Beschreibung
Strahlvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Strahlvorrichtung mit einer Düse zur Innenreinigung eines Rohres mittels eines Strahlmittels, wobei die Düse einen sich verjüngenden Abschnitt, in dem der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung abnimmt, einen mittleren
Abschnitt und stromabwärts des mittleren Abschnitts einen sich erweiternden Abschnitt aufweist, in dem der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung zunimmt.
Beim Strahireinigen mit Trockeneis wird Trockeneisgranulat in Reiskorngröße, sogenannte Pellets, in einen Druckluftstrom eindosiert, in einer Strahldüse beschleunigt und dann auf das abzustrahlende Objekt gerichtet. Die Pellets kühlen beim Auftreffen auf das Objekt die Oberfläche punktuell ab und verspröden diese. Die versprödeten Oberfiächenschichten werden durch nachfolgende Pellets abgetragen.
Bei der Reinigung von Innenseiten von Rohren mit Trockeneis werden
Strahlvorrichtungen verwendet, wie sie beispielsweise in der EP 1 035 947 B1 beschrieben sind. Ein Druckluftstrahl, in den Trockeneispellets eindosiert wurden, wird einer Lavaldüse zugeführt und in dieser beschleunigt. Stromabwärts der Düse ist ein axialsymmetrischer, konus-ähnlicher Ablenkkörper angeordnet, der den axial verlaufenden Strahl kegelförmig nach außen ablenkt. Zur Rohrreinigung wird die
Vorrichtung beispielsweise mit einer Stange durch das zu reinigende Rohr geschoben, wobei die mit Hilfe des Ablenkkörpers erzeugte kegelförmige Strömung auf die Innenwand des Rohres trifft und diese reinigt.
Bei gewickelten Wärmetauschern werden die einzelnen Wärmetauscherrohre um ein zentrales Standrohr gewickelt. Hierbei treten teilweise starke Rohrkrümmungen auf, die mit den bekannten Strahlvorrichtungen nicht oder nur ungenügend gereinigt werden können.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Reinigung von gebogenen Rohren mittels eines Strahlmittels zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strahlvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Durchmesser der Außenwand der Düse an deren Eintritt und an deren Austritt größer als der Durchmesser der Außenwand im mittleren Abschnitt ist.
Durch die taillierte Ausführung der Düse wird es möglich, die Düse auch durch gebogene Rohre zu bewegen, wobei der größere Düsenquerschnitt am Eintritt gewährleistet, dass das Strahlmittel im wesentlichen innen durch die Düse und nicht • außen an der Düse vorbeiströmt.
Das Vorbeiströmen des Strahlmittels an der Düse kann zusätzlich wirkungsvoll verringert beziehungsweise ganz vermeiden werden, wenn am Eintritt in die Düse ein Dichtungselement zur Abdichtung der Düsenaußenwand gegen das Rohr vorgesehen • ist. Das Dichtungselement stellt außerdem sicher, dass die Düse in dem zu reinigenden Rohr stets zentriert positioniert ist, so dass alle Bereiche der Innenwand gleichmäßig stark von dem Strahlmittel beaufschlagt werden. Als Dichtungselemente eignen sich beweg- oder verformbare Materiaien, insbesondere Federstahl.
Die Düse wird zur Reinigung in das Rohr eingebracht und infolge des Drucks des anströmenden Strahlmittels durch das Rohr bewegt. Um eine gezielte Reinigung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Düse mit einer flexiblen Haltevorrichtung versehen ist, die durch das zu reinigende Rohr und insbesondere um die Rohrbiegungen führbar ist. Als Haltevorrichtung haben sich Seile, insbesondere Stahlseile und Edelstahlseile und flexible Drähte bewährt.
Die Zuführung der flexiblen Haltevorrichtung, beispielsweise eines Halteseils, zur Düse erfolgt vorzugsweise über eine schleusenähnliche Vorrichtung in die Zuleitung für das Strahlmittel. Zur Steuerung der Düsenbewegung durch das Rohr wird das Halteseil bevorzugt an einer Seilwinde befestigt, die ein definiertes Abrollen des Halteseils erlaubt. Hierbei haben sich insbesondere elektrisch betriebene Seilwinden mit variabler Abrollgeschwindigkeit als günstig erwiesen.
