WO1999050610A1 - Wärmetauscherrohr, verfahren zur herstellung eines wärmetauscherrohrs sowie kondensator - Google Patents

Wärmetauscherrohr, verfahren zur herstellung eines wärmetauscherrohrs sowie kondensator Download PDF

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WO1999050610A1
WO1999050610A1 PCT/DE1999/000714 DE9900714W WO9950610A1 WO 1999050610 A1 WO1999050610 A1 WO 1999050610A1 DE 9900714 W DE9900714 W DE 9900714W WO 9950610 A1 WO9950610 A1 WO 9950610A1
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heat exchanger
exchanger tube
base material
jacket
weight
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PCT/DE1999/000714
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Inventor
Friedhelm Schmitz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using water or other liquid as the cooling medium

Definitions

  • Heat exchanger tube method for producing a heat exchanger tube and condenser
  • the invention relates to a heat exchanger tube, in particular for a condenser, with an outer jacket area and an inner jacket area which is surrounded by the outer jacket area.
  • Heat exchanger tubes are used in different types of heat exchangers in which the heat of one medium is transferred to another medium. In this way, for example, heating up to evaporating a medium and cooling down to a condensation can be achieved.
  • the article "D1L - the new formula for an innovative pipe concept” specifies a double-wall pipe for an exhaust system, especially an exhaust manifold.
  • This double wall pipe is made of stainless steel, which gives a smooth inner pipe surface with a good flow ratio.
  • two slit strips are roll-formed in a continuous process and welded to the butt edges using laser welding.
  • the double-wall pipe produced in this way like previously known double-wall pipes, consists of two pipe walls which are connected to one another by a common weld seam.
  • a double-wall pipe produced in this way in which only a connection is made to the weld seam, has shown that the conduction of sound is effectively interrupted at the separation point between the inner and outer pipe, so that effective sound insulation is achieved with such a double-wall pipe.
  • EP 0 619 466 B1 specifies a heat exchanger described as a steam condenser, which is a surface condenser in a rectangular design for a 2 steam turbine.
  • the condenser is connected to the steam turbine via an exhaust pipe, through which steam flows into the condenser neck.
  • the condenser contains bundles of heat exchanger tubes, around which the steam flows over their entire length from the outside. Cooling water flows through the inside of the heat exchanger tubes.
  • Each bundle of heat exchanger tubes is divided into compartments by support plates arranged perpendicular to the heat exchanger tubes.
  • the Austrian patent specification AT 350 286 specifies a heat exchanger tube for an aluminum radiator, for example for a motor vehicle.
  • the heat exchanger tube is a composite tube made of two different aluminum alloys that are rolled together. Here, two thin strips of different aluminum alloys are rolled together. Such tightly rolled strips are transferred into a round tube by seam welding.
  • the heat exchanger tube contains a corrosion-resistant aluminum alloy (coating, plating) on the inside and the comparatively much thicker aluminum alloy that forms the base metal on the outside.
  • the material of the inner coating is anodic in relation to the base material in an aqueous environment, for example caused by an antifreeze solution in motor vehicle radiators.
  • French patent application 2 389 863 describes a heat exchanger tube made of a composite, which is intended for use in cooling barriers or heating systems.
  • the heat exchanger tube has a tubular base body made of an aluminum alloy, which inside as well 3 is also coated on the outside with a further aluminum-silicon alloy.
  • the object of the invention is to provide a heat exchanger tube with high corrosion resistance. Further objects of the invention consist in specifying a method for producing a heat exchanger tube and a condenser.
  • the first-mentioned object is achieved by a heat exchanger tube, in particular for a condenser, with an outer jacket area and an inner jacket area which is surrounded by the outer jacket area, the jacket areas being firmly connected to one another and the one jacket area having a highly corrosion-resistant plating material, for example a stainless steel with more than 20% by weight of chromium or a titanium, tantalum or zirconium alloy, and the other jacket area has a less corrosion-resistant base material, for example a steel with more than 10% by weight of chromium.
  • a heat exchanger tube in particular for a condenser
  • the invention is based on the knowledge that heat exchanger tubes not only need good thermal conductivity but also good corrosion resistance, especially if they come into contact with aggressive water such as seawater, brackish water or contaminated river water, in particular due to the salinity, organic ingredients or chemical Conditioning of water or other media.
  • a high thermal conductivity and the associated high heat transfer is achieved in particular by a small wall thickness (wall thickness) of a heat exchanger tube.
  • a material for a heat exchanger tube for example made of stainless steel or titanium
  • particularly corrosion-resistant materials for example molybdenum-containing, stainless CrNi steel, titanium, zirconium and tantalum alloys
  • a reduction in wall thickness leads to considerable cost savings due to the high material and manufacturing costs.
  • the inventive heat exchanger tube with a composite material consisting of a highly corrosion-resistant material and a material with less corrosion 5 durability is a heat exchanger tube with a high-strength and highly corrosion-resistant support material and a low-alloy and low-strength base material, which allows easy attachment to a tube sheet and has good vibration resistance with a small wall thickness.
  • either the outer jacket area or the inner jacket area can have the highly corrosion-resistant plating material. If, for example, a corrosive medium, for example saline water, flows through the heat exchanger tube from the inside, the inner jacket area has the highly corrosion-resistant plating material. If, on the other hand, a corrosive medium flows around the heat exchanger tubes, the outer jacket area has the highly corrosion-resistant plating material.
