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WO2020074119A1 - Verfahren zum herstellen eines plattenwärmetauschers und plättenwärmetauscher - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines plattenwärmetauschers und plättenwärmetauscher Download PDF

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Publication number
WO2020074119A1
WO2020074119A1 PCT/EP2019/025331 EP2019025331W WO2020074119A1 WO 2020074119 A1 WO2020074119 A1 WO 2020074119A1 EP 2019025331 W EP2019025331 W EP 2019025331W WO 2020074119 A1 WO2020074119 A1 WO 2020074119A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
welding
fluid
connection device
filler material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/025331
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Wanke
Georg Wimmer
Karl Krätschmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2020074119A1 publication Critical patent/WO2020074119A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
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    • F28D2021/0059—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for petrochemical plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a plate heat exchanger for a process plant and such a plate heat exchanger.
  • a plate heat exchanger comprises a heat exchanger block, so-called headers being welded onto the outside of the heat exchanger block. With the help of these headers, fluids can be supplied to or removed from the heat exchanger block.
  • the individual components of the heat exchanger block such as fins, dividers and / or edge strips, are mostly made of an aluminum alloy. For strength reasons, high-strength ones are preferred for the headers
  • the header is usually welded onto the heat exchanger block using a filler metal with a similar composition to the header material in order to achieve high strength.
  • Welding area can change under the influence of welding heat
  • Grain boundaries form precipitates of the ⁇ phase (Mg2AI3).
  • Stress corrosion cracking can then occur in the welding area, preferably along the grain boundaries covered with precipitations.
  • US 2002 / 0015857A1 proposes, according to the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, a carrier material 4, which contains no magnesium, on the inner wall to attach a header 3 in the area of the heat affected zone.
  • a seal 6 is provided between the mounting surface 1 a on the apparatus and the carrier material 4, which has a magnesium content of less than 0.05%.
  • an object of the present invention is to provide an improved method for manufacturing a plate heat exchanger.
  • a method for manufacturing a plate heat exchanger for a process plant comprises the following steps: a) providing a heat exchanger block, b) providing one
  • Connection device made of a magnesium-containing aluminum alloy, which comprises a fluid-facing side which faces a fluid to be supplied to or removed from the plate heat exchanger and a fluid-facing side which faces away from the fluid, c) welding the connection device to the heat exchanger block on the fluid-facing side Using a first welding filler material, and d) welding the connection device to the heat exchanger block on the fluid-facing side using a second welding filler material, and d) welding the connection device to the heat exchanger block on the fluid-facing side using a second
  • welding filler material the second welding filler material having a higher magnesium content than the first welding filler material.
  • a welding pad is formed onto the connecting device, with which the connecting device is placed on the heat exchanger block before or during step c), the welding pad being integral with the material
  • Connection device is formed.
  • a buffer layer is welded onto the heat exchanger block, onto which the connection device is placed before or during step c).
  • connection device Welding the connection device to the heat exchanger block on the fluid-facing side with the aid of the first welding filler material, the formation of a gap between the connection device and the heat exchanger block. A Concentration of the mercury in this area is avoided.
  • the weld seam can be produced precisely and reproducibly. This increases the
  • the buffer layer enables the connection device with the welding pad to be placed directly on the heat exchanger block without a separately designed weld pool fuse, for example in the form of a
  • the heat exchanger block Before or when the heat exchanger block is provided, it can be manufactured from a large number of individual parts.
  • the heat exchanger block comprises, for example, a multiplicity of fin-shaped heating surface elements or fins, a multiplicity of separating plates, one in each case between two separating plates
  • Heating surface element and a partition plate is arranged between two heating surface elements, so-called edge strips, which limit the heating surface elements to the edge, and cover plates delimiting the heat exchanger block to the outside. These components can be brazed together.
  • the heat exchanger block is preferably made of an aluminum alloy.
  • the connection device is a so-called header.
  • the connection device can also be referred to as a distributor.
  • the heat exchanger preferably comprises a large number
  • the fluids can also be used as a heat exchanger.
  • the plate heat exchanger is in particular a plate fin heat exchanger (PFHE) or can be referred to as such.
  • PFHE plate fin heat exchanger
  • connection devices With the aid of the connection devices, a fluid can be supplied to the heat exchanger block or a fluid can be removed from it.
  • the connection device is welded to the heat exchanger block on the fluid-facing side with the aid of the first welding filler material preferably before welding the connection device to the heat exchanger block on the fluid-facing side with the help of the second
  • step c) is preferably carried out before step d).
