DE2544453B2

DE2544453B2 - Ausgleicher fuer rohrleitungen

Info

Publication number: DE2544453B2
Application number: DE19752544453
Authority: DE
Inventors: Gennady Petrovitsch; Matveev Georgy Vasilievitsch; Miller Viktor Ykovlevitsch; Moskau Kandakov
Original assignee: Centralnyj Nautschno-Issledovatelskij I Proektnyj Institut Stroitelnych Metallokonstrukcij, Moskau
Priority date: 1975-10-04
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DE2544453A1; DE2544453C3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ausgleicher für Rohrleitungen, die aus einem mit Feuerfeststoffen ausgekleideten Meiaürnanie! bestehen, wobei der Ausgleicher eine gewellte Hülle enthält, welche die auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitte, zwischen denen sich ein Spalt befindet, hermetisch verbindet und durch ihre Enden direkt mit dem Mantel hermetisch verbunden ist und auf beiden Seiten dieses Spalts angeordnete ringförmige Verteiler zum Zuführen eines Kühlmittels unter die gewellte Hülle hat, während die Verteiler dieses Kühlmittels zuführende Rohre haben. Ein solcher Ausgleicher ist aus der US-PS 32 14 197 bekannt.

Ausgleicher dieser Art finden Verwendung in Rohrleitungen größerer Länge, die heiße Gase führen, welche auch noch unter Druck stehen können. Insbesondere können solche Ausgleicher in den Heißwindleitungen von Hochöfen Anwendung finden.

Bei der bekannten Ausbildung sind die ringförmigen Verteiler ausgebildet als um die Rohrleitungsabschnitie in Unifangsrichtung herumgeführte und an diese nneeschweißte Rohre kleinen Durchmessers, die zum Raum unter die gewellte Hülle hin mündende öffnungen für den Austritt des Kühlmittels aufweisen. Die Ränder der gewellten Hülle übergreifen diese Verteilerrohre und sind hinter denselben zum jeweiligen Rohrleitungsabschnitt hin abgebogen und an diesem angeschweißt. Dabei dienen die Verteilerrohre auch als Stütze für die Ränder der gewellten Hülle.

Durch eine solche Ausbildung können die verschiedenen im Betrieb auftretenden Relativbewegungen der

κι Enden der Rohrleitungsabschnitte zueinander ausgeglichen werden, also Axialbewegungen, Schrägstellungen und Querverschiebungen. Wegen des Spalts zwischen den Enden der Rohrleitungsabschnitte bleibt bei solchen Bewegungen die feuerfeste Auskleidung unversehrt.

ι 5 Nachteilig ist aber der Umstand, daß die Verteilerrohre gleichzeitig zur Stützung der Enden der gewellten Hülle dienen. Es ist schwer, die bei der bekannten Ausbildung notwendigen Schweißnähte hochwertig auszuführen und auch eine Kontrolle derselben auf Schweißgüte ist nur unter Schwierigkeiten möglich. Andererseits kommt es sehr auf qualitativ hochwertige Schweißverbindungen und eine zuverlässige Kontrolle derselben an, weil diese Schweißnähte den Verformungen der Rohdeitungsmäntel unterworfen sind, die ihrerseits durch den Druck der Wärmedehnung der Auskleidung hervorgerufen werden, welcher 5- bis 6mal größer ist als die Beanspruchung durch den Druck des Heißwindes.

Durch die außenliegende Anordnung ist die bekannte

)<> Konstruktion auch stark den sich ändernden Umgebungsbedingungen bezüglich Druck, Temperatur und Windverhältnissen unterworfen, was zu Wechselbeanspruchungen führt.
Schließlich werden wegen der außenliegenden

v> Anordnung des Verteilers die Abmessungen des bekannten Ausgleichers ziemlich groß, was beim Transport und der Montage Schwierigkeiten bereiten kann.

Ein anderer Nachteil der bekannten Ausbildung liegt darin, daß eine gleichmäßige Verteilung des Austritts des Kühlmediums längs des Rohrleitungsumfangs nicht gesichert ist. Dem Verteilerrohr wird das Kühlmedium an einer Umfangsstelle zugeführt. Wegen des beschränkten Strömungsquerschnitts des Verteilerrohrs

■»"» kann es zu einem Druckabfall bei der Durchströmung desselben kommen, welcher dazu führt, daß an der der Zufuhrstelle gegenüberliegenden Umfangsstelle nur ein geringerer Innendruck zur Verfügung steht und dementsprechend hier nur weniger Kühlmedium durch den Schlitz ausströmt. Dadurch kommt es zu einer ungleichmäßigen Kühlung der Elemente des Ausgleichers.