  • a corrosive medium for example saline water
  • the heat exchanger tube is preferably thin-walled, so that there is good heat transfer between a medium flowing inside and a medium flowing around the heat exchanger tube.
  • the wall thickness is preferably between 0.3 mm and 2 mm and, in particular when used as a heat exchanger tube for a condenser of a steam turbine, is in the range of approximately 0.5 mm.
  • the partial wall thickness of the cladding area which has the plating material is preferably less than the partial wall thickness of the cladding area which has the base material.
  • the partial wall thickness of the base material is preferably 1.5 times the partial wall thickness of the plating material. This provides effective protection against corrosion on the surface of the heat exchanger tube, which is attacked by the corrosive medium, and at the same time the properties of the base material contribute to the stability to vibration and to the simplified fastening of the heat exchanger tube, due to the lower strength and thus 6 better deformability of the base material, in a tube sheet.
  • the partial wall thickness of the cladding area with the plating material is preferably between 0.1 mm and 0.5 mm, in particular approximately 0.2 mm.
  • the partial wall thickness of the casing area with the base material is preferably between 0.2 mm and 1.5 mm, in particular about 0.3 mm.
  • the plating material to be exposed to the corrosive medium is preferably a high-alloy steel, in particular a super ferrite, a super duplex or a super austenite.
  • These steel alloys preferably have the following alloy components (details in percent by weight):
  • Super duplex 23% to 27% chromium, 4% to 8% nickel, 2% to 5% molybdenum as well as over 0.1% nitrogen, in particular about 25% chromium, 5% to 8% nickel and 3% to 5% molybdenum.
  • Super austenite 20 to 25% chromium, 20% to 25% nickel, 3% to 7% molybdenum and over 0.2% nitrogen.
  • the base material is preferably a ferritic chromium steel with between 10% and 17% chromium.
  • the base material can also be an austenitic steel with 16% to 20% chromium and 6% to 10% nickel, in particular approximately 18% chromium and approximately 8% nickel.
  • the composite material preferably has a combination of cladding material and base material of the type super ferrite / ferrite, super duplex / ferrite, super duplex / austenite or super austenite / austenite.
  • Other pairings can also be provided depending on the area of application of the heat exchanger tube, 7 such as super duplex / duplex or super austenite / duplex.
  • the heat exchanger tube is preferably bent from a band of the composite material into a tube and along one
  • a method for producing a heat exchanger tube with an outer jacket region and an inner jacket region which is surrounded by the outer jacket region a low-alloy base material, a chromium steel with more than 10% by weight chromium, is plated with a highly corrosion-resistant plating material.
  • a highly corrosion-resistant plating material made of a rust-free chrome steel with over 20% by weight of chrome or a titanium, tantalum or zirconium alloy can be applied to a suitable low-alloy base material.
  • a thin-walled sheet metal strip is produced from the base material plated in this way and the heat exchanger tube is bent from the sheet metal strip and welded along a longitudinal seam with low heat output.
  • the use of welding processes with minimal heat input and high cooling speed means that there is no disruptive mixing of the base material with the plating material in the area of the surface up to which the corrosive medium attacks Weld.
  • the plating can be carried out using known plating methods, such as roll, weld and explosive plating.
  • a sufficient ductility of the cladding material and the base material is required for roll and weld cladding, while hard, wear-resistant cladding materials can also be processed for explosive cladding.
  • Large sheet metal sheets of the base material can be clad by means of cold or hot rolling. Explosive plating can also be used to plate steel with a titanium alloy.
  • a broad band is first produced, whereby different shape change resistances caused by the different alloy contents are taken into account in hot strip and cold rolling.
  • a narrow band is then produced from the broadband, which is formed into the tube and welded in the area of a longitudinal seam with little heat input.
  • a weld seam of the highest purity and precision can be achieved with laser beam welding or electron beam welding without a mixing of the base material and the plating material.
  • Electron beam welding makes it possible to produce deep, narrow weld seams with an extremely narrow goods influence zone, that is to say minimal thermal influences on the composite material.
  • fusion welding with beams with high energy density is therefore better for producing a Heat exchanger tube with a composite material suitable.
  • a condenser in particular for a steam turbine, which has a multiplicity of heat exchanger tubes made of a composite material with an outer jacket region and an inner jacket region, the composite material being a highly corrosion-resistant plating material and a less corrosion-resistant base material having.
  • the cladding material forms an outer jacket area when the outer surface of the heat exchanger tubes comes into contact with a corrosive medium. If the inner surface of the heat exchanger tubes comes into contact with a corrosive medium, the plating material forms an inner jacket area.
  • the inner jacket region is correspondingly formed from the plating material. This increases the corrosion resistance of the heat exchanger tubes and, on the other hand, the outer jacket area made of the base material provides high vibration stability and good fastening in a tube plate of the condenser. 10
  • the heat exchanger tube and the condenser are explained in more detail in the exemplary embodiments shown in the drawing. Some of them do not show to scale and schematically
  • FIG. 2 shows a heat exchanger tube made of a composite material and FIG. 3 shows a section of a condenser in a longitudinal section.
  • a sheet metal strip 7 is shown in an oblique view.
  • This sheet metal strip 7 has a base material 5 made of a low-alloy and low-strength steel, on which a highly corrosion-resistant, high-alloy steel is plated by means of a plating process, in particular a roll plating process.
  • the sheet metal strip 7 has a wall thickness 15 in the range of 0.5 mm.
  • the base material 5 has a partial wall thickness 17 which is larger than a partial wall thickness 16 of the plating material 4.