  • the filler metals can be fed as wires.
  • connection device is welded to a surface of the heat exchanger block.
  • the surface can be any external surface of the preferably cuboidal heat exchanger block.
  • connection device preferably has a semi-cylindrical geometry.
  • the connection device can preferably be provided as an extruded profile which is cut to a desired length.
  • the connection device is preferably closed in a fluid-tight manner with the aid of covers.
  • the connection device is preferably made of a high-strength magnesium-containing
  • Aluminum alloy for example made of the material 5083.
  • connection device preferably has a magnesium content of 3.5% to 5.5%, particularly preferably 4% to 5%.
  • the fluid-facing side faces the fluid, in particular when the plate heat exchanger is in operation, so that the fluid wets the fluid-facing side in operation of the plate-type heat exchanger.
  • Production of the plate heat exchanger accordingly does not wet the fluid on the fluid-facing side. The same applies to the side facing away from the fluid.
  • the fluid-facing side can also be referred to as the inside of the connection device.
  • the fluid-facing side is the
  • Heat exchanger block in particular facing the surface of the heat exchanger block.
  • the fluid-facing side can therefore also be used as
  • connection device facing the heat exchanger block.
  • the side facing away from the fluid can also be referred to as the outside of the connection device.
  • the side facing away from the fluid is
  • Heat exchanger block in particular facing away from the surface of the heat exchanger block.
  • the side facing away from the fluid can therefore also be used as
  • connection device facing away from the heat exchanger block.
  • the first welding filler material has a
  • the second filler metal having a magnesium content of more than 2%.
  • the second welding filler material preferably has a magnesium content of 4 to 5%.
  • the second welding filler material has at least approximately the same magnesium content as the material of the connection device.
  • the first filler material is preferably ER4043.
  • the second filler metal can be one of the materials ER5183, ER5356 or ER5556 (A). The first welding filler and the second welding filler therefore differ in particular in their metallurgical composition.
  • steps c) and d) are carried out from the side facing away from the fluid.
  • a first weld is formed in step c) with the aid of the first filler material
  • a second weld is formed in step d) with the aid of the second filler material
  • a cross-sectional area of the first weld is smaller than one
  • the cross-sectional area of the first weld seam is preferably many times smaller than the cross-sectional area of the second weld seam. The smaller the cross-sectional area of the first weld seam.
  • connection device with the help of the first filler metal. This further reduces the risk of the ⁇ phase forming.
  • the first weld seam can be made up of a large number arranged one above the other
  • the second weld seam can also be constructed from a multiplicity of weld layers or weld beads arranged one above the other.
  • the first weld seam is preferably at least partially melted or melted. This results in a good connection between the welds. However, the first weld seam is not melted in step d), so that the second welding filler material does not reach the fluid-facing side.
  • the fluid-facing side is tightly welded with the aid of the first filler metal such that in step d) the first filler metal separates the second filler metal from the fluid-facing side.
  • the welding pad can be produced, for example, by milling the connection device. Alternatively, the
  • Welding pad can also be formed in one piece with the connection device in such a way that the connection device is formed as an extruded profile with a molded-on profile
  • connection device comprises two mutually opposite end sections, a welding pad preferably being provided on each end section.
  • Welding pad preferably does not protrude beyond the fluid-facing side.
  • the welding base is formed by reducing the wall thickness of the connection device.
  • the wall thickness of the connection device is in the range of
  • the welding pad can lie linearly on the heat exchanger block.
  • the welding base can have a sharp-edged cutting edge or tip that makes linear contact with the heat exchanger block before the connection device is welded to the heat exchanger block.
  • the welding pad can also lie flat or flat on the heat exchanger block. During welding, the welding base can be at least partially melted.
  • the buffer layer preferably comprises several, particularly preferably two,
  • the buffer layer can be produced without a filler metal or from a third filler material, the third filler material preferably having a magnesium content of less than 2%, particularly preferably less than 1%.
  • the third filler metal can have a silicon content of greater than or equal to 2.5% in order to avoid crack formation in the area of the buffer layer.
  • the buffer layer is produced with the aid of melting or remelting the material of the heat exchanger block.
  • step c) in step c)
  • Connection device is welded to the buffer layer using the first welding filler material and / or in step d) the connection device is welded to the buffer layer using the second welding filler material.
  • the buffer layer is welded onto the previously mentioned surface of the heat exchanger block.