An sich ist aus der US-PS 25 06 293 ein Ausgleicher für Rohrleitungen bekannt, bei dem ein ringförmiger

^r>5 Verteiler für Kühlmittel auf der Innenseite des Mantels angebracht ist. Dieser Verteiler ist gebildet durch einen innen im Rohrleitungsabschnitt angeschweißten Ring, an dem wiederum ein Schuß kleineren Durchmessers angeschweißt ist. An das Ende des Rohrleitungsab-

W) Schnitts ist die gewellte Hülle angeschweißt. In den somit gebildeten ringförmigen Raum zwischen dem Schuß und der gewellten Hülle mündet in der Nähe des Rings die Zuleitung des Kühlmittels.

Bei dieser bekannten Ausbildung entstehen zwar

i<"> keine Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Herstellung hochwertiger Schweißverbindungen und auch der Außendurchmesser des Ausgleichers wird nicht vergrößert. Allerdings ist hier auch keine

feuerfeste Auskleidung vorgesehen und der eingebaute Schuß stellt eine Verengung des Strömungskanals dar, dit" zu Strömungsverlusten führen muß.

Vor allem; ist aber auch bei dieser Ausbildung eine sogar noch stärkere Ungleichmäßigkeit der Dirchströ- ■> mung des Raums zwischen Schuß und gewellter Hülle mit Kühlmittel zu erwarten, da eine Vergleichmäßigung des an einer Umfangsstelle zugeführten Kühlmittels überhaupt nicht stattfindet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe u> zugrunde, einen Ausgleicher mit teuerfester Auskleidung für Rohrleitungen zu schaffen, mit dem bei einfacher und zuverlässiger Herstellungsmöglichkeit, insbesondere der Schweißverbindungen, und kompakter Bauart eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittel- ι "> Stroms über dem Umfang sichergestellt ist.

Ausgehend von der eingangs vorausgesetzten bekannten Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die ringförmigen Verteiler auf der Innenseite des Mantels angebracht sind und jeder von ihnen durch dessen innenfläche, durch einen Schuß, dessen Durchmesser grundsätzlich kleiner als der Durchmesser des Mantels ist, und durch zwei Ringe, die zwischen dem Mantel und dem Schuß angeordnet sind, gebildet ist, von denen der eine mit dem Mantel und mit dem Schuß hermetisch verbunden ist, während der andere, welcher näher zum Spalt zwischen den auf Stoß zu verbindenden Abschnitten liegt, nur mit dem Mantel hermetisch verbunden ist, jedoch das Leiten vom Kühlmittel unter die gewellte so Hülle ermöglicht.

Bei dieser Ausbildung ist der Außendurchmesser des Ausgleichers nicht vergrößert, sondern nur durch die Wellenhöhe der gewellten Hülle bestimmt. Die innenliegenden Schüsse führen nur zu einer unwesentlichen )5 Verringerung der Dicke der feuerfesten Auskleidung, nicht aber zu einer Verringerung des Strömungsquerschnitts der Rohrleitungen. Die Stellen, an denen die gewellte Hülle an die Rohrleitungsenden angeschweißt sind, bleiben völlig frei von Beanspruchungen durch die 4» feuerfeste Auskleidung, da diese im genannten Bereich aufgenommen werden durch die Schüsse. Durch den jeweils anderen, nur mit dem Mantel hermetisch verbundenen Ring wird ein Ausströmspalt zwischen Innendurchmesser dieses Rings und dem Schuß -i^r> geschaffen, welcher eine zuverlässige Vergleichmäßigung des Austritts des Kühlmittels in den Raum zwischen Schuß und gewellter Hülle bewirkt. Das Kühlmittel wird dabei in den Raum zwischen den beiden Ringen zugeführt. 5u

