WO1990006483A1 - Rohrstopfen zum verschliessen eines defekten wärmetauscherrohres und verfahren zum entfernen des rohrstopfens - Google Patents

Rohrstopfen zum verschliessen eines defekten wärmetauscherrohres und verfahren zum entfernen des rohrstopfens Download PDF

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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F11/00—Arrangements for sealing leaky tubes and conduits
    • F28F11/02—Arrangements for sealing leaky tubes and conduits using obturating elements, e.g. washers, inserted and operated independently of each other

Definitions

  • a nickel material is preferably used as the deformable metal.
  • Pipe plug that is shrunk using a welding machine 3 shows a development of the welding path of the melted inner surface of a pipe plug
  • FIG. 4 shows a pipe plug with ring-shaped recesses and the associated extraction tool
  • FIG. 5 shows a pipe plug with thread and the associated extraction tool
  • 1 shows a pipe plug 1 which is inserted into a heat exchanger pipe 2.
  • the pipe plug 1 consists of a hollow cylindrical part 3, which flows smoothly inside and outside into a conical part 4 without a step.
  • the pipe plug 1 has a slightly smaller outside diameter than the heat exchanger pipe 2 to be closed.
  • the length ratio between the cylindrical part 3 and the conical part 4 is approximately 1: 1.
  • the pipe plug 1 is brought into sealing contact with the inner surface of the heat exchanger tube 2 by widening or rolling a region 5 of the cylindrical part 3, whereby he is firmly held in the heat exchanger tube 2.
  • the pipe plug 1 has a roughness depth of 0.05 to 0.2 mm in the area 5 to be expanded. This results in an increase in the holding forces.
  • means 6 for inserting and locking a tool are attached in the closed end of the conical part 4. These means 6 can alternatively be accommodated in the cylindrical part 3.
  • a drawing tool or a setting tool are provided as tools.
  • the cylindrical part 3 of the pipe plug 1 is provided with a flange 7, the flange 7 having at least one notch 8 for the torque-locking engagement of a tool.
  • the pipe plug wall 11 in particular the widened area 5 thereof, is placed on a predetermined area by means of a welding machine 10 inserted into the inside of the pipe plug 1 Melt web 12a by welding.
  • This predetermined path 12a can be spiral, for example.
  • the cylindrical part 3 shrinks in the widened region 5, as a result of which the pipe plug 1 is no longer adhered to a pipe wall 12 and the pipe plug 1 can be removed without great pulling forces and without damaging the heat exchanger pipe 2.
  • the tube plug 1 is easier to pull with increased holding forces and an improved sealing effect.
  • the conical part 4 is thicker in its wall thickness than the cylindrical part 3. The arrangement of the means 6 for pulling the pipe plug 1 in the conical part 4 therefore does not result in any deformation of the pipe plug 1 when pulling.
  • the shape of the pipe plug 1 ensures that the space between the heat exchanger pipe 2 and the conical part 4 of the pipe plug 1 is flushed and thus prevents a concentration of corrosion products.
  • FIG 3 shows the cylindrical part 3 of a cut pipe plug 1, which has on its inside on the pipe plug wall 11 a web 12a, which is preferably eagle-shaped.
  • the pipe plug 1 can be easily removed from the heat exchanger pipe 2 by melting the pipe plug 1 on such a path 12a.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the pipe plug 1, in which the means 6 are designed as threads 16.
  • the screw-shaped drawing tool 15a is locked in the pipe plug 1 by a Q rotary movement.

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Abstract

Um ein Wärmetauscherrohr (2) an einem Ende zu verschließen, ist ein Rohrstopfen (1) vorgesehen, der aus einem hohlen, zylindrischen Teil (3) besteht, der ohne Absatz in einen hohlen, konischen Teil (4) übergeht, und einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als das zu verschließende Wärmetauscherrohr (2) besitzt. Der Rohrstopfen (1) wird in das Wärmetauscherrohr (2) eingeführt und durch Aufweiten bzw. Walzen in dichtenden Kontakt mit der inneren Oberfläche des Wärmetauscherrohres (2) gebracht. Im konischen Teil (4) sind Mittel (6) zum Einsetzen eines Ziehwerkzeuges (15) angebracht. Der zylindrische Teil (3) ist in dem aufzuweitenden Bereich aufgerauht. In einem Verfahren zum Lösen des Rohrstopfens (1) wird dessen Wandung durch Schweißen auf einer vorgegebenen Bahn (12a) aufgeschmolzen, so daß er schrumpft, wodurch der Rohrstopfen (1) gelöst wird.

