DE2905593A1

DE2905593A1 - Druckbehaelter fuer heisse medien

Info

Publication number: DE2905593A1
Application number: DE19792905593
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Ing Grad Bohlander; Heinrich Rywalski
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1980-08-21
Also published as: AU536093B2; JPS55109441A; DD148727A5; US4457449A; AU5266779A; CA1136999A

Description

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FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHÄNKTER HAFTUNG

in Essen

Druckbehälter für heiße Medien

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckbehälter für heiße Medien, dessen metallische Wand aus einer Innenschicht und mehreren um diese herumgelegten Lagen besteht und mit einem wärmedämmenden Medium gefüllte Zwischenräume aufweist.

Druckbehälter für heiße Medien werden bisher vielfach an der Innenseite der Behälterwand mit einer aus Isoliersteinen bestehenden Ausmauerung versehen, wodurch die Wandtemperatur soweit herabgesetzt werden kann, daß keine warmfesten Baustähle eingesetzt werden müssen. Bei diesen, als "kaltgehend" bezeichneten Behältern ist jedoch eine häufige Erneuerung bzw. Reparatur der Ausmauerung erforderlich, so daß die Aufrechterhaltung eines kontinuierlich geführten Prozesses innerhalb des Behälters Schwierigkeiten bereitet.

Weiter sind Behälter für heiße Medien bekannt, bei denen zur Kühlung ihrer Wand durch entsprechende Einbauten das noch kalte Prozeßgas zunächst an der Innenwand des Behälters entlanggeführt wird. Das so geführte Gas erwärmt sich jedoch verhältnismäßig schnell, so daß die Kühlwirkung entsprechend nachläßt. Außerdem ist dieses Kühlverfahren nicht für alle, sondern nur für bestimmte Reaktionsprozesse anwendbar.

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ORIGINAL INSPECTED

Aus der DE-PS 935 670 ist ein Wickel-Druckbehälter vorbekannt, dessen mehrlagige Wand wendeiförmige Hohlräume geringen Volumens aufweist, welche direkt hinter der Innenschicht angeordnet sind. Es wurde vorgeschlagen, diese Hohlräume als Heiz- oder Kühlkanäle zu verwenden. Eine derartige Kühlung, über deren Aufbau und Wirkungsweise nichts Näheres offenbart ist, erfordert einen großen apparativen Aufwand und bringt die Gefahr der Beschädigung des Behälters infolge von auftretenden Wärmespannungen mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Art zu schaffen, der die geschilderten Nachteile der bekannten Druckbehälter nicht, aufweist und bei ausreichendem Temperaturabbau einfach aufgebaut und wirtschaftlich herstellbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch die Erfindung ist es möglich geworden, daß der Abbau der im Innern des Behälters herrschenden Betriebstemperatur in der Wand des Druckbehälters erfolgt. Die Temperatur wird durch die Wärmedämmung der Zwischenräume soweit herabgemindert, daß für die tragenden Lagen keine besonderen warmfesten Werkstoffe eingesetzt werden müssen. Auch der Einsatz von zusätzlichen, die Wand verstärkenden Lagen, die zum Ausgleich des Abfalls der Festigkeitswerte durch die hohen Temperaturen bei den sogenannten "heißgehenden" Behältern verwendet werden müssen, sind beim neuen Druckbehälter nicht erforderlich. Ferner entfällt die bei den mit Ausmauerungen versehenen Behältern vorhandene Implosionsgefahr. Außerdem wird durch die Verlagerung der Wärmedämmungsschicht weiter nach außen eine Taupunktunterschreitung an der Innenseite der Wand und die damit verbundene Korrosion vermieden.

Besonders geeignet ist der Druckbehälter für exotherme Prozesse, die im Temperaturbereich zwischen etwa 4OO und 500°C ablaufen, wie Kohlehydrierung und Hydrocracking. Mit "heißestem Bereich" des Behälters ist

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der Bereich gemeint, in welchem mindestens 75 % der Betriebstemperatur erreicht werden. Es können auch mehrere heißeste Bereiche in Betracht kommen.

Die jeweilige Größe und Lage der Zwischenräume rieh— tet sich nach dem geforderten Temperaturabbau entsprechend den an den bestimmten Stellen herrschenden Temperaturen. Für bestimmte Anwendungsfalle kann es auch vorteilhaft sein, die Zwischenräume weiter nach außen zu verlagern, so daß sie zwischen den tragenden .. Lagen angeordnet sind. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Für die tragenden Lagen braucht beim neuen Druckbehälter dagegen kein besonderer warmfester Werkstoff eingesetzt zu werden, sondern die normalerweise für derartige Zwecke verwendeten Feinkorn-Baustähle reichen aus.

