DE2330015C3 - Heißgaswärmetauscher mit Verbundrohren - Google Patents

Heißgaswärmetauscher mit Verbundrohren

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DE2330015C3
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Hans-Dieter Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Marsch
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Uhde GmbH
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

25
Die Erfindung betrifft einen Heißgaswärmetauscher mit Verbundrohren /ur Abkühlung von Heißgasen aus katalytischen Spaltprozessen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Heißgase aus katalytischen Spaltprozessen, die in der Regel als Synthesegas bezeichnet werden, dienen zur Eri.'ugung von Stadtgas. VVasserstoffgas. Rohgasen für Methanol· und Ammoniaksynthesen und ahnlichen Produkten. Die Erzeugung dieser Synthesegase erfolgl nach dem Dampfreformingverfahrcn. Als Rohstoffe kommen im wesentlichen Erdgas und Ben/in /um Einsat/ unter Beimischung von Dampf. Dieses Gemisch strömt durch katalysjtorgefullte Röhren, die in einem Ofen von außen beheizt werden. Das Synthesegas erreicht am Ende der Reaktion cm»· Temperatur von -to etwa 720-900 C bei Betriebsdrucken von etwa 20 — 40 ata und tritt anschließend in den Heißgaswärmetauscher em. tint seine Warme /um grüßen Teil an Speisewasser zur Dampferzeugung abzugeben. Wird in Anlagen /ur I r/eugung von Ammoniaksynthesegas -15 noch ein /weiter Reaktor da/wischen geschaltet, der ebenfalls mit katalysator gefüllt ist. so wird durch Zugabe von Luft dem Synthesegas der notwendige Stickstoff beigemischt und der Rest Methangehalt wetter gesenkt In diesem lall tritt das Gas mit etwa 1000 ( in den Heißgaswarmetauscher ein. Wird als Rohsicff Ben/in /ur Synthcsegaser/eugung eingesetzt, muß dem Katalysator im Primarreformer Alkali, üblit herweise Kalium zugegeben werden, um Rußbil dung beim Spalten der höheren Kohlenwasserstoffe /u vernifiden. Dabei läßt sich nicht vermeiden, daß im Laufe der /cn Kalium mn ilitn Gas geringfügig ausgetragen wird und im Heißgaswarmetauscher an kälteren Stellen, /„ B, den Kauchruhren des Wärmetauschers« in For til cities Gemisches aus KOH, K2GÖ3 Und «(-(CÜÖj ausfällt* Dieses Gemisch Verursacht bei Metall· tetnperattifen von 350-^420"C an Normalkesselrohren starke Korrosionen, besonders oberhalb 380"C. Solange die Temperatur des Klihlmediums um die Rohre und damit die Wandfeniperafur selbst unief der kritischen Korrosionstemperatur gehalten wird, besteht keine Gefahr, Diese Bedingung kann nach den bisherigen Erfahrungen bis zu Drücken von 85—90 aiii auf der Wasserdampfseite eingehalten werden, jedoch mit einer Einschränkung, daß sorgfältig behandeltes Speisewasser benutzt wird. Letztere Bedingung kann im allgemeinen als erfüllt vorausgesetzt werden. Mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad der gesamten Anlage — im Gaskühler werden bei Großanlagen 60— 100 t/h Dampf erzeugt — strebt man jedoch an, die Dampferzeugung bei möglichst hohem Druck vorzunehmen, beispielsweise bei 130 ata. Dies entspricht einer Sattdampf temperatur von 3300C. Turbulenzen im Bereich des Gaseintritts in die Rohre, die hohen Gastemperaturen, der hohe Druck und die Natur der Synthesegase führen zu Heizflächenbelastungen, die die Manteltemperatur der Rohre auf kritische Werte steigen lassen, bezüglich der Korrosion. Zur Lösung dieses Problems könnten austenitische tijhre mit genügender Beständigkeit gewählt werden. Für Festbodenapparate, deren Druckmantel aus ferritischem Stahl besteht und der dem Druck und der Temperatur des Kühlmediums ausgesetzt ist. scheiden austenitische Rohre jedoch wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aus. ganz abgesehen von der Gefahr der Spannungsrißkorrosion im Kesselspeisewasser. Hochchromhaltige ferritische Stähle (13% Chrom) haben sich ebenfalls als genügend beständig erwiesen. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie oberhalb 300 C im Dauerbetrieb stark verspröden und somit nicht zugelassen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht dann, normale Kesselstähle /u chromieren. Die Qualitätsforderungen für chromiertes Rohr können jedoch nur für unlegierte Stahle mit niedrigem C-Gehalt befriedigend erfüllt wi-nJen. deren Festigkeit bei höheren Drücken und I emperaturen unzureichend ist. Weiterhin ergibt sich beim Einschweißen dieser Rohre eine Zone unzureichender Korrosionsbeständigkeit, da die C hromschieht beim Schweißen mit aufgeschmolzen wird.