Die Beaufschlagung der Rohrinnenwand mit dem Strahlmittel wird dadurch wesentlich verbessert, dass ein Ablenkkörper zum Ablenken des aus der Düse austretenden Strahlmittelstromes auf die Rohrinnenwand vorgesehen ist. Der Strahlmittelstrom
erfährt durch den Ablenkkörper eine radiale Bewegungskomponente und wird nach außen auf die Rohrinnenwand abgelenkt.
Vorzugsweise ragt der Ablenkkörper zumindest teilweise in den expandierenden Teil der Düse, so dass der Strahlmittelstrom zu einem Zeitpunkt auf den Ablenkkörper trifft, zu dem er noch nicht seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat. Beschädigungen des Ablenkkörpers durch harte und abrasive Partikel im Strahlmittelstrom und: . umgekehrt Zerstörungen von Strahlmittelpartikeln beim Auftreffen des Strahlmittels auf den Ablenkkörper werden reduziert oder verhindert, da die kinetische Energie des Strahlmittels geringer als nach dem Durchlaufen der gesamten Düsenlänge ist.
Weitere Vorteile lassen sich erzielen, wenn stromaufwärts der Düse und/oder in dem sich verjüngenden Abschnitt der Düse Mittel vorgesehen sind, die dem Strahlmittel eine Drallströmungskomponente aufzwingen. Je nach Art der zu entfernenden Verunreinigungen und dem verwendeten Strahlmittel lässt sich die Reinigungswirkung deutlich steigern.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Reinigung von Wärmetauscherrohren, beispielsweise von gewickelten Wärmetauschern, oder von U-Rohren. Gute Ergebnisse haben Reinigungsversuche an Wärmetauschern, die in petrochemischen Anlagen eingesetzt worden waren, gezeigt. Als Strahlmittel ist Trockeneis, insbesondere in Form von etwa reiskorngroßen Pellets, vorteilhaft, da Trockeneis eine rückstandsfreie Reinigung erlaubt.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Strahlvorrichtung und
Figur 2 eine Detailansicht von Figur 1.
In den Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Strahlvorrichtung dargestellt, wie sie zur Innenreinigung von Rohren, insbesondere von Wärmetauscherrohren von petrochemischen Anlagen, mit Trockeneispellets eingesetzt wird. Die Vorrichtung
umfasst eine Zuleitung 1 für das als Strahlmittel eingesetzte Gemisch aus Druckluft und Trockeneispellets, einen Haltedraht 2 und eine Strahldüse 3, die in das zu reinigende Rohr 4 eingebracht wird.
Über die Zuleitung 1 wird ein Gemisch aus etwa reiskorngroßen Trockeneispartikeln " und Druckluft dem Rohr 4 zugeführt. Die Zuleitung 1 ist an einem Ende 5 angefast, • . damit sie dicht in das zu reinigende Rohr 4 gesteckt werden kann. Von der Zuleitung 1 zweigt eine Zuführung 6 für den Haltedraht 2 ab. Der Haltedraht 2 ist auf einer in der Zeichnung nicht gezeigten elektrisch angetriebenen Seilwinde aufgewickelt, die mit - variablen Abrollgeschwindigkeiten betrieben werden kann. An dem Haltedraht 2 ist die Strahldüse 3 befestigt, die in Figur 2 im Detail dargestellt ist.
Die Strahldüse 3 ist an das zu reinigende Rohr 4 insoweit angepasst, als deren äußerer Durchmesser am Eintritt 7 und am Austritt 8 etwas weniger als der freie Durchmesser des Rohres 4 beträgt. Der mittlere Abschnitt 9 des Düsenkörpers 3 wird dagegen so ausgeführt, dass dessen Durchmesser deutlich geringer als der freie Rohrdurchmesser ist. Durch diese Formgebung ist es möglich, auch gebogene Rohr, wie beispielsweise in Figur 2 gezeigt, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu reinigen.
Die Düse 3 ist als Lavaldüse ausgeführt, das heißt, mit einem ersten Abschnitt mit sich verjüngendem Strömungsquerschnitt und einem zweiten Abschnitt, in dem sich der Strömungsquerschnitt erweitert. ι Am Eintritt 7 der Düse 3isind Federstahlelemente 10 angebracht. Im Betrieb der l
Vorrichtung wird über die Zuleitung 1 ein Strom aus Druckluft und Trockeneispellets in das Rohr 3 geleitet und in der Düse 3 beschleunigt. Dabei bildet sich zwischen der Anströmseite 7 und der Äbströmseite 8 der Düse 3 ein Druckgefälle aus, wodurch die Federelemente 10 an die Innenwand des Rohres 4 gedrückt werden.
