WO2017029333A1

WO2017029333A1 - Verfahren zur herstellung eines mediensammelrohrs

Info

Publication number: WO2017029333A1
Application number: PCT/EP2016/069531
Authority: WO
Inventors: Dieter Rossberg
Original assignee: Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers Gmbh
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mediensammelrohrs für eine Elektrolyseanlage, umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Rohrkörpers mit stirnseitigen Anschlüssen; (b) Versehen des Rohrkörpers mit wenigstens einer Bohrung zur Aufnahme eines Anschlussstutzens als radialen Abzweig; (c) Bereitstellen einer Anzahl von Anschlussstutzen, die der Zahl der Bohrungen entspricht, wobei diese Anschlussstutzen Durchmesser aufweisen, die mit einer Übergangspassung dem Durchmesser der Bohrungen entsprechen; (d) Einpassen der der Anschlussstutzen in die Bohrungen; (e) Abdichten der Anschlussstutzen gegenüber dem Rohrkörper durch Auftragen einer Spachtelmasse; sowie gegebenenfalls (f) Ummantelung des Stutzens an seinem freien Ende zur Ausformung eines Flanschkragens, der dem Außendurchmesser des Stutzens entspricht.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES MEDIENSAMMELROHRS

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der technischen Chemie und betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Mediensammelrohrs für Elektrolyseanlagen, speziell eines Anolytsammelrohrs, welches sich durch ein vereinfachtes Einpassen der Einlaufstutzen in das Sammelrohr auszeichnet.

STAND DER TECHNIK

[0002] Die Elektrolyse stellt ein großtechnisches Verfahren dar, bei dem beispielsweise eine wässrige Natrium-Chlorid-Lösung durch elektrische Energie unter Bildung von Natronlauge, Chlor und Wasserstoff zersetzt wird. Bei diesem Prozess werden die Kathodenprodukte Wasserstoff und Natronlauge von dem Anodenprodukt Chlor getrennt, um die Bildung von Chlorknallgas beziehungsweise Natriumhypochlorid zu verhindern. Die einzelnen dabei zur Anwendung kommenden Verfahren unterscheiden sich darin, wie diese Trennung erreicht wird. Im industriellen Maßstab findet heute insbesondere das Membranverfahren Anwendung. Hierbei werden Anoden- und Kathodenraum durch eine semipermeable Membran getrennt, sodass eine Rückreaktion der Produkte verhindert wird.

[0003] Bei derartigen Chlorelektrolyse-Anlagen werden Bauteile, wie etwa Rohrleitungen, verwendet, welche eine hohe Resistenz gegen Säuren, Laugen und gegenüber oxidierenden Chemikalien wie Chlor oder ähnlichem aufweisen müssen. Insbesondere ist es bekannt, für solche Bauteile glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) und Polypropylen (PP) zu verwenden.

[0004] Dabei finden zudem Mediensammelrohre aus den beschriebenen Materialien Anwendung, welche zur Abführung des bei der Chloranalyse gebildeten, gasförmigen Chlors mehrere Abzweigungen, auch Header genannt, aufweisen, welche mit einem Rohrkörper verbunden werden, der stirnseitige Anschlüsse aufweist, über die beispielsweise eine Anode oder Kathode in den Rohrkörper einsetzbar ist, wonach diese Anschlüsse entweder verschlossen oder mit einem weiteren entsprechenden Medienverteilerrohr verbunden werden können. Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise aus der WO 2012 159 701 AI (THYSSENKRUPP UHDE) bekannt

[0005] Die radialen Abzweigungen des Rohrkörpers, welche meist in Form von Anschlussstutzen ausgebildet sind, bestehen aus einzelnen Bauteilen, welche bisher im Übergangsbereich nur mit dem Rohrkörper verbunden sind. Dazu wird üblicherweise der Rohrkörper mit einer oder mehreren Bohrungen versehen, welche etwa einen Durchmesser entsprechend dem Außendurchmesser eines in das Loch einzusetzenden Anschlussstutzens aufweisen. Anschließend wird der Anschlussstutzen für die weitere Bearbeitung fixiert und im Übergangsbereich mit dem Rohrkörpers verschweißt, wonach dieser Übergangsbereich relativ weitläufig überlaminiert wird, um die Schweißstelle möglichst unzugänglich abzudecken.

