DE3910630C2

DE3910630C2 -

Info

Publication number: DE3910630C2
Application number: DE3910630A
Authority: DE
Inventors: Peter 1000 Berlin De Bruecher
Original assignee: Deutsche Babcock Borsig AG
Current assignee: Deutsche Babcock Borsig AG
Priority date: 1989-04-01
Filing date: 1989-04-01
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2009-04-02
Also published as: DE3910630A1; US4997211A; IT9019797A1; DE3910630C3; JP2926188B2; JPH02286999A; IT9019797A0; IT1240288B

Description

Die Erfindung betrifft die Verbindung eines heißen, ungekühlten Rohres mit einem gekühlten Rohr.

Bei einer solchen Verbindung weisen die Wandungen der aneinander angrenzenden Rohre voneinander abweichende Temperaturen auf. Dieser Temperaturunterschied führt infolge der unterschiedlichen thermischen Dehnung der Rohre zu unzulässig hohen Spannungen an der Verbindungsstelle. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, für die Rohre Materialien mit unterschiedlichen spezifischen Wärmedehnungskoeffizienten zu verwenden, wodurch sich die Spannungen im Verbindungsbereich weiter erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen einem heißen, ungekühlten Rohr und einem gekühlten Rohr zu schaffen, bei der die thermischen Spannungen so gering wie möglich zu halten sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Anspruch 2 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Verbindung sind die Wandtemperaturen an der Verbindungsstelle nahezu gleich, so daß thermische Spannungen vermieden werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Verbindung zwischen zwei Rohren,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Verbindung und

Fig. 3 den Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform.

Das Rohr 1 ist ungekühlt und wird von einem heißen Gas durchströmt. Das Rohr 1 ist mit einem gekühlten Rohr 2 verbunden, in dem das Gas gekühlt wird. Die Rohre 1, 2 fluchten miteinander und weisen vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser auf. Das gekühlte Rohr 2 ist als Doppelrohr mit einem Innenrohr 3 und einem Mantelrohr 4 ausgebildet. Der Ringraum zwischen dem Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 ist von einem Kühlmittel, z. B. von verdampfendem Wasser, durchflossen.

Um das ungekühlte Rohr 1 mit dem gekühlten Rohr 2 spannungsfrei zu verbinden, ist das an das gekühlte Rohr 2 angrenzende Ende des ungekühlten Rohres 1 im Querschnitt gabelförmig ausgebildet. Dabei ist ein innerer Rohrabschnitt 5 und ein äußerer Rohrabschnitt 6 gebildet, die an einer ihrer Stirnseiten miteinander verbunden sind.

Der äußere Rohrabschnitt 6 ist mit dem Mantelrohr 4 des gekühlten Rohres 2 fest verbunden. Diese feste Verbindung besteht nach Fig. 1 aus einer Schweißverbindung, die durch die ringförmige Schweißnaht 7 angedeutet ist. Dabei ist zur Bildung der Schweißfuge an das Mantelrohr 4 ein ringförmiger Ansatz 8 geformt, dessen Dicke der Wanddicke des äußeren Rohrabschnittes 6 entspricht. Nach Fig. 2 wird eine Schraubverbindung verwendet. Zu diesem Zweck ist der äußere Rohrabschnitt 6 und das Mantelrohr 4 jeweils mit einem ringförmigen Flansch 9, 10 versehen. Die Flansche 9, 10 sind über Schrauben 11 miteinander verbunden. Zwischen den Flanschen 9, 10 liegt eine Dichtung 12.

Der innere Rohrabschnitt 5 des ungekühlten Rohres 1 ragt in das Innenrohr 3 des gekühlten Rohres 2 hinein. Dabei ist zwischen dem inneren Rohrabschnitt 5 und dem Innenrohr 3 in radialer und axialer Richtung ein Spiel vorgesehen. Über dieses Spiel, das in den Fig. 1 und 2 übertrieben groß dargestellt ist, werden Wärmedehnungen des ungekühlten Rohres 1 gegenüber dem gekühlten Rohr 2 aufgefangen.

Der Ringraum 13 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrabschnitt 5, 6 des ungekühlten Rohres 1 ist mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt.

