DE2516685C3 - Verfahren und Reparaturbausatz zur Reparatur von undichten Stellen in Wärmetauschern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach m. dem Oberbegriff des Patentanspruchs I sowie auf einen Reparaturbausalz zur Durchführung des Verfahrens.

Wärmetauscher, die in der Industrie eine groüc: Bedeutung erlangt haben, bestehen im allgemeinen aus einem Eintritts- und einem Austrittssammlcr, die durch ι. 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 verursacht. 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.

lis ist bereits bekannt, undichte Rohre in einfacher Weise dadurch außer Betrieb zu setzen, daß sie verstopft werden (US-PS 37 24 062 und 35 90 877). Dabei wird ein Reparaturbausatz mit einer HuKe 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 vermindert, so daß bereits die Reparatur von mehreren Rohren zu einer beachtlichen Herabsetzung des Wirkungsgrades führt. Auch die Explosionssehweißung oder das Aufweiten von Rohren mittels Explosion ist bekannt (US-PS 37 90 060). Bei allen diesen Verfahren 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 härfig vorgesehen worden, daß eine Sprengladung innerhalb der Hülse gc/ündet 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 finde des schadhaften Rohres angewendet wird, das in einem der dicken Stahlbleche verankert ist. die die Rohrplatten bilden. Wenn jedoch ein solches Verfahren an dein frei stehenden Teil des Rohres in dem Rohrbündel angewendet wird, besteht durch die Sprengkraft die große Gefahr, daß sowohl die Hülse als auch das Rohr ρ Ι litzen.

Innerhalb des Rohrbündels kann eine weniger kräftige Sprengladung verwendet werden, um die I lulse und ein zwischengelegtes l.öigut in radialer Auswärtsrichtung so aufzuweiten, dal! mc in eine genügend enge Nähe der Rohrinnenfläche kommen, damit im Anschluß

damn das Rohr und die Hülse durch die Anwendung ausreichender Wurme zusammengelöiet werden können, wobei die Wärme dazu führt, daß das /.wischengelegte l.öißut ins FlicQen 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 Rohrs bindet.

Rs ist festgestellt worden, daß dieses Lötverfahren für undichte Rohiiicllcn innerhalb der Rohrplatte ungeeignet ist. Der Wärmcverlusi durch die Metallmasse in dem Rohrplattcnabsehnitt, der das zu reparierende Rohr umgibt, ist so groß, daß in den meisten Fällen das Lötgul 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 Korrosionsproblcme 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 des 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 crfindungsgcmäß dadurch gelöst, daß ein Reparaturbausalz 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 Lötgul und einer kleineren Sprengladung im Inneren im Bereich außerhalb ues Rohrbodens angeordnet ist.

Das Verflüssigen des Lötgutes kann durch das Einführen eines Elcktro-Widerstandserhii/crs in die Hülse erfolgen.

Der Reparaturbausat/, zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer in das schadhafte Rohr eipführbaren Hülse, an deren einem Ende eine zu verschweißende fläche mil einer großen Sprengladung zur Auslösung einer Schweißverbindung und an dercm 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.

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

Die Figur zeigt einen Schnitt dirch eine Hülse.

Eine rohrformige Hülse 10, die etwa 125 mm lang ist und einen maximalen Außendurchmesser von etwa I i,b5. mm hat, besteht aus einer Legierung mit hohem Nickelgehall oder einem anderen geeigneten Material. Die I lülse hai eine Außenfläche 11 mil einem zum Löten vorbereiteten Teil 12 maximalen Durchmessers. Der l'eil 12 hai drei IJmfangsniitcn 11, 14 und 15, die je I2^r) mm lang und ir die fläche Il der Hülse 10 bis auf cmc Tiefe eingetirbeitel sind, die ausreicht, um eine Aussparung /u ergeben, Jie OJ bis 0,57 mm tief ist, wenn die Fläche 11 maschinell fertigbearbeitet ist.

