DE2516685B2

DE2516685B2 - Verfahren und Reparaturbausatz zur Reparatur von undichten Stellen in Wärmetauschern

Info

Publication number: DE2516685B2
Application number: DE2516685A
Authority: DE
Inventors: Wayne R. Canal Fulton Ohio Johnson (V.St.A.)
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1974-04-30
Filing date: 1975-04-16
Publication date: 1979-01-25
Also published as: AT335256B; ATA12075A; SE407168B; FR2269698A1; DE2516685C3; JPS542165B2; BE823834A; SE7501556L; US3912148A; JPS50141556A; AU7596474A; ES433138A1; FR2269698B1; IT1028753B; DE2516685A1; CA1003668A; GB1472904A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf einen Reparaturbausatz zur Durchführung des Verfahrens.

Wärmetauscher, die in der Industrie eine große Bedeutung erlangt haben, bestehen im allgemeinen aus einem Eintritts- und einem Austrittssammler, die durch Rohrbündel miteinander verbunden sind. Das Rohrbündel wird von einem Mantel umgeben und von einem Medium durchströmt, das mit den Außenflächen der Rohre in dem Bündel in Berührung kommt und Wärme von einem anderen Medium aufnimmt, das innerhalb der Rohre strömt.

Derartige Rohre unterliegen häufig einem korrosiven Angriff, der Risse und Löcher in den Rohren verursachL Dadurch vermischen sich die beiden Medien innerhalb des Wärmetauschers. Der Ausbau und die Ersetzung eines schadhaften oder undichten Rohres ist nicht nur hinsichtlich der Lohn- und Materialkosten aufwendig, sondern auch deshalb, weil die Stillstandszeit der Anlage zunimmt, während der Wärmetauscher sich außer Betrieb befindet.

Es ist bereits bekannt, undichte Rohre in einfacher Weise dadurch außer Betrieb zu setzen, daß sie verstopft werden (US-PS 37 24 062 und 35 90877). Dabei wird ein Reparaturbausatz mit einer Hülse in das zu reparierende Rohr eingeführt und durch eine Sprengladung mit der Wandung des schadhaften Rohres verschweißt. Durch die Stillsetzung des Rohres wird natürlich der Wirkungsgrad des Wärmetauschers kleineren inneren Sprengladung (31) zur Herstellung einer Lötverbindung angebracht ist

4. Reparaturbausatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Sprengladung (31) eine Expansionseinlage (27) umfaßt, die aus einem Schlauch (30) in axialer Lage zur Mitte der Hülse und eine PETN-Füllung innerhalb des Schlauchs aufweist

5. Reparaturbausatz nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die große Sprengladung (24) in Höhe der Schweißfläche (17) angeordnet ist und beispielsweise aus Nitroguanidin besteht, das innerhalb einer Kammer (23) angeordnet ist

6. Reparaturbausatz nach Anspruch 3 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (11) für die Herstellung der Lötverbindung mindestens eine Nut (15) aufweist die an der Außenseite der Hülse (10) angeordnet und mit Lötgut (16) gefüllt ist

7. Reparalurbausatz nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (17) für die Herstellung der Schweißverbindung ein Hülsenstück (20) umfaßt, das dünner ist als die Stärke des Hülsenendes (12) für die Herstellung der Lötverbindung (11).

8. Reparaturbausatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionseinlage (27) und die Hülse (10) durch eine zwischengelegte Materiallage (33) getrennt sind, derart, daß Sprengkräfte von der Expansionseinlage (27) auf die Hülse (10) übertragen werden.

vermindert, so daß bereits die Reparatur von mehreren Rohren zu einer beachtlichen Herabsetzung des Wirkungsgrades führt. Auch die Explosionsschweißung oder das Aufweiten von Rohren mittels Explosion ist bekannt (US-PS 37 90 060). Bei allen diesen Verfahren

4") wird eine hohle Hülse in das undichte Rohr eingesetzt, wobei dann die Hülse auf irgendeine Weise an die Innenfläche des Rohres in der Nähe der undichten Stelle geschweißt, gelötet oder sonstwie befestigt wird. Beim Schweißen ist häufig vorgesehen worden, daß eine

μ Sprengladung innerhalb der Hülse gezündet wird, wodurch die Hülse sich nach außen in radialer Richtung gegen die Innenfläche des undichten Rohres mit genügender Kraft aufweitet, um dadurch an die anliegende Rohrfläche geschweißt zu werden. Ein

>') solches Verfahren kann dann verwendet werden, wenn es an dem einen oder anderen Ende des schadhaften Rohres angewendet wird, das in einem der dicken Stahlbleche verankert ist, die die Rohrplatten bilden. Wenn jedoch ein solches Verfahren an dem frei

wi stehenden Teil des Rohres in dem Rohrbündel angewendet wird, besteht durch die Sprengkraft die große Gefahr, daß sowohl die Hülse als auch das Rohr platzen.

