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Dokumentenidentifikation DE20221062U1 24.02.2005
Titel Tunnelrohrboden für Wärmetauscher
Anmelder Winter, Lothar, 12623 Berlin, DE;
Hannemann, Erik, 14197 Berlin, DE
DE-Aktenzeichen 20221062
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 24.02.2005
Registration date 20.01.2005
Application date from patent application 17.12.2002
File number of patent application claimed 102 58 903.8
IPC-Hauptklasse F28F 9/18
IPC-Nebenklasse F28D 7/10   

Beschreibung[de]

Wärmetauscher werden für die unterschiedlichsten Medien mit den unterschiedlichsten Kühlmedien hergestellt und betrieben.

Dies betrifft sowohl die Funktion des Wärmetauschers als Kühler für z.B. Spaltgase in Chemischen Raffinerien, Heißdampfkühler, Abhitzekesseln, Gas/Gas-Kühler usw., aber auch die Funktion des Erwärmens von Medien, wie z.B. beim klassischen Rohrkessel.

Die Firma Borsig fertigt u.a. Tunnelspaltgaskühler für Gaseintrittstemperaturen bis zu 1000°C und Dampfdrücke bis zu 140 bar (14000 kPa). Diese Tunnelspaltgaskühler werden von Borsig vorrangig für Anlagen der Ethylenproduktion eingesetzt und mit einem versteiften Tunnelrohrbodensystem ausgeführt. Dieses Versteifungssystem, besteht aus einen Rohrboden und einem Tunnelboden mit Stegen. Diese Stege werden durch Verschweißen mit dem Rohrboden und andererseits über einen Gitterring mit dem Mantel fest verbunden. Dadurch wird die Längsdehnung des Mantels annähernd so groß wie die der Rohre, und die Spannungen in der Schweißnaht Rohr zu Rohrboden werden klein und der Rohrboden bleibt bei allen Betriebsbedingungen eben.

Die Temperatur der Schweißnähte im Betrieb ist nahe der Sattdampftemperatur, da sie auf der Wasserseite des Rohrbodens liegen.

Dieses Tunnelrohrbodensystem hat technische Vorteile gegenüber anderen Konstruktionen, die sich auf folgende Gesichtspunkte beziehen:

  • – Die Rohre dignen nicht als Zuganker, und die Spannungen in der Schweißnaht Rohr zu Rohrboden sind gering.
  • – Die Lebensdauer des Materials der Rohre und des Rohrbodens bezogen auf Ermüdung des Materials oder Lastwechsel im Wärmetauscher wird vergrößert.
  • – Es gibt keine Begrenzung für die Rohrlänge.
  • – Das Stopfen von Rohren führt nicht zu erhöhten Spannungen in den Nachbarrohren.
  • – Sowohl die horizontale als auch die vertikale Aufstellung des Kessels ist möglich.

Gegenstand der Erfindung sind Tunnelrohrböden von Wärmetauschern der oben beschriebenen Art, bei denen innen viele Rohre als Rohrbündel angeordnet sind. Diese Rohrbündel sind innerhalb eines rohrförmigen Außenmantel angeordnet und werden von einem Kühlmedium umspült. Die Rohrbündel beginnen jeweils im Tunnelrohrboden und enden in einem Massivboden. Die Wärmetauscher beinhalten einen das heiße Medium aufnehmenden Tunnelrohrboden mit dem Rohrbündel und einem das abgekühlte Medium aufnehmenden Massivboden für die Rohrbündel.

Der bisherige Rohrboden bestand aus einer Stahlplatte entsprechender Dicke, aus dem kurze Stege als Gegenstück für die Stege des Tragbodens herausgefräst wurden. Die Stege des Rohrbodens wurden mit den Stegen des Tragbodens verschweißt. Anschließend wurden die Löcher für die Rohre in den Rohrboden gebohrt, die Rohre als Rohrbündel zwischen Rohrboden und Massivboden eingebracht und verschweißt. Als Schweißverfahren wurden die allgemein üblichen elektrischen Widerstandsschweißverfahren mit Schweißhilfsstoffen verwendet.

Der hohe Energieeintrag beim elektrischen Widerstandsschweißverfahren mit Schweißhilfsstoffen verursacht Spannungen im Tunnelrohrboden, die über verschiedene Wärmebehandlungen ausgeglichen werden müssen. In der Regel ist ein mehrlagiges Schweißen erforderlich, welches naturgemäß mit einer höheren Schweißfehlerquote verbunden ist.

Mit dem Einsatz von Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißanlagen in dieser Leistungsklasse sind neue technisch-technologische Möglichkeiten gegeben, um Tunnelrohrböden zu entwickeln, die eine höhere Qualität in der technischen Ausführung und damit der Betriebsbedingungen erreichen und zu einer wesentlichen Verringerung der Fertigungskosten führen.

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb, durch Nutzung des Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißens bei der Fertigung von Tunnelrohrböden neue, verbesserte konstruktive Lösungen für einen das heiße Medium aufnehmenden Tunnelrohrboden vorzuschlagen, die eine bedeutend höhere Qualität in der Ausführung und damit in den technischen Parametern der Wärmetauscher besitzen und weiter zu einer Senkung der Fertigungskosten führen.

Die erfinderische Lösung untergliedert sich in verschiedene Stufen des Einsatzes des Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißens und der damit verbundenen konstruktiven Lösungen für den Rohrboden und das Verbinden (Anschweißen) des Tragbodens an den Rohrboden bzw. die konstruktive Gestaltung des Tunnelrohrbodens selbst.