Vor der maschinellen Fertigbearbeitung des Teils 12 werden d'e Umfangsnuten 13, 14 und IS mii Lötgut >6 gefüllt. Obwohl das Lötgut 16, das die Nuten 13,14 und 15 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 Lölgut AWSB Ag-Ia für viele Zwecke geeignet ist. Der Lötzusatzwerksloff 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 Lötiemperalurbereich zwischen 635°C und 760⁰C.

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. Nachdem Jas Gut 16 innerhalb der Nuten eingelötet ist, wird die Hülse maschinell auf ..en spezifizierten innendurchmesser und die Äußendur:hmesser;>iärke ferligbearbeitet.

Als Teil dieser maschinellen Fertigbearbeitung wird die Hülse 10 auch mit einer Schweißfläche 17 versehen. 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 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 Umfangszylindcr, der von dem äußersten Ende der Hülse 10 etwa 6,25 mm nach innen liegt.

Ein Ringflansch 21 trennt die Schweißfläche 17 von dem b.25 mm langen Stück der Hülse 10. Ein Durchmesser von 13,62 mm für den Flansch 21 hat annehmbare Ergebnisse bei Verwendung mit der erläuternden Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ol/wohl der Flansch 21 nicht notwendigerweise an dem Schweißvorgang teilnimmt, der anschließend in größerer Vollständigkeit beschrieben wird, so erfaßt er 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 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 ^r.u bilden, die sich innerhalb der HuI^- \i !0 befindet und eine Ladung Nitroguanidin 24 aufnimmt. In dieser Beziehung ist festgestellt worden, daß annehmbare öchweißungen von einei »us 0,7 g pro cm¹ bestehenden Nitroguanidinpulverladung erzeugt werden, welche in der beschriebenen Weise die Kammer 23 füll', die — zur Erläuterung sei es gesagt einen Durchmesser von etwa 11 mm hat. Diese .Sprcngstoifmengc entspricht 0,68 g Nitroguanidin pro cm Kamnierlänge.

Innerhalb der Hülse 10 endet die Nitroguanidinladung 24 in einer dünnen PETN-Scheibe 25, die die Kammer 23 abschließt. Gemäß der Darstellung entspricht der Umfang der Scheibe 25 im allgemeinen den Innendurchmesser der Hülse 10. Ein aus Balsahol/. oder dergleichen bestehender Ring 26, der ebenfalls dem Inncndurchmes-

scr der Hülse tO entspricht, ist gegen die IMVI N Scheibe gelegt und halt die Scheibe sowie die Nitroguanidinla dung fest.

\ Hin linde einer mit PETN gefüllten lixpansionseinlage 27 wird gegen die PliTNScheibe 25 gepreßt und sil/l innerhalb des Balsaholzrings 26. Die lixpansionseinlagc 27 ist eine handelsübliche Kombination aus einem lOlyiithylenschlauch 30 und einer mittigen Füllung Jl aus PIiTN. Die PETN-Füllung 31, in einer Menge von 2,3 g/cm des Schlauchs 30, ist zur Verwendung in Verbindung mit dem erläuternden Heispiel der l.rfin dung geeignet. Diese explosive Konzentralion isl natürlich bedeutend weniger stark als die Nitroguanidinladung 24 in der Kammer 23. Wie es die Zeichnung zeigt, wird die Dchnschnur 27 durch ilen Rest der Hülse 10 axial zur Zylinderachse der Hülse geführt. Außerdem überragt die Schnur 27 das Lötende der Hülse bis zu

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c;ncr geeignet sicncrcn .,!eile, /.. ". iuiucrrsu'!? tier Wärmetauscherkonstniktion. Dieses verlängerte linde der Schnur 27 endet in einem elektrisch betätigten Zünder 32. der in die Mille des Polyäthylenschlauches 30 gepreßt wird.

Innerhalb der Hülse 10 ist ein llohlzylinder 31 aus Holz, Polyäthylen oder einem anderen geeigneten Material zwischen der inneren Hülsenfläche und der mittig angeordneten lixpansionseinlage 27 eingesetzt. Der I lohlzylindcr 33 dient da/u, 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 ties zu reparierenden Rohrs zu drücken.