Die Federelemente 10 stellen zum einen eine gute Abdichtung der Düse 3 gegen die Innenwand des Rohres 4 her, damit das Strahlmittel möglichst nicht durch den Ringspalt zwischen Düse 3 und Rohrwand 4 strömt. Die Federelemente 10 gewährleisten zudem, dass die Düse 3 in dem Rohr 4 zentriert positioniert ist und so i eine gleichmäßige Reinigung des Rohres 4 erreicht wird.
Ein Ablenkkörper 11 ragt mit seinem stromaufwärtigen Ende 12 teilweise in den sich erweiternden Abschnitt der Strahldüse 3. Der Ablenkkörper 11 ist so ausgebildet, dass sich dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunächst vergrößert und dann wieder verringert. Der Ablenkkörper 11 ist mit drei Haltestiften 13, die in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung untereinander einen Winkelabstand von 120° besitzen, an der Strahldüse 3 befestigt. Auch eine Befestigung mit zwei oder vier Haltestiften hat sich bewährt. Zur Symmetrieachse 14 der Düse 3 weisen die Haltestifte jeweils einen Winkel zwischen 20 und 70°, vorzugsweise zwischen 30 und 60° und besonders bevorzugt von 45° auf.
Der stromaufwärtige Teil des Ablenkkörpers 11 wird so ausgeführt, dass der gewünschte Anströmwinkel des Trockeneis-Luft-Strahles auf die Rohrwandung 4 erzielt wird. Die Querschnittsfläche des Ablenkkörpers 11 erweitert sich dabei ausgehend von der stromaufwärtigen Spitze des Ablenkköφers 11 stetig, d.h. ohne dass Sprünge oder Stufen im Profil auftreten. Dadurch wird gewährleistet, dass der Trockeneis-Luft-Strahl allmählich und schonend in Richtung der abzustrahlenden Rohrwand 4 umgelenkt wird.
Die stromabwärtige Seite des Ablenkkörpers 11 ist so ausgelegt, dass Verwirbelungen und Druckverluste auf der Abströmseite möglichst minimiert werden. Je nach Anwendungsfall kann es aber durchaus auch sinnvoll sein, andere Ausführungen des Ablenkköφers 11 zu wählen, die spezielle Wirbel erzeugen oder einen Drall im Abluftstrom hervorrufen.
Der Ablenkkörper 11 ist auf der Symmetrieachse 14 der Düse 3 angeordnet, so dass sich zwischen dem Äußeren des Ablenkkörpers 11 und der Innenwand des stromabwärtigen sich erweiternden Düsenabschnitts ein Ringspalt 15 bildet. Das Profil des stromabwärtigen Düsenabschnitts wird dabei so gewählt, dass die Querschnittsfläche des Ringspalts 15 in Strömungsrichtung zunimmt. Die Erweiterung der Querschnittsfläche 15 entspricht dabei der Erweiterung der Flächenverhältnisse üblicher Lavaldüsen. DieΕxpansion, d.h. das Verhältnis von maximaler Querschnittsfläche zur Ausgangsquerschnittsfläche, beträgt vorzugsweise 150 bis
Der Düsenkörper 3 und der Ablenkköφer 11 sind aus einem abrasionsunempfindlichen Material gefertigt, um Beschädigungen durch die Trockeneispartikel zu vermeiden. Hierbei haben sich Legierungen wie Inconel oder nitrierter Edelstahl bewährt.
Zum Reinigen des Rohres 4 wird die Düse 3 in das Rohr 4 eingebracht und die Zuleitung 1 wird auf das Ende des Rohres 4 aufgesetzt. Über die Zuleitung 1 wird ein Strahlmittelgemisch aus Druckluft und Trockeneispellets eingeblasen. Das Strahlmittel trifft auf die Düse 3, wird in dieser beschleunigt und durch den Ablenkkörper 11 auf die Rohrinnenwand 4 gelenkt. Durch den Druck des anströmenden Strahlmittelgemisches wird die Düse 3 durch das Rohr 4 bewegt.
Der Haltedraht 2 wird mit einer der Art und Intensität der Verunreinigungen, der Art des zu reinigenden Rohres 4 sowie der Zusammensetzung des Strahlmittels angepassten Geschwindigkeit von der Seilwinde abgerollt. Über die Abrollgeschwindigkeit kann so die Bewegungsgeschwindigkeit der Düse 3 durch das Rohr 4 eingestellt werden.