DE2624194A1 - Mit einer ummantelung zur temperaturregelung ausgeruesteter hochdruckkessel sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

K. SIEBERT G. GRÄTTINGER

Dipl.-Ing. Dipl.-Ing., Dlpl.-Wirtsch.-Ing.

813 Starnberg bei München Postfach 1649, Almeidaweg 12 Telefon (08151) 127 3Ou. 4115 Telegr.-Adr.: STARPAT Starnberg

den

Anwaltsakte 667 8/6

NATIONAL FORGE COMPANY Irvine, Warren County, Pennsylvania, USA

Mit einer Ummantelung zur Temperaturregelung ausgerüsteter Hochdruckkessel sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einer Ummantelung zur Temperaturregelung ausgerüsteten Hochdruckkessel sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

60985 3/0675

Postscheckkonto München 2726-804 · Kreissparkasso Starnberg 68940 · Deutsche Bank Starnberg 59/17570

Viele in der chemischen Industrie verwendete Druckkessel oder unter Druck stehende Reaktoren benötigen Mittel zur Beheizung oder Kühlung des Kessels. Um dieser Anforderung zu genügen, wird gewöhnlich ein Mantel zur Temperaturregelung an den Reaktorkessel geschweißt, wodurch ein Ringraum um den Kessel gebildet wird, durch den ein Warinetibertragungs fluid zirkulieren kann.

Druckkessel, die bei einem relativ geringen Druck betrieben werden, sind gewöhnlich aus verschweißten Stahlplatten hergestellt. Im allgemeinen erwachsen bei der Schweißung eines Mantels zur Temperatursteuerung an einerai derartigen Kessel keine Schwierigkeiten, da der Kessel aus einem für die Schweißung geeigneten Stahl besteht.

Im Falle von hohen Drücken ausgesetzten Kesseln und Reaktoren werden jedoch verschiedene Konstruktionen verwendet, damit die hohen Drücke sicher standgehalten werden können.

f, Druckkessel beispielsweise, die Drücken größer als 35 χ 10 N/m ausgesetzt sind, beinhalten im allgemeinen wesentliche Wanddicken, beispielsweise größer als 75 mm, und die für die Kesse lwand verwendeten Materialien sind gewöhnlich hochfeste Legierungsstähle anstatt unlegierte Kohlenstoffstahl. Die zum Aufbau derartiger Druckkessel verwendeten Materialien sind somit nicht zum Schweißen geeignet.

Zudem werden Kessel, die unter hohen Drücken, beispielsweise Drücke größer als 35 χ 10 N/m , betrieben werden, durch Schmieden eines Vollkörpers aus einem einzigen Block aus einer hochfesten Stahllegierung hergestellt, wodurch jegliches Schweifen des Kesselaufbaues ausgeschlossen wird. Die Notwendigkeit des

609853/0675

Einsatzes einer Ummantelung für eine Temperaturregelung bleibt jedoch bestehen. Deshalb werden nach dem Stand der Technik an der Außenseite des Kesselkörpers geeignete Vorsprünge herausgearbeitet, wobei die Ummantelung auf diese Vorsprünge geschweißt wird. Die Herstellungsverfahren und die dabei erzielten Produkte werfen jedoch große Probleme auf. Da das Kesselmaterial beispielsweise für eine Schweißung nicht optimal geeignet ist, werden teure und umfangreiche Vorbereitungen vor dem Schweißen erforderlich, wie die Aufbringung einer dünnen Schicht aus schweißbarem Material mittels eines Eogens, sowie sorgfältig gesteuerte Nacherwärmung, um sicher zu stellen, daß die Schweißung bei einer erhöhten spezifischen Temperatur ausgeführt worden ist. Nach dem Schweißvorgang ist eine gleichermaßen extensive Nachbehandlung der Schweißung erforderlich. Trotz all dieser Vorkehrungen bleibt eine wesentliche Neigung zur Bildung von Schweißrissen bestehen, wobei derartige Risse, obwohl anscheinend nur lokale Fehler an den Schweißnähten des Mantels, wachsen können und sich in den Kesselkörper ausbreiten, was bei hohen Drücken einen katastrophalen Bruch verursachen kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine wirksame Lösung des Problemes der Schweißung einer Ummantelung für eine Temperaturregelung an einem Hochdruck-Reaktorkessel zu schaffen, der aus einem Material aufgebaut ist, welches für eine Schweißung nicht gut geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Kessel wenigstens ein Ring aus schweißbarem Material befestigt wird, wobei die Ummantelung mit dem Ring verschweißt ist.