  • the second weld seam can be partially welded to both the surface and partially to the buffer layer.
  • the first welding filler material is preferably only welded to the buffer layer.
  • the buffer layer can be part of the surface of the
  • a plate heat exchanger for a process plant comprises a heat exchanger block and a connection device made of a magnesium-containing aluminum alloy, which comprises a fluid-facing side which faces a fluid to be supplied to or removed from the plate heat exchanger and a fluid-facing side which faces away from the fluid, the connection device on the fluid-facing side Side is welded to the heat exchanger block with the aid of a first welding filler material, the connection device on the side facing away from the fluid being welded to the heat exchanger block with the aid of a second welding filler material, and wherein the second welding filler material has a higher magnesium content than the first filler metal.
  • a welding pad is formed on the connection device with which the
  • Connection device rests on the heat exchanger block, the
  • Welding pad is integrally formed with the connection device, and wherein a buffer layer is welded onto the heat exchanger block, on which the connection device rests.
  • connection device preferably has a magnesium content of 3.5% to 5.5%, particularly preferably 4% to 5%.
  • the process plant can be, for example, a plant for air separation, for the production of liquid gas, a plant used in the petrochemical industry or the like.
  • the process plant can comprise a large number of such plate heat exchangers.
  • the first welding filler material preferably metallurgically, differs from the second
  • the first welding filler material has a
  • the second welding filler material preferably has a magnesium content of 4 to 5%.
  • the second welding filler material preferably has a magnesium content that is similar to the material of the connection device.
  • the welding pad provides a preferably linear support for the
  • connection device on the heat exchanger block With the help of the welding pad, the weld seam thickness of the second weld seam produced using the second welding filler material can be defined or specified.
  • the welding pad is preferably formed with the help of a reduction in the wall thickness of the connection device.
  • the first welding filler material is arranged between the second welding filler material and the fluid-facing side and thus separates the second welding filler material from the
  • the buffer layer can comprise a plurality of welding beads, preferably two welding beads.
  • the welding beads are preferably positioned side by side on the surface of the heat exchanger block.
  • the connection device is made with the aid of the first welding filler material and / or the second
  • Point 1 Method for manufacturing a plate heat exchanger (1) for a process plant (26), with the following steps:
  • connection device (9-18) which has a fluid-facing side (28) which faces a fluid (A-E) to be fed to or removed from the plate heat exchanger (1), and a fluid-facing side (29) which faces away from the fluid (A - E), c) welding (S3) the connection device (9-18) to the heat exchanger block (2) on the fluid-facing side (28) with the aid of a first welding filler material (37), and
  • Point 2 Method according to point 1, wherein the first welding filler material (37) has a magnesium content of less than 2%, and the second
  • Welding filler metal (39) has a magnesium content of more than 2%.
  • Point 3 Method according to point 1 or 2, wherein steps c) and d) are carried out from the side facing away from the fluid (29).
  • Point 4 Method according to one of the points 1-3, wherein in step c) a first weld seam (38) is formed with the aid of the first welding filler material (37), and in step d) one with the help of the second welding filler material (39) second weld seam (40) is formed, and wherein a cross-sectional area (A38) of the first weld seam (38) is smaller than a cross-sectional area (A40) of the second weld seam (40).
  • Point 5 Method according to one of the points 1-4, wherein in step c) the fluid-facing side (28) is tightly welded with the aid of the first welding filler material (37) in such a way that in step d) the first welding filler material (37) seals the second Separates filler metal (39) from the fluid-facing side (28).
  • Item 6 Method according to one of items 1-5, wherein a welding pad (30) is formed on the connecting device (9-18) before or during step b), with which the connecting device (9-18) before or during the step c) on the
  • Heat exchanger block (2) is placed.
  • Item 7 Method according to item 6, wherein the welding pad (30) is formed in one piece from the material with the connection device (9-18).
  • Item 8 Method according to item 6 or 7, the welding base (30) being formed with the aid of a reduction in the wall thickness (W) of the connection device (9-18).
  • Point 9 Method according to one of the points 1-8, wherein a buffer layer (41) is welded onto the heat exchanger block (2) during or after step a), onto which the connection device (9-18) before or during step c). is launched.
  • connection device (9-18) is welded to the buffer layer (41) with the aid of the first welding filler material (37) and / or in step d) the connection device (9 - 18) is welded to the buffer layer (41) with the aid of the second welding filler material (39).