Da der Energieeintrag mit einer Laser- und/oder Elektronenstrahlschweißanlage zum Verschweißen geringer ist und ohne Schweißhilfsmittel erfolgt, entstehen durch die Schweißarbeiten am Rohrboden (1) nur geringe thermische Spannungen, die durch ein entsprechendes Schweißregime noch vermieden werden. Dieser Sachverhalt war unter anderem eine wesentliche Voraussetzung für die nachfolgend beschriebene technische Lösung.

Nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 2 bis 5 besteht der Rohrboden (1) aus einzelnen Stahlblechplatten (2), die mit den Enden der Stege des Tragbodens (3, 9, 10, 11) mit Hilfe einer durchgeschweißten Stumpfnaht zu einem Rohrboden verschweißt werden. Die Bereiche des Rohrbodens, die von den Stahlblechplatten (2) gebildet werden, werden mit Bohrungen versehen. In diese Bohrungen werden die Kühlrohre eingebracht und mit einer durchgeschweißten Stumpfnaht (8) mittels Laser- oder Elektronenstrahlschweißen verschweißt.

Die Konstruktion des Tragbodens (12) wird weiter dahingehend vereinfacht, daß die bisher aus vollem Material herausgefrästen Stege des Tragbodens (13) als Stahlblechstreifen in vorbereitete Nuten (14) des Tragbodens fixiert und mit Hilfe des Laser- oder Elektronenstrahlschweißens über durchgeschweißte Stumpfnähte (8) mit dem Tragboden mechanisch fest und unlösbar verbunden werden.

In den 3, 4 und 5 werden die verschieden Möglichkeiten des Anpassens der Enden der Stege des Tragbodens (3) an die streifenförmigen Stahlblechplatten (2) des Rohrbodens (1) dargestellt. Die Wahl der Ausbildung der Enden der Stege des Tragbodens (9, 10, 11) ist abhängig von der Größe und der betriebsbedingten Belastung des Tunnelrohrbodens sowie weiterer mechanischer und thermischer Anforderungen an den Tunnelrohrboden.

Eine weitere vorteilhafte technische Lösung besteht in der Ausbildung des Rohrbodens (1) als aus einem Stück bestehende Stahlblechplatte entsprechender Dicke, an der die Enden der Stege des Tragbodens (3) plan anliegen (6). Die Enden der Stege werden mit dem Rohrboden mit einer Laser- oder Elektronenstrahlschweißanlage mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mechanisch fest und unlösbar verbunden. Die Enden der Stege des Tragbodens können aber auch in die im Rohrboden eingefrästen Führungsnuten (14) zusätzlich fixiert und anschließend mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mit dem Rohrboden (1) verschweißt werden (7).

1Rohrboden 2Streifenförmige Stahlblechplatten 3Enden der Stege des Tragbodens 4Stahlblechplatte des Rohrbodens 5plan anliegende Enden der Stege des Tragbodens 6Durchschweißnaht 7Nut des Rohrbodens 8durchgeschweißte Stumpfnaht 9verjüngtes Ende der Stege des Tragbodens 10spitz zulaufendes Ende der Stege des Tragbodens 11schwalbenschwanzförmiges Ende der Stege des Tragbodens 12Tragboden 13Stege des Tragbodens 14Nut für die Stege im Tragboden

1 Schnitt durch einen Tunnelrohrboden

2 Detail Anspruch 2

3 Detail Anspruch 3

4 Detail Anspruch 4

5 Detail Anspruch 5

6 Detail Anspruch 6

7 Detail Anspruch 7


Anspruch[de]
  1. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden (1) aus einzelnen Stahlblechplatten (2) besteht , die mit Hilfe des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens mit den Enden der Stege des Tragbodens (3) mit einer Durchschweißnaht {6) oder einer durchgeschweißten Stumpfnaht (8) mechanisch unlösbar und hermetisch dicht verbunden werden und so den Tunnelrohrboden für den Wärmetauscher bilden.
  2. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Stege des Tragbadens in vorbereitete Nuten des Tragbodens fixiert und mit Hilfe von durchgeschweißten Stumpfnähten (8) verbunden werden.
  3. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlblechplatten (2) mit einer durchgeschweißten Stumpfnaht (8) beiderseitig längs mit den verjüngten Enden der Stege des Tragbodens (9) verschweißt werden und die mit einer zweiten Schweißnaht mit Hilfe von Schweißzusatzmaterial, wenn erforderlich, aufgefüllt wird.
  4. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlblechpiatten (2) mit einer Durchschweißnaht (6) beiderseitig längs mit den spitz zu laufenden Enden der Stege des Tragbodens (10) verschweißt werden.
  5. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stahlblechplatten (2) mit einer Durchschweißnaht (6) beiderseitig längs mit den schwalbenschwanzförmigen Enden der Stege des Tragbadens (11) verschweißt werden.
  6. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrboden aus einer Stahlblechplatte (4) entsprechender Dicke besteht und die plan anliegenden Enden der Stege des Tragbodens (5) mit Hilfe des Laserschweißens oder Elektronenstrahlschweißens mit der Stahlbechplatte (4) mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mechanisch unlösbar verbunden werden.
  7. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Stege des Tragbodens (3, 5 ) in einer Nut des Rohrbodens (7) fixiert und danach mit zwei oder mehreren Durchschweißnähten (6) mechanisch unlösbar verbunden werden.
  8. Tunnelrohrboden für Wärmetauscher nach Anspruch 1 – 7 dadurch gekennzeichnet, daß diese Schweißverfahren mit anderen Schweißverfahren kombiniert und als Hybridschweißverfahren eingesetzt werden können.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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