Innerhalb des Rohrbündels kann eine weniger

■ ■ kräftige Sprengladung verwendet werden, um die Hülse und ein zwischengelegtes Lötgut in radialer Auswärtsrichtung so aufzuweiten, daß sie in eine genügend enge Nähe der Rohrinnenfläche kommen, damit im Anschluß

daran das Rohr und die Hülse durch die Anwendung ausreichender Wärme zusammengelötet werden können, wobei die Wärme dazu führt, daß das zwischengelegte Lötgut ins Fließen gerät und beide gegenüberliegende Flächen benetzt Bei Wegfall der Wärmequelle und beim Abkühlen erstarrt das Lötgut zu einer kräftigen Verbindung, die die Hülse an den anliegenden Teil des bisher undichten Rohre bindet

Es ist festgestellt worden, daß dieses Lötverfahren für undichte Rohrstellen innerhalb der Rohrplatte ungeeignet ist Der 7/ärmeverlust durch die Metallmasse in dem Rohrplattenabschnitt, der das zu reparierende Rohr umgibt ist so groß, daß in den meisten Fällen das Lötgut nicht flüssig wird.

Somit ist das Sprengschweißen für die Reparatur von undichten Stellen innerhalb der Rohrplatte geeignet, während das zuvor beschriebene Löten am besten innerhalb des Rohrbündels zur Verwendung kommt Es scheint jedoch, daß bei vielen Wärmetauschern die stärksten Korrosionsprobleme an der Verbindung zwischen den Rohren und der Rohrplatte auftreten. Die Dinge werden dadurch noch erschwert, daß die tatsächliche Lage der undichten Stelle innerhalb der Rohrplatte oder in dem frei stehenden Teil dts Rohrs unmittelbar oberhalb der Rohrplatte nur sehr schwierig festzustellen ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reparatur von undichten Stellen in Wärmetauscherrohren zu schaffen, mit welchem die Fehler innerhalb oder nahe bei der Rohrplatte leicht repariert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Reparaturbausatz mit einer Hülse derart in das schadhafte Rohr eingeführt wird, daß ein Ende der Hülse mit einer zur Verschweißung vorbereiteten Außenfläche und mit einer größeren inneren Sprengladung im Bereich des Rohrbodens angeordnet ist und daß das andere Ende der Hülse mit in Nuten an der Außenfläche der Hülse aufgenommenem Lötgut und einer kleineren Sprengladung im Inneren im Bereich außerhalb des Rohrbodens angeordnet ist.

Das Verflüssigen des Lötgutes kann durch das Einführen eines Elektro-Widerstandserhitzers in die Hülse erfolgen.

Der Reparaturbausatz zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer in das schadhafte Rohr einführbaren Hülse, an deren einem Ende eine zu verschweißende Fläche mit einer großen Sprengladung zur Auslösung einer Schweißverbindung und an derem anderen Ende eine zu verlötende Fläche mit einer kleinen Sprengladung zur Herstellung einer Lötverbindung angebracht ist

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine I iülse.

Eine rohrförmige Hülse 10, die etwa 125 mm lang ist und einen maximalen Außendurchmesser von etwa 13,65 mm hat, besteht aus einer Legierung mit hohem Nickelgehalt oder einem anderen geeigneten Material. Die Hülse hat eine Außenfläche 11 mit einem zum Löten vorbereiteten Teil 12 maximalen Durchmessers. Der Teil 12 hat drei Umfangsnuten 13, 14 und 15, die je 125 mm lang und in die Fläche 11 der Hülse 10 bis auf eine Tiefe eingearbeitet sind, die ausreicht, um eine Aussparung zu ergeben, die 0,3 bis 0,37 mm tief ist, wenn die Fläche 11 maschinell fertigbearbeitet ist

Vor der maschinellen Fertigbearbeitung des Teils 12 werden die Umfangsnuten 13, 14 und 15 mit Lötgut 16 gefüllt Obwohl das Lötgut 16, das die Nuten 13,14 und 35 ausfüllt, in erster Linie in der Lage sein muß, eine annehmbare Bindung zwischen dem Material der Hülse 10 und dem Material herzustellen, mit dem die Hülse zu verbinden ist (nicht dargestellt), ist festgestellt worden, daß das Lötgut AWSB Ag-Ia für viele Zwecke geeignet