  • Point 1 1 plate heat exchanger (1) for a process engineering system (26), with a heat exchanger block (2) and a connection device (9-18), which has a fluid-facing side (28) which is connected to the plate heat exchanger (1)
  • the connecting device (9-18) on the fluid-facing side (28) is welded to the heat exchanger block (2) with the aid of a first welding filler material (37), the connection device (9-18) being welded to the heat exchanger block (2) on the fluid-remote side (29) with the aid of a second welding filler material (39), and wherein the second filler metal (39) has a higher magnesium content than the first filler metal (37).
  • Point 12 plate heat exchanger according to point 11, the first
  • Welding filler material (37) has a magnesium content of less than 2%, and wherein the second welding filler material (39) has a magnesium content of more than 2%.
  • Item 13 Plate heat exchanger according to item 11 or 12, with the
  • Connection device (9-18) is formed onto a welding pad (30) with which the connection device (9-18) rests on the heat exchanger block (2).
  • Item 14 Plate heat exchanger according to one of items 11-13, the first welding filler material (37) being arranged between the second welding filler material (39) and the fluid-facing side (29) and thus the second
  • Point 15 plate heat exchanger according to one of points 11-14, a buffer layer (41) being welded onto the heat exchanger block (2), on which the
  • Connection device (9 - 18) rests.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a heat exchanger block for the plate heat exchanger according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a greatly enlarged schematic partial sectional view of the
  • FIG. 4 shows the detailed view IV according to FIG. 3;
  • FIG. 5 again shows the detailed view IV according to FIG. 3;
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of an embodiment of a
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of a plate heat exchanger or plate heat exchanger 1.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a
  • the plate heat exchanger 1 is in particular a plate fin heat exchanger (PFHE) or can be referred to as such.
  • PFHE plate fin heat exchanger
  • the plate heat exchanger 1 is preferably constructed from components which are made of aluminum and brazed to one another.
  • the plate heat exchanger 1 can therefore also be referred to as a brazed aluminum plate heat exchanger.
  • the heat exchanger block 2 is cuboid or block-shaped and comprises a large number of passages or heating surface elements 3 and a large number of separating plates 4.
  • the heating surface elements 3 are so-called fins, in particular so-called heat transfer fins, or can be referred to as fins.
  • Heating surface elements 3 can be designed as corrugated or ribbed sheets, for example as aluminum sheets.
  • the partition plates 4 are partition plates or can be referred to as partition plates.
  • the partition plates 4 can also be made
  • the number of heating surface elements 3 and the number of partition plates 4 is arbitrary.
  • the heating surface elements 3 and the partition plates 4 are arranged alternately. That is, a partition plate 4 is positioned between two heating surface elements 3 and a heating surface element 3 is positioned between two partition plates 4.
  • the heating surface elements 3 and the partition plates 4 can be integrally connected to one another. In the case of integral connections, the connection partners are held together by atomic or molecular forces. Cohesive
  • connections are non-detachable connections that can only be separated from one another by destroying the connection means and / or the connection partner.
  • the heating surface elements 3 and the separating plates 4 can be soldered to one another.
  • the heat exchanger block 2 further comprises cover plates 5, 6, between which the plurality of heating surface elements 3 and the plurality of partition plates 4 are arranged.
  • the cover plates 5, 6 can be constructed identically to the partition plates 4.
  • the cover plates 5, 6 are on the outside on an outermost
  • Heating surface element 3 positioned and close the heat exchanger block 2 in the orientation of FIGS. 1 and 2 to the front and back. Furthermore, the
  • Heat exchanger block 2 so-called side bars or edge strips 7, 8, which are
  • Limit heating surface elements 3 laterally.
  • the edge strips 7, 8 can be integrally connected, for example soldered, to the separating plates 4 and / or the heating surface elements 3.
  • Plate heat exchanger 1 from a plurality of parallel heat transfer passages in which the fluids A to E can flow and can indirectly transfer heat to fluids A to E guided in adjacent heat transfer passages.
  • the individual heat transfer passages can be supplied with a respective fluid A to E with the aid of connection devices 9 to 18 or the respective fluid A to E can be guided away from the plate heat exchanger 1 with the aid of such a connection device 9 to 18.
  • the connection devices 9 to 18 are so-called headers or can be referred to as such.
  • Connection devices 9 to 18 can also be referred to as distributors.
  • connection devices 11, 13, 15 are suitable for the connection devices 11, 13, 15
  • Plate heat exchanger 1 to supply the fluids A, B, D, and the
  • Connection devices 9, 10, 12, 14 are suitable for discharging the fluids A, C, D, E from the plate heat exchanger 1.
