EP2428729A1 - Verfahren zur Herstellung von Kondensator- oder Wärmetauscherrohren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Kondensator- oder Wärmetauscherrohren Download PDF

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EP2428729A1
EP2428729A1 EP10175962A EP10175962A EP2428729A1 EP 2428729 A1 EP2428729 A1 EP 2428729A1 EP 10175962 A EP10175962 A EP 10175962A EP 10175962 A EP10175962 A EP 10175962A EP 2428729 A1 EP2428729 A1 EP 2428729A1
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EP
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support material
base material
adhesive
heat exchanger
exchanger tubes
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EP10175962A
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Dominik Mensing
Uwe Natanski
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/107—Protection of water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
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    • F28F21/089—Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F28F2275/025—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials by using adhesives

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of condenser or heat exchanger tubes, wherein a base material is used, which is connected to a support material.
  • the condenser or heat exchanger tubes are therefore provided with a sufficient corrosion protection against these cooling media, which is done by plates that are used as tubesheet or tube plate is plated with a support material made of titanium or austenitic materials, the support material the appropriate Forms corrosion protection.
  • the support material must be connected as well as possible to the base material. On the one hand, the connection should not be solvable and it should be possible to produce the pipes quickly and quickly.
  • the object of the invention is to provide a cost-effective production process.
  • This object is achieved by a method for producing condenser or heat exchanger tubes, wherein a base material is used, which is connected to a support material, wherein the support material is bonded with an adhesive on the base material.
  • the invention is therefore based on the idea no longer to use the elaborate explosive cladding, but to stick the support material with the aid of suitable adhesives on the base material. An explosive plating would thus be completely eliminated. Bonding would result in cost advantages of more than 50%. Another advantage of the bonding method over explosive cladding is that shorter production times are possible since the complex measures for explosive cladding are eliminated. Furthermore, there are fewer security risks in bonding compared to the high security risks associated with handling explosives.
  • the adhesive is applied with a brush, a roller or a spatula.
  • the adhesive is applied on one side either only on the base material or only on the support material.
  • a comparatively fast production is possible because the adhesive has to be applied only on one side.
  • an adhesive based on epoxy resin is used. Measurements and tests have shown that an optimal connection between the base material and the cladding material is possible through the use of epoxy resin as adhesive.
  • the base material is sheet metal and the support material is titanium or an austenitic material. Especially this combination leads to an excellent protection against corrosion when used in aggressive or corrosive cooling media.
  • FIG. 1 shows a comparison between the conventional explosive plating method and the bonding method according to the invention.
  • a base material 1 is first arranged and possibly fixed in place by means of devices.
  • a support material 2 above the base material 1 in a suitable Arranged way.
  • a slight gap 4 between the support material 2 and the base material 1 is a slight gap 4, wherein in the illustration according to FIG. 1 the gap 4 is exaggerated strong.
  • an explosive charge is arranged locally in the vicinity of the support material 2 in a suitable manner.
  • a detonation which are symbolized by detonation arrows 5, there is a pressure wave acting on the support material 2.
  • the disadvantage here is that the surface is formed by possibly occurring forces inhomogeneities wavy.
  • the method according to the invention is characterized in that an adhesive 3 which is produced on the basis of epoxy resins is used.
  • the base material 1 is fixed in a stationary manner in a first method step and provided with the adhesive 3.
  • the support material 2 can be fixed in place and provided with the adhesive 3.
  • the application of the adhesive 3 by means of a brush, a roller or a spatula. The application should be such that the density distribution of the adhesive 3 on the surface of the base material 1 and the support material 2 is uniform.
  • the base material 1 is bonded to the support material 2 with each other, during the curing time of the adhesive 3, the base material 1 can be moved relative to the support material 2, thus allowing alignment of the two materials.
  • the curing time of the adhesive 3 is that time in which the adhesive 3 mechanically bonds the base material 1 to the support material 2 by chemical processes. After the curing time of the adhesive 3 is usually cured and a displacement of the base material 1 relative to the support material 2 is then no longer possible.
  • a sheet is used as the base material 1.
  • a support material 2 titanium or austenitic material is used as a support material 2 titanium or austenitic material is used. The support material 2 is exposed during operation aggressive and corrosive fluid media.
  • the base material 1 and the support material 2 are mechanically processed into tubes.
  • the tubes can then be used in capacitors or in heat exchangers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kondensator- oder Wärmetauscherrohren, wobei ein Grundwerkstoff (1) per Klebung mit einem Auflagewerkstoff (2) verbunden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kondensator- oder Wärmetauscherrohren, wobei ein Grundwerkstoff verwendet wird, der mit einem Auflagewerkstoff verbunden wird.