  • the partial wall thickness of the base material is approximately 0.3 mm and the partial wall thickness 16 of the plating material 4 is approximately 0.2 mm.
  • the heat exchanger tube 1 in an oblique view, which is formed from a sheet metal strip 7 (see FIG. 1).
  • the heat exchanger tube 1 is welded along a longitudinal seam 6 by means of electron beam welding or laser beam welding.
  • the heat exchanger tube 1 has the plating material 4 in an inner jacket region 3 and the base material 5 in an outer jacket region 2.
  • the corrosive medium for example cooling water, flows through the heat exchanger tube 1 from the inside.
  • the condenser 10 has a large number of heat exchanger tubes 1, of which only four are shown for the sake of clarity.
  • the heat exchanger tubes 1 are fastened in a tube plate 11 of the condenser 10. They are also supported between the two ends of the heat exchanger, not shown, by a plurality of support plates 12. Due to the high vibration stability of the heat exchanger tubes 1 by using the composite material made of the base material 5 and the plating material 4, the number of support plates 12 can be kept low.
  • a coolant 13, in particular water flows through the heat exchanger tubes 1.
  • Steam 14 from a steam turbine (not shown) flows around its outer surface 8 (see FIG.
  • the coolant 13 is supplied, for example, from a river, a lake or from the sea, the coolant 13 could lead to increased corrosion of the heat exchanger tube 1. This is significantly reduced if not prevented by the plating material 4, which is highly corrosion-resistant.
  • the tubes 1 are widened with a corresponding deformation of the base material 5, as a result of which the tubes 1 are securely fastened (braced) in the tube sheet 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherrohr (1), insbesondere für einen Kondensator (10), mit einem inneren Mantelbereich (3), welcher von einem äußeren Mantelbereich (2) umgeben ist. Die Mantelbereiche (2; 3) sind fest miteinander verbunden, wobei ein Mantelbereich (2; 3) einen hochkorrosionsbeständigen Plattierungswerkstoff (4) und der andere Mantelbereich (3; 2) einen weniger korrosionsbeständigen Grundwerkstoff (5) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohres (1) und einen Kondensator (10).

Description

Beschreibung
Wärmetauscherrohr, Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohrs sowie Kondensator
Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherrohr, insbesondere für einen Kondensator, mit einem äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich, der von dem äußeren Mantelbereich umgeben ist.
Wärmetauscherrohre finden Anwendung in unterschiedlichen Arten von Wärmetauschern, bei denen die Wärme eines Mediums auf ein anderes Medium übertragen wird. Hierdurch kann beispielsweise ein Aufheizen bishin zum Verdampfen eines Mediums sowie ein Abkühlen eines Mediums bishin zu einer Kondensation erreicht werden. In der Informationsschrift „Rohrtechnik aktuell" der Fischer Unternehmensgruppe, 7/95, ist in dem Artikel „D1L - die neue Formel für ein innovatives Rohrkonzept", ein Doppelwandrohr für eine Abgasanlage insbesondere einen Abgas- krümmer angegeben. Dieses Doppelwandrohr ist aus Edelstahl hergestellt, wodurch eine glatte Rohrinnenfläche mit einem guten Strömungsverhältnis gegeben ist. Zur Herstellung des Doppelwandrohres werden zwei Spaltbänder in einem kontinuierlichen Prozeß walzprofiliert und an den Stoßkanten mittels Laserschweißens verschweißt. Das so hergestellte Doppelwandrohr besteht wie bisher bekannte Doppelwandrohre aus zwei Rohrwandungen, die durch eine gemeinsame Schweißnaht miteinander verbunden sind. Durch ein so hergestelltes Doppelwandrohr, bei dem lediglich eine Verbindung an der Schweißnaht hergestellt ist, hat sich gezeigt, daß an der Trennstelle von Innen- und Außenrohr die Leitung von Schall wirksam unterbrochen ist, so daß mit einem solchen Doppelwandrohr eine wirksame Schalldämmung erreicht ist.
In der EP 0 619 466 Bl ist ein als Dampfkondensator beschriebener Wärmeaustauscher angegeben, bei dem es sich um einen Oberflächenkondensator in rechteckiger Bauform für eine 2 Dampfturbine handelt. Der Kondensator ist hierbe-i über einen Abdampfstutzen an die Dampfturbine angeschlossen, über den Dampf in den Kondensatorhals einströmt. Der Kondensator enthalt Bündel von Warmetauscherrohren, die über ihre gesamte Lange von außen von dem Dampf umströmt werden. Die Warmetau- scherrohre werden in ihrem Inneren von Kuhlwasser durchflössen. Jedes Bündel von Warmetauscherrohren wird durch senkrecht zu den Warmetauscherrohren angeordneten Stutzplatten in Kompartimente unterteilt.