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ausgleichers in der Heißwindleitung von Hochofenanlagen können die Kühlmittelzufuhrrohre an die Kaltwindleitung zwischen dem Gebläse und den Lufterhitzern angeschlossen werden. Es braucht dann kein Regler Ti vorgesehen zu werden, welcher den Druck der Kühlluft in den ringförmigen Verteilern auf den Heißwinddruck in der ausgekleideten Rohrleitung abstimmt. Die beiden sich gegenüberstehenden Drücke unterscheiden sich nur durch die Größe der Strömungsverluste auf den mi jeweiligen Strömungswegen. Der Druckverlust des Hauptstroms beim Durchgang durch die Lufterhitzer überschreitet in der Regel nicht 0,1 bis 0,2 at. Der Druckverlust des Kaltwinds in den Kühlmittelzuführungsrohren ist geringer, so daB der Druck der Kühlluft i>"> in den ringförmigen Verteilern immer noch um 0,05 bis 0,1 at höher als der Heißwinddruck in der ausgekleideten Rohrleitung ist. Dies reicht aus, um mit Sicherheit auszuschließen, daß Konvekiionsströme des Heißwinds in Richtung zur gewellten Hülle und der Schüsse auftreten.

Der Kaltwind besitzt eine konstante Temperatur, was sich günstig auf die Lebensdauer aller Metallelemente des Ausgleichers und auf die Standzeit der Auskleidung in der Zone des Spalts zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten auswirkt.

Zweckmäßigerweise sind im Ring, der näher zum Spalt zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten liegt, Kanäle zum Zuführen des Kühlmittels unter die gewellte Hülle ausgeführt. Dies ermöglicht, den Austritt des Kühlmittels längs des Umfangs der gewellten Hülle weiter zu vergleichniäßigen.

Zweckmäßigerweise werden der Spalt zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten sowie auch der Ringraum zwischen den Schüssen und der gewellten Hülle in an sich bekannter Weise mit einem weichen, gasdurchlässigen, wärmedämmenden Feuerfeststoff gefüllt, z. B. mit Kaolin watte.

Eine solche Füllung verhindert dank ihrer Gasdurchlässigkeit nicht die Kühlmittelströmung und schützt gleichzeitig die gewellte Hülle gegen starke Überhitzungen durch die Wärmestrahlung der glühenden Innenseite der Auskleidung. Dies ist besonders wichtig bei größeren Spalten zwischen den Auskleidungsstirnseiten (80 bis 100 mm) und auch bei irgendwelchen kurzfristigen Unterbrechungen der Kühlmittelzuleitung in die ringförmigen Verteiler.

Die Füllung des Raums zwischen den Schüssen und der Innenfläche der gewellten Hülle mit Kaolinwatte hat, wie Versuche gezeigt haben, einen Unterschied von 20 bis 30°C bei der Erwärmung dieser Schüsse und der benachbarten Mantelabschnitte zur Folge. Diese Erscheinung hat jedoch einen stabilen Charakter und keinen Einfluß auf die Festigkeit und die Lebensdauer der Verbindungen.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Ausgleichers,

Fig. 2 den Schnitt nach Linie H-II der Fig. 1 und

Fig. 3 die Baugruppe A der Fig. 1 im vergrößerten Maßstab.

Die auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitte 1 bestehen aus einem Mantel 2, der mit Feuerfeststoff 3 ausgekleidet ist. Der Mantel 2 ist gewöhnlich aus Baustahlsorten (niedriggekohltem oder niedriglegiertem Stahl) hergestellt und aus einzelnen, ungefähr 10 bis 30 mm dicken Blechen zusammengeschweißt. Die ungefähr 200 bis 300 mm dicke Auskleidung 3 besteht in der Regel aus mehreren (aus den Zeichnungen nicht ersichtlichen) Schichten. Die inneren Schichten sind gewöhnlich porenfreie Feuerfeststoffe und die am Mantel 2 anliegende Schicht besteht aus leichten wärmedämmenden Feuerfeststoffen.

Zum Ausgleicher gehört eine gewellte Hülle 4, deren Ränder durch eine Schweißstoßnaht 5 direkt mit dem Mantel 2 der Rohrleitungsabschnitte I hermetisch verbunden sind. Zwischen den Enden der Rohrleitungsabschnitte 1 ist ein Spalt 6 gebildet.

Die gewellte Hülle 4 ist aus Feinblechstahl gefertigt.

Auf beiden Seiten des Spalts 6 befinden sich an der Innenseite des Mantels 2 ringförmige Verteiler 7 zur Einleitung eines Kühlmittels unter die gewellte Hülle 4, welches durch Rohre 8 über öffnungen 9 zugeführt

wird. Die Zufuhrstellen befinden sich zwischen Ringen 10 und 11, die zusammen mit Schüssen 12 die ringförmigen Verteiler 7 bilden.

