DE3133320C1 - Verfahren zum Beheizen des Stahlmantels eines Behälters mit einer Auskleidung aus keramischem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen des Siahlmantels eine* Behalte'S mit einer Auskleidung aus keramischem Material während des Ausmauerns des Behälters.

Behälter, wie sie beispielsweise in der chemischen Industrie Verwendung finden, beinhalten häufig Medien, die auf den Stahlmantel korrosiv wirken bzw. dessen Schutzschicht thermisch und/oder mechanisch beanspruchen. Derartige Behälter werden daher vielfach auf der dem Medium zugewandten Seite des Stahlmantels ausgemauert.

Die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Mauerwerks und des Stahls verhalten sich ungefähr wie I : 2. Ist der Behälter für Betriebstemperaturen vorgesehen, die höher sind als die Umgebungstemperatur, treten dann für Stahl- und Mauerwerk unterschiedliche Wärmedehnungen auf, insbesondere bei wärmeisolierten Behältern.

In der Praxis sind jedoch der Stahlmantel und das Mauerwerk miteinander verbunden, und zwar durch die Haftung der Auskleidungsschichten oder weil das Mauerwerk gegen den Stahlmantcl durch den statischen Druck des Mediums bzw. den Verfahrensdruck im Behälter gedrückt wird.

Der sich stärker dehnende Stahlmantel versucht, das Mauerwerk mitzunehmen, und verursacht dadurch in diesem erhebliche Zugspannungen. Das Mauerwerk kann aber nur geringe Zugspannungen aufnehmen. Es treten deshalb Risse im Mauerwerk auf, welche die Schutzfunktion der Auskleidung beeinträchtigen oder gar zunichte machen.

Um die Bildung von Rissen in der Ausmauerung des Behälters zu vermeiden, ist es bekannt, den Stahlmantel wahrend des Ausmauerungsvorganges zu beheizen, wodurch er vorgedehnt wird. Nach Fertigstellung der Ausmauerung und Wegnahme der Beheizung erhält dann das Mauerwerk durch den aufschrumpfenden Stahlmantel eine Druckvorspannung, die der Rißbildung

entgegenwirkt.

Die Intensität der Beheizung entspricht im Prinzip

der gewünschten Druckvorspannung der Ausmauerung.

Diese stellt jedoch eine Wärmedämmung zum Behälterinnenraum dar, deren Isolierungseffekt sich mit dem Fortschreiten des Ausmauerungsvorganges ändert.

Bei den bisher bekannten Verfahren zum Beheizen des Stahlmantels während des Ausm?uerns des Behälters wurden als Heizeinrichtungen Doppelmantel-IQ systeme bzw. Da.Tipf- und Warmwasserschlangen oder ähnliche den Behälter in einem Heizkreislauf umfassende Systeme verwendet, bei denen keine exakte Steuerung der Heizleistung möglich ist. Dadurch kann sich eine zu hohe, zu niedrige oder überhaupt Ί5 ungleichmäßige Vordehnung des Stahlmantels ergeben, welche die Vorteile der angestrebten Vorspannung des Mauerwerks wieder aufhebt. Darüber hinaus sind die bisher bekannten Beheizungsverfahren aufgrund der verwendeten Heizmedien vorrichtungsmäßig sehr aufwendig. Der Auf- und Abbau bzw. die Weiterverwendung der Heizeinrichtung ist oft problematisch, der Grad der Energieausnutzung mangelhaft. Außerdem steht Dampf, Heißluft oder Warmwasser an der Baustelle nicht immer zur Verfügung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Erreichung und Einhaltung einer exakten Stahlmanteltemperatur unabhängig vom Ausmauerungsfortschritt, von den örtlichen Merkmalen der Ausmauerung sowie von Unterschieden oder Schwankungen der Umgebungstemperatur gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stahlmantel eine elektrische Oberflächenbeheizung erhält, deren Heizleistung zonenweise in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einem bestimmten, vorgewählten Sollwert und dem zonenweise gemessenen Istwert der Stahlmanteltemperatur gesteuert wird.

