DE2419781A1

DE2419781A1 - Druckbehaelter fuer alkalimetalle hoher temperatur

Info

Publication number: DE2419781A1
Application number: DE2419781A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Hanisch; Gundolf Dipl Ing Dr Rajakovics
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE2462463A1; DE2419781B2; DE2419781C3; ATA162174A; DE2462463C2; AT345309B

Description

Druckbehälter für Alkalimetalle hoher Temperatur Bei zylindrischen, stehend angeordneten Druckbehältern für Alkalimetalle hoher Temperatur, z.B. einem stehenden Kaliumdampfkessel, der durch vertikale, in eine obere und untere Bodenplatte eingeschweißte, Heizgas führende Wärmetauscherrohre beheizt wird, besteht die Schwierigkeit, den zylindrischen Druckmantel so auszubilden, daß dieser bei relativ großen Durchmessern trotz der außerordentlich niedrigen zulässigen Werte für die mechanische Beanspruchbarkeit üblicher hochwarmfester Werkstoffe bei den auftretenden Temperaturen dem inneren Druck widersteht Zur Beherrschung dieses Problems kann der Druckmantel doppelwandig ausgeführt werden, wobei zwischen den beiden Wänden eine wärmedämmende Schicht, z.B. eine Anzahl von Strahlerblechen, angeordnet und der Raum zwischen den beiden Wänden mit Gas, vorzugsweise mit inertem Gas, gleichen Drucks wie im System beaufschlagt wird. Dadurch kann die äußere der beiden Wände auf niedriger Temperatur gehalten werden und wegen der dann höheren Festigkeit ohne weiteres dem Systemdruck widerstehen, während die innere Wand zwar hohe Temperatur aufweist, aber nur kleine Druckdifferenzen, in erster Linie verursacht durch die statische Höhe der Flüssigkeit, ertragen muß. Um die bei einer solchen Konstruktion auftretXenden Wärmespannungen auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen an beiden Wänden zu beherrschen, müssen einerseits Dehnmöglichkeiten, z.B. in Balgenform zumindest in einer der beiden Wande vor@inden- ^ sein und anderseits eine in Richtung der Zylinderachse sich erstreckende, vorwiegend außerhalb des eigentEichen Kessêl-.
bereiches liegende Abkühizone für den inneren Mantel vorgesehen werden, so daß die radialen Differenzdehnungen über eine konusartige Verformung des Innenmantels aufgenommen werden.
Bei großen Außendurchmessern und hohen Temperaturen kann, insbesondere bei hohen Behältern die zur Beherrschung des bei dieser Konstruktion auf Grund der statischen Flüssigkeitshöhe noch vorhandene Differenzdruckes notwendige Stärke der Innenwand sehr groß werden.
Große Wandstärken sind jedoch vor allem im Hinblick auf das Thermoschockverhalten der Konstruktion bzw.
die im An- und Abfahrzustand auftretenden Wärmespannungen oft unzulässig.
Erfindungsgemäß kann dieses Problem dadurch gelöst werden, daß an Stelle eines starkwandigen Innenmantels mehrere zylindrische Mäntel geringerer Wandstärke konzentrisch mit dazwischenliegenden freien ringförmigen Räumen angeordnet werden, wobei sich durch geeignete Vorkehrungen, z.B. Überströmöffnungen, in den ringförmigen Räumen von innen nach außen abnehmende Flüssigkeitshöhen derart einstellen, daß die jeweils auf einen dünnwandigen Mantel wirkenden Druckhöhen festigkeitsmäßig zulässig sind.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform schematisch dargestellt. Sie zeigt einen schematischen Schnitt durch einen stehenden Rauchrohr-Kaliumdampfkessel.
Der Kessel weist einen allgemein mit 1 bezeichneten Doppelmantel mit einer inneren Wand 2 und einer äußeren Wand 3 auf, die bei 4 und 5 miteinander verbunden sind.
Der Zwischenraum 6 ist mit einer Isolation versehen, die z.B. aus Strahlerblechen bestehen kann. Der Kessel weist ferner Bodenbleche 7, 8 auf, in die Rauchrohre 9 einge-.
schweißt sind. Das heiße Rauchgas strömt vom unter 'Raum 10 durch die Rohre 9 in den oberen Raum 11, von dem es in geeigneter Weise abgeleitet wird.
Im Kessel sind ferner Ringwände 12, 13 und 14 vorgesehen, die konzentrisch zur Innenwand 2 angeordnet und mit dem Kesselboden 7 verschweißt sind. Die Ringwände sind gleichmaßig von innen nach außen abnehmend gestuft. Die von den zylindrischen Wänden 12 bis 14 und der inneren Behälterwand 2 gebildeten Ringräume 16, 17, 18 enthalten Kalium. Die zylindrischen Wände 12 bis 14 sind je mit mindestens einer Uberlauföffnung 19, 20, 21 versehen, deren Höhenlage von Wand zu Wand nach innen fortschreitend gestuft zunimmt.
