DE2642800C2

DE2642800C2 - Rohrbodenanschluß für Rohrbündel-Reaktoren oder Rohrbündel-Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2642800C2
Application number: DE2642800A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6000 Frankfurt Fahrnschon; Walter Laber; Rudolf 8360 Deggendorf Vogl
Original assignee: Deggendorfer Werft und Eisenbau 8360 Deggendorf De GmbH
Current assignee: Deggendorfer Werft und Eisenbau 8360 Deggendorf De GmbH
Priority date: 1976-09-23
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1982-12-09
Also published as: FR2365771A1; GB1580464A; JPS5339550A; AT351064B; US4170263A; DE2642800A1; NL7709838A; BE858548A; ATA655077A; IT1086045B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Rohrbodenanschluß für Rohrbündel-Reaktoren öder Rohrbündel-Wärmeaustauscher gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Rohrbündel-Reaktoren und Rohrbündel-Wärmeaustauschern mit hohen Auslegungsdrucken und großen Abmessungen ergeben sich nach den bekannten Festigkeitsberechnungsverfahren große Rohrbodendik-.ken. Das bedeutet große wirtschaftliche und technische Nächteile, da die erforderlichen Ronden in geschmiedeter Ausführung aus Abmessungs- und Gewichtsgründen nicht mehr lieferbar sind und in gewalzter Ausführung aus Halbronden zusammengeschweißt werden müssen. Zusätzlich muß mit hohen Ultraschall-Prüfkosten und beträchtlichem Absinken der Mindeststreckgrenze (ab mm = 1 % je 5 mm Dicke) gerechnet werden. Ferner ist bei großen Rohrbodendicken mit erheblichen Bohrkosten und mit axialem Verlaufen, Unrundheit und großen Toleranzen der Bohrlöcher für die Rohre zu rechnen.

Aus der DE-OS 16 01 214 ist ein Rohrbodenanschluß gattungsgemäßer Art bekannt, bei dem der von der Seite des Rohrbündels her druckbelastete dünne Rohrboden zusätzlich zu einer Randverschweißung über Zuganker an einer Schale aufgehängt ist, die sich ihrerseits auf einem Absatz einer Wandverstärkung abstützt. Eine solche Aufhängung stellt indessen einen unerwünschten Aufwand dar, zumal sie passend zum Rohrboden durchbohrt sein muß, und zudem behindert sie, welche Maßnahmen hiergegen auch immer getroffen sein mögen, die Zirkulation des die Rohre umgebenden Wärmeträgers.

Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Überlegung, daß sich die höchsten Beanspruchungen, wie an sich bekannt, im Rohrboden-Randbereich ergeben, da dort die vom Betriebsdruck herrührenden Kräfte von der ebenen Rohrbodenplatte auf die Anschlußzonen des Behältermantels übertragen werden müssen. Im ganzen übrigen Bereich des Rohrbodens hingegen können die Zug- und/oder Druckkräfte weitgehend durch die Rohre übernommen werden, sofern nur für eine ausreichende Befestigung oder Stützlänge der Rohre im Rohrboden gesorgt ist.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen membranartig dünnen Rohrboden gemäß Gattungsbegriff auf einfache Weise so aufzuhängen, daß er den zu erwartenden Beanspruchungen zu widerstehen vermag, ohne daß es dazu aufwendiger und/oder zirku'ationshemmender Maßnahmen bedarf. Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der betreffenden Erfindung an.

Der sich radial nach außen konisch erweiternde Randring nach der Erfindung vermag die gerade dort auftretenden hohen Beanspruchungen des Rohrbodens aufzunehmen und über den umgebenden verstärkten Wandabschnitt in den Behältermantel einzuleiten, ohne daß es zu den normalerweise auftretenden hohen Spannungskonzentrationen kommt. Dabei kann der Randring wie der eigentliche Rohrboden Rohre aufnehmen, um so praktisch den gesamten Innenraum des Behälters auszunutzen.

Wenn bezüglich des Rohrbodens von »membranartig dünn« die Rede ist, so bedeutet dies eine Rohrbodendikke, die jedenfalls nicht entsprechend den bei einem Rohrboden für den betreffenden Behälterdurchmesser zu erwartenden hohen Durckbelastungen berechnet und bemessen ist.