[0006] Es zeigt sich bereits, dass eine solche Befestigung der Anschlussstutzen an dem Rohr- körper mehrere Arbeitsschritte erfordert und zudem eine spätere Kontrolle der ordnungsgemäßen Funktion des Medienverteilerrohrs erschwert, da der Bereich der Verschweißung nicht eingesehen werden kann, sodass es beispielsweise im Fall von Undichtigkeiten in die- sem Schweißbereich keine zeitnahe Reaktion geben kann, was die Qualität und Sicherheit einer entsprechenden Chlorelektrolyse-Anlage negativ beeinträchtigt.

[0007] Aus der DE 10 2009 043503 AI (PLASTICON) ist ein alternatives Verfahren zur Herstellung derartiger Verteilerrohre bekannt, bei dem die Stutzen nicht eingeschweißt und anschließend laminiert werden, sondern ein Gewinde aufweisen und in die Rohrkörper eingeschraubt werden. Dieses Verfahren ist indes noch wesentlich aufwendiger, weil die Rohre mit Gewindebohrungen versehen werden müssen und auch nur Stutzen mit entsprechenden Gewinden eingesetzt werden können.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat daher darin bestanden, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Mediensammelrohren im Allgemeinen und Anolytsammel- rohren im Besonderen zur Verfügung zu stellen, dass gegenüber den Verfahren des Stands schneller, einfacher und sicherer durchzuführen ist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Me- diensammelrohrs für eine Elektrolyseanlage, insbesondere ein Chlor-Alkali-Elektrolyseanlage, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen eines Rohrkörpers mit stirnseitigen Anschlüssen;

(b) Versehen des Rohrkörpers mit wenigstens einer Bohrung zur Aufnahme eines An- Schlussstutzens als radialen Abzweig;

(c) Bereitstellen einer Anzahl von Anschlussstutzen, die der Zahl der Bohrungen entspricht, wobei diese Anschlussstutzen Durchmesser aufweisen, die mit einer Übergangspassung dem Durchmesser der Bohrungen entsprechen;

(d) Einpassen der der Anschlussstutzen in die Bohrungen;

(e) Abdichten der Anschlussstutzen gegenüber dem Rohrkörper durch Auftragen einer Spachtelmasse; sowie gegebenenfalls

(f) Ummantelung des Stutzens an seinem freien Ende zur Ausformung eines Flanschkragens, der dem Außendurchmesser des Stutzens entspricht.

[0009] Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren des Stands der Technik, wie sie eingangs geschildert worden sind, erweist sich das vorgeschlagene neue Verfahren als wesentlich einfacher, schneller ausführbar und kostengünstiger. Es entfallen insbesondere die langen Laminierzeiten, da nur geringe Mengen Spachtelmasse zur Abdichtung erforderlich sind, welche schnell aushärten. Gegenüber den eingangs geschilderten Verfahren des Stands der Technik erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren um den Zeitfaktor 10 überlegen.

[0010] ROHRKÖRPER

[0011] Die erfindungsgemäßen Mediensammelrohre setzen sich aus dem zentralen Rohrkörper und den von diesem abzweigenden Anschlussstutzen zusammen. Die Zahl der Anschlussstutzen - und damit die Zahl der zugehörigen Bohrungen im Rohrkörper, in die die Stutzen eingepasst werden müssen - wird durch Anlagenparameter bestimmt und ist als solche nicht kritisch. Die absolute Anzahl der Bohrungen bzw. Stutzen ist von der Länge des Sammelrohres abhängig und da dessen Abmessungen grundsätzlich beliebig sind, ist eine Angabe der absoluten Anzahl an Bohrungen/Stutzen wenig aussagefähig. Stattdessen kann eine relative Maßzahl angegeben werden, gemäß der bezogen auf eine Rohrlänge bzw. einen Rohrabschnitt von 10 cm 1 bis 5 Bohrungen (und damit Anschlussstutzen) entfallen. Ein typisches Beispiel und gleichzeitig eine konkret bevorzugte Ausführungsform ist ein Sammelrohr mit einer Länge von 24 m und insgesamt 185 Stutzen DN32.