  • Each connection device 9 to 18 is assigned a nozzle 19 to 25, with which the respective connection device 9 to 18 can be acted upon by the corresponding fluid A to E or that
  • connection devices 9 to 18 are integral with the connection devices 9 to 18.
  • Heat exchanger block 2 connected.
  • the connection devices 9 to 18 are welded to the heat exchanger block 2.
  • the plate heat exchanger 1 can be part of a process engineering system 26.
  • Process engineering system 26 can, for example, be a system for
  • the process engineering system 26 can comprise a plurality of such plate heat exchangers 1.
  • the components of the heat exchanger block 2 are preferably made of aluminum.
  • a high-magnesium aluminum alloy such as material 5083 (AIMg4.5MnO, 7) or a comparable material, is preferably used for the connection devices 9 to 18.
  • These high-magnesium aluminum alloys usually have a magnesium content of about 3.5% to 5.5%, often from 4 to 5%.
  • Aluminum alloys have high strength.
  • liquid metal embrittlement occurs particularly in the case of contact between a liquid metal, in this case mercury, and a structural material, in this case the aluminum alloy.
  • Welding area can change under the influence of welding heat
  • Grain boundaries form precipitates of the ⁇ phase. Stress corrosion cracking then occurs in the welding area, preferably along those with deposits Grain boundaries. The risk of this corrosion occurring in the welding area depends on the extent of the formation of the ß-phase and this in turn on the amount of heat introduced. Since the connection devices 9 to 18 have a relatively large wall thickness, a large amount of heat is usually required in the welding area due to the heat dissipation, which can lead to the elimination of the ⁇ phase. It is important to avoid this.
  • the heat exchanger block 2 comprises an outer surface or surface 27 to which the connection device 9 is attached.
  • the surface 27 can be a surface of the cuboidal heat exchanger block 2 pointing upwards in FIG. 2. However, the surface 27 can also be any other external surface of the heat exchanger block 2. 3 to 5, only the connection device 9 is shown. Below for the
  • connection device 9 described applies accordingly to the connection devices 10 to 18.
  • Heat exchanger block 2 provided.
  • the heating surface elements 3, the partition plates 4, the cover plates 5, 6 and the edge strips 7, 8 can be brazed to one another.
  • the connection device 9 becomes a
  • connection device 9 can be an extruded profile which is cut to the desired dimensions.
  • the connection device 9 comprises a fluid-facing side 28, which faces the fluid A during operation of the plate heat exchanger 1, and a fluid-facing side 29, which faces away from the fluid A. That is, the fluid-facing side 28 is wetted with the fluid A during operation of the plate heat exchanger 1, and the
  • connection device 9 comprises a semi-cylindrical or semi-tubular geometry.
  • connection device 9 can also have any other cross section.
  • the connection device 9 can also have any other cross section.
  • Connection device 9 may be rectangular or U-shaped in cross section. Before or when the connection device 9 is provided in step S2, a welding pad 30 (FIGS. 4 and 5) is molded onto the connection device 9. The welding pad 30 is formed in one piece with the connecting device 9.
  • “one-piece material” is to be understood to mean that the welding pad 30 and the connecting device 9 are formed as a one-piece component from the same material throughout. For example, the
  • Welding pad 30 are formed by milling the connection device 9. Furthermore, the welding pad 30 can also be made in one piece with the
  • Connection device can be produced as an extruded profile.
  • the welding pad 30 is preferably not subsequently, for example by a
  • the welding pad 30 is used to set a weld seam thickness of a weld seam to be explained below for welding the connection device 9 to the surface 27.
  • the welding pad 30 preferably does not protrude inward beyond the fluid-facing side 28.
  • connection device 9 lies with two others
  • a welding pad 30 is provided on each of the end sections 31, 32.
  • the welding pad 30 is formed in particular in that a wall thickness W (FIG. 4) of the
  • Connection device 9 is reduced in the region of the end sections 31, 32.
  • a slope 33 running in the direction of the fluid-facing side 28 is provided on the fluid-remote side 29 of the connection device 9.
  • the tip 36 can also be blunt or flattened.
  • the welding pad 30 comprises the bevel 33, the section 34, the bevel 35 and the tip 36. The welding pad 30 is thus thin-walled in relation to the wall thickness W of the connection device 9.