Die Ringe 10 sind mit der Innenfläche des Mantels 2 und den Rändern der Schüsse 12 durch Schweißkehlnähtc verbunden. Die Ringe 11 sind nur an der Innenfläche des Mantels 2 angeschweißt und besitzen Kanäle 13 zur Einleitung des Kühlmittels unter die Hülle 4.

Die Schüsse 12 haben am Innenrand, der dem Spalt 6 zugewandt ist, Versteifungsrippen 14, welche in die Stirnflächen der Auskleidung 3 eingesetzt sind. Die Versteifungsrippen 14 haben eine Fugenkante zum Anschweißen an den Schüssen 12.

Beim betrachteten Beispiel sind der Spalt 6 zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten 1 sowie auch die ringförmigen Räume 15 zwischen den Schüssen 12 und der gewellten Hülle 4 mit einem geeigneten, weichen, gasdurchlässigen, wärmedämmenden Feuerfeststoff 16 gefüllt, z. B. mit Kaolinwatte oder lonerdehaltiger Watte.

Die Montage des Ausgleichers auf der Baustelle geschieht in folgender Reihenfolge:

Zunächst werden die Mäntel 2 der auf Stoß zu verbindenden Abschnitte 1 in die dem Projekt entsprechende Lage gebracht. Hierbei sind an den Enden der Mäntel die Ringe 10,11 bereits angeschweißt, während sich die Schüsse 12 im Mantel 2 seitlich von der Stelle befinden, wo der Ausgleicher montiert wird. Die Schüsse 12 haben einen solchen Durchmesser, daß sie zwischen den Ringen 10 und 11 durchgeschoben werden können. Dann wird die gewellte Hülle 4 in die dem Projekt entsprechende Lage gebracht und ihre Ränder werden mittels der Stoßnähte 5 am Mantel 2 angeschweißt.

Dann wird eine Gütekontrolle der Schweißstoßnähte 5 durchgeführt, alle entdeckten Defekte werden beseitigt und erst hiernach werden die Schüsse 12 in die dem Projekt entsprechende Lage gebracht.

Über den Spalt 6 wird der Ringraum 15 zwischen den Schüssen 12 und der gewellten Hülle 4 mit Kaolinwatte 16 gefüllt. An den Rändern der Schüsse 12 werden die Versteifungsrippen 14 angeschweißt.

Zuletzt werden der Ausgleicher und die Rohrleitungen mit den Feuerfeststoffen 3 ausgekleidet.

Die Abmessungen der Konstruktionsteile des Ausgleichers, die Anzahl und die Höhe der Wellen der gewellten Hülle 4 sowie die Breite des Spalts 6 zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten 1 hängen von der Länge und der Gestalt der auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitte 1, von den verwendeten Feuerfeststoffen und der Konstruktion der Auskleidung, der Temperatur und dem Druck des durch die Rohrleitung zugeführten Winds, der konstruktiven Ausbildung der Rohrleitungsauflager ab.

In Hochofenanlagen wird die Innenfläche der feuerfesten Auskleidung von Rohrleitungen auf eine Temperatur von ungefähr 1000 bis HOO⁰C erhitzt, während die Temperatur der Außenfläche des Mantels in der Regel nicht 80 bis 180°C überschreitet und von den Tcmpcraturschwankungcn der die Rohrleitung umgebenden Atmosphäre abhängt. Der Heißwinddruck in der Rohrleitung erreicht Werte von 3 bis 5 atü.

Der erfindungsgemäßc Ausgleicher gewährleiste) ungehinderte Relativbewegungen der auf Stoß verbun denen Rohrlcitungsabschnitte 1, und zwar nicht nui Längsverschiebungen, sondern auch Winkeländerunger und Querverschiebungen der Stirnflächen der Abschnitte 1. Hierbei bleibt die feuerfeste Auskleidung 3 wegen des Spalts 6 unversehrt.

Die Schüsse 12 nehmen die Belastungen auf, die durch

in die Wärmedehnung der Auskleidung auftreten. Die gewellte Hülle 4 bleibt von diesen Beanspruchungen somit völlig frei und wird nur beansprucht durch den Windinnendruck und die Kräfte, die sich aus ihrer Steifigkeit aufgrund der auftretenden Verformungen ergeben.

Diese Belastungen sind um ein Vielfaches kleiner als die Belastungen durch die Ausdehnungskraft der Auskleidung.