[0012] Vorzugsweise werden diese Bohrungen in mehreren Reihen, insbesondere in zwei Reihen angeordnet, die in Umfangsrichtung alternierend und insbesondere alternierend versetzt vorliegen. Der Winkel, in dem die Bohrungen alternierend versetzt angeordnet sind, kann bis zu 50° Grad, vorzugsweise bis zu 30° betragen; aus anwendungstechnischer Sicht bevorzugt ist indes ein Bereich von etwa 10° bis etwa 20° und insbesondere etwa 15°. Auf diese Weise lassen sich möglichst viele Anschlussstutzen dicht benachbart anordnen. Insbesondere erlaubt diese Maßnahme die Anordnung einer größeren Anzahl von Anschlussstutzen pro Längenmeter des Rohrkörpers, um auch bei relativ großen Anlagen den bei der Chlorelektrolyse entstehenden großen Mengen an Produkt Rechnung zu tragen. Die Anzahl der anzuordnenden Bohrungen ist an die jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen anpassbar und wird vorzugsweise dem Hersteller des Medienverteilerrohrs vom Betreiber einer entsprechenden Chlorelektrolyse-Anlage mitgeteilt.

[0013] Die Bohrungen können einen Durchmesser im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 mm aufweisen, wobei diese Abmessungen letztlich ebenfalls wieder anlagenbedingt sind. Vorzugsweise handelt es sich um Präzisionsbohrungen, da für den erfindungsgemäßen Erfolg wesentlich ist, dass die vorgegebenen Abmessungen der Bohrungen und der Stutzen eingehalten werden.

[0014] Bei den Rohrkörpern handelt es sich üblicherweise um solche, die aus glasfaserver- stärktem Kunststoffen bestehen, die medienberührt und gleichzeitig statisch tragend sind.

[0015] Die Wandstärke kann - bezogen auf das Innenrohr - je nach technischer Anforderung etwa 5 bis etwa 20 mm betragen kann. Der Durchmesser der Rohre liegt - ebenfalls wieder anlagenbedingt - bei etwa 200 bis etwa 500 mm; ein typisches Beispiel ist ein Rohrkörper mit einer Nennweite DN 400.

[0016] Vorzugsweise weisen alle bearbeiteten Flächen des Rohrkörpers und/oder der Bohrungen eine Rautiefe von etwa RA 250 μιη auf.

[0017] ANSCHLUSSSTUTZEN

[0018] Bei den Anschlussstutzen handelt es sich vorzugsweise um Stutzen DN32, welche aus GFK bestehen.

[0019] Vorzugsweise werden Anschlussstutzen eingesetzt, deren Durchmesser am unteren Ende mit dem Durchmesser der Bohrung, in die der Stutzen eingepasst werden soll, übereinstimmen. Der Anschlussstutzen kann dabei auch geringförmig konisch ausgeformt sein. Wesentlich ist, dass eine Übergangspassung zwischen Bohrung und Stutzen besteht, vor- zugsweise eine H7j6- oder H7m6-Übergangspassung, die Stutzen sich also durch leichtes Schlagen oder von Hand, gegebenenfalls auch mit geringem Druck einpassen lassen. Insbesondere werden die Stutzen nach dem Einpassen mit einem Gewicht von beispielsweise 1 kg beschwert. [0020] Die Stutzen ragen vorzugsweise etwa 5 bis etwa 15 mm und vorzugsweise etwa 10 mm in den Rohrkörper hinein. Dies hat den anwendungstechnischen Vorteil, dass abtropfende Flüssigkeit nicht mit der Verbindungsstelle zwischen Rohr und Stutzen in Kontakt kommt.

[0021] Nach dem Einpassen des Stutzens in den Rohrkörper erfolgt die Abdichtung der entstandenen Nähte zwischen Stutzen und Rohrkörper mit einem Kitt, bei dem es sich vorzugsweise um eine Mischung handelt, die ein reaktives Harz und Anteile von Glashäckseln einer Wirrfasermatte umfasst. Bezüglich der Natur des reaktiven Harzes sei auf die härtbaren po- lymeren Massen verwiesen, wie sie in der WO 2012 110 193 A2 (THYSSENKRUPP UHDE) of- fenbart und beansprucht werden. Das überschüssige Harz kann nach dem Überstreichen der Naht zu einer Hohlkehle verstrichen werden. Es erfolgt optional eine Reinigung durch das Innere des Rohrkörpers mit Hilfe einer automatischen Reinigungsmaschine.