Description

Rohrstopfen zum Verschließen eines defekten Wärmetauscherrohres und Verfahren zum Entfernen des Rohrstopfens
Die Erfindung betrifft einen Rohrstopfen zum Verschließen eines defekten Wärmetauschrrohres, bei dem ein hohler zylindrischer Teil in einen hohlen konischen, am freien Ende geschlossenen Teil übergeht und der zylindrische Teil einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als das zu verschließende Wärme- tauscherrohr besitzt und durch Aufweiten in dichtenden Kon¬ takt mit der Innenoberfläche des Wärmetauscherrohres gebracht wird.
Aus der US-PS 4 531 786 ist ein Rohrstopfen bekannt, der einen im wesentlichen gleichbleibenden Außendurchmesser aufweist, wobei ein Abschnitt des Stopfens in der Nähe seines offenen Endes einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist, um so eine leichte Preßpassung im Rohr sicherzustellen. Auf einen Abschnitt der Außenfläche des Stopfens ist ein Band aus ver- formbaren Material aufgebracht, das entweder aus Gold, Silber oder reinem Eisen besteht. Der Rohrstopfen wird bündig abschließend in das Rohrende eingeführt. Anschließend wird er mittels einer Walzvorrichtung in dem mit dem verformbaren Ma¬ terial versehenen Abschnitt aufgeweitet, so daß eine dichte Verbindung mit dem Rohr entsteht. Das Entfernen dieses Rohr¬ stopfens ist schwierig und nur mittels spezieller Greifwerk¬ zeuge möglich. Desweiteren können sich im nicht aufgeweiteten Bereich zwischen dem Rohrstopfen und dem Wärmetauscherrohr korrosionsfδrdernde Ablagerungen sammeln. Diese führen zu einer Zerstörung des Rohrstopfens bzw. des Rohres.
Aus der US-PS 4 502 511 ist ein weiterer Rohrstopfen bekannt, der durch Aufweiten mittels Walzen im Wärmetauscherrohr fixiert wird. Der Rohrstopfen weist eine im wesentlichen zylindrische Form auf, wobei am offenen Ende des Rohrstopfens ein Flansch als Tiefenanschlag vorgesehen ist. Die Außenwand des Rohrstopfens weist in dem Bereich, in dem er festgewalzt wird, eine radiale Vertiefung auf, in der ein elastomeres Silikonmaterial aufge¬ bracht ist. Bei diesem bekannten Rohrstopfen besteht die Ge¬ fahr von vorzeitigen Undichtigkeiten. Auch können durch die dünnere Wandstärke im Bereich des elastomerischen Materials nicht sehr große Haltekräfte zum Rohr aufgebracht werden. Der Rohrstopfen kann durch das Aufweiten nicht sicher gehalten werden.
Auch ist aus der US-PS 4 178 966 ein Rohrstopfen bekannt, der einen konischen und einen zylindrischen Teil aufweist, in dem zwei koaxiale Bohrungen vorgesehen sind. In einer dritten Boh¬ rung ist ein Gewinde zum Eindrehen eines Ziehwerkzeuges vorge¬ sehen. Dieser Rohrstopfen ist jedoch zum Einschweißen in den Rohrboden vorgesehen, wodurch eine Wärmebelastung dieses Be¬ reiches entsteht. Darüber hinaus ist das Entfernen des Stop¬ fens schwierig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Walzstopfen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der bei verbesserter Dichtwirkung größere Haltekräfte gegenüber dem bekannten Rohrstopfen aufweist und trotzdem leicht ziehbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zy¬ lindrische Teil in einem aufzuweitenden Bereich auf eine Rauh¬ tiefe von 0,05 bis 0,2 mm aufgerauht ist, daß der zylindrische Teil zum konischen Teil ohne Absatz fließend übergeht und daß im zylindrischen und/oder im konischen Teil Mittel zum Ein- setzen und Arretieren eines Ziehwerkzeuges angebracht sind.
Auf diese Weise wird, obwohl keine Reinigung des Wärmetauscher¬ rohres vor dem Einbau nötig ist, trotz erhöhter Haltekräfte und verbesserter Dichtwirkung ein leichteres Ziehen des Rohrstopfens ermöglicht ohne daß bei Anordnung der Mittel zum Ziehen des Rohr¬ stopfens im konischen Teil eine Deformierung des Rohrstopfens im Übergang des zylindrischen Teils in den konischen Teil ent- steht. Darüber hinaus wird durch die Erfindung eine Spülung des Raumes zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem konischen Teil des Stopfens gewährleistet und damit eine Konzentration von Kor¬ rosionsprodukten verhindert. Beim Festwalzen des Stopfens wird durch den sanften Übergang des zylindrischen Teils in den koni¬ schen Teil die Entstehung von hohen mechanischen Spannungen und damit die Gefahr einer Spannungsriß-Korrosion vermieden.