Im einzelnen umfaßt eine typische Hülse für den Rcparalurbausat/ ein Rohr aus einer Legierung mit hohem Nickelgchalt mit einem maximalen Außcndurchmcsscr von etwa 13 mm. Die Legierung hat eine typische Zusammensetzung von 76,5 Gcwiehtsteilen Nickel, 14,5 Gewichtstcilcn Chrom, 8,2 Gcwichtstcilen Eisen. 0.19 Gewichtstcilen Kupfer, 0.26 Gewichtsteilen Silizium, 0,007 Gewichtstcilcn Schwefel, 0,25 Gewichtsteilen Mangan und 0,03 Gewichtstcilcn 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 Filemente auch vorhanden soin. Das bei einem Finde 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-Sprengsloff in der Hülse beendet die Nitroguanidinladung. PFiTN ist eine Kurzbezeichnung für Penterythritoltetranitral. einer explosiven Verbindung. Innerhalb der Hülse werden überdies die PETN-Scheibe und die Nitroguanidinladung durch einen Ring aus Balsaholz festgehalten. Ein Polyäthylenschlauch als Expansionseinlagc enthält eine mittlere Füllung aus PETN. liegt an der PETN-Scheibe an und verläuft durch die mittlere Öffnung in dem Baisahoizring sowie durch den Rest der iiüise zu einem elektrisch betätigten Zünder.

Innerhalb der Hülse verläuft die Dchnschnur durch einen Hohizylindcr aus Holz oder Kunststoff. Dieser I lohl/ylinder clionl dazu, die Krafl der lixpaiisionscmla ge auf die umgebende Hülse /\\ übertragen. Die Krafl führl dazu, dal.! das anliegende I lülsenstück sich radial nach außen und die Außenfläche der Hülse direkt gegen die gegenüberliegende Innenfläche des korrodierten oder schadhaften Wärmelauscherrohrs drückt Die Sprengkraft reicht in diesem lalle nur aus, um ehe I IuKc in einen innigen Kontakt mit dem Rohr zu bringen.

Das Lötstück der Hülse wird dadurch präpariert, daß man eine oder mehrere I Imfangsnuten in die AuUenfl;i ehe der I lülsc nahe bei dem Hülsenende einarbeitet, da«, dem Hülsenende gegenüberliegt, an welchem sich die .Schweißfläche befindet. Die Niilcn werden mn einer geeigneten l.öllegicrung gefüllt, die an die genuteten I lachen gelölet wird. Die Außenseite der Hülse wird dann auf Lndmaße bearbeitet, um eine l.ötgutlicfc von etwa 0,3 bis 0.17 mm zu haben.

],,, ii.jij-j^u ._v._r,j ,J₁.;. ·->··_-■->· i!ar"'js!eü!e Wiiriüe!;!¹.!- scher von allen Medien entleert, die Innenfläche des schadhaften Rohrs mit der Drahtbürste gereinigt sown. sauber gehont und anschließend der Wärmetauscher mit einer Atmosphäre gefüllt, die gegenüber den Materialien in tier Hülse 10, dem l.ölgut 16 und dem Wärmelauscher chemisch inerl isl. Inzwischen wird du Hülse 10 in das linde des schadhaften Rohrs eingeführt.

In diesem Fall liegt die .Schweißfläche 17 innerhall des Rc' rslücks, das von der nicht dargestellter Rohrplatte umgeben ist, während sich das l.ötgui If innerhalb des frei stehenden Rohrslücks in dviv Rohrbündel befindet. Die lixpansionseinlage 27 wird bi« auf eine geeignete Stelle abgespii.¹: und dort abgeschnitten, während der Zünder 32 in die Mitte de« abgeschnittenen Schnürendes eingeführt wird.