In der österreichischen Patentschrift AT 350 286 ist ein War- metauscherrohr für einen Aluminiumradiator, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, angegeben. Das Warmetauscherrohr ist hierbei ein Verbundrohr aus zwei unterschiedlichen Aluminium- legierungen, die miteinander festgewalzt sind. Hierbei sind jeweils zwei dünne Streifen der unterschiedlichen Aluminiumlegierungen miteinander festgewalzt. Solch festgewalzte Streifen werden durch Nahtschweißen in ein rundes Rohr überfuhrt. Das Warmetauscherrohr enthalt an der Innenseite eine korrosionsbeständige Aluminiumlegierung (Beschichtung, Plattierung) und an der Außenseite die vergleichsweise wesentlich dickere Aluminiumlegierung, die das Grundmetall bildet. Das Material der Innenbeschichtung ist hierbei gegenüber dem Grundmaterial in wassriger Umgebung, beispielsweise hervorge- rufen durch eine Antifrostlosung in Kraftfahrzeugsradiatoren, anodisch. Hierdurch wird erreicht, daß falls eine lokale Durchlöcherung der Beschichtung (Überzug) auftritt, der durch die relativ große Anode (Überzug) und die kleine Kathode erzeugte elektrische Strom die Wirkung hat, daß er eine Durch- locherung des Grundmaterials verhindert und dieses gegen wei¬ tere Zerstörung kathodisch schützt.
In der franzosischen Patentanmeldung 2 389 863 ist ein Warmetauscherrohr aus einem Verbund beschrieben, welches für den Einsatz in Kuhlschranken oder Heizungen vorgesehen ist. Das Warmetauscherrohr weist hierbei einen rohrformigen Grundkor- per aus einer Aluminiumlegierung auf, die sowohl innen als 3 auch außen mit einer weiteren Aluminium-Silizium-Legierung beschichtet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmetauscherrohr mit hoher Korrosionsbeständigkeit anzugeben. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohrs sowie einen Kondensator anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die erstgenannte Aufgabe durch ein Wär- metauscherrohr, insbesondere für einen Kondensator, mit einem äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich, der von dem äußeren Mantelbereich umgeben ist, gelöst, wobei die Mantelbereiche fest miteinander verbunden sind und der eine Mantelbereich einen hochkorrosionsbeständigen Plattierungs- werkstoff, beispielsweise einen nichtrostenden Chrom-Stahl mit über 20% Gewichtsanteil Chrom oder eine Titan-, Tantaloder Zirkon-Legierung, und der andere Mantelbereich einen weniger korrosionsbeständigen Grundwerkstoff, beispielsweise einen Chrom-Stahl mit über 10% Gewichtsanteil Chrom, auf- weist.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß Wärmetauscherrohre neben einer guten Wärmeleitfähigkeit auch eine gute Korrosionsbeständigkeit benötigen, insbesondere wenn sie mit aggresiven Wasser wie z.B. See-, Brack- oder verschmutztem Flußwasser in Berührung kommen, insbesondere aufgrund des Salzgehaltes, organischer Inhaltsstoffe oder chemischer Kon- ditionierung des Wassers oder anderer Medien. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ein damit verbundener hoher Wärmeüber- trag, wird insbesondere durch eine geringe Wanddicke (Wandstärke) eines Wärmetauscherrohrs erreicht. Bei einem Werkstoff für ein Wärmetauscherrohr beispielsweise aus einem nichtrostenden Stahl oder Titan, ist es möglich, eine hohe Korrosionsbeständigkeit zu erreichen und durch eine dünnwan- dige Ausgestaltung auch einen hohen Wärmeübertrag zu erreichen, wobei über eine lange Betriebszeit im Gegensatz zu Wärmetauscherrohren aus Kupferlegierungen im wesentlichen keine 4 Wanddickenreduzierung stattfindet. Insbesondere -bei besonders korrosionsbeständigen Werkstoffen (Materialien) , beispielsweise molybdanhaltigen, nichtrostenden CrNi-Stahlen, Titan-, Zirkon- und Tantal-Legierungen fuhrt aufgrund der hohen Mate- rial- und Herstellungskosten eine Wanddickenreduzierung zu erheblichen Kosteneinsparungen. Allerdings ergibt es hinsichtlich Herstellbarkeit, Verarbeitung und Beanspruchung Grenzen, so daß beispielsweise bei Unterschreiten einer bestimmten Dicke des Grundmaterials zur Herstellung von Rohren der Herstellungsprozeß sich deutlich verteuert, der Einbau solcher Warmetauscherrohre schwieriger wird, insbesondere im Hinblick auf das Ansteigen einer Beschadigungsgefahr . Weiterhin fuhren solche Materialien zu Problemen bei der Befestigung von Warmetauscherrohren, beispielsweise in einem Rohrbo- den eines Kondensators oder eines Wärmetauschers, da durch eine Aufweitung der Rohre im Rohrboden eine geringe Haftfestigkeit und Dichtigkeit erreichbar ist. Dies resultiert unter anderem daraus, daß nichtrostende Stähle, welche hochkorrosionsbeständig sind, wie beispielsweise ein Superaustenit, Superduplex oder Superferrit aufgrund ihrer Legierungszusammensetzung eine hohe Festigkeit aufweisen, so daß sich diese in Rohrbόden aus niedriglegierten und niedrigfesten Stählen, vor allem bei geringer Rohrwanddicke und geringem Stegabstand der Bohrungen nicht ausreichend gut befestigen und abdichten lassen. Bei solchen aus hochkorrosionsbestandigen Werkstoffen oder Titan bestehenden Warmetauscherrohren, konnte es daher erforderlich sein diese in plattierte Rohrboden einzuschweißen, was äußerst zeitaufwendig ist. Zudem ist die Schwingfestigkeit solcher Rohre aus hochkorrosionsbestandigen Werk- Stoffen gering, so daß die Anzahl verwendeter Stützwände zur Dampfung der Schwingungen solcher dünnwandiger Warmetauscherrohre groß sein müßte, was den konstruktiven Aufwand bei der Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere Kondensatoren, erhöht. Durch das erfindungsgemaße Waremetauscherrohr mit einem Verbundwerkstoff bestehend aus einem hochkorrosionsbestandigen Werkstoff und einem Werkstoff mit geringerer Korrosionsbe- 5 standigkeit ist ein Warmetauscherrohr mit einem hoherfesten und hochkorrosionsbestandigen Auflagewerkstoff und einem niedriglegierten und niedrigfesteren Basiswerkstoff gegeben, welches sowohl eine einfache Befestigung m einem Rohrboden erlaubt als auch eine gute Schwingfestigkeit bei geringer Wandstarke aufweist. Je nach Anforderungen an das Warmetauscherrohr kann entweder der äußere Mantelbereich oder der innere Mantelbereich den hochkorrosionsbestandigen Plattierungswerkstoff aufweisen. Wird beispielsweise das Warmetau- scherrohr mit einem korrosiv wirkenden Medium, beispielsweise salzhaltigem Wasser von innen her durchströmt, so weist der innere Mantelbereich den hochkorrosionsbestandigen Plattierungswerkstoff auf. Werden hingegen die Warmetauscherrohre von einem korrosiven Medium von außen umströmt, so weist der äußere Mantelbereich den hochkorrosionsbestandigen Plattierungswerkstoff auf.