Um ein Ziehen des Rohrstopfens ohne Erhitzen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, den aufgerauhten Bereich mit einer Schicht aus verformbarem Metall zu versehen. Dadurch läßt sich der Rohrstop¬ fen besonders leicht ziehen.
Eine Anpassung des Rohrstopfens an spezielle Ziehwerkzeuge ist dadurch möglich, daß der konische Teil gegenüber dem zylindri¬ schen Teil in seiner Wandstärke verdickt ist und die Mittel als Eindrehungen ausgebildet sind. So können Ziehwerkzeuge verwendet werden, die in einfacher Weise in den Rohrstopfen eingeführt und arretiert werden, wobei große Ziehkräfte gewährleistet sind.
In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, wenn die Eindrehungen ringförmig ausgebildet sind. Diese Ausführung des Rohrstopfens ermöglicht die Verwendung eines einfachen Ziehwerkzeuges, das mit ausspreizbaren Widerhaken versehen ist. So ist ein einfa- ches, zeitsparendes Ziehen des Rohrstopfens möglich, so daß die Dosisbelastung des Bedienpersonales sehr klein gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist als verformbares Metall ein Nickelwerkstoff verwendet. Dadurch wird eine besonders hohe Korrosionsbeständig¬ keit sowie eine gute Verformbarkeit des Rohrstopfens erzielt, was zu einer besonders dichten Verbindung in Wärmetauscherrohren, die zumeist aus Inconel bestehen, führt.
Um ein Verdrehen des Rohrstopfens während des Walzvorganges und damit eine Beschädigung der Beschichtung bzw. des Wärmetauscher- rohres zu verhindern, ist es günstig, den zylinderför igen Teil des Rohrstopfens endseitig mit einem Flansch zu versehen, der mindestens eine Einkerbung zum Eingriff eines Werkzeuges auf¬ weist. Damit ist auf einfache Weise eine sichere Verbindung zwischen dem Walzwerkzeug und dem Rohrstopfen gewährleistet.
Zum Lösen des Rohrstopfens, der in einem Wärmetauscherrohr, ins¬ besondere durch Aufweiten festgehalten ist, ist es vorteilhaft, ein Verfahren anzuwenden, bei dem in das Innere des Rohrstop- fens ein Schweißgerät eingeführt wird und die Rohrstopfenwan¬ dung auf einer vorgegebenen Bahn durch Aufschmelzen der Ober¬ fläche geschrumpft wird. Dadurch wird die Haftung des Rohr¬ stopfens an der Rohrwand aufgehoben, wodurch der Stopfen ohne große Ziehkräfte und ohne Beschädigung des Wärmetauscherrohres entfernbar ist.
Der Rohrstopfen wird besonders gut gelöst, wenn die Bahn ean- derförmig ist. In einfacher Weise kann der Rohrstopfen anschlies- send mit Hilfe eines Ziehwerkzeuges aus dem Wärmetauscherrohr entfernt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen Rohrstopfenj
FIG 2 einen in ein Wärmetauscherrohr eingesetzten
Rohrstopfen, der mittels eines Schweißgerätes geschrumpft wird; FIG 3 eine Abwicklung der Schweißbahn der aufgeschmolzenen Innenoberfläche eines Rohrstopfens;
FIG 4 einen Rohrstopfen mit ringförmigen Eindrehungen und dem dazugehörigen Ausziehwerkzeug und FIG 5 einen Rohrstopfen mit Gewinde und dem dazugehörigen Aus¬ ziehwerkzeug. FIG 1 zeigt einen Rohrstopfen 1, der in ein Wärmetauscherrohr 2 eingesetzt ist. Der Rohrstopfen 1 besteht aus einem hohlen zy¬ lindrischen Teil 3, welches ohne Absatz innen und außen fließend in einen konischen Teil 4 übergeht. Dabei weist der Rohrstopfen 1 einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als das zu ver¬ schließende Wärmetauscherrohr 2 auf. Das Längenverhältnis zwi¬ schen dem zylindrischen Teil 3 und dem konischen Teil 4 beträgt etwa 1 : 1. Der Rohrstopfen 1 wird durch Aufweiten bzw. durch Walzen eines Bereichs 5 des zylindrischen Teiles 3 in dichtenden Kontakt mit der inneren Oberfläche des Wärmetauscherrohres 2 gebracht, wodurch er im Wärmetauscherrohr 2 fest gehaltert ist. Dazu weist der Rohrstopfen 1 im aufzuweitenden Bereich 5 eine Rauhtiefe von 0,05 bis 0,2 mm auf. Dies ergibt eine Erhöhung der Haltekräfte.
In dem geschlossenen Ende des konischen Teiles 4 sind Mittel 6 zum Einsetzen und Arretieren eines Werkzeuges angebracht. Diese Mittel 6 können auch alternativ im zylindrischen Teil 3 unter¬ gebracht sein. Als Werkzeug sind beispielsweise ein Ziehwerkzeug oder ein Setzwerkzeug vorgesehen.