Die Anordnung der ringförmigen Verteiler 7 auf der Innenseite des Mantels 2 erfordert zwar eine gewisse Verminderung der Dicke der Auskleidung 3 an der Stellen, wo die Schüsse 12 angebracht sind; eine Überhitzung derselben ist jedoch wegen des ständig einströmenden Kühlmittels ausgeschlossen.

Das Kühlmittel, z. B. Kaltluft, strömt über die Kanäle 13 im Ring 11 unter die gewellte Hülle 4 und von dori weiter in den Spalt 6 und die Rohrleitung. Das Vermischen einer unbedeutenden Kühlmittelmenge mit der großen Heißwindmasse ist vollkommen zulässig, da es nicht die Gesamttemperatur des Heißwinds beeinflußt.

Der Kaltwind besitzt eine konstante Temperatur, was sich auf die Lebensdauer sämtlicher Metallelemente des Ausgleichers und auf die Standzeit der Auskleidung 3 in der Zone des Spalts 6 zwischen den zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten 1 günstig auswirkt.

Die Füllung des Spalts 6 zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten 1 und des Ringraums 15 zwischen den Schüssen 12 und der gewellten Hülle 4 mit Kaolinwatte schützt zuverlässig die gewellte Hülle 4 und die Versteifungsrippen 14 gegen eine Überhitzung durch die Wärmestrahlung der glühenden Innenfläche der Feuerfeststoffe 3, wenn die Kühlmittelzufuhr kurzzeitig unterbrochen wird. Dank ihrer Gasdurchlässigkeit stört die Kaolinwatte 16 nicht den Durchtritt des Kühlmittels durch den Ringraum 15 und den Spalt 6. Die Kaolinwatte 16 ist außerdem ein weicher Stoff und verhindert nicht die Bewegungen der Ausgleicherelemente und der verbundenen Rohrleitungsabschnitte 1.

Die Schweißstoßnähte 5, welche die gewellte Hülle 4 mit dem Mantel 2 verbinden, sind einfach und zum Prüfen mittels Ultraschall und Durchleuchtung leicht zugänglich. Auch sie sind von Beanspruchunger aufgrund der Dehnung der feuerfesten Auskleidung 3 frei.

Folglich ist die erfindungsgemäße Ausführung des Ausgleichers für ausgekleidete Rohrleitungen kompakt und einfach in der Herstellung. Die teilweise entlastete

wi und geprüfte Stoßnaht ist zuverlässiger als andere Verbindungen unter den komplizierten Betriebsbedingungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausgleicher für Rohrleitungen, die aus einem mit Feuerfeststoffen ausgekleideten Metallmantel bestehen, wobei der Ausgleicher eine gewellte Hülle enthält, welche die auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitte, zwischen denen sich ein Spalt befindet, hermetisch verbindet und durch ihre Enden direkt mit dem Mantel hermetisch verbunden ist, und auf beiden Seiten dieses Spalts angeordnete ringförmige Verteiler zum Zuführen eines Kühlmittels unter die gewellte Mülle hat, während die Verteiler dieses Kühlmittels zuführende Rohre haben, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Verteiler (7) auf der Innenseite des Mantels (2) angebracht sind und jeder von ihnen durch dessen Innenfläche, durch einen Schuß (12), dessen Durchmesser grundsätzlich kleiner als der Durchmesser des Mantels (2) ist, und durch zwei Ringe (10 und 11), die zwischen dem Mantel (2) und dem Schuß (12) angeordnet sind, gebildet ist, von denen der eine (10) mit dem Mantel (2) und mit dem Schuß (12) hermetisch verbunden ist, während der andere (11), welcher näher zum Spalt (6) zwischen den auf Stoß zu verbindenden Abschnitten (1) liegt, nur mit dem Mantel (2) hermetisch verbunden ist, jedoch das Leiten vom Kühlmittel unter die gewellte Hülle (4) ermöglicht.

2. Ausgleicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ring (11), der näher zum Spalt (6) zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten (1) liegt, Kanäle (13) zum Leiten vom Kühlmittel unter die gewellte Hülle (4) ausgeführt sind.

3. Ausgleicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saplt (6) zwischen den auf Stoß zu verbindenden Rohrleitungsabschnitten (1) sowie auch der Ringraum (15) zwischen den Schüssen (12) und der gewellten Hülle (4) in an sich bekannter Weise mit einem weichen, gasdurchlässigen, wärmedämmenden Feuerfeststoff, z. B. mit Kaolinwatte (IS) gefüllt ist.