-4-609853/0675

-A-

Vorteilhaft sind die Finge auf den Kessel aufgeschrumpft und sind bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches gut schweißbar ist, beispielsweise aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt nicht größer als ungefähr 0,35%. Die Ummantelung für die Temperaturregelung ist mit den aufgeschrumpften Ringen verschweißt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen gebrochenen Seitenschnitt eines er

findungsgemäßen Druckkessels,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2

von Fig. 1 ,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt eines Kessel

abschnitts .

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Druckkessels 10. In der bevorzugten Ausftfhrungsform der Erfindung ist die Wand 12 des Kessels 10 aus einem einzelnen Block aus hochfestem Legierungsstahl geschmiedet, wodurch die Kesselwand einen einheitlichen und integralen Aufbau darstellt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann der Druckkessel 10 durch einen Deckel 14 verschlossen werden, welcher durch Befestigungsglieder 16 an der Kesselwand 12 befestigt ist. Es ist selbstverständlich, daß Dichtungsglieder, wie beispielsweise ein Dichtring (nicht gezeichnet), normalerweise bei Hochdruckvorrichtungen verwendet werden, um ein Abfließen von Fluid um den Deckel zu verhindern.

Die Kesselwand weist integrale und sich nach außen erstreckende

609853/0675

Flansche 18 auf. Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Ring 20 auf den Flansch 18 aufgeschrumpft. Der aufgeschrumpfte Ring 20 besteht aus einem schweißbarem Material, d.h. einem Material, welches sofort geschweißt werden kann, ohne zusätzliche Vor- oder Nachbehandlungen zur Durchführung des Schweißvorgangs. Ein Beispiel eines derartigen Materials ist kohlenstoffarmer Stahl und insbesondere einfache Kohlenstoffstähle mit einem Kohlenstoffgehalt nicht über 0,35%.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Ummantelung 22 zur Temperatursteuerung mit den aufgeschrumpften Ringen 20 verschweißt. Da die Ringe 20 aus einem schweißbaren Material aufgebaut sind, kann die Ummantelung für die Temperaturregelung an die Ringe 20 geschweißt werden, ohne daß zur Durchführung der Schweißung zusätzliche Vor- oder Nachbehandlungen notwendig sind.

Zusätzlich ist aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen, daß, da die Unmantelung 22 zur Temperaturregelung an die Ringe 20 geschweißt ist und da die Ringe über eine Sch rump fp as sung am Kessel befestigt sind, mögliche entstehende Risse an den Schweißstellen sich nur durch den Ring fortpflanzen können, d.h. daß derartige Risse sich nicht in die Kesselwand verbreiten können. Schlimmstenfalls kann somit lediglich ein Ausfließen von unter niederem Druck stehenden" Wärmeübertragungsfluid eintreten, falls irgendxvelche Schweißrisse vorhanden sind und sich vergrößern. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können sich somit entstehende Risse nicht in den Kesselkörper ausbreiten und die strukturelle Einheit des Kessels stören.