  • In Dampfkraftwerken bzw. in Gas- und Dampfturbinenkraftwerken wird in einem Kreislauf Wasser zu Dampf erhitzt und nach einem thermodynamischen Entspannungsprozess wieder zu Wasser umgewandelt. Die Umwandlung des Dampfes in Wasser geschieht in Wärmetauscherrohren bzw. in Kondensatorrohren. Diese Kondensator- bzw. Wärmetauscherrohre werden in der Regel aggressiven und korrosiven Kühlmedien wie z. B. Salz-, Fluss- oder Brackwasser ausgesetzt. Es besteht hierbei die Gefahr, dass die Kondensator- oder Wärmetauscherrohre durch die aggressiven bzw. korrosiven Kühlmedien angegriffen und beschädigt werden.
  • Die Kondensator- oder Wärmetauscherrohre werden deswegen mit einem ausreichenden Korrosionsschutz gegen diese Kühlmedien versehen, was dadurch geschieht, dass Bleche, die als Rohrboden bzw. Rohrplatte eingesetzt werden, mit einem Auflagewerkstoff aus Titan bzw. aus austenitischen Werkstoffen plattiert wird, wobei der Auflagewerkstoff den angemessenen Korrosionsschutz bildet.
  • Der Auflagewerkstoff muss möglichst gut mit dem Grundwerkstoff verbunden sein. Zum einen sollte die Verbindung nicht lösbar und es sollte eine schnelle und zügige Herstellung der Rohre möglich sein.
  • Es ist bekannt, den Auflagewerkstoff mit dem Grundwerkstoff mittels einer Sprengung zusammenzufügen. Allerdings werden bei dieser Sprengplattierung die Grundwerkstoffe und die Auflagewerkstoffe mechanisch stark beansprucht. Es ist durchaus möglich, dass der Grundwerkstoff, der z. B. aus einem Blech besteht, stark deformiert werden kann. Nach der Sprengplattierung erfolgt in der Regel ein aufwändiges Richten und Reinigen der Bleche. Nach diesem Verfahrensschritt erfolgt häufig eine zerstörende oder zerstörungsfreie Prüfung des hergestellten Werkstoffes.
  • Die Herstellungskosten solcher Werkstoffe sind aufgrund des aufwändigen Herstellungsverfahrens vergleichsweise hoch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Herstellungsverfahren anzugeben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Kondensator- oder Wärmetauscherrohren, wobei ein Grundwerkstoff verwendet wird, der mit einem Auflagewerkstoff verbunden wird, wobei der Auflagewerkstoff mit einem Kleber auf dem Grundwerkstoff verklebt wird.
  • Die Erfindung geht somit von dem Gedanken aus, nicht mehr die aufwändige Sprengplattierung zu verwenden, sondern den Auflagewerkstoff mit Hilfe von geeigneten Klebern auf den Grundwerkstoff zu kleben. Eine Sprengplattierung würde somit gänzlich entfallen. Durch die Klebung würden sich dadurch Kostenvorteile von über 50% ergeben. Ein weiterer Vorteil des Klebeverfahrens gegenüber der Sprengplattierung liegt darin, dass kürzere Fertigungszeiten möglich sind, da die aufwändigen Maßnahmen für die Sprengplattierung entfallen. Des Weiteren sind geringere Sicherheitsrisiken beim Kleben vorhanden im Vergleich zu den hohen Sicherheitsrisiken beim Umgang mit Sprengstoffen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • So ist es vorteilhaft, nach dem Verkleben der Grundwerkstoffe mit dem Auflagewerkstoff während der Härtezeit des Klebers zu fixieren. Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, nach dem Aufbringen des Klebers den Grundwerkstoff gegenüber dem Auflagewerkstoff zu verschieben, um dadurch eine optimale Ausrichtung des Auflagewerkstoffs gegenüber dem Grundwerkstoff zu haben.
  • Vorteilhafterweise wird der Kleber mit einem Pinsel, einer Rolle oder einem Spachtel aufgetragen. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird der Kleber einseitig entweder nur auf dem Grundwerkstoff oder nur auf dem Auflagewerkstoff aufgebracht. Dadurch ist eine vergleichsweise schnelle Fertigung möglich, da der Kleber lediglich nur auf einer Seite aufgebracht werden muss.