Die GB-PS 11 59 597 zeigt zwar auch bereits einen verhältnismäßig dünnen Rohrboden, der durch eine Schweißnaht mit einer Wandverstärkung des Behältermantels verbunden ist doch handelt es sich bei dieser Wandverstärkung im wesentlichen um einen ganz normalen Flanschanschluß, wie er ähnlich beispielsweise dem DIN-Normblatt 2630 entnehmbar ist. Zwar ist daran innenseitig in Höhe des Rohrbodens ein flacher, zum Mittelabschnitt des Behältermantels hin konischer Bund zu erkennen, doch schließt dieser an den Rohrboden über eine Schweißnaht an, die sich nur über einen Teil der Dicke des Rohrbodens erstreckt. Eine solche Schwachstelle stellt keine durchgehend feste Verbindung im Sinne der Erfindung dar, die ja die gerade dort festgestellten hohen Beanspruchungen aufnehmen soll.

Eine sich über die gesamte Dicke erstreckende Verschweißung eines Rohrbodens mit der Behälterwand, wobei die Schweißnaht sich zur Behälterwand hin konisch erweitert, geht zwar aus der DE-AS 11 50 362 hervor, doch handelt es sich hier nicht um einen membranartig dünnen Rohrboden im Sinne obiger Erläuterung. Auch weist der Behältermantel an der nämlichen Stelle keine Wandverstärkung auf. Es handelt sich hier um ein Gerät für verhältnismäßig geringe Drücke.

Schließlich geht noch aus der GB-PS 12 08 376 ein Rohrbündel-Gaskühler hervor, bei dem die Rohre von

paarweise miteinander verschweißten, entsprechend profilierten Blechen gebildet werden. Diese Bleche bilden zugleich den stirnseitigen Abschluß des Rohrbündels, während ein eigener Rohrboden fehlt. Der so gebildete Abschluß des Rohrbündels ist mit einer verhältnismäßig flexiblen ringförmigen Lippe an einer Wandverstärkung des Behältermantels verschweißt, die wiederum einen Flanschanschluß bildtu Von einem sich konisch erweiternden Randring, der als solcher eine hochfeste, starre Verbindung bildet, kann auch hier nicht die Rede sein.

Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 dreierlei Ausführungen des erfindungsgemäßen Rohrbodenanschlusses am Beispiel eines (im wesentlichen längsgeschnittenen) Rohrbündel-Reaktors,

Fig.2—4 jeweils einen erfindungsgemäßen Rohrbodenanschluß mit einer Schweißverbindung zwischen dem Rohrboden und dem sich konisch erweiternden Randring,

Fig.5—7 jeweils einen erfindungsgemäßen Rohrbodenanschluß mit einer Schweißverbindung sowohl zwischen dem Rohrboden und dem sich konisch erweiternden Randring als auch zwischen diesem Randring und dem umgebenden verstärkten Abschnitt ,des Behältermantels,

Fig.8—10 jeweils einen erfindungsgemäßen Rohrbodenanschluß mit einer Schweißverbindung zwischen "dem Rohrboden und dem sich konisch erweiternden ■Randring, der jedoch in diesem Falle selbst wieder durch Auftragsschweißung an dem verstärkten Abschnitt des Behältermantels hergestellt ist.

Der in F i g. 1 gezeigte Rohrbündel-Reaktor hat einen Behältermantel, der sich aus einem zylindrischen Mittelabschnitt 1 und zwei daran anschließenden Abschnitten 2 und 3 in den Bereichen der beiden Rohrboden 4 und 5 zusammensetzt. An die verstärkten Abschnitte 2 und 3 des Behältermantels schließen sich die beiden Endhauben 6 und 7 des Behälters an. Dabei sind die verstärkten Abschnitte 2 und 3 mit dem Mittelabschnitt 1 des Behältermantels wie auch mit den Endhauben 6 und 7 durch ringförmige Schweißnähte 8 verbunden.

Die verstärkten Abschnitte 2 und 3 des Behältermantels setzen sich radial nach innen in je einem konischen Randring 9 bzw. 10 bzw. 11 fort (die Bezugszeichen 9,10 und 11 bezeichnen Randringe in dreierlei Ausführungsformen). Wie ersichtlich, kann der sich in jedem Fall von innen nach außen konisch erweiternde Randring verschieden ausgebildet sein. In dem eingekreisten Bereich X ist ein solcher gezeichnet, der sich zum Mittelabschnitt 1 des Behältermantels hin erweitert, im Bereich Y ein solcher, der sich zu der Endhaube 7 hin erweitert, und im Bereich Z ein solcher, der sich nach beiden Seiten hin erweitert

Radial nach innen verjüngt sich der jeweilige Randring bis auf die Stärke des dort mit ihm verschweißten, membranartig dünnen Rohrbodens 4 bzw. 5. In den beiden Rohrböden und gewünschtenfalls auch in den beiden Randringen sind die Rohrenden des Rohrbündels 12 in üblicher Weise abdichtend befestigt Weitere Einzelheiten des betreffenden Rohrbündel-Reaktors, wie z. B. alle Anschlüsse für die Zu- und

Ό Abführung der Reaktionsgase und des Wärmeträgers, die für die Erfindung ohne Bedeutung sind, sind der Einfachheit halber weggelassen.

