DE68906162T2 - Waermedaemmung einer hochtemperaturflaeche. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeisolierung einer Hochtemperaturfläche einer Arbeitsturbine, einer Feuerungsanlage oder eines Dampfkessels, umfassend das Anbringen eines Mantels oder eines Teils desselben in einem Abstand von der Oberfläche und das anschließende Ausfüllen des Hohlraums zwischen dem Mantel und der Oberfläche mit Mineralfasern zur Bildung einer Isolierschicht.
• Ohne Isolierung kann die Oberflächentemperatur einer Turbine im Betrieb auf 500ºC ansteigen.
• Die Isolierung des Gehäuses einer Arbeitsturbine hat den Zweck, die Oberflächentemperatur des Turbinengehäuses auf einem hinreichend niedrigen Wert zu halten, beispielsweise 40ºC, damit das Bedienungspersonal in der Nähe der Turbine unbehindert arbeiten kann, und um einen hohen Wirkungsgrad der Turbine und eine zufriedenstellende Wärmewirtschaftlichkeit zu erzielen.
• Ferner ist es erwünscht, eine konstante Temperatur zu erhalten, um unerwünschte Materialspannungen zu vermeiden.
• Bei einem bekannten Verfahren zur Wärmeisolierung von Arbeitsturbinen wird eine Mineralfasern enthaltende Mörtelschicht, d.h. ein Gemisch aus Mineralfasern, Zement und Wasser, auf das Turbinengehäuse aufgesprüht, um eine Schicht mit einer Dicke von beispielsweise 150 mm zu erhalten. Wegen der Vibrationen ist es manchmal erforderlich, die auf diese Weise gebildete Schicht mit einem Drahtnetz zu verstärken.
• Eine Antriebsturbine wird in geeigneten Zeiträumen, beispielsweise jedes dritte oder vierte Jahr, entkleidet und überprüft. Eine solche Überprüfung dauert üblicherweise acht Wochen, eine Woche zur Beseitigung der Mörtelschicht, fünf Wochen für die tatsächliche Überprüfung und die eventuellen Reparaturen und mindestens zwei Wochen für die erneute Aufbringung der Mörtelschicht.
• Wegen der großen Investitionen in die Turbinen von Kraftwerken ist es wesentlich, daß die Stillstandszeit so kurz wie möglich ist. Demzufolge besteht ein Bedarf, die zur Beseitigung und zum erneuten Aufbringen der Isolierschicht auf das Turbinengehäuse erforderliche Zeit soweit wie möglich zu verringern.
• Wie vorstehend erwähnt, erfordert die Verwendung einer Mörtelisolierung eine verhältnismäßig lange Zeitdauer zur Beseitigung und Wiederanbringung der Isolierschicht, und die Beseitung der Isolierschicht hat ferner eine Kontaminierung des Gebäudes zur Folge, in dem die Turbine angeordnet ist. Diese Vorgänge erfordern daher die Errichtung eines die Turbine umgebenden Zeltes. Die Neuanbringung der Mörtelschicht ist ein zeitraubender Vorgang, weil die neue Mörtelschicht häufig in Stufen mit dazwischenliegenden Trocknungsperioden auf die Turbine aufgesprüht werden muß. Außerdem kann es schwierig sein, zu verhindern, daß die Mörtelschicht Sprünge bekommt oder abfällt, wie es auch wegen der geringen Adhäsion schwierig sein kann, daß die Mörtelschicht eng an dem Turbinengehäuse anliegt.
• Die europäische Patentveröffentlichung E 0 220 371 A1 offenbart ein Element für den Transport heißer Gase, umfassend ein inneres Gehäuse, ein äußeres Gehäuse und eine aus einem keramischen Fasermaterial bestehende Isolierschicht, die zwischen den beiden Gehäusen angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das äußere Gehäuse mit Abstandshaltern an dem inneren Gehäuse befestigt.
• Das US-Patent 4 418 724 offenbart ein Wärmeisoliergehäuse, z.B. für Rohre, umfassend einen starren, rohrförmigen Isoliermantel, der aus mehreren Isolierplatten besteht, die zur Bildung eines polygonalen Mantels miteinander verbunden sind, wobei die Isolierplatten aus einem komprimierten Material auf der Basis von pyrogener Kieselerde, Verstärkungsfasern und einem Trübungsmittel bestehen, und eine feuchtigkeitsdichte Stahlverkleidung, umfassend einen Innenmantel, einen Außenmantel und ringförmige Endscheiben, wobei dieser Isoliermantel im Inneren der Stahlverkleidung angeordnet ist.
• Die Zusammenfassung des japanischen Patents 60-182306 offenbart ein Turbinengehäuse, umfassend einen Stahlrahmen, der Schichten eines wärmeisolierenden, anorganischen Fasermaterials enthält, und ein wärmeisolierendes Tuch aus extra dünnen Glasfasern, wobei dieses Tuch an der Außenseite des isolierenden Fasermaterials befestigt ist.
• Das britische Patent 1 468 347 offenbart einen wärmeisolierenden Körper, umfassend ein wärmeisolierendes Material, das in einer Tasche angeordnet ist, wobei ein Bereich der Seitenwand dieser Tasche aus einem Glasgewebe und ein anderer Teil der Seitenwand aus einem mit Kunststoff beschichteten Kunststoff- oder Textilgewebe gebildet ist.
• Bei der Verwendung der wärmeisolierenden Körper wird eine geeignete Anzahl von Körpern um den zu isolierenden Gegenstand herumgewickelt, wobei ihre aus Glasgewebe gebildete Seitenwand dem heißen Gegenstand zugekehrt ist und wobei die Körper eng nebeneinander angeordnet sind. Die Körper sind vorzugsweise mit Haken versehen, die an dem heißen Gegenstand befestigt werden, um die Körper festzulegen. Die Körper können auch mit Bändern festgelegt werden.
• Die Zusammenfassung des japanischen Patents 52-60309 offenbart eine warmelsolierende Einrichtung zum Isolieren verschiedener Körper, beispielsweise eines Turbinengehäuses, wobei diese Einrichtung mehrere Isolierschichten umfaßt, die durch ein Drahtnetz eng zusammengehalten sind, das an dem Gehäuse des Körpers befestigt werden kann, wobei jede Schicht aus geformten Blöcken eines Isoliermaterials besteht und die Größe der Blöcke in jeder der um den Körper herum angeordneten zusätzlichen Schicht zunimmt. Die äußere Schicht ist mit Hartzement bedeckt.
• Bei der Ausbildung der wärmeisolierenden Einrichtung wird zunächst eine Schicht gebildet, indem Isolierblöcke um den zu isolierenden Körper herum angeordnet werden, und sodann wird das Drahtnetz angebracht, um die auf diese Weise gebildete Isolierschicht festzulegen. Dieser Vorgang wird für jede zusätzliche Schicht wiederholt.
• Die in der Zusammenfassung des japanischen Patents 52- 60309 offenbarte Wärmeisolierung ist mit den Nachteilen behaftet, daß das Schneiden, Formen und Anbringen der Blöcke mühsam und sehr zeitraubend ist, und daß es schwierig ist, eine enge Packung der Blöcke zu erhalten, was mehrere Schichten erforderlich macht, um die erforderliche Wärmeisolierung zu erzielen. Ferner ist die Verwendung einer Zementschicht wegen der vorstehend erwähnten Nachteile unerwünscht.
• Die EP-A-0 123 768 offenbart ein Verfahren für die äußere Isolierung eines Rohres oder einer Rohrkomponente, umfassend die Schritte: Anbringen einer Umhüllung um das Rohr oder die Rohrkomponente, Anordnen eines Teils, das luftdurchlässig, aber undurchlässig für loses Isoliermaterial ist, in dem Hohlraum zwischen dem Rohr oder der Rohrkomponente und der Umhüllung an einem Ende derselben, Erzeugen eines unteratmosphärischen Druckes an der Außenseite des luftdurchlässigen Teils, damit Luft von dem anderen Ende der Umhüllung durch den Hohlraum hindurchströmt, und Zuführen eines losen Isoliermaterials, wie z.B. Mineralfasern, zu dem anderen Ende der Umhüllung, damit der Hohlraum zwischen dem Rohr und der Rohrverbindung (richtig: Rohrkomponente) und der Umhüllung mit Isoliermaterial gefüllt wird.
• Die EP-A 0149 090 offenbart eine Wärmeisolierung, umfassend eine gasdichte äußere Metallwand und eine gasdichte innere Metallwand, die gemeinsam einen evakuierten Raum begrenzen, der ein Isoliermaterial in Form von mindestens zwei Glasfaserarten, vorzugsweise in Form von drei Schichten unterschiedlicher Glasfasern enthält. Aus der Beschreibung der EP-A-0 149 090 geht nicht hervor, wie die isolierenden Glasfasern in den gasdichten Raum eingebracht werden und wie sie in Schichten in dem evakuierten Raum angeordnet werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorstehenden herkömmlichen Isolierungen zu überwinden oder wesentlich zu verringern.
• Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst, bei dem der besagte Hohlraum mit Isolierelementen ausgefüllt wird, wobei jedes Isolierelement eine Umhüllung aus einem flexiblen, hitzefesten Material aufweist und ein loses Mineralfasermaterial enthält.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch die anfängliche Anbringung des Mantels und durch die Verwendung formflexibler Isolierelemente die Isolierschicht sehr einfach und rasch gebildet werden kann, um eine Schicht zu erzielen, die zwischen den einzelnen Elementen einen minimalen Zwischenraum aufweist, wodurch eine optimale Wärmeisolierung erzielt wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Errichtung des Mantels und das Ausfüllen des dadurch gebildeten Hohlraums mit Isolierelementen stufenweise erfolgen kann, so daß in geeigneten Zeitabständen geprüft werden kann, ob die Isolierelemente ordnungsgemäß gepackt sind.
• Ein weiterer Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierung besteht darin, daß sie stark schalldämmend ist, wodurch das Erfordernis einer getrennten äußeren Schallumhüllung entfällt, beispielsweise bei der Isolierung von Turbinen.
• Der in Rede stehende Mantel dient nur dazu, einen die zu isolierende Oberfläche umgebenden Hohlraum zu begrenzen, und demzufolge braucht er nur dem von den verhältnismäßig leichten Isolierelementen ausgeübten Druck standzuhalten. Der Mantel kann daher aus einem verhältnismäßig dünnen und leicht zu verarbeitenden Material, wie z.B. ein dünnes Metallblech, zu bestehen. Der Mantel ist vorzugsweise aus plattenförmigen Elementen hergestellt, wenn eine Isolierung mit glatter Oberfläche erhalten werden soll.
• Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Mantel benutzt, bestehend aus Sandwichelementen, die einen Kern aus Mineralwolle haben, wobei ein Metallblech, wie z.B. ein Stahlblech an jeder Seite des Kerns mit Hilfe eines Bindemittels befestigt ist. Dadurch wird eine doppelte Isolierung erreicht, d.h. eine innere Isolierschicht, die von den in dem Hohlraum zwischen der zu isolierenden Oberfläche und dem Mantel angeordneten Isolierelementen gebildet wird, und eine äußere Isolierschicht, die von den besagten Sandwichelementen gebildet wird. Die äußere Isolierschicht wirkt daher im Fall von Schäden in der inneren Isolierschicht als Sicherheitsisolierschicht.
• Der Mantel kann aber auch aus einem starren Netz bestehen, vorausgesetzt, daß die Maschengröße des Netzes derart ist, daß die Isolierelemente in dem Netz zurückgehalten werden.
• Nach der Errichtung des erwähnten Mantels kann der Hohlraum zwischen der zu isolierenden Oberfläche und dem Mantel einfach mit Isolierelementen gefüllt werden. Da diese Isolierelemente leicht verformbar sind, können die Isolierelemente beim Ausfüllen des Hohlraums dicht gepackt werden, so daß in der Isolierung keine Löcher verbleiben.
• Falls die zu isolierende Oberfläche vorspringende Verankerungsbolzen aufweist, was bei Turbinengehäusen häufig der Fall ist, dann können Abstandshalter zum Abstützen des umgebenden Mantels an diesen Verankerungsbolzen befestigt werden. Dadurch wird ein genau definierter Hohlraum zwischen der zu isolierenden Oberfläche und dem umgebenden Mantel erhalten.
• Wenn die Isolierschicht entfernt werden soll, wahlweise nach Beseitigung des Mantels, dann werden die Isolierelemente beseitigt. Diese Elemente bleiben gewöhnlich gebrauchsfähig und können daher wieder verwendet werden, wenn nach einer durchgeführten Überprüfung eine wirksame Wärmeisolierung neu angebracht werden soll. Demzufolge müssen keine besonderen Vorkehrungen zum Schutz der Umgebung getroffen werden, wie z.B. die Errichtung eines Zeltes, wenn die Isolierschicht beseitigt und wieder neu angebracht wird.
• Wegen der Wiederverwendbarkeit der Isolierelemente können die Materialkosten minimal gehalten werden.
• Die offengelegte deutsche Patentanineldung 36 44 531 A1 offenbart ein Verfahren zum feuerfesten Ausfüllen von Abschirmöffnungen in Wänden und Böden, insbesondere von Öffnungen mit Kabeleinführungen. Bei diesem bekannten Verfahren werden Beutel aus Keramikfasergarnen, die ein leichtes, hitzfestes Material, wie z.B. Keramikgranulat, enthalten, in den Öffnungen und um die Leitung oder die Leitungen herum angeordnet.
• In der holländischen Patentanmeldung 84 00 351 ist ein Verfahren zur Isolierung eines Kellerraumes mit Hilfe eines in Beuteln oder Säcken enthaltenen Isoliermaterials, beispielsweise in Form von Mineralwolle, offenbart.