Wenn der Ringraum zwischen dem Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 des gekühlten Rohres 2 von dem Kühlmittel durchströmt wird, nimmt die Rohrwandung des Mantelrohres 4 eine Temperatur an, die nahezu der Kühlmitteltemperatur entspricht. Das Innenrohr 3, das das von dem ungekühlten Rohr 1 zuströmende, heiße Gas führt, wird außen wirkungsvoll durch das Kühlmittel gekühlt. Dadurch stellt sich eine Wandtemperatur ein, die deutlich unter der Temperatur des Gases, und zwar nahe an der Kühlmitteltemperatur, liegt. Die Temperatur an der Innenwand des ungekühlten Rohres 1 und des inneren Rohrabschnittes 5 liegt nahe an der Temperatur des heißen Gases. Durch die Zwischenschicht aus dem wärmeisolierenden Material innerhalb des Ringraumes 13 nimmt die Rohrwandung des äußeren Rohrabschnittes 6 eine niedrigere Temperatur an. Abhängig von der Temperatur des heißen Gases und des Kühlmittels wird durch eine abgestimmte Dicke der Zwischenschicht aus dem wärmeisolierenden Material und durch eine entsprechende Länge des gabelförmigen Endes des ungekühlten Rohres 1 wird erreicht, daß an der Verbindungsstelle, z. B. an der Schweißnaht 7, nahezu gleiche Wandungstemperaturen herrschen. Durch diese weitgehende Temperaturgleichheit lassen sich thermische Spannungen vermeiden.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Verbindung wird bevorzugt für waagerecht angeordnete Rohre verwendet. Für Wärmetauscher mit senkrecht angeordneten Rohren ist die Ausführung gemäß Fig. 3 vorzuziehen. Diese Ausführung stellt ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung dar. Das ungekühlte Rohr 1 ist ein Rohr eines Spaltgasofens zur Herstellung von Spaltgas. Jedes dieser Rohre ist mit einem als Kühlrohr dienenden Rohr 2 eines Einzelrohrwärmetauschers zum Kühlen des Spaltgases verbunden.

Das Mantelrohr 4 des gekühlten Rohres 2 ist über ein Zwischenstück 15 in ein Sammlerrohr 14 eingeschweißt, dem das Kühlmittel für mehrere parallelgeschaltete Rohre 2 zugeführt wird. Das Innenrohr 3 ist mit einer Rohrerweiterung 16 versehen, die derart in das Sammlerrohr 14 eingeschweißt ist, daß das Innenrohr 3 zusammen mit der Rohrerweiterung 16 das Sammlerrohr 14 durchdringt. Dabei ist der Ringraum zwischen dem Innenrohr 3 und dem Mantelrohr 4 zum Sammlerrohr 14 hin offen.

Außerhalb des Sammlerrohres 14 ist die Rohrerweiterung 16 mit dem äußeren Rohrabschnitt 6 des ungekühlten Rohres 1 über die Schweißnaht 7 verbunden. Der innere Rohrabschnitt 5 ragt in die Rohrerweiterung 16 hinein, wobei unter Bildung eines ringförmigen Zwischenraumes 17 ein radialer Abstand zwischen dem inneren Rohrabschnitt 5 und der Rohrerweiterung 16 verbleibt. Dieser Zwischenraum 17 ist ebenso wie der Ringraum 13 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrabschnitt 5, 6 mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt. Das Ende des inneren Rohrabschnittes 5 weist gegenüber der Rohrerweiterung 16 zum Ausgleich von Wärmedehnungen ein radiales und ein axiales Spiel auf.

Claims

1. Verbindung eines heißen, ungekühlten Rohres (1) mit einem gekühlten Rohr (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des ungekühlten Rohres (1) im Querschnitt gabelförmig unter Bildung von zwei an einer der Stirnseiten miteinander verbundenen Rohrabschnitten (5, 6) ausgebildet ist, daß der äußere Rohrabschnitt (6) fest mit dem gekühlten Rohr (2) verbunden ist, daß der innere Rohrabschnitt (5) in das gekühlte Rohr (2) hineinragt und gegenüber diesem ein radiales und axiales Spiel aufweist und daß der Ringraum (13) zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrabschnitt (5, 6) mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekühlte Rohr (2) mit einer Rohrerweiterung (16) versehen ist, daß die Rohrerweiterung (16) fest mit dem äußeren Rohrabschnitt (6) des ungekühlten Rohres (1) verbunden ist und daß der Zwischenraum (17) zwischen dem inneren Rohrabschnitt (5) und der Rohrerweiterung (16) mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist.