NO334921B1 - Rørplate og rørbeskyttelsesinnretning - Google Patents

Abstract

En rørplatebeskyttelsesinnretning for bruk med en kjele som har minst ett rør for mottak av et fluid som strekker seg derigjennom. Rørene (28) strekker seg omtrent vinkelrett fra en rørplate (34) som dekker et innløp i kjelen. Rørplatebeskyttelsesinnretningen omfat- ter en isolerende plate (38) montert på rørplaten (34) som har hull for mottak av beslag (40). Hvert beslag (40) omfatter et skaft (42) beregnet for å bli mottatt i en av rørene, og en polygonformet krage (44) sammen- koplet med skaftet (42). Både kragen (44) og skaftet (42) av beslaget (40) er omviklet i isolasjon. Kragen (44) har dimensjoner som er større enn den utvendige diameter av røret (28), og kragen (44) og skaftet (42) har begge en felles gjennomgående boring for transport av fluid fra utsiden av kjelen til innsiden av rørene (28) som strekker seg gjennom kjelen.

Description

Oppfinnelsen angår en rørplate og en rørbeskyttelsesinnretning. Nærmere be-stemt angår oppfinnelsen isolerende plate og isolerende beslag for anvendelse i en beholder som har minst ett rør for mottak av fluid som strekker seg gjennom rørplaten.

Konvensjonelle rør og rørplatebeskyttelsesinnretninger omfatter beslag som har runde krager forbundet med skaft. Beslagenes skaft innsettes i rør som strekker seg fra en rørplate som dekker innløpet av en beholder. For å fylle gapene som dannes mellom beslagene når beslagenes runde krager er ved siden av hverandre og dekker en del av rørplaten blir beslagene installert ved anvendelse av en formbar eller plastisk ildfast foring som er forankret med rustfri stålforankring. Ved anvendelse av en formbar eller plastisk ildfast foring blir mellomrommene mellom beslagene fylt slik at hele rørplaten er dekket. Skaftene på konvensjonelle beslag er viklet med isolasjon. Imidlertid er de runde krager på konvensjonelle beslag ikke vanligvis viklet med isolasjon.

En ulempe med konvensjonelle rørplater og rørbeskyttelsesinnretninger er at det er utilstrekkelig isolasjon mellom beslagenes krager og forankringene. Derfor blir forankringer og beslag, særlig de som er sentrum av rørplaten skadet eller virksomt ødelagt når beholderen opererer ved høye temperaturer. Slike innretninger er særlig utilstrekkelig for beholdere som arbeider med oksygenanriket luft på grunn av de høye temperaturer som disse beholdere oppnår.

En annen ulempe med konvensjonelle rørplatebeskyttelsesinnretninger er at beslag ikke lett kan fjernes og utskiftes individuelt fordi de blir installert ved å bli omgitt med et formbart eller plastisk ildfast materiale. Dette er et kostbart problem fordi beslag må utskiftes periodisk som resultat av at de blir skadet eller ødelagt. I tillegg resulterer skade på beslagene vanligvis i alvorlig skade både på rør og rørplate. Det netto resultat av denne beslagskade er en kostbar røroppleggsreparasjon. En ytterligere ulempe med konvensjonelle rør og rørplatebeskyttelsesinnretninger er at slike innretninger krever betydelige mengder av formbart eller plastisk ildfast materiale som må fylles mellom mellomrommene dannet av de runde beslagkragene.

For å overvinne disse ulemper er det behov for en rørplatebeskyttelsesinnretning , som angitt i krav 1, som tilveiebringer bedre isolasjon enn de vanlige konvensjonelle innretninger. Denne innretning må være i stand til å motstå høye temperaturer og må fortrinnsvis ha beslag som kan utskiftes individuelt.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse og tilveiebringe både en rørplate og rørbeskyttelsesinnretning som har beslag som passende kan fjernes individuelt for å tilveiebringe bedre adgang enten ved reparasjon eller utskifting av et enkelt beslag.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en rørplate og rørbeskyttelsesinnretning som omfatter beslag som har isolerende krager og skaft som derved tilveiebringer tilleggsisolasjon til hele installasjonen.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en bedre isolasjon for rørene og rørplaten i beholder slik at beholderen kan opereres sikkert ved temperaturer opp til og innbefattet minst omkring 1649 °C.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en rørplatebeskyttelsesinnretning som omfatter ingen formbar eller ildfast materiale og ikke trenger noen forankringer slik at beslagene kan installeres lett og med redusert installeringstid.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en rørplatebeskyttelsesinnretning med beslag som er formet slik at de passer sammen og danner en tetning over den isolerende plate som dekker rørplaten.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir det foregående og andre formål oppnådd ved en rørplatebeskyttelsesinnretning for bruk i en kjele som har rør for mottak av et fluid som strekker seg gjennom rørplaten. Rørplaten og rørbeskyttelsesinnretningen omfatter en isolerende plate montert på en rørplate som dekker innløpet av kjelen. Videre omfatter den isolasjonsviklede beslag som hver har en polygonformet krage som er koplet til et skaft. Kragene kan eller kan ikke være integrert med skaftet. De polygonformede beslag blir innsatt gjennom den isolerende plate og inn i rørene, med utstrekning fra rørplaten. Hvert skaft blir opptatt av rørene i kjelen. Begge kragene og skaftet har en felles gjennomgående boring for overføring av fluid fra reaktoren til det indre av rørene som strekker seg gjennom kjelen.

Andre formål, fordeler og nye trekk ved oppfinnelsen fremkommer i detalj i beskrivelsen som følger, og vil i detalj bli tydelig for fagfolk på området etter granskning av det følgende, eller kan læres fra oppfinnelsens anvendelse. Formålene og fordelene ved oppfinnelsen kan realiseres og oppnås ved hjelp av midlene og kombinasjonen som særlig er påpekt i de etterfølgende krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et ufullstendig sideriss, delvis i snitt av en reaktor og kjele med en rørplate og rørbeskyttelsesinnretning av en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, fig. 2 er ufullstendig snittriss i større målestokk etter linjen 2-2 på fig. 1, fig. 3 viser et utsnitt i større målestokk av området 3 på fig. 2, fig. 4 er et snittriss i større målestokk av et beslag som er del av rørplaten og rørbeskyttelsesinnretningen i den foretrukkede utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, fig. 5 er et perspektivriss i større målestokk av rørplaten og rørbeskyttelses-innretningen av den foretrukkede utførelsesform hvor deler er fjernet for å vise detaljer av konstruksjonen, fig. 6 er et perspektivriss av et beslag i den foreliggende oppfinnelse, og fig. 7 er et sideriss av et beslag som er del av rørplaten og rørbeskyttelsesinnretningen i den foreliggende oppfinnelse hvor deler er tatt bort for å vise detaljer av konstruksjonen.

På fig. 1 har apparatet som omfatter prinsippene ved denne oppfinnelse henvisningstall 10. Apparatet 10 omfatter typisk en reaktor 12 og en kjele 14 med et rør og rørplatebeskyttelsesinnretning 16. Reaktoren 12 har et skall 18 og et utløp 20. Innsiden av skallet 18 er foret med ildfaste steiner 22. Et stort antall innløpsdyser 26 står i forbindelse med innsiden av skallet 18.

Utløpet 20 av reaktoren 12 er festet til en kjele 14. Flere av rørene 28 strekker seg fra innløpet 30 i kjelen 14 til utløpet 32. Ved innløpets 30 ende av kjelen 14 er et rør og rørplatebeskyttelsesinnretning 16 koplet til rør 28. Rør og rørplatebeskyttelses-innretningen 16 omfatter en rørplate 34 som har hull 36, som vist på fig. 4. Rørene 28 er i ett stykke med rørplaten 34. Yttersiden av rørplaten 34 er dekket med isolerende plate 38 (se fig. 2) som har flere hull. Et stort antall av beslag 40 er mottatt av den isolerende plate 38 og rør 28 som strekker seg fra rørplaten 34, som vist i nærmere detalj på fig. 5. Beslagene 40 i kombinasjon med den isolerende plate 38 og rørplaten 34 danner røret og rørplatebeskyttelsesinnretningen 16 i den foreliggende oppfinnelse.

Et enkelt beslag 40 er vist i nærmere detalj på fig. 2, 3, 4 og 5. Hvert beslag omfatter et skaft 42 og en krage 44. Skaftet 42 og kragen 44 kan være separate stykker som er sammenmontert eller de kan være formet som et enkeltstykke. Alternativt består beslaget 140, som er vist på fig. 6 og 7, av en fjern krage 44a og en mellomliggende krage 44b. Både skaftet 42 og kragen 44 er omviklet i isolasjon 46, som vist på fig. 3, 4 og 5. Når beslaget 140 har både en fjern krage 44a og en mellomliggende krage 44b bør isolasjon 46 være omviklet hver krage og område mellom kragene, som vist på fig. 7.

Hvert skaft 42 er tilpasset gjennom et hull 36 i den isolerende plate 38 og inn i et rør 28. Beslagene 40 har krager 44 som har overflater som passer tett sammen i et tett tilpasset forseglende forhold. Disse krager er vist hexagonalt formet på fig. 2-7. Beslagene 40 passer tett sammen, for å danne en forsegling over den isolerende plate 38, som vist på fig. 2 og 3. Et formbart eller plastisk ildfast materiale 48 anvendes for å fylle omkretsområdene hvor beslagkragene ikke passer tett mot innsiden av de ildfaste steiner 22 som vist på fig. 2. Beslagene 40 har boringer 50, som vist på fig. 2-5, som strekker seg derigjennom for transport av fluid fra reaktoren 12 til innsiden av rørene 28 i kjelen 14.

Rørplatebeskyttelsesinnretningen i den foreliggende oppfinnelse er laget ved skjæring av hull i den isolerende plate 38 for hvert rør 28 som strekker seg gjennom kjelen 14. Den isolerende plate 38 blir så plassert over rørplaten 34, og hullene 36 i den isolerende plate 38 blir rettet inn med rørene som rager frem fra rørplaten 34. Et klebemiddel så som lim eller mastiks kan være anbrakt mellom platen 38 og rørplaten 34 for å montere platen 38 på rørplaten 34. Alternativt kan platen være spiddet på korte nagler sveiset til rørplaten. Naglene er fortrinnsvis anvendt i kombinasjon med bruk av mastiks. Kragen 44 og skaftet 42 av hvert polygonformet beslag 40 er omviklet med isolasjon 46. Skaftet 42 av hvert polygonformet beslag 40 er innsatt gjennom den isolerende plate 38 og inn i hvert rør 28.

Under drift blir fluid mottatt av boringer 50 i beslag 40. Fluid strømmer gjennom skaftet 42 og inn i rør 28. Rørene 28 kan være utsatt for forskjellige fysiske forhold, så som høye temperaturer. Fluid strømmer gjennom rørene 28 som strekker seg gjennom kjelen 14.

Kragene 44 på beslagene 40 bør være formet slik at de passer tett sammen og danner en forsegling over den isolerende plate 38. Kragene strekker seg radialt utover fra skaftene og hver har en kant med radiell avstand fra skaftet. Denne kant omfatter en forseglingsflate. Kragen kan formes som ethvert polygon eller en annen type form som passer sammen med en annen krage, uten bruk av et formbart eller plastisk ildfast materiale mellom beslagene. De tettende overflater av kragene bør være anbrakt i et tett tilpasset forseglende forhold i forhold til hverandre. Kragene har fortrinnsvis den samme dimensjon og den samme form. Videre er kragene fortrinnsvis likesidet. Kragene har fortrinnsvis polygonform. Kragene 44 er fortrinnsvis formet som likesidede sekskanter og er fastlåst for å danne en celleoppbygging som funksjonerer som en tetning over den isolerende plate 38.

Beslagene 40 kan være laget av keramiske eller andre materialer som er i stand til å motstå temperaturer opp til og omfattende minst 1 649 °C, og trykk opp til og innbefattet minst omkring 3,5 bar. De består fortrinnsvis av omkring 90 % aluminiumoksid. Kragen 44 og skaftet 42 av beslaget 40 kan være formet som et enkelt stykke, eller kragen og skaftet kan være separate stykker. Dersom kragen 44 og skaftet 42 er separate stykker kan de være friksjonsfestet sammen eller det kan anvendes noe formbart ildfast materiale for å feste kragen 44 til skaftet 42. Innsideflaten av beslagskaftet 42 kan være svakt konveks.

Hvert beslag 40 kan fjernes og utskiftes individuelt med enhver fremgangsmåte som er i stand til å fjerne beslagene. F.eks. kan beslaget 40 fjernes ved å skyve en uttrekkingsinnretning inn i boringen 50, innkople den indre flate av beslaget, og trekking.

Både kragen 44 og skaftet 42 av hvert beslag 40 er omviklet i isolasjon 46. Et høytemperatur bestandig keramisk fiberpapir eller et isolerende teppe kan anvendes som isolasjonen (46). Papiret bør ha en tykkelse på mellom 0,8 og 25,4 mm. Tykkelsen er fortrinnsvis mellom 4,8 og 6,4 mm. Isolasjonsmaterialet kan bestå av aluminiumoksid, silikonoksid, natriumoksid og jernoksid. Et eksempel på et akseptabelt papir omfatter 54,8 % aluminiumoksid, 44 % silikonoksid og 0,2 % silikonoksid. Selv om det kan være laget av mindre 50 % aluminiumoksid omfatter det fortrinnsvis minst omkring 50 % aluminiumoksid. Aller helst omfatter det minst omkring 90 % aluminiumoksid. Det keramiske fiberpapir har fortrinnsvis en termisk ledningsevne som ikke er større enn 1,6 BTU-in/hr ft °F målt ved 2 000 °F. Fortrinnsvis har papiret et smeltepunkt som er minst omkring 3 600 °F. Papiret har fortrinnsvis en kontinuerlig brukstemperatur på minst omkring 2 800 °F. Papiret er fortrinnsvis varmebehandlet for å fjerne alt absorbert vann og/eller organisk materiale før det anvendes.

Den isolerende plate 38 bør være i stand til å motstå høye temperaturer. Den omfatter primært aluminiumoksid og silikonoksid. Den isolerende plate er fortrinnsvis minst omkring 66 % aluminiumoksid. Aller helst er den minst omkring 81 % aluminiumoksid. Enten et organisk eller anorganisk bindemiddel kan anvendes ved oppbygging av platen 38, men et organisk bindemiddel foretrekkes. Den isolerende plate har fortrinnsvis en tykkelse på omkring 12,7 til 38,1 mm. Fortrinnsvis har den en maksi-mal temperatur som utgjør minst omkring 3 000 °F, en kontinuerlig brukstemperatur på minst omkring 2 800 °F, og en termisk ledningsevne som ikke er større enn 2,1 BTU-in/hr ft<2>°F målt ved 2 500 °F. Rørplaten 34 som den isolerende plate 38 er montert på omfatter typisk enten høyverdig karbonstål, så som SA-516-70, eller rustfritt stål (300 serien eller austenitisk).

Ligamentlengden, som er avstanden mellom de ytre flater av nærliggende rør, vil variere avhengig av diameteren rørene 28 som anvendes og kjelens 14 driftsparametere. I mange tilfeller, hvor flere hull er skåret i den isolerende plate 38, er ligamentlengden minst omkring 19 mm mellom den ytre flate av hullene. Ligamentlengden er fortrinnsvis minst omkring 25,4 mm mellom hullene, men ikke mindre enn 12,7 mm. Større ligamentlengder tilveiebringer tilstrekkelig fysisk integritet for platen 38 som skal anbringes på rørplaten 34 uten å brekke eller bli skadet. Større ligamentlengder tilveiebringer også bedre hydraulisk strømingskarakteristikk på kjeleskallets innløpsside fordi rørene 28 er anbrakt med ytterligere avstand fra hverandre. Spesielt vil vannstrøm til rørene 28 og damp som frakoples rundt rørene 28 bli forbedret ved større avstander mellom rørene 28.

Rørplatebeskyttelsesinnretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis i stand til å motstå temperaturer opp til og omfattende minst omkring 1 649 °C og trykk opp til og omfattende minst omkring 3,5 bar. Rørplatebeskyttelsesinnretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse kan anvendes i beholdere som har minst ett rør som strekker seg gjennom rørplaten. Den kan anvendes som en del av en rørformet reaktor, som skall og rørvarmeveksler, eller en rørformet varmeveksler, hvor et rør utsettes for termisk stråling og varmeoverføring fra forbrenningsgasser. F.eks. kan den anvendes for isolering av en klausenhet, hvor hydrogensulfid oksideres for å gi svoveldioksid som så kombineres med ytterligere hydrogensulfid for å fremstille elementært svovel. Mer spesielt kan klaus svovelanleggskjele bare være for luft, oksygenberiket luft eller for totale oksygenenheter.

Hvorvidt kjelen har et enkelt rør eller flere rør vil avhenge av den valgt anvendelse. Radiale temperaturgradienter kan reduseres ved bruk av flere rør som har mindre diameter.

Det tar kortere tid å installere rørplatebeskyttelsesinnretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse enn å installere konvensjonelle systemer fordi innretningen i den foreliggende oppfinnelse ikke krever ildfaste forankringer og krever virkelig ikke noe formbart ildfast materiale. Videre kan innretningen installeres mer nøyaktig enn konvensjonelle formbare foringssystemer fordi det er mindre mulighet for feil. Videre oppnås det bedre konsistens og total kvalitetsstyring med rørplatebeskyttelsesinnret-ningen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Videre øker rørplatebeskyttelsesinnretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse påliteligheten og driftstiden for kjelen. Det er særlig nyttig for anlegg som anvender oksygen som når høye temperaturer, så som en klausenhet.

Fra det foregående vil det være klart at denne oppfinnelse er vel tilpasset til å oppnå alle formål som er fremlagt i det foregående sammen med fordelene som er inn-lysende og iboende i konstruksjonen. Det vil være klart at visse trekk og underkombinasjoner er til nytt og kan anvendes uten henvisning til andre trekk og underkombinasjoner. Dette er tiltenkt med og er innenfor rammen av kravene. Da det kan lages mange mulige utførelsesformer av oppfinnelsen uten å avvike fra dens ramme, vil det være klart at alt stoff som her er fremlagt og vist på tegningene bare er ment for illustrering og ikke på en begrensende måte.

Claims (18)

1. Rørplatebeskyttelsesinnretning for bruk med en kjele som har med et innløp og et utløp, og minst to rør (28) som strekker seg fra en rørplate (34) som dekker nevnte innløp, hvor nevnte rørplatebeskyttelse har minst to langstrakte skaft (42) som er tilpasset til å bli mottatt i nevnte rørkarakterisert vedat nevnte rørplatebeskyttelse har minst to kraver (44) som har dimensjoner større enn den utvendige diameter av rørene (28) som strekker seg radialt utover fra hvert av skaftene (42) ved en ende derav for å presentere en ende i avstand radielt fra nevnte skaft (42), hvorved nevnte ende innbefatter en tettende overflate (46) og nevnte rør (28) er plassert slik at tetningsflatene (46) av de nevnte kraver (44) er anordnet i en tett parret forseglet relasjon i forhold til hverandre.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert vedskaftene (42) og kragene (44) er omviklet i isolasjon.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert vedat den omfatter en isolerende plate (38) festet på rørplaten (34) hvor den isolerende plate (38) har minst to hull (36) for mottak av skaftene (42).

4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert vedat rørplatebeskyttelsesinnretningen er i stand til å motstå temperaturer opp til og innbefattet minst omkring 1649 °C og er i stand til å motstå trykk opp til og innbefattet minst omkring 4,5 x IO"<5>Pa.

5. Innretning ifølge krav 2, karakterisert vedisolasjonen (46) er isolerende keramisk fiberpapir eller keramisk fiberteppe.

6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert vedisolasjonen (46) omfatter aluminiumoksid, silikonoksid og natriumoksid.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert vedat isolasjonen (46) har en termisk ledningsevne som ikke er større enn 0,23056 W/m-K, målt ved 1093 °C.

8. Innretning ifølge krav 2, karakterisert vedat isolasjonen (46) er en isolerende omvikling i teppeform eller papirform.

9. Innretning ifølge krav 1, karakterisert vedat skaftene (42) og kragene (44) er formet som et enkelt stykke.

10. Innretning ifølge krav 1, karakterisert vedat kragene (44) er friksjonsfestet til skaftene (42).

11. Innretning ifølge krav 1, karakterisert vedkragen (44) har en likesidet heksagonal form.

12. Innretning ifølge krav 3, karakterisert vedat den isolerende plate (38) omfatter aluminiumoksid (alumina) og silikonoksid (silika).

13. Innretning ifølge krav 12, karakterisert vedat den isolerende platen (38) omfatter minst omkring 66 % aluminiumoksid (alumina).

14. Innretning ifølge krav 13, karakterisert vedat den isolerende plate (38) har en termisk ledningsevne som ikke er større enn 0,30261 W/m-K, målt ved 1371 °C.

15. Innretning ifølge krav 3, karakterisert vedat kragen (44) koplet med skaftet (42) danner et beslag (40), og hvor rørplaten (34) og den isolerende plate (38) hver har flere hull (36) som er rettet inn med hverandre for å motta flere beslag (40).

16. Innretning ifølge krav 15, karakterisert vedat beslagenes (40) krager er formet slik at de passer sammen og danner en forsegling over den isolerende plate (38).

17. Innretning ifølge krav 16, karakterisert vedat rørplatebeskyttelsesinnretningen er i stand til å motstå temperaturer opp til og omfattende minst omkring 1649 °C.

18. Innretning ifølge krav 17, karakterisert vedat rørplatebeskyttelsesinnretningen er i stand til å motstå trykk opp til og innbefattet minst omkring 4,5 x IO"<5>Pa.