Das Warmetauscherrohr ist vorzugsweise dünnwandig ausgeführt, wodurch ein guter Warmeubertrag zwischen einem im inneren stromenden Medium und einem das Warmetauscherrohr umströmenden Medium gegeben ist. Die Wandstarke betragt dabei vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 2 mm und liegt insbesondere bei einer Anwendung als Warmetauscherrohr für einen Kondensator einer Dampfturbine im Bereich von etwa 0,5 mm.
Die Teilwandstarke des Mantelbereichs, welcher den Plattierungswerkstoff aufweist st vorzugsweise geringer als die Teilwandstarke des Mantelbereichs, der den Grundwerkstoff aufweist. Vorzugsweise betragt die Teilwandstarke des Grund- Werkstoffes das 1,5-fache der Teilwandstarke des Plattierungswerkstoffes . Hierdurch ist ein wirkungsvoller Schutz gegen Korrosion an der Oberflache des Warmetauscherrohrs gegeben, an der das korrosive Medium angreift und gleichzeitig tragen die Eigenschaften des Grundwerkstoffes zur Schwm- gungsstabilitat und zur vereinfachten Befestigung des Warmetauscherrohrs, aufgrund der geringeren Festigkeit und damit 6 besseren Deformierbarkeit des Grundwerkstoffes, in einem Rohrboden bei.
Die Teilwandstärke des Mantelbereichs mit dem Plattierungs- werkstoff beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, insbesondere etwa 0,2 mm. Die Teilwandstärke des Mantelbereichs mit dem Grundwerkstoff beträgt vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 1,5 mm, insbesondere etwa 0,3 mm.
Der dem korrosiven Medium auszusetzende Plattierungswerkstoff ist vorzugsweise ein hochlegierter Stahl, insbesondere ein Superferrit, ein Superduplex oder ein Superaustenit . Diese Stahllegierungen weisen bevorzugt (Angaben jeweils in Gewichtsprozent) folgende Legierungskomponenten auf:
Superferrit: 27 % bis 31 % Chrom, 1 % bis 5 % Nickel und 2 % bis 4 % Molybdän, insbesondere etwa 29 % Chrom.
Superduplex: 23 % bis 27 % Chrom, 4 % bis 8 % Nickel, 2 % bis 5 % Molybdän sowie über 0,1 % Stickstoff, insbesondere etwa 25 % Chrom, 5 % bis 8 % Nickel und 3 % bis 5 % Molybdän.
Superaustenit: 20 bis 25 % Chrom, 20 % bis 25 % Nickel, 3 % bis 7 % Molybdän sowie über 0,2 % Stickstoff.
Der Grundwerkstoff ist vorzugsweise ein ferritischer Chromstahl mit zwischen 10 % bis 17 % Chrom. Der Grundwerkstoff kann alternativ auch ein austenitischer Stahl mit 16 % bis 20 % Chrom und 6 % bis 10 % Nickel, insbesondere etwa 18 % Chrom und etwa 8 % Nickel sein.
Vorzugsweise weist der Verbundwerkstoff eine Kombination aus Plattierungswerkstoff und Grundwerkstoff der Art Superfer- rit/Ferrit, Superduplex/Ferrit , Superduplex/Austenit oder Su- peraustenit/Austenit auf. Es können auch andere Paarungen je nach Einsatzgebiet des Wärmetauscherrohrs vorgesehen werden, 7 wie beispielsweise Superduplex/Duplex oder Superaustenit/Du- plex.
Das Warmetauscherrohr ist vorzugsweise aus einem Band des Verbundwerkstoffes zu einem Rohr gebogen und entlang einer
Langsnaht verschweißt, wobei an einer Außenoberflache und einer Innenoberflache im Bereich der Langsnaht keine Durchmischung des Grundwerkstoffes mit dem Plattierungswerkstoff und umgekehrt erfolgt ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß an der Oberfläche, an der das korrosive Medium angreift der hochkorrosionsbestandige Plattierungswerkstoff in der entsprechenden Reinheit und Wandstarke vorhanden ist, so daß an der Langsnaht die gleichguten Korrosionseigenschaften wie über die gesamte dem korrosiven Medium auszusetzende Oberfla- ehe gegeben ist. Eine unzulässige Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit durch die geschweißte Langsnaht ist somit vermieden.