[0022] In einem letzten - optionalen - Verfahrensschritt kann der Anschlussstutzen zur Ausformung eines Kragens mit einem Epoxidharz versetzt und mit einer Glaswirrfasermatte der Klassifizierung E mit einem Flächengewicht von weniger als 450 g/m² umwickelt werden. Die Aushärtzeit - vorzugsweise unter Einsatz von Butylperoxid (BPO) als Härter, beträgt typisch etwa 15 Minuten.

BEISPIEL

BEISPIEL 1

Ein Rohrkörper mit einer Länge von 6 m und einer Nennweite DN400 wurde über die gesam- te Länge im Abstand von jeweils 6 cm und in zwei Reihen jeweils um 15° versetzt mit Präzisionsbohrungen zur Aufnahme von Stutzen DN32 versehen. Anschließend wurden die Bohrungen mit einer Honahle auf das Maß einer Übergangspassung gebracht. Die Oberfläche wies eine gemittelte Rautiefe von RA 250 μιη auf.

Die Stutzen DN32 wurden vor der Fügung in einem separaten Prozess den Losringen aus GFK, Edelstahl oder Titan bestückt

Anschließend wurden die Stutzen DN 32 auf 10 mm Tiefe in die erste Reihe der Bohrungen im Rohrkörper eingepasst. Die Verbindung der Stutzen mit dem Rohrkörper erfolgte durch Verkleben mit einem auf hohe Viskosität eingestellten Verbindungskitt, bestehend aus einem Harz mit einem BPO-Härtungssystem sowie einem Anteil von mindestens 50 Gew.-% Glashäckseln einer < 450 g/m² E- Wirrfasermatte. Die Stutzen wurden in senkrechter Position von Hand ohne Drehung gefügt und nach dem Fügen sofort mit einem 1 kg Gewicht beschwert. Der überschüssige Verbindungskitt wurde zu einer Hohlkehle sauber verstrichen und der Rohrkörper anschließend automatisch sauber geputzt.

Nach einer Härtungszeit von etwa 15 Minuten wurde mit der zweiten Bohrungsreihe analog verfahren.

Bei der Aufchlorierung im nachfolgenden Betrieb wurde schließlich eine Passivschicht erzeugt, die die Verbindung zwischen Rohrkörper und Stutzen weiter versiegelt.

In der nachfolgenden Abbildung 1 ist eine Schnittzeichnung durch einen Rohrkörper mit einem Stutzen DN32 mit typischen Maßen wiedergegeben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung eines Mediensammelrohrs für eine Elektrolyseanlage, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen eines Rohrkörpers mit stirnseitigen Anschlüssen;

(b) Versehen des Rohrkörpers mit wenigstens einer Bohrung zur Aufnahme eines Anschlussstutzens als radialen Abzweig;

(d) Einpassen der der Anschlussstutzen in die Bohrungen;

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mediensammelrohr ein Anolytsammelrohr darstellt.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyseanlage eine Chlor-Alkali-Elektrolyseanlage darstellt.

Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Rohrkörper verwendet, die pro 10 cm Rohrlänge 1 bis 5 Bohrungen aufweisen.

Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Rohrkörper einsetzt, die Bohrungen in zwei Reihen aufweisen, welche in Umfangsrichtung zueinander alternierend versetzt angeordnet sind.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Bohrungen in Umfangsrichtung etwa 10 bis etwa 20° zu einander alternierend versetzt angeordnet sind.

Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man Rohrkörper einsetzt, die Bohrungen mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 mm aufweisen.

Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man Rohrkörper einsetzt, die aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, der medienberührt und gleichzeitig statisch tragend ist.

Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man Rohrkörper einsetzt, deren Wandstärke etwa 5 bis etwa 20 mm beträgt.

Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man Rohrkörper einsetzt, die einen Durchmesser von etwa 200 bis etwa 500 mm aufweisen.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man DN32 Stutzen einsetzt.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man Anschlussstutzen so einsetzt, dass diese etwa 5 bis etwa 15 mm in den Rohrkörper hineinragen.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bohrung und Stutzen eine H7j6 oder H7m6-Übergangspassung eingestellt wird.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Abdichtung einen Kitt einsetzt, der aus einer Mischung enthaltend ein reaktives Harz, Glashäcksel und Anteile einer Wirrfasermatte besteht.