DE3021075A1

DE3021075A1 - Verfahren zum einschweissen von rohren in rohrboeden

Info

Publication number: DE3021075A1
Application number: DE19803021075
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 5068 Odenthal Diekmann
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1980-06-04
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1981-12-10

Description

Verfahren zum Einschweißen von Rohren in Rohrböden
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Einschweißen von Rohren# in Rohrböden, wobei sowohl die Rohre als auch der Rohrboden aus einem ausscheidungsempfindlichen Werkstoff bestehen.
Bei der Herstellung bzw. Umsetzung bestimmte chemischer Produkte müssen aus Korrosionsgründen Apparate aus Sonderwerkstoffen eingesetzt werden. Die gute Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe wird in der Regel durch eine geeignete Wärmebehandlung erreicht.
Dabei liegt ein besonderer Gefügezustand vor. Ausscheidungen beispielsweise können die Korrosionsbeständigkeit stark verschlechtern. Da manche Sonderwerkstoffe durch die Wärmeeinbringung beim Schweißen stark zu Ausscheidungen neigen, müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um solche Ausscheidungen zu verhindern. Ist das nicht möglich, muß durch eine geeignete Wärmebehandlung nach dem Schweißen der ursprüngliche Gefüge zustand wieder hergestellt werden, was stich in der Regel durch Lösungsglühen und Abschrecken der Banteile erreichen läßt. Bei großen geschweißten Apparaten ist das notwendige schnelle Abschrecken in Wasser oder bl praktisch nicht möglich, und man muß notgedrungen eine kürzere Lebensdauer der Schweißverbindung und der Wärmeeinflußzone in Kauf nehmen.
Ein Wärmeaustauscher, der durch Beaufschlagung mit einer aggressiven Flüssigkeit im Schweißgut und/oder in der Wärmeeinflußzone undicht geworden ist, muß daher verhältnismäßig frühzeitig wieder stillgelegt werden. Häufig wird er zerlegt, die Rohre werden aus der Bodenplatte ausgebohrt, um ca. 10 bis 20 cm verkürzt und wieder neu mit der Bodenplatte verschweißt.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Einschweißen von Rohren aus einem ausscheidungsempfindlichen Werkstoff in einem artgleichen oder artfremden Rohrboden so zuverbessern, daß die Haltbarkeit des gesamten Wärmeausstauschers vergrößert wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst nach außen ragende Hülsen aus arteigenem oder reinerem oder höher Legiertem Werkstoff mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der einzuschweißenden Rohre anstelle der Rohre im Vorboden eingeschweißt oder eingewalzt werden, der Rohrboden dann -wärmebehandelt wird und dann die durch die Hülsen gesteckten Rohre mit der Hülse unter möglichst niedriger Wärmeeinbringung verschweißt werden.
Von besonderem Vorteil bei diesem Verfahren ist, daß, nachdem die Hülsen in bekannter Weise anstelle der Rohre in den Rohrboden eingeschweißt worden sind, der Rohrboden entsprechend den bekannten Eigenschaften des eingesetzten Werkstoffes wärmebehandelt werden kann, d.h. in der Regel lösungsgeglüht und abgeschreckt in Wasser, einer wässrigen Lösung oder bl. Vorrichtungen mit entsprechenden Ofen und dem Abschreckungsbad, sind für Objekte bis 3,5 m.Durchmesser bekannt. Es ist auch nicht zu befürchten, daß sich der dicke Rohrboden bei fachgerechter Wärmebehandlung verzieht. Rohrboden und Hülsen sind trotz der vorgenommenen Schweißungen dann in einem optimalen Werkstoff zustand. Durch jede Hülse wird ein Wärmetauscherrohr gesteckt, und außen am Hülsenende werden Rohr und Hülse unter möglichst geringer Wärmeeinbringung üblicherweise zweilagig verschweißt.
Es ist möglich, die Schweißstelle zwischen Hülse und Rohr intensiv zu kühlen, wodurch sich Ausscheidungen beträchtlich verkleinern lassen. Da das Rohr ueber die Hülse übersteht, reicht es in vielen Fällen aus, das Rohr von innen mit Wasser oder Preßluft zu kühlen.
Auch ein gekühlter Kupferstopfen, der von außen in das Rohr geschoben wird, sorgt für eine hinreichende Kühlung. Zur Kühlung der Nahtseite auf der Hülse kann es sinnvoll sein, nachdem eine Wurzel gelegt ist, den (entsprechend großen, mindestens ca. 0,-5 mm) Spalt zwischen Hülse und R#ohr mit einem Kühlmedium zu Füllen.