Endseitig ist der zylindrische Teil 3 des Rohrstopfens 1 mit einem Flansch 7 versehen, wobei der Flansch 7 mindestens eine Einkerbung 8 zum drehmomentschlüssigen Eingriff eines Werkzeuges aufweist. So ist einerseits ein Tiefenanschlag beim Einführen des Rohrstopfens 1 in das Wärmetauscherrohr 2 gegeben, anderer¬ seits ist ein Verdrehen des Rohrstopfens 1 während des Aufwei- tens verhindert. Das in die Einkerbung 8 eingreifende Werkzeug hält den Rohrstopfen 1 sicher in seiner Position. Eine Beschädi- gung des Rohrstopfens 1 bzw. des Wärmetauscherrohres 2 ist so ausgeschlossen.
Nach dem Einführen des Rohrstopfens 1 in das Wärmetauscherrohr 2 wird ein Walzwerkzeug in den Rohrstopfen 1 eingebracht, das den Rohrstopfen 1 im Bereich 5 aufweitet, so daß der Rohrstopfen fest im Wärmetauscherrohr 2 gehaltert ist. Beim Festwalzen des Rohrstopfens ,1 wird durch den sanften Übergang des zylindrischen Teils 3 in den konischen Teil 4 die Entstehung von hohen mecha¬ nischen Spannungen und damit die Gefahr einer Spannungsrißkor¬ rosion vermieden.
Wie FIG 2 zeigt, kann der Bereich 5 auch mit einer Schicht 9 aus verformbarem Metall versehen sein. Dadurch wird eine gute Dicht¬ wirkung erzielt und darüber hinaus auch ein leichteres Ziehen des Rohrstopfens 1 ermöglicht.
Als verformbares Metall wird beispielsweise ein Nickelwerkstoff verwendet. Dadurch wird eine besonders hohe Korrosionsbeständig¬ keit sowie eine gute Verformbarkeit dieses Bereiches 5 erzielt. Dies führt zu einer besonders dichten Verbindung im Wär etau- scherrohr, das zumeist aus Inconel bestehen.
Um den aufgeweiteten Rohrstopfen 1 im Bedarfsfall zu lösen, wird folgendes Verfahren angewendet: An der Innenseite des zylindri¬ schen Teils 3 wird mittels eines in das Innere des Rohrstopfens 1 eingeführten Schweißgerätes 10 die Rohrstopfenwaπdung 11, ins¬ besondere deren aufgeweiteter Bereich 5 auf einer vorgegebenen Bahn 12a durch Schweißen aufgeschmolzen. Diese vorgegebene Bahn 12a kann beispielsweise spiralförmig sein. Durch das Aufschmel¬ zen schrumpft der zylindrische Teil 3 im aufgeweiteten Bereich 5, wodurch die Haftung des Rohrstopfens 1 an eine Rohrwand 12 aufgehoben wird und der Rohrstopfen 1 ohne große Ziehkräfte und ohne Beschädigung des Wärmetauscherrohres 2 entfernbar ist.
Obwohl keine Reinigung des Wärmetauscherrohres 2 vor dem Einbau nötig ist, wird bei erhöhten Haltekräften und verbesserter Dichtwirkung ein leichteres Ziehen des Rohrstopfens 1 ermög¬ licht. Der konische Teil 4 ist in seiner Wandstärke gegenüber dem zylindrischen Teil 3 dicker. Die Anordnung der Mittel 6 zum Ziehen des Rohrstopfens 1 im konischen Teil 4 haben daher keine Deformierungen des Rohrstopfens 1 beim Ziehen zur Folge. Darüber hinaus wird durch die Form des Rohrstopfens 1 eine Spü¬ lung des Raumes zwischen dem Wärmetauscherrohr 2 und dem koni¬ schen Teil 4 des Rohrstopfens 1 gewährleistet und damit eine Konzentration von Korrosionsprodukten verhindert.
FIG 3 zeigt den zylindrischen Teil 3 eines aufgeschnittenen Rohrstopfens 1 , der an seiner Innenseite auf der Rohrstopfen¬ wandung 11 eine Bahn 12a aufweist , die vorzugsweise eander- förmig ist . Durch Aufschmelzen des Rohrstopfens 1 auf einer 0 solchen Bahn 12a ist der Rohrstopfen 1 leicht aus dem Wärme¬ tauscherrohr 2 entfernbar .
In FIG 4 ist der eine Ausschnitt des konischen Teiles 4 im Quer¬ schnitt gezeigt, der mit Mitteln 6 zum Einsetzen eines Ziehwerk- 5 zeuges 15 versehen ist. Die Mittel sind als Eindrehung 13 aus¬ gebildet. In die Eindrehungen 13 können ausfahrbare Krallen 14 eines Ziehwerkzeuges 15 eingehakt werden. Die Eindrehungen 13 sind ringförmig ausgebildet. Ein solches Ziehwerkzeug 15 ist besonders schnell und einfach einzusetzen, wodurch besonders 0 kurze Einsatzzeiten erreicht werden. Dadurch wird auch die Dosisbelastung des Bedienpersonals sehr klein gehalten.
In einen weiteren Verfahrensschritt wird der Rohrstopfen 1 dann mittels dem Ziehwerkzeug 15 aus dem Wärmetauscherrohr 2 ent- 5 fernt.
FIG 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rohrstopfens 1, bei der die Mittel 6 als Gewinde 16 ausgebildet sind. Das schraubenförmig ausgebildete Ziehwerkzeug 15a wird durch eine Q Drehbewegung im Rohrstopfen 1 arretiert..