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, einen Heißgaswarmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs so auszugestalten, daß in dem beschriebenen Anwendungsfall die Korrosion an den Verbundrohren vermieden werden kann, alle f estigksits- und Bestan digkeitsanforderungen erfüllt und die Ausdehnungs spannungen in zulässigem Maße begrenzt werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß das Hai henverhalinis der Materialquerschnittc des Außenrohres/um Innenrohrim Bereich 4— 10 liegt.
Mit der Wahl eines Verbundrohrtj ist auch d.is Problem der korrosionssicheren Einschweißung in die Roh platten gelost, da zunächst der äußere ferntische Teil des Rohres r.iit der ferritischen Platte und dann der innere korrosionsbeständige feil des Rohres mit der korrosionsbeständigen Platlierung der ferritischen Platte durch entsprechendes Vorgehen verbunden worden kann Das crfindungsgemäßc Fla« hcnverhältnis der beulen M.itenalqtierschnilte fcrritisih /u austeni tisi h erweist sich so gunstig, d.iß alle f estigkeitsanfor dcrungen erfüll) werden Dariiberhinaus gcnugt die dadurch vorliegende Wandstärke auch allen KurrusiahsänfofdcfUngen,
Bih IleizgaswäfmctausGhöi1 friil Verbundröhren zur Abkühlung von Heißgasen aus katalytischer) Spaltprozesseh ist aufgebaut wie ein normaler Röhrbündelwär1 metauschcr mit zwei Rohrbodenplatten. In den beiden Rohrbodehplatien sind die ferritischen Rohre eilige' schweißt und der auslenilische Teil der Verbundröhre ist mit der auf den Rohrbödenpläiten angebrachicn Platlierung gasdicht verbunden. Es ist Sorge dafür zu
tragen, daß die Verbundröhre mit guter metallischer Bindung zwischen den Werkstoffkomponenten hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Wahl der FlSchenverhältnisse garantiert darüberhinaus eine gute metallurgische Bindung bei dem hohen Temperaturwechsel zwischen Betriebstemperatur und Stillstand der Anlage.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Heißgaswärmetauscher mit Verbundrohren zur Abkühlung von Heißgasen aus katalytischen Spaltprozessen, deren Katalysator Alkalien enthält, wobei gasseitig die Betriebsbedingungen größer 20 ata und größer 7200C und wasserseitig größer 85 ata vorliegen und die gasführenden Rohre Verbundrohre sind, bestehend aus einem Innenrohr aus einem gegen Alkaltkorrosion beständigen Austenit oder hochnickelhaltigem Stahl und einem Außenrohr aus ferritischem Kesselbaustahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis der Materialquerschnitte des Außenrohres zum Innenrohrim Bereich 4—10 liegt.
2. Heißgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundrohre mit ihren äußeren Enden mit dem ferritischen Teil des Rohrbodens verschweißt sind und die Enden des austenitischen Teils der Verbundrohre mit der Rohrboden-Plattierung verschweißt sind.
DE2330015A 1973-06-13 1973-06-13 Heißgaswärmetauscher mit Verbundrohren Expired DE2330015C3 (de)

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DE2330015A1 DE2330015A1 (de) 1975-01-09
DE2330015B2 DE2330015B2 (de) 1979-05-31
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3022480A1 (de) * 1980-06-14 1982-01-07 Uhde Gmbh, 4600 Dortmund Vorrichtung zum waermetausch zwischen einen nh (pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) -konverter verlassendem kreislaufgas und wasser
DE3044902A1 (de) * 1980-11-28 1982-07-08 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Waermeaustauscher
SE9603890L (sv) * 1996-10-22 1998-04-23 Kanthal Ab Värmeväxlare

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DE2330015B2 (de) 1979-05-31
DE2330015A1 (de) 1975-01-09

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