Auch die Behälterwand 2 weist eine tiberlauföffnung 22 auf, die über eine nicht dargestellte Rohrleitung und eine Speisepumpe mit dem Behälterinneren in Verbindung steht.
Statt der Uberlauföffnung 22 kann auch ein Standrohr vorgesehen sein. Durch diese Überlaufregelung können die Flüssigkeitsspiegel in den einzelnen Ringräumen 16 bis 18 und auch der Kaliumspiegel im Kesselinneren konstant gehalten werden.
Der Rücklauf des Kaliutn<wird so eingestellt, daß stets ein Uberfließen von Kalium aus dem Kesselinneren stufenweise in die Ringräume 16, 17und 18 erfolgt. Von dort wird das überschüssige Kalium wieder dem Rücklauf zugeführt.
Im'Raum 6 zwischen den Wänden des Doppelmantels 1 wird inertes Gas eingeführt und auf einem Druck gehalten, der dem Kesseldruck Sntspricht. Dadurch sind die beiden auf die Kesselwand 2 ksirkenden Drücke ausgeglichen. Würden die Ringwände 12, 13, 14 nicht vorhanden sein, so wäre die Kesseiwand 2 dem statischen Druck des Kaliumr setzt. In den meisten Fällen ist die Kesselhöhe beträchtlich und daher der größte statische Druck1 der im Bereich,des Kesselbodens 7 auftritt3 zu groß, um von der Kesselwand-2 aufgenommen werden zu können. Werden jedoch die erwähnten Ringwände 12 bis 14 vorgesehen, und die Zwischenräume 16 bis 18 ganz oder teilweise mit Kalium gefüllt, so sinkt die Beanspruchung der Kesselwand 2 im dargestellten Beispiel auf ein Viertel des vollen statischen Druckes des Kalium;.
Auch die Ringwände 12, 13, 14 werden nur in der gleichen Höhe statisch belastet. Anstelle der Uberlauföffnungen 20 und 21 kann auch der obere Rand der Zylinderwand 13, 14 zur Niveauregelung des Kaliumspiegels in den zugehörigen Ringräumen benutzt werden. Die Stufung des Kaliumspiegels in den Ringräumen wird vorzugsweise gleichmäßig vorgenommen, doch können auch andere Gesichtspunkte eine Rolle spielen und eine ungleichmäßige Stufung vorgesehen werden.
Der äußerste Ringraum 18 kann auch sehr niedrig gehalten werden Anstelle der Überlauföffnung 22 tritt sodann eine Ablauföffnung im Boden 7, die in der oben beschriebenen Weise über eine Speisepumpe mit dem Kesselinneren in Verbindung steht. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Behälterwand 2 keinerlei Durchbrechungen und der Zwischenraum 6 keine Einbauten aufweisen muß.
Um Wärmedehnungen und Schrumpfungen der inneren Behälterwand 2 gegenüber der kühleren Behälterwand 3 gefahrlos zu ermöglichen, ist die Innenwand 2 über die Behälterböden 7, 8 hinaus verlängert und der Rand dieser Verlängerungen ist mit der Behälterwand 3 verbunden. Es ist zweckmäßig, hiebei einer der Verlängerungen eine solche von der Zylinderform abweichende Gestalt zu geben, daß sie Längedehnungen aufnehmen kann. Die auch in radialer Richtung auftretenden Längedehnungen werden von diesen Verlängerungen der Wand 2 ausgeglichen, indem sie sich etwas kegelig verformt.
Die Abstufu des vom Alkalimetall im Behälterinneren hervorgerufenen statischen Druckes kann auch dann Anwendung finden, wenn die Shstiitzung der inneren Behälterwand 2 in anderer als in der gezeigten und beschriebened.
Weise im Vrhäitnis zum Systemdruck erfolgt. So ist es z.B.
denkbar, daß der Behälter, der Alkalimetall enthält; in einem allseits geschlossenen Uberbehälter untergebracht ist, so daß auf der Behälterwand 2 innen und außen der gleiche Systemdruck lastet.
Beispiel: Bei einem stehenden Kaliumkessel mit z.B. drei Meter Durchmesser, in dem das Kalium fünf Meter hoch steht, wird der statische Druck, den der Kalium umhüllende Mantel. unabhängig vom Dampfdruck aufnehmen muß p = #.g.H.
Bei einer spezifischen Dichte von Kalium bei 9000C von etwa 630 kg/m3 ergibt das einen Wert von: p = 630 . 9,81 . 5 B = 30901,5 N/m2. Mit einer Festigkeit von etwa 2,0 N/mm2 der hochwarmfesten Austenite bei 9000C wird die erforderliche Manteldicke: g 1w20s = = p.d = 309 01,5. 10-4 10-4 . 300 2 2,3 cm 2 - 2 . 200 Wird der statische Flüssigkeitsdruck. erfindungsgemäß in z.B. vier Druckstufen aufgeteilt, beträgt der Differenzdruck, den die einzelnen konzentrischen Ringmäntel auf zu nehmen haben, ein Viertel des gesamten Flüssigkeitsdruckes.
Die Einzelwandstärke wird daher nur mehr 1/5, d.h. 5,8 mm betragen.