Ein weiterer besonderer Vorteil ist bei diesem Verfahren, daß gegebenenfalls einzelne Rohre oder auch das ganze Rohrbündel ausgewechselt werden können, ohne daß die Bodenplatte erneut wärmebehandelt werden muß, da sie ja bereits im optimalen Werkstoffzustand ist, der durch das Rohre in schweißen nicht verschlechtert wird. Die Hülse wird entsprechend eingekürzt, und diese Prozedur kann entsprechend der Länge der Hülse mehrfach wiederholt werden.
Die Erfindung ist im folgenden weiter beispielhaft beschrieben und in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 Ausschnitt eines im Rohrboden erfindungsgemäß befestigten Rohres.
Fig. 2 Befestigung eines Rohres aus Sonderwekstoffen im Rohrboden.
Ein Werkstoff, der stark zu Ausscheidungen neigt, wodurch sein Korrosionswiderstand sehr stark herabgesetzt wird, ist der siliciumhaltige Stahl x 2 CrNiSi 18 15. In der Stahl-Eisen-Liste des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute trägt dieser Werkstoff die Nr. 1.4361. Dieser Werkstoff ist gegenüber siedender 98 %iger Salpetersäure gut beständig. Ein Wärmeaustauscher aus diesem Werkstoff, der mit hochkonzentrierter heißer Salpetersäure beschickt wird, fällt in der Regel dadurch aus, daß das Schweißgut und der Bereich der Wärmeeinflußzone im Rohr, die bis ca. 10 bis 15 mm neben der Naht liegt, stark korrodiert wird. Im Rohrboden 1, der beispielsweise einen Durchmesser von 1,10 m hat, sind beispiels--weise 250 Rohre 2 aus demselben Werkstoff mit einer Länge von 4 m, einem Außendurchmesser von 25 mm und einer Wanddicke von 2 mm, eingeschweißt. Nach der Erfindung werden anstelle der Rohre 2 zunächst Hülsen 3 eingeschweißt 4 (links im Bild angedeutet) oder eingewalzt 5 (rechts im Bild angedeutet), deren Innendurchmesser in diesem Beispiel 26 mm beträgt; die Spaltbreite 6 zwischen Hülse und Rohr ist also 0,5 mm. Die Hülsen 3 3 ragen ca. 35 mm aus dem Rohrboden 1 heraus. Sie bestehen aus dem gleichen Werkstoff, ebenso wie das Schweißgut. Der Rohrboden wird bei 1-1200C -45 Minuten lang geglüht, als Obergrenze für die Abschreckzeit vom Glühofen in das Wasserbad gelten bei diesem Werkstoff etwa 30 Sekunden. Der Temperaturbereich von 950 bis 5000C muß schnell durchlaufen werden. Die bis 4 mm langen Wärmetauscherrohre 2 aus dem gleichen Werkstoff werden durch die Hülse gesteckt; das Rohr steht etwas über die Hülse hinaus oder befindet sich auf gleicher Höhe. Die Wurzel wird ebenso wie die Decklage WIG-geschweißt (Wolfram-Inertgas-Schweißung).
Es hat sich gezeigt, daß es ausreicht, wenn das Innenrohr mit Wasser oder Luft gekühlt wird. Die Lebensdauer eines solchen Wärmeaustauschers ist um mindestens 40 % größer. Von besonderem Vorteil ist, daß bei einer erneuten Berohrung lediglich die Hülse um 10 bis 15 mm gekürzt werden muß, wodurch sich der Reparaturaufwand ganz erheblich verringert. Auch das Ersetzen einzelner Rohre ist nach diesem Verfahren natürlich besonders einfach möglich.
Nach dem gleichen Verfahren läßt sich auch ein Wärmeaustauscher aus Zirkon (Fig. 2) herstellen. Auf Zirkon als Werkstoff kann bei manchen chemischen Verfahren nicht verzeichtet werden. Der Werkstoff neigt nach dem Schweißen stark zu Ausscheidungen, wodurch die Korrosionsbeständigkeit der Schweißverbindung stark verringert wird. Die Rohrbodenplatte 10 ist mit Zirkon 11 plattiert. Es sind Hülsen 12 eingeschweißt 13, die über die Rohrbodenplatte 10 überstehen. Die eingeschobenen Wärmetauscherrohre 14 sind stirnseitig mit der Hülse 12-verschweißt 15. Bei diesem Werkstoff hat es sich bewährt, wenn die Hülse 12 und das Schweißgut 17, 15 eine höhere Reinheit als der Rohrboden 11 und die Wärmetauscherrohre 14 haben.
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Claims

Patentanspruch Verfahren zum Einschweißen von Rohren (2,14) in Rohrböden (1,10), wobei sowohl die Rohre (2,14) als auch der Rohrboden (1,11) aus einem ausscheidungsempfindlichen Werkstoff bestehen-, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nach außen ragende Hülsen (3,12) aus arteigenem oder reinerem oder höher legiertem Werkstoff mit einem etwas größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der einzuschweißenden Rohre(2,14) anstelle der Rohre im Rohrboden eingeschweißt oder eingewalzt werden, der Rohrboden dann wärmebehandelt wird und dann die durch die Hülsen (3,12) gesteckten Rohre (2,14) mit der HUlse unter möglichst niedriger Wärmeeinbringung verschweißt werden.