DE2462463A1 - Druckbehaelter fuer alkalimetalle hoher temperatur - Google Patents

Description

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VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE Aktiengesellschaft (VEW), Wien

Druckbehälter für Alkalimetalle hoher Temperatur

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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 Weikstoffe bei den auftretenden Temperaturen dem inneren Druck widersteht.

Es ist ein mit flüssigem Metall beheizter, aus einem stehenden Druckbehälter und einem darin angeordneten stehenden, den Druckbehälter im wesentlichen nicht berührenden Innenbehälter aufgebauter Wärmetauscher bekannt, bei dem im oben offenen Innenbehälter vom beheizten Mittel durchströmt eine Rohrschlange oder ein Rohrbündel angeordnet ist, der Innenbehälter unten mit dem Auslaß des Heizmittels verbunden ist und oben ein Zufluß für das Heizmittel aufweist und der Zwischenraum zwischen Druckbehälter einerseits und Innenbehälter und Heizmitteloberfläche andererseits mit inertem Glas gefüllt ist.Um an teurem korrosionsfestem Material zu sparen, besteht bei diesem Wärmetauscher nur der Innenbehälter aus einer korrosionsfesten Stahllegierung, während der Druckbehälter aus Flußstahl hergestellt ist. Diese Ausbildung löst jedoch nicht das eingangs erwähnte Problem, weil bei den hohen Temperaturen, die z.B. bei Kaiiumdampfkesseil auftreten, die Festigkeit von Flußstahl viel zu gering ist. 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 auftretenden Warmespannungen auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen an beiden Wänden zu beherrschen, müssen einerseits Dehnmöglichkeiten, z.B. in Balgenform zumindest in einer der beiden Wände vorhanden sein und andererseits eine in Richtung der Zy-

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linderachse sich erstreckende, vorwiegend außerhalb des eigentlichen Kesselbereiches liegende Abkühlzone für den inneren Mantel vorgesehen werden, so daß die radialen Differenzdehnungen über eine konusartige Verformung des Innenmantels aufgenommen werden.Erfindungsgemäß kann dieses Problem dadurch gelöst werden, daß an Stelle eines starkwandigen Innenmantels mehrere zylindrische Mantel 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 eingeschweißt" sind. Das heiße Rauchgas strömt vom unteren Raum Io 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 gleichmäßig 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 Überlauföffnung 19, 2o, 21 versehen, deren Höhenlage von Wand zu Wand nach innen fortschreitend gestuft zunimmt.Auch die Behälterwand 2 weist eine Üb-'erlauf öffnung 22 auf, die über eine nicht darge-' stellte Rohrleitung und eine Speisepumpe mit dem Behälterinneren in Verbindung steht. Statt der Überlauföffnung 22 kann auch ein . Standrohr vorgesehen sein. Durch diese Überlaufregelung können die Flüssigkeitspiegel in den einzelnen Ringräumen l6 bis 18 und auch der Kaliumspiegel im Kesselinneren konstant gehalten werden.

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Der Rücklauf des Kaliums wird so eingestellt, daß stets ein Überfließen von Kalium aus dem Kesselinneren stufenweise in die Ringräume 16, 17 und 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 entspricht. Dadurch sind die beiden auf die Kesselwand 2 wirkenden Drücke ausgeglichen. Würden die Ringwände 12, .13, 14 nicht vorhanden sein, so wäre die Kesselwand 2 dem statischen Druck des Kaliums ausgesetzt. In den meisten Fällen ist die Kesselhöhe beträchtlich und daher der größte statische Druck, der im Bereich des Kesselbodens 7 auftritt, 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 vollenä statischen Druckes des Kaliums. Auch die Ringwände 12, 13, 14 werden nur in der gleichen Höhe statisch belastet. Anstelle der Überlauföffnungen 2o 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 Behälterboden 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 aufnehme ι kann. Die auch in radialer Richtung auftretenden Längedehnungen werden von diesen Verlängerungen der Wand 2 ausgeglichen, indem sie sich etwas kegelig verformt.

Die Abstufung des vom Alkalimetall im Behälterinneren hervorgerufenen statischen Druckes kann auch dann Anwendung finden, wenn die Abstützung der inneren Behälterwand 2 in anderer als in der gezeigten und beschriebenen Weise im VerhäLfcnis.zum Systemdruck erfolgt. So ist es

z.B. denkbar, daß der Behälter, der Alkalimetall enthält, in einem allseits geschlossenen Überbehälter untergebracht ist, so daß auf der Behälterwand 2 innen und außen der gleiche Systemdruek lastet.

VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE Aktiengesellschaft (VEW) Patentabteilung

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(Dipl.Ing.Bernhart) QDr.Ing.Fischer)

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Claims (2)

Patentansprüche

1) 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, 5) eine wärmedämmende Schicht, z.B. eine Anzahl Strahlerbleche angeordnet ist und der Raum (6) zwischen den beiden Wänden mit Gas beaufschlagt 1st, 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 (j5) verbunden ist.

J5) Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Verlängerungen eine von der Zylinderform abweichende, eine Längendehnung der Wand (2) zulassende Gestalt, z.B. Balgenform, aufweist.

VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE Aktiengesellschaft (VEW) Patentabteilung

. Ing. Bernhart) (Dr.Ing.FiscJafer)

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