Claims

P-a t e n t a n s p r ü c h e

g Druckbehälter für Alkalimetalle hoher Temperatur, z.B. stehender Rauchrohr-Kaliumdampfkessel, dadurch gekennzeichnet, daß der Behältermantel (1) doppelwandig ausgeführt ist, wobei zwischen den beiden Wänden (2, 3) eine wärmedämmende Schicht, z.B. eine Anzahl Strahlerbleche angeordnet ist und der Raum (6) zwischen den beiden Wänden mit Gas beaufschlagt ist, dessen Druck dem im Behälter herrschenden Druck gleich oder annähernd gleich ist.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Mantel (2) über Behälterboden (7) und Behälterdecke (8) verlängert und mittels dieser Verlängerungen mit der äußeren Wand (3) verbunden ist.
3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Verlängerungen eine von der Zyinderform abweichende, eine Längendehnung der Wand (2) zulassende Gestalt, z.B. Balgenform, aufweist.
4. Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Behälterwand (2) Ringräume (16 bis 18) vorgesehen sind, die Alkalimetall mit von außen nach innen gestuft steigendem Flüssigkeitsspiegel enthalten.
5. Behält nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ringräume (16 bis 18) bildenden zylindrischen Wände (12 bis 14) Überlauföffnungen (19 bis 21) aufweisen, deren Höhenlage von Wand zu Wand nach innen fortschreitend zuni.mmt. *-6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußerste Ringraum (18) mittels einer Uberlauföffnung (22) in der Behälterwand (2) oder einer Ablauföffnung im Boden (7) oder einem Standrohr sowie über eine Speisepumpe mit dem Behälterinneren in Verbindung steht.

Leerseite