Claims

Patentansprüche
1. Rohrstopfen (1) zum Verschließen eines defekten Wärmetau¬ scherrohres (2), bei dem ein hohler zylindrischer Teil (3) in einen hohlen konischen, am freien Ende geschlossenen Teil (4) übergeht und der zylindrische Teil (3) einen geringfügig klei¬ neren Außendurchmesser als das zu verschließende Wärmetauscher¬ rohr (2) besitzt und durch Aufweiten in dichtenden Kontakt mit der inneren Oberfläche des Wärmetauscherrohres (2) gebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zylindrische Teil (3) in einem aufzuweitenden Bereich (5) auf eine Rauhtiefe von 0,05 bis 0,2 mm aufgerauht ist, daß der zylindrische Teil (3) zum konischen Teil (4) ohne Ab¬ satz fließend übergeht, und daß im zylindrischen Teil (3) und/oder im konischen Teil (4) Mittel (6) zum Einsetzen und Arretieren eines Ziehwerkzeuges (15) angebracht sind.
2. Rohrstopfen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß der aufgerauhte Bereich (5) mit einer
Schicht (9) aus verformbarem Metall versehen ist.
3. Rohrstopfen nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t , daß der konische Teil (4) in seiner Wandstärke gegenüber dem zylindrischen Teil (3) dicker ist, und daß die Mittel (6) im konischen Teil (4) als Eindrehung (13) ausgebildet sind.
4. Rohrstopfen nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n- z e i c h n e t , daß die Eindrehung (13) ringförmig oder als Gewinde ausgebildet ist.
5. Rohrstopfen nach Anspruch 3 oder einem der folgenden An¬ sprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als verformbares Metall ein Nickelwerkstoff vorgesehen ist.
6. Rohrstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zylindrische offene Teil (3) endseitig mit einem Flansch (7) versehen ist, und der Flansch (7) mindestens eine Einkerbung (8) zum Eingriff eines Werkzeuges aufweist.
7. Rohrstopfen nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Längenverhältnis zwischen dem zylindrischen Teil (3) und dem konischen Teil (4) etwa 1 : 1 beträgt.
8. Verfahren zum Lösen eines Rohrstopfens (1), der in einem Wär¬ metauscherrohr (2), insbesondere durch Aufweiten festgehalten ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in das Innere des Rohrstopfens (1) ein Schweißgerät (10) eingeführt wird, und daß die Rohrstopfenwandung (11) auf einer vorgegebenen Bahn (12a) durch Aufschmelzen der Oberfläche geschrumpft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n- z e i c h n e t , daß die Schweißnaht (12a) meanderförmig ausgebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Rohrstopfen (1) anschlies- send mit Hilfe eines Ziehwerkzeuges (15) aus dem Wärmetauscher¬ rohr (2) entfernt wird.
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