NL8000181A

NL8000181A - Corrosiebestendige buis-plaatverbinding.

Info

Publication number: NL8000181A
Application number: NL8000181A
Authority: NL
Original assignee: Sterling Drug Inc
Priority date: 1979-01-19
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1980-07-22
Also published as: FR2446984B1; BE881193A; DE3001756A1; GB2042117A; FR2446984A1; JPS5597893A; GB2042117B; CA1133465A; KR830002185A; US4288109A

Description

P & c ' LW 874-192 Ned. *

Corrosiebestendlge buis-plaatverbinding

De uitvinding heeft betrekking op een corrosiebestendige verbinding en op een werkwijze voor het vormen van deze verbinding.

Bij een warmtewisselaar met een aantal buizen en een mantel worden pijpenplaten gebruikt voor het scheiden van de kanaaldelen van de 5 warmtewisselaar van het manteldeel. De buizen worden gestoken door gaten in de pijpenplaten waardoor een normaal heet medium kan worden gevoerd van het inlaat-kanaaldeel door de buizen naar het uitlaat-kanaaldeel, waarbij dit medium is gescheiden van het de warmte opnemende medium, dat door de mantel-ruimte wordt gevoerd. De buizen worden afgedicht in de pijpenplaten aange-10 bracht door rollen (walsen) en solderen of lassen. Dergelijke warmtewisselaars worden algemeen gebruikt.

Daar de pijpenplaten blootstaan aan zowel het hete als het warmte opnemende medium moeten zijn zijn vervaardigd van een materiaal of materialen welke met de beide media verenigbaar zijn. Wanneer het hete 15 medium corrosief is worden de pijpenplaten vaak bekleed met een corrosie-bestendig materiaal zoals titaan en worden de buizen vervaardigd van hetzelfde materiaal. Het basismateriaal, gewoonlijk koolstofstaal, geeft de gewenste sterkte aan de pijpenplaten, terwijl titaan, dat een lage belastbaarheid heeft bij hoge temperaturen, de noodzakelijke corrosieweerstand 20 geeft. Teneinde vernieling van de pijpenplaat te voorkomen mag het corrosieve medium niet in aanraking kernen met het basismetaal. Daarom worden de buizen rechtstreeks gelast aan het bekledingsmateriaal aan de kanaalzijde van de pijpenplaat.

Door de noodzakelijke kleine afstand van de pijpen tot elkaar 25 aan de mantelzijde van de pijpenplaten is het niet mogelijk de buizen te lassen aan een bekleding aan de mantelzijde. Daarom was het bij toepassingen, waarbij het nodig is corrosieweerstand te verschaffen aan de beide zijden van de pijpenplaat, nodig de pijpenplaat te vervaardigen van een massief stuk titaan. Bij hoge temperaturen (120° tot 300°C) heeft titaan 30 een zeer lage belastbaarheid, zodat een zeer dikke, zware en dure pijpenplaat nodig is voor het weerstaan van de hoge drukken (2068 tot 20.680 kPa overdruk). Een pijpenplaat van voldoende dikte om deze druk te kunnen weerstaan is gewoonlijk niet uitvoerbaar daar de kosten van het metaal hoog zijn en het boren van precisiegatén door dit dikke metaal moeilijk-35 heden geeft.

Bij een warmtewisselaar waarvan zowel de buizen als de mantel van titaan moeten zijn vervaardigd zijn ook pijpenplaten van titaan nodig.

Bij hoge temperaturen verliest titaan zijn sterkte en wanneer een groot 800 0 1 91 -2- .*·* * drukverschil bestaat over de pijpenplaat moet deze zeer dik worden uitgevoerd. Deze dikte zou voor een pijpenplaat met een diameter van 45 cm, werkend bij een temperatuur van 290° en een ontwerpdrukverschil van 13790 kPa, meer dan 25 cm bedragen. Dit zou dan een zeer duur stuk metaal 5 zijn en verder is het erg moeilijk rechte gaten te boren door een 25 cm dikke metaalplaat.

Verder kan het lassen van de buizen aan de mantelzijde van de pijpenplaat (onverschillig of deze een bekleding, voering heeft of alleen uit het basismetaal bestaat) vrijwel onmogelijk worden door de kleine onder-10 linge afstand van de pijpen, terwijl het ook ongewenst is daar later verwijderen van een buis of buizen voor reparatie of vervanging moeilijk is.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een verbinding die bijvoorbeeld nuttig is bij de pijpenplaten van warmtewisselaars, welke verbinding corrosiebestendig moet zijn zowel aan de mantelzijde als aan de 15 kanaalzijde en aanraking van een corrosief medium met eventueel niet-corrosie-bestendige materialen moet voorkomen.

Een speciaal doel is het verminderen van de hoeveelheid duur corrosiebestendig metaal die nodig is voor deze verbindingen, door toepassing van dunne lagen bekleding of voering aan de beide zijden van het basis-20 metaal van de pijpenplaat, waarbij gebruik kan worden gemaakt van corrosie-bestendige bussen en corrosiebestendige buisstukken binnen deze bussen.

De uitvinding verschaft een corrosiebestendige verbinding bestaande uit een corrodeerbare metaalplaat met doorgaande gaten en voorzien van corrosiebestendig materiaal op zijn beide vlakken, waarbij een corrosie-25 bestendige buis steekt door de gaten en een corrosiebestendige bus is gelegen binnen het gat en gelast aan het corrosiebestendige materiaal op de beide plaatvlakken, waardoor corrosiebestendig materiaal is aangebracht tussen het gat en het omgevende deel van de pijpenplaat waarbij de buis of pijp wordt aangebracht binnen en bevestigd aan de bus.

30 De uitvinding omvat ook een werkwijze voor het vormen van een corrosiebestendige verbinding met een corrodeerbare metaalplaat die is voorzien van corrosiebestendig materiaal aan zijn beide vlakken, waarbij deze werkwijze bestaat in het boren van een gat door de plaat, het steken van een corrosiebestendige buis door het gat, het inbrengen van een corro-35 siebestendige bus in het gat voordat de buis daardoor wordt gestoken, het lassen van de bus aan het corrosiebestendige materiaal op de beide plaatvlakken zodanig dat de bus geheel verloopt door de plaat en wordt gelast aan het corrosiebestendige materiaal op de beide plaatvlakken, waarna de buis of pijp wordt gestoken in de bus en de buis wordt verbonden met de 800 0 1 81 i -3- bus.

Een pijpenplaat bestaat uit een dubbele bekleding of een laminaat aan beide zijden, bestaande uit corrosiebestendig materiaal, op een plaat basismetaal, bijvoorbeeld staal, waarbij gaten met een overmaatdiameter 5 worden geboord in de pijpenplaat. Corrosiebestendige bussen worden in elk gat geperst en gelast aan de bekleding of het laminaat aan de beide vlakken van de pijpenplaat. Daarna kunnen deze bussen worden uitgeboord op de juiste binnenmaat voor het insteken van de pijpen.

De verkregen pijpenplaat vervangt een veel dikkere pijpenplaat 10 die geheel is vervaardigd van het corrosiebestendige metaal. De corrosiebestendige buizen worden door de bussen in de gaten gestoken en gewalst of gerold, bij voorkeur gevolgd door het lassen van de bus alleen aan de kanaalzijde van de plaat. Ook is lassen zonder rollen mogelijk. Een eventuele lek van het medium naar de mantelzijde tussen de pijpen en de inge-15 zette bussen geeft geen corrosie daar het basismetaal, bijvoorbeeld koolstofstaal, door de ingezette bussen wordt beschermd tegen het corrosieve medium.

Met deze werkwijze zijn lagere fabricagekosten mogelijk van een warmtewisselaar voor toepassingen bij hoge temperatuur en druk, waarbij 20 zowel voor het door de pijpen stromende medium als voor het mantelmedium materiaal zoals titaan nodig zijn.

In Amerikaans octrooischrift 3.216.749 zijn soortgelijke buizen en pijpenplaten beschreven als waarop de onderhavige uitvinding betrekking heeft en daaruit blijkt de korte onderlinge afstand van de pijpen waardoor 25 het lassen aan de mantelzijde onmogelijk wordt. In de tekeningen van dit octrooischrift is een zogenaamde "laadbuis 4" weergegeven, gestoken in een nippel, terwijl een drukbestendige bus 11 los is gemonteerd ten opzichte van de nippel, zodat deze bus bij warmteuitzetting kan verschuiven. Anderzijds kan de drukbestendige bus 11 zodanig worden aangebracht dat hij 30 verloopt over de gehele afstand door de nippel 5 en kan daarna de laadbuis 4 binnen deze bus 11 worden aangebracht. Tenminste in het middendeel van fig. 2 van dit octrooischrift is de laadbüs 4 geïsoleerd van de nippel 5 en cok van de stalen plaat 1.

Andere van belang zijnde literatuur wordt gevormd door de 35 Amerikaanse octrooischriften 2.368.391, 3.257.710, 3.367.414, 3.628.923, 3.717.925 en 4.071.083.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin twee uitvoeringsvoorbeelden van de verbinding volgens de uitvinding zijn weergegeven.

% 800 0 1 81 ie -4- ί

Fig. 1 toont een dwarsdoorsnede door een pijpenplaat en geeft de eerste stap weer van de vorming van de verbinding.

Fig. 2 komt overeen met fig. 1, waarbij hier de corrosiebesten-dige bus is aangebracht.

5 Fig. 3 toont de toestand waarbij de corrosiebestendige pijp binnen de bus is aangebracht.

Fig. 4 is een bovenaanzicht in de richting van pijl 4 van fig.

3.

Fig. 5 komt overeen met fig. 3 maar betreft een andere uitvoerings-10 vorm van de verbinding.

Een basisplaat 10 van sterk materiaal, bijvoorbeeld koolstofstaal is voorzien van dunne corrosiebestendige lagen of platen 12, 14, aangebracht op de vlakken van de basisplaat, waarbij de relatieve dikte van de delen 10, 12 en 14 ongeveer wordt weergegeven door de figuur en bijvoorbeeld 15 gelden voor de pijpenplaat van een warmtewisselaar. De kanaalzijde of vrije zijde draagt de laag 12, terwijl de mantelzijde, waar zich de pijpen bevinden, de laag 14 draagt. Een aantal gaten 16 zijn geboord op bepaalde plaatsen in het samenstel 10, 12, 14.

Voor het verduidelijken van de uitvinding behoeft slechts een 20 enkel gat te worden besproken, maar de opstelling van de gaten kan zijn bijvoorbeeld volgens Amerikaans octrooischrift 3.216.749.

Het gat wordt geboord met overmaat en is bestemd voor het opnemen van een corrosiebëstendige bus 18, welke in het gat wordt geperst en vastgelast aan de beide einden aan de omgevende platen 12 en 14, ringvormig 25 bij 20 en 22 aan weerszijden van de pijpenplaat. Nadat de bus 18 in het gat 16 is gestoken kan de binnendiameter van de bus, indien nodig, worden vergroot tot een maat welke voldoende is om een buis of pijp 24 te kunnen opnemen. De bus steekt in de weergegeven uitvoeringsvorm aan beide zijden buiten de basisplaat uit en is met hoeklassen vastgelast en bestemd voor 30 het opnemen van een buis 24 die uitsteekt voorbij de bus 18 en de corrosiebestendige laag 12, zodat ook de buis 24 kan worden verbonden met de bus 18 door een hoeklas of V-las 26. De buis steekt natuurlijk ook aan de andere zijde van de pijpenplaat uit op bekende wijze waarbij de constructie kan zijn zoals in de stand der techniek is weergegeven.

35 De buis 24 wordt gerold (gewalst) en/of ringvormig gelast bij 26 aan de bus 18 aan de kanaalzijde, maar niet aan de bus 18 aan de mantelzijde. De lassen 20, 22 en 26 verankeren de corrosiebestendige lagen 12, 14 aan de basisplaat 10 en leggen de buis op zijn plaats vast. Wanneer het nodig wordt een buis 24 te verwijderen kan de toegankelijke las 26 gemakke- 800 0 1 81

V

-5- lijk worden verbroken en de buis worden uitgeschoven, maar als er een las zou zijn tussen de buis 24 en de binnenste corrosiebestendige laag 14, zou dit niet uitvoerbaar zijn. Toch is de constructie stevig en heeft mechanisch een lange levensduur, waardoor een samenstel wordt verkregen, bijvoorbeeld 5 in een warmtewisselaar, van lagere kosten ten opzichte van het gebruik van massief corrosiebestendig materiaal voor de pijpenplaten.

In een andere uitvoeringsvorm volgens fig. 5 liggen de bus 18' en de buis 24' met de einden in één vlak met de laag 12'. De aangrenzende randen van de buis 24' en de bus 18' en van de bus 18' en de lagen 12' en 10 14' zijn afgeschuind, waardoor V-groeven zijn ontstaan waarin V-lassen 28 en 30 worden aangebracht, in hoofdzaak in één vlak met de buitenvlakken van de lagen 12' en 14'. Daar een kleine lek van de mantelzijde naar de kanaal-zijde of omgekeerd kan worden toegestaan kan de buis 24' stevig op zijn plaats worden aangebracht door rollen zonder volgend lassen. Deze mogelijk-15 heid bestaat zowel voor de uitstekende buis volgens fig. 3 als voor de gelijk liggende buis volgens fig. 5.

De dunne corrosiebestendige lagen 12 en 14 kunnen worden bevestigd aan de basisplaat 10, hetgeen wordt aangeduid met "bekleden", maar ook kunnen zij op hun plaatsen worden vastgeklemd totdat de verbinding 20 met de pijpen is voltooid. Dan houden de lassen de platen of lagen 12 en 14 op hun plaatsen.

800 0 1 81

Claims

1. Corrosiebestendige verbinding met een corrodeerbare metaalplaat met een doorgaand gat, waarbij corrosiébestendig materiaal op de beide plaatvlakken is aangebracht en een corrosiebestendige buis door het gat steekt, gekenmerkt door een corrosiebestendige bus (18, 18'), aangebracht 5 in het gat en gelast (20; 28} aan het corrosiebestendige materiaal op de beide plaatvlakken, zodanig dat corrosiebestendig materiaal aanwezig is tussen het gat en het omgevende deel van de metaalplaat, waarbij de buis is aangebracht binnen en bevestigd (26; 30) aan de bus (18; 18')·

2. Verbinding volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de plaat 10 een stalen plaat is.

3. Verbinding volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de bus (18) uitsteekt buiten de beide buitenvlakken van het corrosiebestendige materiaal, dat de beide plaatvlakken bedekt en door hoeklassen (20) is bevestigd aan het corrosiebestendige materiaal aan weerszijden van de plaat.

4. Verbinding volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat één einde van de buis uitsteekt buiten één einde van de bus (18).

5. Verbinding volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het andere einde van de buis voorbij zijn aangrenzende plaatvlak uitsteekt.

6. Verbinding volgens conclusie 5, met het kenmerk dat dit andere 20 einde van de buis niet aan de bus is vastgelast.

7. Verbinding volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het vlak van de plaat waaraan de buis en de bus zijn vastgelast, de kanaalzijde is van een warmtewisselaar, en het vlak van de plaat, waaraan de buis en de bus niet zijn vastgelast, de mantelzijde van de warmtewisselaar is.

8. Verbinding volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk dat de bus (18') eindigt in het buitenvlak van het corrosiebestendige materiaal (12’) dat één of de beide vlakken van de metaalplaat bedekt.

9. Verbinding volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de aangrenzende randen van de bus en het corrosiebestendige materiaal op het ene 30 of de beide vlakken van de metaalplaat zijn afgeschuind waardoor V-groeven zijn gevormd tussen deze delen, bestemd voor het aanbrengen van lassen.

10. Verbinding volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk dat de corrosiebestendige buis door rollen (walsen) aan de bus wordt bevestigd.

11. Werkwijze voor het vormen van een corrosiebestendige ver-35 binding met een corrodeerbare metaalplaat die is voorzien van corrosiebestendig materiaal op beide plaatvlakken, welke werkwijze bestaat in het boren van een gat door de plaat en het steken van een corrosiebestendige buis door dit gat, gekenmerkt door het inbrengen van een corrosiebestendige §00 0 1 81 -7- % bus in het gat voordat de buis in het gat wordt gestoken, het lassen van de bus aan het corrosiébestendige materiaal op beide plaatvlakken zodanig dat de bus geheel verloopt door de plaat en wordt gelast aan het corrosiébestendige materiaal aan de beide plaatvlakken, waarna de buis in de bus wordt 5 gestoken en de buis met de bus wordt verbonden.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de plaat een stalen plaat is.

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk dat de bus wordt gestoken voorbij het corrosiébestendige materiaal op de beide 10 plaatvlakken en door hoeklassen met dit materiaal wordt verbonden.

14. Werkwijze volgens één der conclusies 11-13, met het kenmerk dat de binnendiameter van de bus wordt vergroot nadat de bus in het gat is gebracht, tot een maat welke voldoende is voor het opnemen van de buis.

15. Werkwijze volgens één der conclusies 11-14, met het kenmerk 15 dat de buis aan één zijde van de plaat voorbij het einde van de bus uitsteekt.

16. Werkwijze volgens conclusie 11.of 12, met het kenmerk dat de buis slechts aan één zijde van de plaat met de bus wordt verbonden.

17. Werkwijze volgens één der conclusies 11, 12 of 16, met het 20 kenmerk dat de vrijliggende aangrenzende randen van de bus en het corrosie - bestendige materiaal aan één of de beide zijden van de plaat worden afgeschuind door slijpen, snijden of andere vormgeving, waardoor V-groeven voor het lassen ontstaan.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk dat de afge-25 schuinde aangrenzende randen van de bus en het corrosiébestendige materiaal worden verbonden door lassen waardoor een in hoofdzaak glad vlak ontstaat.

19. Werkwijze vólgens conclusie 18, met het kenmerk dat de buis wordt verbonden met de bus aan één einde van de buis zodanig dat dit einde van de buis gelijk ligt met het aangrenzende einde van de bus.

20. Werkwijze volgens één der conclusies 11-19, met het kenmerk dat de buis wordt verbonden met de bus door rollen en/of lassen.

21. Warmtewisselaar bestaande uit een mantel en een aantal buizen, voorzien van tenminste één verbinding volgens één der conclusies 1-10. 800 0 1 81