ίο ist Der Lötzusatzwerkstoff AWSB Ag-Ia ist eine Legierung, die eine nominelle Zusammensetzung von 50% Silber, 15,5% Kupfer, 16,5% Zink, 18% Kadmium hat Für diese Zusammensetzung liegt der Löttemperaturbereich zwischen 635° C und 760⁰C

π Um die Nuten 13, 14 und 15 mit dem Lötgut 16 auszufüllen, wird das Gut als Draht mit einem Durchmesser von 1,56 mm in die Nuten aufgebracht. Der Draht wird von Hand mit einem Sauerstoff-Azetylen-Brenner und einer Flußmittelpaste eingelötet.

»ι) Nachdem das Gut 16 innerhalb der Nuten eingelötet ist, wird die Hülse maschinell auf den spezifizierten Innendurchmesser und die Außendurchmesserslärke fertigbearbeitet

Als Teil dieser maschinellen Fertigbearbeitung wird

2) die Hülse 10 auch mit einer Schweißfläche 17 verschen. Wie in der Zeichnung dargestellt, hat die Fläche 17 einen kleineren Außendurchmesser als der Hülsenteil 12 maximalen Außendurchmessers. Es ist festgestellt worden, daß eine Hülsenwandstärke von 0,875 mm in

)ii vielen Fällen für die Zwecke dieser Erfindung geeignet ist Die Länge des gesamten verjüngten Teils 20 in dem erläuternden Beispiel der Erfindung beträgt etwa 2,5 mm. Somit ist die Schweißfläche 17 ein etwa 18,75 mm langer Umfangszylinder, der von dem

υ äußersten Ende der Hülse 10 etwa 6,25 mm nach innen liegt.

Ein Ringflansch 21 trennt die Schweißfläche 17 von dem 6,25 mm langen Stück der Hülse 10. Ein Durchmesser von 13,62 mm für den Flansch 21 hat

w annehmbare Ergebnisse bei Verwendung mit der erläuternden Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Obwohl der Flansch 21 nicht notwendigerweise an dem Schweißvorgang teilnimmt, der anschließend in größerer Vollständigkeit beschrieben wird, so erfaßt er

i") dennoch und drückt in die Fläche des angrenzenden Abschnitts des nicht dargestellten Wärmetauscherrohrs, das einer Reparatur unterzogen wird.

Das Ende der Hülse 10 auf der verjüngten Seite 20 wird durch ein aus Papier oder Pappe bestehendes

in Abdeckband oder durch einen anderen geeigneten Stopfen 22 verschlossen. Der Stopfen 22 wird an das Ende der Hülse 10 geklebt, um einen Verschluß für den Teil einer Kammer 23 zu bilden, die sich innerhalb der Hülse 10 befindet und eine Ladung Nitroguanidin 24

>') aufnimmt. In dieser Beziehung ist festgestellt worden, daß annehmbare Schweißungen von einer aus 0,7 g pro cm³ bestehenden Nitroguanidinpulverladung erzeugt werden, welche in der beschriebenen Weise die Kammer 23 füllt, die - zur Erläuterung sei es gesagt — einen Durchmesser von etwa 11 mm hat. Diese Sprengstoffmenge entspricht 0,68 g Nitroguanidin pro cm Kammerlänge.

Innerhalb der Hülse 10 endet die Nitroguanidinladung 24 in einer dünnen PETN-Scheibe 25, die die Kammer U abschließt. Gemäß der Darstellung entspricht der L'mfang der Scheibe 25 im allgemeinen den Innendurchmesser der Hülse 10. Ein aus Balsaholz oder dergleichen bestehender Ring 26, der ebenfalls dem Innendurchmes-

scr der Hülse 10 entspricht, ist gegen die PETN-Scheibe gelegt und hält die Scheibe sowie die Nitroguanidinladung fest.

Ein Ende einer mit PETN gefüllten Expansionseinlage 27 wird gegen die PETN-Scheibe 25 gepreßt und sitzt innerhalb des Balsaholzrings 26. Die Expansionseinlage 27 ist eine handelsübliche Kombination aus einem Polyäthylenschlauch 30 und einer mittigen Füllung 31 aus PETN. Die PETN-Füllung 31, in einer Menge von 2,3 g/cm des Schlauchs 30, ist zur Verwendung in Verbindung mit dem erläuternden Beispiel der Erfindung geeignet. Diese explosive Konzentration ist natürlich bedeutend weniger stark als die Nitroguanidinladung 24 in der Kammer 23. Wie es die Zeichnung zeigt, wird die Dehnschnur 27 durch den Rest der Hülse 10 axial zur Zylinderachse der Hülse geführt. Außerdem überragt die Schnur 27 das Lötende der Hⁿ'se bis zu einer geeignet sicheren Stelle, z. B. außerhalb der Wärmetauscherkonstruktion. Dieses verlängerte Ende der Schnur 27 endet in einem elektrisch betätigten Zünder 32, der in die Milte des Polyäthylenschlauches 30 gepreßt wird.