Als festes Medium zur Füllung der^{Zwischenräume}konfflien praktisch alle wärmedämmenden Isolierstoffe in Frage, die die jeweils erforderliche Wärmebeständigkeit aufweisen, z.B. Feuerfeststeine, Asbest, Schlacke, Bimsstein, Kieselgur, und zwar jeweils gesondert oder nebeneinander als Wolle, Mörtel oder als Forrasteine. Besonders vorteilhaft ist Steinwolle. Aber auch Beton, insbesondere Feuerfest-Beton kommt insbesondere für Ausführungen ohne stützende druckübertragende Stege in Betracht.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Hälfte eines.Druckbehälters im Längsschnitt,

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Pig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt einer Behälterwand in anderer Ausführung im Längsschnitt und

Fig. 3 und 4 jeweils eine weitere Ausführungsform in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstel

lung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 betrifft einen Hydrierreaktor, der für eine Betriebstemperatur von 475 ⁰C und einen Druck von 325 bar ausgelegt ist. Das Fußende 1 und das Kopfende 2 des Behälters ist jeweils als Schmiedestück ausgebildet und mit einer zentralen Öffnung versehen. Zwischen diesen beiden Teilen erstreckt sich die mehrlagige Wand 3. Eine aus druckwasserstoffbeständigem Chrom-Molybdän-Stahl bestehende Innenschicht 4 bedeckt die gesamte Innenwandung des Behälters. An der äußeren Seite dieser Innenschicht schließen sich Zwischenräume 5 an, die dadurch gebildet werden, daß sich an die Innenschicht 4 Stege 6 und 6" anschließen. Die im mehrlagigen Bereich des Behälters angeordneten Stege 6 sind dadurch hergestellt, daß aus dem Innenschicht-Körper die Zwischenräume 5 ausgearbeitet worden sind. Im Bereich des Kopfes 1 und des Fußes 2 sind hingegen die Zwischenräume 5 aus den betreffenden Schmiedestücken ausgearbeitet, so daß die Stege 6¹ stehen bleiben.

An die mit Feuerfestmaterial ausgefüllten Zwischenräume 5 und die Stege 6 schließt sich eine dichte, d.h. abgeschlossene, aus Molybdän-Stahl bestehende Trennlage 7 an. Die Trennlage 7 ist von einer Zwi— schenlage 8 umgeben, die aus Lochblechen besteht und der Entgasung und gleichzeitig als Schweißunterlage dient. Daran schließen sich nach außen hin

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tragende Lagen 9 von jeweils gleicher Stärke an_r von denen die beiden äußeren im wesentlichen nur den zylindrischen Teil des Druckbehälters umschließen. Die Lagen 9 bestehen aus normalen Feinkorn-Baustählen, sie sind mit bekannten, nicht dargestellten Ausnehmungen versehen, die einen Abzug der in der Zwischenlage 8 gegebenenfalls angesammelten Gase ermöglichen.

Als Einrichtungen zur Messung der Temperatur in der Innenschicht 4 nahe deren Innenwand sind durch eine Öffnung 1O der Wand 3 hindurchgesteckte Thermoelemente 11 vorgesehen. Die Bohrungen 1O sind durch die Stege 6 hindurchgeführt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß im zylindrischen Bereich des Behälters keine Stege verwendet werden, wodurch sich das Volumen der mit Beton ausgefüllten Zwischenräume 14 vergrößert.

Fig. 3 zeigt eine Wand eines Druckbehälters nach der Erfindung, bei welchem die Zwischenräume gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen weiter nach außen verlagert worden sind. An die Innen schicht 4 schließt sich hier unmittelbar eine Zwischenlage 8¹ an, die als Gitter ausgebildet ist. Um die Zwischenlage 8' sind vier tragende Lagen 16 nach- -

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einander heijgelegt, an deren äußere Lage sich durch im Querschnitt quadratische und im Längsschnitt rechteckige als Distanzhalter dienende Klötze 17 unterbrochene Zwischenräume 18 anschließen. Die mit feuerfestem Leichtbeton ausgefüllten Zwischenräume 18 werden außen von einer Trennlage 7' begrenzt, um welche herum dann noch drei äußere Lagen 19 gelegt sind. Die aus entsprechenden warmfesten Profilstählen hergestellten Klötze 17 werden nachträglich auf die äußerste der Lagen 16 aufgesetzt und an dieser angeheftet oder verschraubt. Die Lagen 16 sind bei dieser Wand-

