EP3458774B1 - Dampferzeugerrohr mit dralleinbaukörper - Google Patents

Dampferzeugerrohr mit dralleinbaukörper Download PDF

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EP3458774B1
EP3458774B1 EP17720704.0A EP17720704A EP3458774B1 EP 3458774 B1 EP3458774 B1 EP 3458774B1 EP 17720704 A EP17720704 A EP 17720704A EP 3458774 B1 EP3458774 B1 EP 3458774B1
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EP
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steam generator
installation body
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tube
generator tube
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Jan BRÜCKNER
Martin Effert
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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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
    • F22B37/101—Tubes having fins or ribs
    • F22B37/103—Internally ribbed tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/22—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a steam generator tube with an installation body.
  • Smooth tubes or internally finned tubes are used for evaporator heating surfaces in steam generators.
  • the use of internally finned tubes may be necessary for various reasons: low full-load mass flow density of the evaporator (e.g. BENSON Low Mass Flux Design), high heat flow density and risk of film boiling (e.g. drum boiler), avoidance of flow stratification in normal load operation (e.g. minimum load in spiral-tube evaporators).
  • internally finned tubes can only be manufactured with materials with a maximum chromium content of 5%. Is the use of internally finned tubes made of higher alloyed steel e.g. due to a further increase in the steam parameters, the internally finned tubes cannot be produced with consistently good quality using the production processes available today.
  • the EP 2 390 567 A1 a method for producing steam generator tubes, in which an installation body is fixed in the grooves of a stencil shaft, the stencil shaft is inserted with the installation body into a steam generator tube, the fixation of the installation body on the stencil shaft is released and the stencil shaft is removed again from the steam generator tube.
  • the DE 10 2012 219 898 B4 finally claims a resistance spot welding apparatus for fixing a swirl body on an inner wall of a steam generator tube and discloses the use of the resistance welding method for producing a connection between the tube and the body.
  • the installation body has a high degree of rigidity and it lies largely close to the inside wall of the tube as soon as the template shaft has been turned out of the tube.
  • contact on the pipe wall is not guaranteed at all points due to tolerances of the pipe and the installation body.
  • the electrode of the welding lance presses the wire of the installation body against the inner wall of the pipe via a hydraulic cylinder even before the welding current is switched on.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a steam generator tube with a built-in body.
  • the object directed to a method is achieved by a method for producing a steam generator tube with an installation body, in which a steam generator tube is produced with an elevation extending in the longitudinal direction of the steam generator tube on an inside of the tube and the installation body is welded to the elevation in the steam generator tube.
  • the invention is based on the knowledge that a contact surface between the installation body and the inner tube wall is required precisely on the welding electrode so that a sufficiently good quality of the weld can be reproducibly produced. It is therefore proposed according to the invention that a comparatively small increase is produced on the inner tube wall before the swirl installation body is introduced and that the welding of the installation body takes place exactly on this elevation.
  • the increase creates a defined point at which the local contact pressure acts through the electrode and where the current flows during welding.
  • the chromium content of the steam generator tube is typically over 5%.
  • the use of steels with a chromium content of over 5% is necessary.
  • Corresponding reliable manufacturing processes are not known, so that the additional effort for the provision of such a tube is justified with an increase.
  • the increase is less than 1 mm in the radial direction in relation to the steam generator tube.
  • the increase thus remains comparatively small and essentially only has to compensate for manufacturing tolerances.
  • the steam generator tube may be produced with an increase by cold drawing.
  • the special shape of the inside it is therefore possible for the special shape of the inside to be integrated into the manufacturing process of the semi-finished product largely cost-neutral.
  • stamp the elevation with a stamp, in particular with a hydraulic stamp.
  • the installation body is spiral and is welded to the elevation in several places. This can also be used for comparative purposes high steam parameters an internally finned steam generator tube can be produced.
  • the Figure 1 shows schematically and by way of example a steam generator tube 1 for the production of an in Figure 2 shown steam generator tube 2 with a spiral installation body 3rd
  • Figure 1 extends an increase 5 in the axial direction of the steam generator tube 1, namely how Figure 2 shows, over the entire area in which the spiral installation body 3 is arranged.
  • the installation body 3 is welded to the elevation 5 at several contact points 6.
  • FIG 3 shows schematically the individual steps of the manufacturing method according to the invention.
  • step A a steam generator tube 1 is produced with an elevation extending in the longitudinal direction of the steam generator tube on an inside of the tube, for example by means of cold drawing.
  • step B the installation body 3 is then first introduced and then welded in step C in the steam generator tube 1 on the elevation 5, so that a steam generator tube 2 with the installation body 3 is produced.
  • step B the installation body 3 has several turns, it is also welded at several contact points 6 between swirl installation body 3 and elevation 5.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Dampferzeugerrohrs mit Einbaukörper.
  • Für Verdampferheizflächen in Dampferzeugern werden Glattrohre oder innenberippte Rohre eingesetzt. Der Einsatz von innenberippten Rohren kann aus verschiedenen Gründen erforderlich sein: niedrige Volllastmassenstromdichte des Verdampfers (z.B. BENSON Low Mass Flux Design), hohe Wärmestromdichte und Gefahr von Filmsieden (z.B. Trommelkessel), Vermeidung von Strömungsschichtung im normalen Lastbetrieb (z.B. Mindestlast in spiralberohrten Verdampfern).
  • Die Innenberippung der Rohre wird nach dem Stand der Technik durch einen Kaltziehprozess hergestellt. Nach heutigem Kenntnisstand können innenberippte Rohre nur mit Materialien mit einem maximalen Chromgehalt von 5% hergestellt werden. Wird der Einsatz von innenberippten Rohren aus höher mit Chrom legierten Stählen z.B. durch einen weiteren Anstieg der Dampfparameter erforderlich, so können die innenberippten Rohre mit den heute verfügbaren Fertigungsprozessen nicht mit gleichbleibend guter Qualität hergestellt werden.
  • Mit bereits erfolgten Patentanmeldungen wurde der Ersatz der kaltgezogenen Innenrippen durch Einbaukörper vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart die WO 2011/151135 A2 die Herstellung und Montage eines Dralleinbaukörpers in einem glatten Verdampferrohr.
  • Ferner offenbart die EP 2 390 567 A1 ein Verfahren zum Herstellen von Dampferzeugerrohren, bei dem ein Einbaukörper in Nuten einer Schablonenwelle fixiert wird, die Schablonenwelle mit dem Einbaukörper in ein Dampferzeugerrohr eingeführt wird, die Fixierung des Einbaukörpers an der Schablonenwelle gelöst wird und die Schablonenwelle wieder aus dem Dampferzeugerrohr entfernt wird.
  • Die DE 10 2012 219 898 B4 beansprucht schließlich einen Widerstandspunktschweißapparat zum Fixieren eines Dralleinbaukörpers auf einer Innenwandung eines Dampferzeugerrohrs und offenbart die Anwendung des Widerstandsschweißverfahrens zur Herstellung einer Verbindung zwischen Rohr und Einbaukörper.
  • Es zeigt sich jedoch, dass die Qualität der erzielten Schweißergebnisse mit dem Widerstandspunktschweißapparat stark streut. Der Einbaukörper hat eine hohe Steifigkeit und er liegt weitgehend eng an der Rohrinnenwand an, sobald die Schablonenwelle aus dem Rohr heraus gedreht wurde. Der Kontakt an der Rohrwand ist aber aufgrund von Toleranzen des Rohres und des Einbaukörpers nicht an allen Stellen sicher gegeben. Die Elektrode der Schweißlanze presst zwar über einen Hydraulikzylinder bereits vor dem Zuschalten des Schweißstroms den Draht des Einbaukörpers an die Rohrinnenwand an. Dennoch ist nicht sichergestellt, dass genau und nur an der Schweißelektrode eine elektrisch leitende Kontaktfläche zwischen dem Einbaukörper und der Rohrinnenseite hergestellt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Dampferzeugerrohrs mit Einbaukörper anzugeben.
  • Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Dampferzeugerrohrs mit Einbaukörper, bei dem ein Dampferzeugerrohr mit einer sich in Längsrichtung des Dampferzeugerrohres auf einer Rohrinnenseite erstreckenden Erhöhung hergestellt wird und der Einbaukörper im Dampferzeugerrohr auf der Erhöhung verschweißt wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Kontaktfläche zwischen Einbaukörper und Rohrinnenwand genau an der Schweißelektrode erforderlich ist, damit eine ausreichend gute Qualität der Verschweißung reproduzierbar hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass auf der Rohrinnenwand vor dem Einbringen des Dralleinbaukörpers eine vergleichsweise kleine Erhöhung hergestellt wird und dass die Schweißung des Einbaukörpers genau auf dieser Erhöhung erfolgt.