Erfindungsgemaß wird bei einem Verfahren zur Herstellung ei- nes Warmetauscherrohrs mit einem äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich, der von dem äußeren Mantelbereich umgeben ist, ein niedriglegierter Grundwerkstoff, einen Chrom-Stahl mit über 10% Gewichtsanteil Chrom, mit einem hochkorrosionsbestandigen Plattierungswerkstoff plattiert. Auf einen geeigneten niedriglegierten Grundwerkstoff kann hierbei ein hochkorrosionsbestandiger Plattierungswerkstoff aus einem nichtrostenden Chrom-Stahl mit über 20% Gewichtsanteil Chrom oder eine Titan-, Tantal- oder Zirkon-Legierung aufgebracht werden. Aus dem so plattierten Grundwerkstoff wird ein dünnwandiges Blechband hergestellt und aus dem Blechband das Warmetauscherrohr gebogen und entlang einer Langsnaht mit geringem Warmeemtrag verschweißt. Durch den Einsatz von Schweißverfahren mit minimalen Warmeeintrag und hoher Abkuhlgeschwmdigkeit, wie Laserstrahl- oder Elektro- nenstrahl-Schweißen erfolgt bis zu der Oberflache, an der das korrosive Medium angreift, keine störende Durchmischung des Grundwerkstoffes mit dem Plattierungswerkstoff im Bereich der Schweißnaht. Das Plattieren kann mit bekannten .Plattie- rungsverfahren, wie Walz-, Schweiß- und Sprengplattieren durchgeführt werden. Beim Walz- und Schweißplattieren wird eine hinreichende Duktilitat des Plattierungswerkstoffes und des Grundwerkstoffes benotigt, wahrend beim Sprengplattieren auch harte, verschleißfeste Plattierungswerkstoffe verarbeitbar. Mittels Kalt- oder Warmwalzens können große Blechtafeln des Grundwerkstoffes plattiert werden. Mittels des Sprengplattierens lassen sich auch Stahle mit einer Titanle- gierung plattieren.
Bei Anwendung des Walzplattierungsverfahrens wird zuerst ein Breitband hergestellt, wobei durch die unterschiedlichen Legierungsgehalte verursachten unterschiedlichen Formanderungs- widerstände beim Warmbandwalzen und Kaltwalzen berücksichtigt werden. Aus dem Breitband wird dann ein Schmalband hergestellt, welches zu dem Rohr geformt und mit geringem Warme- eintrag im Bereich einer Langsnaht geschweißt wird. Gegenüber einem Schweißverfahren, insbesondere einem Schutzgasschweiß- verfahren bei dem eine starke Durchmischung des Grundwerkstoffes mit dem Plattierungswerkstoff auftreten wurde, kann bei einem Laserstrahl-Schweißen oder Elektronenstrahl-Schweißen eine Schweißnaht höchster Reinheit und Präzision ohne eine Durchmischung von Grundwerkstoff und Plattierungswerk- Stoff erreicht werden. Das Elektronenstrahl-Schweißen ermöglicht es tiefe, schmale Schweißnahte herzustellen mit einer äußerst schmalen War eeinflußzone, also minimalen thermischen Beeinflussungen des Verbundwerkstoffes. Durch die geringe Warmeeinbringung wird zudem ein geringer Verzug und Span- nungsaufbau erreicht, so daß Prazisionsschweißungen durchgeführt werden können. Es ist ebenfalls keine Aufnahme von Wasserstoff, Sauerstoff oder Stickstoff erforderlich, so daß reine und unversprotete Schweißnahte, insbesondere an reaktiven Metallen möglich sind. Die hohe Energiedichte erlaubt es zudem sowohl hohe Schweißgeschwindigkeiten als auch Mikro- schweißungen an sehr d nnen Teilen durchzufuhren. Es können hochschmelzende Metalle und wegen der geringen Warmeeinbnn- 9 gung auch sehr unterschiedlich schmelzende Werkstoffe verschweißt werden. Gleiche Vorteile lassen sich auch mit Laserstrahl-Schweißen herstellen, wobei sich Laserstrahl-Schweißen vorzugsweise für Wanddicken von weniger als 1 mm eignet, so daß bei dünnwandigen Rohren von ungefähr 0,5 mm Wandstärke das Laserstrahl-Schweißen gut einsetzbar ist. Gegenüber dem herkömmlichen Schutzgasschweißverfahren wie dem Wolfram- Inert-Gas (WIG) -Schweißens mit einer sich nicht verbrauchenden Wolfram-Elektrode und einer in Schutzgasatmosphäre, welches vorzugsweise zum Schweißen hochlegierter Stähle eingesetzt wird, ist somit das Schmelzschweißen mit Strahlen hoher Energiedichte besser zur Herstellung eines Wärmetauscherrohrs mit einem Verbundwerkstoff geeignet.