Hei Zündung verursacht die Expansionseinlage 27 daß das mit dem maximalen Durchmesser verscheni Stück 12 tier Hülse 10 und das zugehörige l.ölgul If aufgeweitet werden und in eine innige Berührung mil der Innenfläche ties Rohrs treten. Die Kraft dei Sprengung in dem mit maximalem Durchmesset versehenen Stück 12 isl so abgemessen, daß Bruch in dei Hülse 10 oder in dem anliegenden Teil des Wärmelau scherrohrs nicht eintritt. Die Sprengung führl nämlich dazu, daß das mil maximalem Durchmesser versehene Stück sich nur um 0,75 mm aufwcilet.

Innerhalb der nicht dargestellten Rohrplatte wird die Fläche 17 körperlich an die Innenfläche des zi reparierenden Wärmetauscherrohrs geschweißt. Dei Flansch 21 wird ebenfalls in das Metall des /ι reparierenden Rohrs auf Grund der Krältc gepreßt, die in der Nitroguanidinladung 24 erzeugt werden. A'äh rend der Sprengung plut/t der Stopfen 22. wndiirrh ir einem gewissen Ausmaß die erzeugten Drucke abge baut werden.

Die Reparatur wird dadurch abgeschlossen, daß cir Azetonlappen verwendet wird, um das Innere der jet/.¹ aufgeweiteten Hülse zu reinigen. Ein patronenartigci Filektrowiderstandserhitzer wird in die Hülse H eingeführt, um das Lötgut 16 zu verflüssigen und dit anliegende Innenfläche des Wärmetauscherrohrs zi benetzen. In dieser Beziehung isl festgestellt worden daß Temperaturen im Bereich zwischen 747"C unt 954 C" eine einwandfreie Verflüssigung und die anschlic ßcndc Bindung bei Entfernung des Erhitzers unc Erstarrung des Lötguls erzeugen.

um den Wärmetauscher wieder in den Bcinebs/u stand zu versetzen, werden die Reste aus der Hülse entfernt und das Inertgas aus dem System gespült.

Hierzu 1 Hhitt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reparatur von undichten Stellen in Wärmctauscherrohren oder dergleichen im Bereich des die Wärmetauscherrohre aufnehmen- ι den 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 Reparaturbausat/ mit einer eine zu zündende Sprengladung enthaltenden, tu eine Schwcißflächc aufweisenden Hülse in das zu reparierende Rohr eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rcparalurbausat/ mit einer Hülse (10) derart in das schadhafte Rohr eingeführt wird, daß ein Ende (20) der Hülse (10) mit ι ■■ 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) .-n aufgenommenem Lötgui (16) und einer kleineren Sprengladung (30) im Inneren im Bereich außerhalb des Rohrbodens angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Verflüssigen des Lötgutes (16) .·■ durch das Einführen eines Eleklro-Widerstandserhilzcrs in die Hülse(lO) erfolgt.

3. Reparaturbausatz zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine in das schadhafte Rohr ι» einführbarc Hülse (10), an deren einem Ende (20) eine zu ve.schweißende fläche (17) mit einer größeren inneren Sprcngladu g (24) zur Herstellung einer Schweißverbindung und an deren anderem Ende eine zu verlötende Fiächt (11 bis 12) mit einer s> kleineren inneren Sprengladung (31) zur I lersiellung einer Lötverbindung angebracht ist.

4. Reparaiurbausulz nach Anspruch J, dadurch gekonnzeichnet, daß die kleine Sprengladung (31) eine Expansionseinlage (27) umfaßt, die aus einem Schlauch (30) in axialer Lage zur Mitte der Hülse und eine PETN-Eüllung innerhalb des Schlau™hs 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.

b. Reparaturbausatz nach Anspruch 3 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (U) 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. Reparaturbausatz 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. Reparaturbausalz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionseinlagc (27) und die Hülse (i0) durch eine zwischengelegtc Matcriallage (33) getrennt sind, derart, daß Sprengkräfte von der Expansionscinlage (27) auf die Hülse (10) übertragen werden.