■to Auf diese Weise ist es zum einen möglich, die Temperatur des Stahlmantels stets auf dem für die Vorspannung des Mauerwerks notwendigen Sollwert exakt zu halten, wodurch ein unkontrollierter Temperaturanstieg und damit eine unkontrollierte Stahlmantel-⁴^ dehnung sowie eine Überhitzung des Auskleidungssystems verhindert wird. Die elektrische Oberflächenbeheizung bietet zum anderen die Möglichkeit, eine Heizvorrichtung bestehend aus miteinander leicht verbindbaren Heizmatten zu verwenden, die sich eng an die Außenfläche des Stahlmantels anschmiegen können und somit eine günstige Wärmeenergieausnutzung gewährleisten. Dabei kann man die Heizmatten so anordnen, daß etwa Rohrleitungsstutzen, Anschlußflansche oder ähnliche Elemente des Behälters ausgespart werden. Handelt es sich um verhältnismäßig lange Stutzen, kann man diese auch mit Heiz.matten umkleiden und in das Beheizungssystem des Behälters einbeziehen. Das Heizmattensystem hat zudem den Vorteil, daß die Heizeinrichtung nach Fertigstellung der Auskleidung leicht und bequem abbaubar is! und später sowohl für gleichartige als auch für anders gestaltete Behälter wiederholt verwendbar ist. Der mit den Heiz.matten umkleidete Behälter kann zwecks Energie einsparung mit einer Außenisolicrung aus z. B. Mineralwollemattcn versehen werden. Der gleiche Effekt kann aber auch durch Verwendung wärmeisolierter I leizmatten erzielt werden.

In der Praxis werden den einzelnen Heizzonen

Temperaturfühler zum Messen der Isttemperatur des Stahlmantels sowie Thermostate zum Steuern der Heizleistung der Einrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem gemessenen Istwert und einem vorgegebenen Sollwert der Stahlmanteltemperatur zugeordnet. Dieser Sollwert ist von der gewünschten Vorspannung des Mauerwerks abhängig. Er wird begrenzt durch die Art der Schutzschicht und des im Mauerwerk verwendeten Kittes, wobei während der Beheizung des Behälters die Arbeitsbedingungen stets erträglich bleiben.

Die Ausmauerung wird in der Regel bei stehendem Behälter vorgenommen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Heizleistung gürtelweise entsprechend dem höhenmäßigen Ausmauerungsfortschritt zu steuern.

Wird die Ausmauerung bei liegendem Behälter vorgenommen, ist es zweckmäßig, die Heizleistung gürtelweise entsprechend dem Ausmauerungsfortschritt in Längsrichtung des Behälters zu steuern.

[n der Praxis ist die Heizeinrichtung in Heizgürtel unterteilt, die einzeln ein- und ausschaltbar bzw. steuerbar sind, derart, daß die Beheizung stets der Ausmauerung ca. 1,0 m vorauseilt.

Die Thermostate der Beheizungseinrichtung steuern dabei gürtelweise die Heizleistung der einzelnen Heizmatten, und zwar einmal in Abhängigkeit vom Ausmauerungsfortschritt (da die Ausmauerung als innere Wärmedämmung wirkt), zum anderen beispielsweise von der Ausmauerungsdicke (da das Mauerwerk gegebenenfalls mehrlagig eingebracht wird und sein Wärmedämmungseffekt stufenweise mit jeder neuen Lage größer wird) und schließlich auch in Abhängigkeil von der Umgebungstemperatur (die abschnittsweise unterschiedlich und/oder wechselnd sein kann).

In Anwendungsfällen, bei denen die Ausmauerung des Behälters aus isolierungstechnischen Gründen zonenweise unterschiedliche Abmessungen oder Eigenschaften aufweisen soll, sieht die Erfindung vor, den Sollwert der Stahlmanteltemperatur entsprechend den genannten Parametern des Mauerwerks zonenweise einzustellen. Dadurch ist os auch hier möglich, eine gleichmäßige und genau definierte Vorspannung der Ausmauerung zu erhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Stahlbehälter mit einer elektrischen Oberflächenbeheizung, vereinfacht dargestellt.

F i g. 2 einen Schnitt durch den Behälter in der Ebene HinFig. 1,

Fig. 3 ein Schaltschema für die Beheizungseinrichtung nach den F i g. 1 und 2.

Die Fig. I bzw. 2 zeigen einen zylindrischen Stahlbehälter für heiße konosiv wirkende Medien, dessen Stahlmantel 1 mit einer Schutzschicht 2 und einer zweilagigen Auskleidung 3a und 3b aus keramischem Material versehen ist. Der Stahlmantel 1 weisi seitliche Stutzen 4 sowie einen stirnseitigen Anschlußs'.utzen 5 auf, der mit dem zylindrischen Teil des Stahlmantels durch ein kegelförmiges Oberteil 6 des Slahlmantels verbunden ist.

Auf dem Stahlmantel 1 ist eine Beheizungseinrichtung 7 angeordnet, die sich aus einer Anzahl von elektrischen Heizmatten 8 zusammensetzt. Diese werden lückenlos über die gesamte Oberfläche des Stahlmantels 1 verlegt und miteinander verschnürt. Die Stutzen 4 und 5 und sonstige Öffnungen im Stahlmantel werden dabei ausgespart. Längere Stutzen können im Bedarfsfall, nämlich wenn die Schichtspannungsberechnung die Notwendigkeil dafür ausweist, ebenfalls mit Heizmatten versehen werden.

Die Heizmatten 8 weisen einen elektrischen Heizwiderstand 9 mit Anschlüssen 10 auf, der über Leitungen 11 mit Strom versorgt wird (siehe Fig.3). Die Heizmatten 8 sind gürtelweise angeschlossen.

Den einzelnen Heizmattengürteln 13a und 13ώ sind je ein Thermostat 14 und ein Temperaturfühler 15 mit Kapillarrohrübertragung 16 zugeordnet. Die Thermostate 14 sind in den Versorgungsleitungen 11 der einzelnen Heizmattengürtci 13a, 136 eingebaut. Sie

regeln gürtelweise die Heizleistung der Heizmatten 8 durch Öffnen oder Schließen des S'',alters 17 in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einem vorgewählten Sollwert und dem gürtelweise von den Temperaturfühlern 15 gemessenen Istwert der Temperaiur des Stahlmantels. Die Solltemperatur des Stahlmantels is' am Thermostat 14 einstellbar. Sie wird entsprechend dem Ergebnis der Schichtspannungsberechnung unter Berücksichtigung der Art der Schutzschicht und des im Mauerwerk verwendeten Kittes vorgewählt und durch eine Anzeige 18 angezeigt.

Nach Montage der Beheizungseinrichtung wird der Behälter mit einer äußeren Wärmeisolierung 19 aus Mineralwollematten umkleidet, um eine bessere Ausnutzung der Heizleistung zu erzielen (siehe Fig. 2).

Gegebenenfalls kann auch über den Behälter ein Wetterschutz montiert werden.

Zur kontrollierten Vordehnung des Stahlmantels wird zunäch^; die Beheizung für die ersten drei Heizmattengürtel 13 mittels der Thermostate 14 eingrschal'et.

^w Gleichzeitig wird die Ausmauerung des Behälters durchgeführt. Dabei wird jede Lage der Ausmauerung vollständig über den gesamten Umfang des Behälters ausgeführt. Bei mehrlagiger Ausmauerung werden alle Lagen gleichzeitig höhenversetzt gemauert. Nach Fertigstellung von Mauerwerksabschnitten von jeweils 0,5 m — in Arbeilsrichtung gemessen — wird Jcr nächste Heizmattengürtel 13 über das entsprechende Thermostat 14 eingeschaltet. So eilt die Beheizung des Stahlmantels 1 stets mindestens 1.0 m der Arbcitseber.e der Ausmauerung voraus.

Nach Fertigstellung der Ausmauerung und Erhärten

des Kittes wird die Bchtizungseinrichtung abgeschaltet.

Es ist auch im Rahmen der Erfindung möglich, z. B.

jeder Heizmatte ein Thermostat bzw. einen Tempcra-

■" uirfütiler zuzuordnen, wobei diese en'weder separat für jede einzelne Matte oder gruppenweise, z. B. gi'.rtelwcisc. für mehrere Matten arbeiten können.

Das vorgeschlagene Verfahren ist auch anwendbar, wenn anstelle des Mauerwerks eine aus einer Masse

³⁽¹ gefertigte Auskleidung ausgeführt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beheizen des Stahlmantels eines Behälters mit einer Auskleidung aus keramischem Material während des Ausmauerns des Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlmantel eine elektrische Oberflächenbeheizung erhält, deren Heizleistung zonenweise in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einem vorgewählten Sollwert und dem zonenweise gemessenen Istwert der Stahlmanteltemperatur gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ wobei die Ausmauerung bei stehendem Behälter vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung gürtelweise entsprechend dem höhenmäßigen Ausmauerungsfortschritt gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ wobei die Ausmauerung bei liegendem Behälter vorgenommen wsrrj, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung gürteiweise entsprechend dem Ausmauerungsfortschritt auf der Längsachse des Behälters gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Stahlmanteltemperatur zonenweise einstellbar ist.