Innerhalb der Hülse 10 ist ein Hohlzylinder 33 aus Holz, Polyäthylen oder einem anderen geeigneten Material zwischen der inneren Hülsenfläche und der mittig angeordneten Expansionseinlage 27 eingesetzt. Der Hohlzylinder 33 dient dazu, die Sprengkraft von der Dehnschnur 27 auf die Hülse 10 zu übertragen, um die Hülse in die Lage zu versetzen, sich radial nach außen zu erweitern und direkt gegen die Innenfläche des zu reparierenden Rohrs zu drücken.

Im einzelnen umfaßt eine typische Hülse für den Reparaturbausatz ein Rohr aus einer Legierung mit hohem Nickelgehalt mit einem maximalen Außendurchmesser von etwa 13 mm. Die Legierung hat eine typische Zusammensetzung von 76,5 Gewichtsteilen Nickel, 14,5 Gewichtsteilen Chrom, 8,2 Gewichtsteilen Eisen. 0,19 Gewichtsteilen Kupfer, 0,26 Gewichtsteilen Silizium, 0.007 Gewichtsteilen Schwefel, 0,25 Gewichtsteilen Mangan und 0,03 Gewichtsteilen Kohlenstoff. Vorzugsweise sollte die Mangankonzentration auf 0,1 Gewichtsteil oder weniger vermindert werden und sollte Kobalt, obwohl in der erläuternd angegebenen Zusammensetzung nicht vorhanden, auch vermieden werden. Natürlich können Spurenmengen anderer Elemente auch vorhanden sein. Das bei einem Ende liegende schweißbare Stück der Hülse hat eine bedeutend verminderte Stärke und eine verhältnismäßig große Nitroguanidin-Sprengladung innerhalb der Hülsenmitte. Die Nitroguanidin-Ladung füllt ein Hülsenstück aus, das gleich der Länge der präparierten Schweißfläche ist. Vorzugsweise ragt ein Ringflansch aus der Außenfläche des Hülsenstücks mit verminderter Stärke heraus. Dieser Flansch trennt die Schweißfläche von dem Ende der Hülse.

Eine dünne Scheibe aus PETN-Sprengstoff in der Hülse beendet die Nitroguanidinladung. PETN ist eine Kurzbezeichnung für Penterythritoltetranitrat, einer explosiven Verbindung. Innerhalb der Hülse werden überdies die PETN-Scheibe und die Nitroguanidinladung durch einen Ring aus Balsaholz festgehalten. Ein Polyäthylenschlauch als Expansionseinlage enthält eine mittlere Füllung aus PETN, liegt an der PETN-Scheibe an und verläuft durch die mittlere öffnung in dem Balsaholzring sowie durch den Rest der Hülse zu einem elektrisch betätigten Zünder.

Innerhalb der Hülse verläuft die Dehnschnur durch einen Hohlzylinder aus Holz oder Kunststoff. Dieser Hohlzylinder dient dazu, die Kraft der Expansionseinlage auf die umgebende Hülse zu übertragen. Die Kraft führt dazu, daß das anliegende Hülsenstück sich radial nach außen und die Außenfläche der Hülse direkt gegen ι die gegenüberliegende Innenfläche des korrodierten oder schadhaften Wärmetauscherrohrs drückt. Die Sprengkraft reicht in diesem Falle nur aus, um die Hülse in einen innigen Kontakt mildem Rohr zu bringen. Das Lötstück der Hülse wird dadurch präpariert, daß

in man eine oder mehrere Umfangsnuten in die Außenflä che der Hülse nahe bei dem Hülsenende einarbeitet, das dem Hülsenende gegenüberliegt, an welchem sich die Schweißfläche befindet. Die Nuten werden mit einer geeigneten Lötlegierung gefüllt, die an die genuteten

i) Flächen gelötet wird. Die Außenseite der Hülse wird dann auf Endmaße bearbeitet, um eine Lötguttiefe von etwa 0,3 bis 0,37 mm zu haben.