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Ausführung aus warmfestem Stahl herzustellen, wenn entsprechend hohe Betriebstemperaturen im Inneren des Druckbehälters herrschen. Nicht dargestellte Kanäle sind als Verbindung zwischen der Außenluft und der Zwischenlage 8¹ vorgesehen, wenn der Behälter für einen Prozeß eingesetzt wird, bei dem ein hindurchdiffundierendes Gas, z.B. freier Wasserstoff, auftritt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Behälterwand eines Hydrierreaktors, der für eine Betriebstemperatur von 500 C und einen Druck von 325 bar ausgelegt ist, und im Aufbau dem Behäler nach Fig. 1 entspricht. An die aus druckwasserstoffbe— ständigem Chrom-Molybdän-Stahl bestehende Innenschicht 4 schließen sich an der äußeren Seite Zwischenräume 26 an, die dadurch gebildet werden, daß an der Innenschicht 4 im Querschnitt T-förmige, aus hochwarmfestern ferritischem Stahl bestehende Stege 21 so anliegen, daß ihre Flansche jeweils in einer flachen Rille 22 der Innenschicht 4 versenkt aufsitzen. Die Stege 21 weisen nicht dargestellte Unterbrechungen auf, die über den Behälterumfang etwa gleichmäßig verteilt sind. Die Unterbrechungen benachbarter Stege sind gegeneinander versetzt. Die Zwischenräume 26 sind mit wärmedämmendem festem Medium ausgefüllt,wozu bei dieser Ausführung Steinwolle dient.

An die Zwischenräume 26 und die Stege 21 schließt sich die dichte, aus warmfestem Stahl bestehende Trennlage 7 an, die gleichzeitig als Schweißunterlage dient. Eine besondere, etwaig durch die Innenschicht 4hindurchdiffundierte Prozeßgase sammelnde perforierte Zwischenlage ist nicht erforderlich, da - nicht dargestellte- Entgasungskanäle von außen bis in die Zwischenräume 26 hineinreichen und solche Gase nach außen abführen.

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An die Trennlage 7 schließen sich nach außen hin tragende Lagen 9 von jeweils gleicher Stärke an. Die Lagen 9 bestehen aus normalen Feinkorn-Baustählen. Als Einrichtungen zur Messung der Temperatur in der Innenschicht nahe deren Innenwand sind in eine Öffnung 24 der Wand hineinsteckbare Thermoelemente vorgesehen.

Die Steinwolle wird in handelsüblichen Bahnen verwendet, die an der Ober- und Unterseite jeweils mit Aluminiumfolie versehen sind. Die Bahnen werden in Streifen geschnitten, die die Breite der Zwischenräume 26 aufweisen. Die Aluminiumfolien-Schichten 25 erleichtern die Montage und verbleiben in den Zwischenräumen 26. Sie liegen an den Lagen 4 und 7 im wesentlichen jeweils dicht an.

Lage und Ausbildung der Stege, welche sich auch in Längsrichtung des Behälters erstrecken können, richten sich jeweils nach der einfachen konstruktiven Ausbildung des Behälters und der erforderlichen Festigkeit.

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Leerseite

Claims

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Anspruches

. Druckbehälter für heiße Medien, dessen metallische Wand aus einer Innenschicht und mehreren um diese herumgelegten Lagen besteht und mit einem wärmedämmenden Medium gefüllte Zwischenräume aufweist,, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der Innenschicht (4) oder zwischen zwei Lagen (16, 19) angeordneten Zwischenräume (5, 14, 18, 26) zumindest im heißesten Bereich des Behälters mindestens ein Fünfzehntel _r vorzugsweise mindestens ein Zehntel bis einhalb des Volumens der gesamten Wand (3) einnehmen und mit einem wärmedämmenden festen Medium gefüllt sind.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1 ₁ dadurcla gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (5₇ 14, 18, 26) in ihrer größten Ausdehnung mindestens die Hälfte, vorzugsweise siebzehn bis neunzehn Zwanzigstel, seiner ümfangsflache einnehmen.
3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (5, 14, 26) direkt hinter der Innenschicht (4) angeordnet sind.

4» Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zwischenräume (5, 14, 18, 26) nach außen hin eine nicht tragende, dichte Trennlage (7, 7') anschließt«,

- Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Zwischenräume (5, 14, 18, 26) druckübertragende Stege (6, 6', 17, 21) angeordnet sind.

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Druckbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmedämmendes festes Medium Steinwolle dient.

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