Die auf einen Kondensator gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kondensator, insbesondere für eine Dampfturbine, gelöst, welcher eine Vielzahl von Wärmetauscherrohre aus einem Verbundwerkstoff mit einem äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich aufweist, wobei der Verbund- Werkstoff einen hochkorrosionsbeständigen Plattierungswerkstoff und einen weniger korrosionsbeständigen Grundwerkstoff aufweist. Der Plattierungswerkstoff bildet hierbei einen äußeren Mantelbereich, wenn die äußere Oberfläche der Wärmetauscherrohre mit einem korrosiven Medium in Berührung kommt. Kommt die Innenoberfläche der Wärmetauscherrohre mit einem korrosiven Medium in Berührung, so bildet der Plattierungswerkstoff einen inneren Mantelbereich. Bei Wärmetauscherrohren eines Kondensators, die von Kühlwasser durchströmt werden, welches beispielsweise einem Fluß, einem See oder aus einem Meer entnommen werden, ist entsprechend der innere Mantelbereich aus dem Plattierungswerkstoff gebildet. Hierdurch ist die Korrosionsbeständigkeit der Wärmetauscherrohre erhöht und andererseits durch den äußeren Mantelbereich aus dem Grundwerkstoff eine hohe Schwingungsstabilität sowie eine gute Befestigung in einem Rohrboden des Kondensators gegeben. 10 Das Warmetauscherrohr sowie der Kondensator werden m den in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen teilweise nicht maßstablich und schematisiert
FIG 1 ein Blechband aus einem Verbundwerkstoff,
FIG 2 ein Warmetauscherrohr aus einem Verbundwerkstoff und FIG 3 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines Kondensators .
Die in FIG 1 bis FIG 3 verwendeten Bezugszeichen haben durchgehend die gleiche Bedeutung.
In FIG 1 ist ein Blechband 7 in einer Schragansicht dargestellt. Dieses Blechband 7 weist einen Grundwerkstoff 5 aus einem niedriglegierten und niedrigfesten Stahl auf, auf welchem mittels eines Plattierungsverfahrens, insbesondere eines Walzplattierungsverfahrens, ein hochkorrosionsbestandiger, hochlegierter Stahl aufplattiert ist. Das Blechband 7 weist eine Wandstarke 15 im Bereich von 0,5 mm auf. Der Grundwerk- stoff 5 hat eine Teilwandstarke 17, die großer als eine Teilwandstarke 16 des Plattierungswerkstoffes 4 ist. Bei einem Warmetauscherrohr 1 (siehe FIG 2) mit einer Wandstarke 15 von etwa 0,5 mm betragt die Teilwandstarke des Grundwerkstoffes etwa 0,3 mm und die Teilwandstarke 16 des Plattierungswerk- Stoffes 4 etwa 0,2 mm.
In FIG 2 ist ein Warmetauscherrohr 1 in einer Schragansicht dargestellt, welches aus einem Blechband 7 (siehe FIG 1) geformt ist. Das Warmetauscherrohr 1 ist entlang einer Langs- naht 6 mittels Elektronenstrahl-Schweißens oder Laserstrahl- Schweißens verschweißt. In einem inneren Mantelbereich 3 weist das Warmetauscherrohr 1 den Plattierungswerkstoff 4 und in einem äußeren Mantelbereich 2 den Grundwerkstoff 5 auf. Durch das Verschweißen des Warmetauscherrohrs 1 entlang der Langsnaht 6 mittels Elektronenstrahl-Schweißens oder Laserstrahl-Schweißens ist erreicht, daß weder an einer Außenober- flache 8 noch an einer Innenoberflache 9 eine Durchmischung 11 zwischen Grundwerkstoff 5 und Plattierungswerkstoff 4 erfolgt. Hierdurch sind entlang der Längsnaht 6 die geforderten Materialeigenschaften, nämlich hohe Korrosionsbeständigkeit an der Oberfläche, die einem korrosiven Medium ausgesetzt ist, und geringe Festigkeit zur Befestigung, insbesondere in einem Rohrboden eines Kondensators, gewährleistet. Das korrosive Medium, z.B. Kühlwasser, durchströmt das Wärmetauscherrohr 1 von innen.
In FIG 3 ist ein Ausschnitt durch einen Längsschnitt eines Kondensators 10 dargestellt. Der Kondensator 10 weist eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren 1 auf, von denen der Übersichtlichkeit halber lediglich vier Stück dargestellt sind. Die Wärmetauscherrohre 1 sind in einem Rohrboden 11 des Kon- densators 10 befestigt. Sie werden weiterhin zwischen den beiden nicht dargestellten Enden des Wärmetauschers durch eine Mehrzahl von Stützplatten 12 abgestützt. Durch die hohe Schwingungsstabilität der Wärmetauscherrohre 1 durch Verwendung des Verbundwerkstoffes aus dem Grundwerkstoff 5 und dem Plattierungswerkstoff 4 kann die Anzahl der Stützplatten 12 gering gehalten werden. Die Wärmetauscherrohre 1 werden von einem Kühlmittel 13, insbesondere Wasser, durchströmt. Ihre Außenoberfläche 8 (siehe FIG 2) wird von Dampf 14 aus einer nicht dargestellten Dampfturbine umströmt, welcher Dampf 14 an den Wärmetauscherrohren 1 (Kondensatorrohren) kondensiert und aus dem Kondensator 10 abgeführt wird. Wird das Kühlmittel 13 beispielsweise aus einem Fluß, einem See oder aus dem Meer zugeführt, so könnte das Kühlmittel 13 zu einer erhöhten Korrosion des Wärmetauscherrohres 1 führen. Dies wird durch den Plattierungswerkstoff 4, welcher hochkorrosionsbeständig ist deutlich vermindert wenn nicht sogar verhindert. Durch ein Walzen der Rohre 1 im Inneren im Bereich des Rohrbodens 11 findet eine Aufweitung der Rohre 1 mit einer entsprechenden Deformation des Grundwerkstoffes 5 statt, wodurch eine gute Befestigung (Verspannung) der Rohre 1 im Rohrboden 11 erreicht ist.

