei Ausströmen in die Innenauskleidung sich ganz wesentlich reduzierende Dampfdruck durch das fortgesetzte Einführen weiteren Wasserdampfs gesteigert und der Spalt zwischen den beiden Rohren auf Null reduziert. Der erreichte Druckendwert lag bei 18 kg/cm-', nachdem etwa 20 Minuten vergangen waren.

Dieser Druck wurde 30 Minuten lang aufrecht erhalten. Hernach wurde das Gas ausgelassen: man ließ das mit Auskleidung versehene Rohr bis auf Zimmertemperatur abkühlen.

Bei einem anderen Versuch wurde eine Umfangs-

flachlasche 11 entsprechend der S'.hwoißung /wischen den beiden röhrenförmigen Teilen und einer Längsfliichlasche 12 entsprechend einer der Lungsschweißungen des Ausklcidungstcils vorgesehen.

Vor dem Einführen wurden zwei Nuten 10 innerhalb des Mantels hergestellt, und zwar entsprechend den von den Fkichlaschcn eingenommenen Lagen: acht Löcher wurden in den Mantel entsprechend den Nuten gebohrt, um Argon in den Hohlraum zwischen den beiden Rohren während des Schweißens der i'lachlaschen einzuführen. Im übrigen wurde wie nach dem ersten Aiis'ührungsbcispiel gearbcilet. Die beiden Rohie wurden mittels eines Induktors von außen bis zur mittleren Temperatur von Jöö'C erwärmt. Nach der Erwärmung wurde de Druck durch Einführen von Argon in das Innere allmählich erhöht. Der erreichte Enddruck lag bei üb ata, der 30 Minuten lang aufrechterhalten wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Innenauskleidung eines Behälters mittels eines metallenen Behälterausklcidungsmaterials hoher Qualität, wie Titan. Zirkonium oder rostfreier Stahl, bei dem die Behälterauskleidung in kaltem Zustand eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Behälters verschlossen werden, dieser mit der Auskleidung erwärmt wird und anschließend oder gleichzeitig mit der Erwärmung die Auskleidung in an sich bekannter Weise plastisch an den Mantel angedrückt, und der Behälter mit der anhaftenden Auskleidung allmählich bis auf Zimmertemperatur herab gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung mit einem Druck an den Mantel angedrückt wird, der höher liegt, als derjenige bei dem die Auskleidung sich plastisch verformt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bis zu einem Wert gleich der Streckgrenze des Materials des Mantels geteilt durch 1,5 erhöht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis auf eine Temperatur von kleiner gleich 500 C. vorzugsweise 300°C. erwärmt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruc* 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel zur Verformung der Auskleidung ein Fluid wie Edcigas, insbvsonde „' Argon oder Wasserdampf verwendet wird.

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