• Keines dieser bekannten Verfahren bezieht sich auf eine Hochtemperaturisolierung, und es werden keine einen Hohlraum begrenzende Elemente in einem Abstand von der zu isolierenden Fläche angebracht.
• Wie vorstehend erwähnt, bestehen die verwendeten Isolierelemente aus einer Umhüllung aus einem hitzefesten Material, wobei diese Umhüllung lose Materialfasern enthält.
• Der verwendete Ausdruck "hitzefest" bedeutet, daß das Material auf eine Temperatur von mindestens 100ºC erhitzt werden kann, ohne zu schmelzen oder sich zu zersetzen.
• Die verwendeten Umhüllungen bestehen vorzugsweise aus einem gewebten oder nicht-gewebten Fasermaterial, beispielsweise Nylonfasern, Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern und/oder Aramidfasern. Die Umhüllung kann auch aus anderen Materialien bestehen, beispielsweise einer dünnen perforierten Metallfolie. Umhüllungen aus einer solchen perforierten Metallfolie haben den Nachteil, daß sie auch in einem gewissen Umfang wärmereflektierend sind.
• Durch Veränderung der Lochgröße der perforierten Folie und der Dichte des gewebten oder nicht-gewebten Materials ist es auch möglich, das Austreten von Staub aus den Isolierelementen zu überwachen.
• Die Elemente haben vorzugsweise eine Dicke von einigen cm, und ihre Abmessungen reichen von einigen cm bis zu 50-100 cm. Für ein bestimmtes Isolierziel werden vorzugsweise Isolierelemente unterschiedlicher Größe verwendet, damit die Isolierelemente so dicht wie möglich gepackt werden können.
• Die in den Umhüllungen enthaltenen Mineralfasern enthalten vorzugsweise kein Bindemittel, weil verschiedene Bindemittel bei hoher Temperatur zur Zersetzung neigen und große Mengen an Gas abgeben.
• Bevorzugte Mineralfasern sind Steinwollefasern, Glasfasern, Karbonfasern und Keramikfasern. Steinwollefasern sind besondern vorteilhaft, weil sie bis zu Temperaturen von 1100 ºC hitzefest sind und weil sie verhältnismäßig billig sind.
• Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren hauptsächlich anhand der Wärmeisolierung von Arbeitsturbinen erläutert wurde, so ist davon auszugehen, daß sie beispielsweise auch zur Isolierung von Feuerungsanlagen und Dampfkesseln geeignet ist, einschließlich Dampfkesseln zur Verwendung in Blockheizanlagen und Blockdampfkesseln.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Turbinengehäuse, das mit einer Wärmeisolierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens versehen ist, und
• Fig. 2 einen Bereich des Querschnitts nach Fig. 1 in größerem Maßstab.
• Die Zeichnung zeigt ein Dampfturbinengehäuse 1 mit nach außen vorspringenden Bolzen 2. Das freie Ende 3 jedes Bolzens 2 hat ein Gewinde, und dieses Ende ist mit Muttern 4 an einem Ende eines Abstandshalters 5 befestigt, wobei das gegenüberliegende Ende des Abstandshalters mit einem das Dampfturbinengehäuse 1 umgebenden Mantel 6 verbunden ist. Der Hohlraum zwischen dem Dampfturbinengehäuse 1 und dem Mantel 6 ist mit einer großen Anzahl von Isolierelementen 7 gefüllt, die jeweils aus einer Umhüllung aus einem hitzefesten Material bestehen und ein Mineralfasermaterial enthalten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Wärmeisolierung einer Hochtemperaturfläche einer Arbeitsturbine, einer Feuerungsanlage oder eines Dampfkessels, umfassend das Anbringen eines Mantels oder eines Teils desselben in einem Abstand von der Oberfläche und das anschließende Ausfüllen des Hohlraums zwischen dem Mantel und der Oberfläche mit Mineralfasern zur Bildung einer Isolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit Isolierelementen ausgefüllt wird, wobei jedes Isolierelement eine Umhüllung aus einem flexiblen, hitzefesten Material aufweist und ein loses Mineralfasermaterial enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus einem dünnen Metallblech bestehenden Mantels.

3. Verfahren nach Anspruch l, gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus Sandwichelementen bestehenden Mantels, die aus einem Mineralwollekern und einem Metallblech gebildet sind, das mit einem Bindemittel an jeder Seite des Kerns befestigt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 zur Isolierung einer mit vorspringenden Verankerungsmittel versehenen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, däß der Mantel mit Abstandhaltern an den Verankerungsmitteln befestigt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen der Isolierelemente aus einem gewebten oder nicht-gewebten Fasermaterial bestehen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierelemente von unterschiedlicher Größe sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mineralfasermaterial aus bindemittelfreier Steinwolle besteht.