  • Vorteilhafterweise wird ein Kleber auf Basis von Expoxidharz verwendet. Messungen und Versuche haben gezeigt, dass eine optimale Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Auflagewerkstoff möglich ist durch die Verwendung von Epoxidharz als Klebestoff.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird als Grundwerkstoff Blech und als Auflagewerkstoff Titan oder ein austenitischer Werkstoff verwendet. Gerade diese Kombination führt zu einem hervorragenden Schutz gegenüber Korrosion beim Einsatz in aggressiven bzw. korrosiven Kühlmedien.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur 1 zeigt einen Vergleich zwischen dem herkömmlichen Sprengplattierverfahren und dem erfindungsgemäßen Klebeverfahren.
  • In der Figur 1 wird zunächst ein Grundwerkstoff 1 angeordnet und eventuell mittels Vorrichtungen ortsfest fixiert. Im Verfahren gemäß dem Stand der Technik, was durch eine Sprengplattierung erfolgt, wird in einem nächsten Verfahrensschritt ein Auflagewerkstoff 2 über dem Grundwerkstoff 1 in geeigneter Weise angeordnet. Zwischen dem Auflagewerkstoff 2 und dem Grundwerkstoff 1 ist ein geringfügiger Spalt 4, wobei in der Darstellung gemäß Figur 1 der Spalt 4 übertrieben stark dargestellt ist.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt wird in geeigneter Weise eine Sprengladung lokal in die Nähe des Auflagewerkstoffs 2 angeordnet. Durch eine Detonation, die durch Detonationspfeile 5 symbolisiert sind, erfolgt eine Druckwelle, die auf den Auflagewerkstoff 2 wirkt. Dadurch erfolgt eine Kraft, die den Auflagewerkstoff 3 unter großer Kraftentfaltung mit dem Grundwerkstoff 1 verbindet. Nachteilig ist hierbei, dass die Oberfläche durch eventuell auftretende Kräfte Inhomogenitäten wellig ausgebildet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Kleber 3, der auf Basis von Epoxidharzen hergestellt ist, eingesetzt wird. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt der Grundwerkstoff 1 ortsfest fixiert und mit dem Kleber 3 versehen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Auflagewerkstoff 2 ortsfest fixiert und mit dem Kleber 3 versehen werden. Das Auftragen des Klebers 3 erfolgt mittels eines Pinsels, einer Rolle oder eines Spachtels. Die Auftragung sollte dabei derart sein, dass die Dichte-Verteilung des Klebers 3 auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs 1 bzw. des Auflagewerkstoff 2 gleichmäßig ist.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt wird der Grundwerkstoff 1 mit dem Auflagewerkstoff 2 miteinander verklebt, wobei während der Härtezeit des Klebers 3 der Grundwerkstoff 1 gegenüber dem Auflagewerkstoff 2 verschoben werden kann, um somit ein Ausrichten der beiden Werkstoffe zu ermöglichen. Die Härtezeit des Klebers 3 ist diejenige Zeit, in der der Kleber 3 durch chemische Prozesse den Grundwerkstoff 1 mit dem Auflagewerkstoff 2 mechanisch verbindet. Nach der Härtezeit ist der Kleber 3 in der Regel ausgehärtet und ein Verschieben des Grundwerkstoffs 1 gegenüber dem Auflagewerkstoff 2 ist anschließend nicht mehr möglich.
  • Als Grundwerkstoff 1 wird ein Blech verwendet. Als Auflagewerkstoff 2 wird Titan oder austenitischer Werkstoff verwendet. Der Auflagewerkstoff 2 wird im Betrieb aggressiven und korrosiven Fluidmedien ausgesetzt.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt werden der Grundwerkstoff 1 und der Auflagewerkstoff 2 mechanisch zu Röhren verarbeitet. Die Röhren können anschließend in Kondensatoren oder in Wärmetauschern verwendet werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von Kondensator- oder Wärmetauscherrohren,
    wobei ein Grundwerkstoff (1) verwendet wird, der mit einem Auflagewerkstoff (2) verbunden wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Auflagewerkstoff (2) mit einem Kleber (3) auf dem Grundwerkstoff (1) verklebt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei nach dem Verkleben der Grundwerkstoff (1) mit dem Auflagewerkstoff (2) während der Härtezeit des Klebers (3) fixiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Kleber (3) mittels Pinsel, Rolle oder Spachtel aufgetragen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    wobei der Kleber (3) einseitig entweder nur auf dem Grundwerkstoff (1) oder nur auf dem Auflagewerkstoff (2) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein Kleber (3) auf Basis von Epoxidharz verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein Blech als Grundwerkstoff (1) verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein Auflagewerkstoff (2) aus Titan oder austenitischen Werkstoffen verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Grundwerkstoff (1) und der Auflagewerkstoff (2) zu Rohren verarbeitet werden.
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