  • Durch die Erhöhung entsteht eine definierte Stelle, an welcher der lokale Anpressdruck durch die Elektrode wirkt und an der beim Schweißen der Strom fließt.
  • Der Chromgehalt des Dampferzeugerrohrs liegt typischer Weise über 5%. Bei Dampferzeugerrohren für Dampferzeuger mit vergleichsweise hohen Dampfparametern ist die Verwendung von Stählen mit einem Chromgehalt von über 5% notwendig. Entsprechende zuverlässige Fertigungsprozesse sind nicht bekannt, so dass der Mehraufwand für die Bereitstellung eines solchen Rohres mit Erhöhung gerechtfertigt ist.
  • Die Erhöhung ist kleiner 1 mm in radialer Richtung bezogen auf das Dampferzeugerrohr. Die Erhöhung bleibt damit vergleichsweise klein und muss im Wesentlichen lediglich Fertigungstoleranzen ausgleichen.
  • Dabei kann es zweckmäßig sein, dass das Dampferzeugerrohr mit Erhöhung durch Kaltziehen hergestellt wird. In einem großtechnischen Prozess ist es somit möglich, dass die besondere Form der Innenseite weitgehend kostenneutral bereits in den Herstellungsprozess des Halbzeugs integriert wird.
  • Alternativ kann es zweckmäßig sein, die Erhöhung mit einem Stempel, insbesondere mit einem hydraulischen Stempel, zu prägen.
  • In beiden Fällen lassen sich so ohne Weiteres Erhöhungen von wenigen Zehntelmillimetern herstellen bzw. prägen, auf denen dann die Schweißung mit ausreichender Festigkeit im Dampferzeugerrohr erfolgen kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ist der Einbaukörper spiralförmig und wird an mehreren Stellen auf der Erhöhung verschweißt. Dadurch kann auch für vergleichsweise hohe Dampfparameter ein innenberipptes Dampferzeugerrohr hergestellt werden.
  • Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
    • Figur 1
    ein Dampferzeugerrohr mit Erhöhung
    Figur 2
    ein Dampferzeugerrohr mit spiralförmigem Einbaukörper und
    Figur 3
    ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft ein Dampferzeugerrohr 1 für die Herstellung eines in Figur 2 gezeigten Dampferzeugerrohrs 2 mit spiralförmigem Einbaukörper 3.
  • Auf der Innenseite 4 des Dampferzeugerrohrs 1 der Figur 1 erstreckt sich eine Erhöhung 5 in axialer Richtung des Dampferzeugerrohres 1 und zwar, wie Figur 2 zeigt, über den gesamten Bereich, in dem der spiralförmige Einbaukörper 3 angeordnet ist. Der Einbaukörper 3 ist an mehreren Kontaktpunkten 6 mit der Erhöhung 5 verschweißt.
  • Figur 3 zeigt schematisch die einzelnen Schritte des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung. In Schritt A wird ein Dampferzeugerrohr 1 mit einer sich in Längsrichtung des Dampferzeugerrohres auf einer Rohrinnenseite erstreckenden Erhöhung hergestellt, beispielsweise mittels Kaltziehen. Somit entsteht der Gegenstand der Figur 1. In Schritt B wird dann zunächst der Einbaukörper 3 eingebracht und anschließend im Schritt C im Dampferzeugerrohr 1 auf der Erhöhung 5 verschweißt, so dass ein Dampferzeugerrohr 2 mit Einbaukörper 3 entsteht. Da ein in Figur 2 gezeigter Dralleinbaukörper 3 mehrere Windungen aufweist, wird er auch an mehreren Kontaktpunkten 6 zwischen Dralleinbaukörper 3 und Erhöhung 5 verschweißt.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Dampferzeugerrohrs (2) mit Einbaukörper (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampferzeugerrohr (1) mit einer sich in Längsrichtung des Dampferzeugerrohres (1) auf einer Rohrinnenseite (4) erstreckenden Erhöhung (5) hergestellt wird und der Einbaukörper (3) im Dampferzeugerrohr (1) auf der Erhöhung (5) verschweißt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dampferzeugerrohr (1) mit Erhöhung (5) durch Kaltziehen hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erhöhung (5) mit einem Stempel geprägt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einbaukörper (3) spiralförmig ist und an mehreren Kontaktpunkten (6) auf der Erhöhung (5) verschweißt wird.
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