Wie es dem Fachmann klar ist, müssen die Ringe 20 sorgfäl-

609853/0675

-6-

tig bemessen und gestaltet sein, falls sie mittels einer Schrumpfverbindung am Kessel befestigt werden. Somit muß bei Gestaltung der Ringe der Tatsache Rechnung getragen werden, daß nach Montage der Ringe diese anfänglich aufgrund der Schrumpfpassung beansprucht werden. Wenn zusätzlich der Kessel unter Druck gesetzt wird, werden die Ringe weiter beansprucht. Die Ringe müssen deshalb so dimensioniert sein, daß sie nicht über den Fließpunkt des Ringmaterials hinaus, belastet werden, wenn der Kessel unter Druck gesetzt wird. Om hohen Belastungen standzuhalten, kann die radiale Dicke der Ringe, wie in Fig. 3 gezeichnet, vergrößert werden, wobei der Ring 20 einen in Radialrichtung vergrößerten Abschnitt 25 beinhaltet.

Vorzugsweise sollten die Ringe 20 erst nach dem Test des Kessels auf den Kessel 10 montiert werden, insbesondere, falls der Druckkessel bei einem Druck getestet wird, der das 1,5-fache des maximalen Betriebsdruckes beträgt, wie es üblich ist. Falls der Ring 20 beispielsweise so bemessen ist, um Belastungen sicher zu widerstehen, die bei normalen, maximalen Betriebsdrücken des Kessels vorhanden sind, könnten sie über die Fließgrenze ihres Materials belastet werden, falls sie Testdrücken, die dem 1,5-fachen des normalen, maximalen Betriebsdruckes entsprechen, unterworfen würden.

Wie vorher angegeben, ist der Ring oder die Ringe aus schweißfähigem Material über eine Schrumpfpassung mit dem Kessel befestigt. Eine derartige Konstruktion und Verfahren zur Herstellung ist insbesondere aus einer Anzahl von Gründen wünschenswert. Andere Vorrichtungen als zur Beheizung sind nach Montage des Ringes auf dem Kessel nicht erforderlich. Die Gestaltung vieler Reaktoren erfordert ebenfalls, daß eine öff-

609853/0675

nung durch den Ring vorgesehen ist, um Material in oder aus dem Kessel herausbringen zu können. Aufgrund der Schrumpfpassung der Ringe auf dem Kessel 10 kann eine öffnung durch den Ring und die Kesselwand gebohrt werden, ohne daß Leckverluste zwischen Ring und Kesselwand zu befürchten sind, wobei zu berücksichtigen ist, daß das durch eine derartige öffnung strömende Material unter einem hohen Druck steht. Obwohl es bevorzugt ist, die schweißbaren Ringe am Kessel über eine Schrumpfpassung zu befestigen, können andere Befestigungsmethoden verwendet werden. Beispielsweise können die Ringe durch eine Preßpassung auf dem Kessel befestigt sein.

-Patentansprüche-

609853/0675

Claims (6)

Patentansprüche

1.] Mit einer ummantelung zur Temperaturregelung ausgerüsteter Hochdruckkessel, gekennzeichnet durch wenigstens einen am Kessel befestigten Ring (2O) aus schweißbarem Material, wobei die Ummantelung (22) mit dem Ring (20) verschweißt ist.

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (20) auf den Kessel (10) aufgeschrumpft ist.

3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (20) unlegierten Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt nicht größer als ungefähr 0,35% beinhaltet.

4. Kessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselwand einen einheitlichen Aufbau darstellt und aus einer Stahllegierung besteht.

5. Verfahren zur Herstellung eines mit einer ummantelung

zur Temperaturregelung ausgerüsteten Hochdruckkessels, bei dem die Kesselwand einen einheitlichen, integralen und aus einer Stahllegierung bestehenden Aufbau darstellt, gekennzeichnet durch Befestigung wenigstens eines schweißbaren Metallringes um den Kessel sowie durch Schweißung der Ummantelung an den Ring.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring am Kessel durch eine Schrumpfpassung am Kessel befestigt ist.

. Starnberg, den 3. Mai 19 76/1O56d

609853/0675