Im Betrieb wird der nicht dargestellte Wärmetauscher von allen Medien entleert, die Innenfläche des

2.) schadhaften Rohrs mit der Drahtbürste gereinigt sowie sauber gehont und anschließend der Wärmetauscher mit einer Atmosphäre gefüllt, die gegenüber den Materialien in der Hülse 10, dem Lötgut 16 und dem Wärmetauscher chemisch inert ist Inzwischen wird die > Hülse 10 in das Ende des schadhaften Rohrs eingeführt.

In diesem Fall liegt die Schweißfläche 17 innerhalb

des Rohrstücks, das von der nicht dargestellten

Rohrplatte umgeben ist, während sich das Lötgut 16

innerhalb des frei stehenden Rohrstücks in dem

so Rohrbündel befindet. Die Expansionseinlage 27 wird bis auf eine geeignete Stelle abgespult und dort abgeschnitten, während der Zünder 32 in die Mitte des abgeschnittenen Schnurendes eingeführt wird.

Bei Zündung verursacht die Expansionseinlage 27,

(ί daß das mit dem maximalen Durchmesser versehene Stück 12 der Hülse 10 und das zugehörige Lötgut 16 aufgeweitet werden und in eine innige Berührung mit der Innenfläche des Rohrs treten. Die Kraft der Sprengung in dem mit maximalem Durchmesser

in versehenen Stück 12 ist so abgemessen, daß Bruch in der Hülse 10 oder in dem anliegenden Teil des Wärmetauscherrohrs nicht eintritt. Die Sprengung führt nämlich dazu, daß das mit maximalem Durchmesser versehene Stück sich nur um 0,75 mm aufweitet

■π Innerhalb der nicht dargestellten Rohrplatte wird die Fläche 17 körperlich an die Innenfläche des zu reparierenden Wärmetauscherrohrs geschweißt. Der Flansch 21 wird ebenfalls in das Metall des zu reparierenden Rohre auf Grund der Kräfte gepreßt die

"•ο in der Nitroguanidinladung 24 erzeugt werden. Während der Sprengung platzt der Stopfen 22, wodurch in einem gewissen Ausmaß die erzeugten Drücke abgebaut werden.

Die Reparatur wird dadurch abgeschlossen, daß ein

r, Azetonlappen verwendet wird, um das Innere der jetzt aufgeweiteten Hülse zu reinigen. Ein patronenartiger Elektrowiderstandserhitzer wird in die Hülse 10 eingeführt, um das Lötgut 16 zu verflüssigen ν \d die anliegende Innenfläche des Wärmetauscherrohre zu

-·' benetzen. In dieser Beziehung ist festgestellt worden, daß Temperaturen im Bereich zwischen 747° C und 954° C eine einwandfreie Verflüssigung und die anschließende Bindung bei Entfernung des Erhitzers und Erstarrung des Lötguts erzeugen.

Um den Wärmetauscher wieder in den Betriebszustand zu versetzen, werden die Reste aus der Hülse entfernt und das Inertgas aus dem System gespült

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reparatur von undichten Stellen in Wärmetauscherrohren oder dergleichen im Bereich des die Wärmetauscherrohre aufnehmenden Rohrbodens und nahe bei diesem, wobei die Rohre zunächst entleert werden und ein Reinigen des schadhaften Rohres mit einer Bearbeitung seiner Innenfläche erfolgt, und ein Reparaturbausatz mit einer eine zu zündende Sprengladung enthaltenden, eine SchweiBfläche aufweisenden Hülse in das zu reparierende Rohr eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Reparaturbausatz mit einer Hülse (10) derart in das schadhafte Rohr eingeführt wird, daß ein Ende (20) der Hülse (10) mit einer zur Verschweißung vorbereiteten Außenfläche (17) und mit einer größeren inneren Sprengladung (24) im Bereich des Rohrbodens angeordnet ist und daß das andere Ende der Hülse (10) mit in Nuten (13, 14, 15) an der Außenfläche der Hülse (10) aufgenommenem Lötgut (16) und einer kleineren Sprengladung (30) im Inneren im Bereich außerhalb des Rohrbodens angeordnet ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verflüssigen des Lötgutes (16) 2> durch das Einführen eines Elektro-Widerstandserhitzers in die Hülse (10) erfolgt.

3. Reparaturbausatz zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine in das schadhafte Rohr «> einführbare Hülse (10), an deren einem Ende (20) eine zu verschweißende Fläche (17) mit einer größeren inneren Sprengladung (24) zur Herstellung einer Schweißverbindung und an deren anderem Ende eine zu verlötende Fläche (11 bis 12) mit einer J)