Claims

12 Patentansprüche
1. Wärmetauscherrohr (1), insbesondere für einen Kondensator (10), mit einem äußeren Mantelbereich (2) und einem inneren Mantelbereich (3), der von dem äußeren Mantelbereich (2) umgeben ist, wobei die Mantelbereiche (2,3) fest miteinander verbunden sind und der eine Mantelbereich (2; 3) einen hochkorrosionsbeständigen Plattierungswerkstoff (4) und der andere Mantelbereich (3; 2) einen weniger korrosionsbeständigen Grundwerkstoff (5) , wobei der weniger korrosionsbeständige Grundwerkstoff (5) einen Chrom-Stahl mit über 10% Gewichtsanteil Chrom und/oder der Plattierungswerkstoff einen nichtrostenden Chrom-Stahl mit über 20% Gewichtsanteil Chrom oder eine Titan-, Tantal- oder Zirkon-Legierung aufweist.
2. Wärmetauscherrohr (1) nach Anspruch 1, welches dünnwandig ausgeführt ist, mit einer Wandstärke (15) von zwischen 0,3 mm und 2 mm.
3. Wärmetauscherrohr (1) nach Anspruch 1, oder 2, bei dem die Teilwandstärke (16) des Mantelbereichs (2; 3) mit dem Plattierungswerkstoff (4) geringer ist als die Teilwandstärke (17) des Mantelbereichs (3;2) mit dem Grundwerkstoff (5), insbesondere um etwa 50% geringer.
4. Wärmetauscherrohr (1) nach Anspruch 3, bei dem die Teilwandstärke (16) des Mantelbereichs (2; 3) mit dem Plattierungswerkstoff (4) zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, insbesondere etwa 0,2 mm, beträgt.
5. Wärmetauscherrohr (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Teilwandstärke (17) des Mantelbereichs (3;2) mit dem Grundwerkstoff (4) zwischen 0,2 mm und 1,5 mm, insbesondere etwa 0, 3 mm beträgt .
6. Warmetauscherrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Plattierungswerkstoff (4) ein Superfer- 13 rit ist, insbesondere mit 27% - 31% Cr, 1% - 5% Ni und 2% - 4% Mo (Angaben in Gewichtsprozent) .
7. Warmetauscherrohr (1) nach einem der vorhergehenden An- spruche, bei dem der Plattierungswerkstoff (4) ein Superduplex ist, insbesondere mit 23% - 27% Cr, 4% - 8% Ni und 2% - 5% Mo sowie über 0,1% N (Angaben in Gewichtsprozent).
8. Warmetauscherrohr (1) nach einem der vorhergehenden An- spruche, bei dem der Plattierungswerkstoff (4) ein Superaustenit ist, insbesondere mit 20% - 25% Cr, 20% - 25% Ni, 3% - 7% Mo, sowie über 0,2% N (Angaben in Gewichtsprozent).
9. Warmetauscherrohr (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Grundwerkstoff (5) ein ferritischer Chromstahl mit zwischen
10% - 17% Cr ist (Angaben in Gewichtsprozent) .
10. Warmetauscherrohr (1) nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Grundwerkstoff (5) ein austenitischer Chromstahl mit zwischen 16% - 20% Cr und 6% - 10% Ni, insbesondere 18% Cr und 8% Ni, ist (Angaben in Gewichtsprozent) .
11. Warmetauscherrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine Außenoberflache (12) und eine Innen- oberflache (13) aufweist und entlang einer Langsnaht (6) geschweißt ist, wobei entlang der Langsnaht (6) in einer jeweiligen Umgebung der Außenoberflache (12) und der Innenoberflache (13) jeweils nur der Plattierungswerkstoff (4) oder der Grundwerkstoff (5) vorhanden ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Warmetauscherrohrs (1) mit einem äußeren Mantelbereich (2) und einem inneren Mantelbereich (3), der von dem äußeren Mantelbereich (2) umgeben ist, wobei a) ein niedrig legierter Grundwerkstoff (5) mit einem hochkorrosionsbestandigen Plattierungswerkstoff (4) plattiert wird, wobei als niedrig legierter Grundwerkstoff (5) ein 14 Chrom-Stahl mit über 10% Gewichtsanteil Chrom und/oder als hochkorrosionsbeständiger Plattierungswerkstoff (4) ein nichtrostender Chrom-Stahl mit über 20% Gewichtsanteil Chrom, ein Titan-, Tantal-, oder Zirkon-Legierung verwendet wird, b) hieraus ein dünnwandiges Blechband (7) hergestellt wird und c) aus dem Blechband (7) das Wärmetauscherrohr (1) gebogen und entlang einer Längsnaht (6) mit geringem Wärmeeintrag, insbesondere mittels Laserschweißens, verschweißt wird.
13. Kondensator (10), insbesondere für eine Dampfturbine, mit einer Vielzahl von Warmetauscherrohren (1) mit jeweils einem äußeren Mantelbereich (2) und einem inneren Mantelbereich (3) , der von dem äußeren Mantelbereich (2) umgeben ist, wobei die Mantelbereiche (2,3) fest miteinander verbunden sind und der eine Mantelbereich (2; 3) einen hochkorrosionsbeständigen Plattierungswerkstoff (4) und der andere Mantelbereich (3; 2) ein weniger korrosionsbeständigen Grundwerkstoff (5) aufweist.
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