Die F i g. 2—10 lassen jeweils nur einen Ausschnitt im Bereich des Rohrbodenanschlusses erkennen, in etwa entsprechend den eingekreisten Ausschnitten in Fi g. 1. Dabei ist in allen Fällen der Rohrboden mit A, der sich konisch erweiternde Randring mit B und der radial verstärkte Abschnitt des Behältermantels mit C bezeichnet, wobei jedoch die Bezeichnung B für die verschiedenen Ausführungen noch mit Indexziffern entsprechend der jeweiligen Figur versehen ist

Nach Fi g. 2 ist der Rohrboden A mit einem einseitig zum Mittelabschnitt des Behältermantels hin sich konisch erweiternde Randring B₂ verschweißt, der seinerseits mit dem verstärkten Abschnitt C des Behältermantels ein gemeinsames Bauteil bildet. Nach F i g. 3 erweitert sich der Randring Bi bei sonst gleicher Ausführung nach der anderen Seite, d. h. zum Behälterende hin. Nach Fig.4 treten konische Erweiterungen des betreffenden Randrings B₄ bei sonst gleicher Ausführung nach beiden Seiten hin auf.

Nach F i g. 5 ist der Rohrboden A wieder mit einem sich zum Mittelabschnitt des Behältermantels hin konisch erweiternden Randring, B₅, verschweißt, der jedoch seinerseits abweichend von Fig.2, mit dem verstärkten Abschnitt C des Behältermantels verschweißt ist. Nach F i g. 6 ist der Rohrboden A mit einem entsprechend F i g. 3 zum Behälterende hin sich konisch erweiternden Randring Bb verschweißt, der seinerseits mit dem verstärkten Abschnitt C des Behältermantels verschweißt ist. Nach F i g. 7 ist der Rohrboden A mit einem entsprechend F i g. 4 nach beiden Seiten hin sich konisch erweiternden Randring B₇ und dieser mit dem verstärkten Abschnitt C des Behältermantels verschweißt.

Nach F i g. 8 ist der Rohrboden A mit einem Randring Bi verschweißt, der sich, wie nach den F i g. 2 und 5, zum Mittelabschnitt des Behältermantels hin konisch erweitert. Das Besondere in diesem Fall besteht darin, daß der konische Randring Bs durch Auftragsschweißung an dem verstärkten Abschnitt C des Behältermantels hergestellt ist. Das gleiche gilt für die F i g. 9 und 10, die im übrigen aber, d. h. gestaltmäßig, wiederum den F i g. 3 und 6 bzw. 4 und 7 entsprechende Ausführungen erkennen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrbodenitnschluß für einen membranartig dünnen Rohrboden von Rohrbündel-Reaktoren oder Rohrbündel-Wärmeaustauschern, insbesonde- -j re für große Behälterdurchmesser und hohe Innendrücke, wobei der Rohrboden mit dem Behälter in durchgehend fester Verbindung steht und der Behältermantel im Bereich des Rohrbodenanschlusses jeweils einen radialverstärkten Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der membranartig dünne Rohrboden (4, 5, A) mit dem radial verstärkten Abschnitt {2, 3, C) des Behältermantels (1—3) über einen Randring (9, 10, 11, Ih,..., Bio) durchgehend fest verbunden ist, der sich radial nach außen und zu dem das Rohrbündel (12) umgebenden Mittelabschnitt (1) des Behältermantels (1—3) und/oder dem jeweils über das Rohrbündel (12) hinausragenden Behälterende hin konisch erweitert

2. Rohrbodenanschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randring (9,10,11, £h, B3, ß₄) und der radial verstärkte Abschnitt (2, 3, C) des Behältermantels (1—3) aus einem gemeinsamen Bauteil bestehen, das mit dem membranartig dünnen Rohrboden (4,5, ^verschweißt ist.

3. Rohrbodenanscnluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randring (9,10, 11, Bs, Bb, Bi) mit dem membranartig dünnen Rohrboden (4,5, A) und mit dem radial verstärkten Abschnitt (2,3, C) des Behältermantels (1—3) verschweißt ist.

4. Rohrbodenanscnluß nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randring (9,10, 11, Bs, B₉, Bio) durch eine Auftragssohweißung an dem radial verstärkten Abschnitt (2, 3, C) des Behältermantels (1-3) gebildet ist.