  • connection device 9 is first connected to the fluid on the side 28 with the aid of a first welding filler 37 Heat exchanger block 2 welded.
  • the first filler metal 37 is supplied, for example, as a wire from the side 29 facing away from the fluid.
  • a first weld seam 38 with a cross-sectional area A38 is thus formed.
  • the first weld seam 38 can be constructed from a plurality of weld layers or weld beads arranged one above the other.
  • Welding filler material 37 is tightly welded, so that the fluid-facing side 28 is welded to the surface 27 in a fluid-tight manner.
  • a step S4 the side 29 facing away from the fluid is now welded with the aid of a second welding filler 39 which differs in its metallurgical composition from the first welding filler 37.
  • the second filler material 39 is preferably also a wire from the
  • Welding filler material 39 is thus formed a second weld 40 which has a cross-sectional area A40.
  • the second weld seam 40 can in turn be constructed from a plurality of weld layers or weld beads arranged one above the other.
  • the first weld seam 38 is melted from the side 29 facing away from the fluid.
  • filler metal 39 does not reach the fluid-facing side 28.
  • the cross-sectional area A40 or a weld seam thickness of the second weld seam 40 is adjusted with the help of the welding pad 30
  • the cross-sectional area A40 of the second weld 40 is significantly larger than the cross-sectional area A38 of the first weld 38.
  • the filler metal 39 has a higher magnesium content than the first filler metal 37.
  • the first filler material 37 has a magnesium content of less than 2%
  • the second filler material 38 has a magnesium content of less than 2%
  • Welding filler material 39 has a magnesium content of more than 2%, in particular 4 to 5%.
  • the first welding filler material 37 can be, for example, the material ER4043.
  • the second filler metal 39 can be selected, for example, from the high magnesium materials ER5183, ER5356 or ER5556 (A).
  • the fluid-facing side 28 is welded so tightly with the aid of the first welding filler material 37, in particular, that in the subsequent step S4 the first welding filler material 37 seals the second
  • a buffer layer 41 (FIG. 5) is welded onto the heat exchanger block 2.
  • the buffer layer 41 serves to compensate for
  • the buffer layer 41 serves as a support for the welding pad 30.
  • the buffer layer 41 enables the connection device 9 with the welding pad 30 to be placed directly on the heat exchanger block 2 without a separately designed weld pool fuse, for example in the form of a Connection device 9 welded metal strip is required.
  • the buffer layer 41 preferably comprises two parallel to one another and
  • welding beads 42, 43 arranged next to one another.
  • the welding beads 42, 43 preferably contact one another. More than two welding beads 42, 43 can also be provided.
  • Buffer layer 41 are welded.
  • the second filler material 39 is also welded to the buffer layer 41. With the aid of the buffer layer 41, unevenness in the surface 27 of the heat exchanger block 2 can be compensated for.
  • the buffer layer 41 can preferably be made from a third welding filler material 44.
  • the third filler material 44 can be supplied as a wire.
  • the third filler material 44 is optional. In the event that the third filler material 44 is used to produce the buffer layer 41, this can have a magnesium content of less than 2%, preferably less than 1%, and / or a silicon content of greater than or equal to 2.5%, by one Avoid cracking in the area of the buffer layer 41.
  • the buffer layer 41 can also be manufactured without an additional welding filler material. In the event that the buffer layer 41 is welded onto the heat exchanger block 2 without a filler metal, the buffer layer 41 is produced with the aid of melting or remelting the material of the heat exchanger block 2 or the surface 27.
  • connection device 9 a high-strength and high-magnesium aluminum material can be used. However, due to the two-stage welding process, this high-magnesium aluminum material is also resistant to the formation of

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers (1) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen (S1) eines Wärmetauscherblocks (2), b) Bereitstellen (S2) einer Anschlusseinrichtung (9 - 18), die eine fluidzugewandte Seite (28), welche einem dem Plattenwärmetauscher (1) zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid (A - E) zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite (29), welche dem Fluid (A - E) abgewandt ist, umfasst, c) Verschweißen (S3) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit dem Wärmetauscherblock (2) an der fluidzugewandten Seite (28) mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37), und d) Verschweißen (S4) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit dem Wärmetauscherblock (2) an der fluidabgewandten Seite (29) mit Hilfe eines zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39), wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff (39) einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) aufweist. Vor oder bei dem Schritt b) wird an die Anschlusseinrichtung (9 - 18) eine Schweißunterlage (30) angeformt, mit der die Anschlusseinrichtung (9 - 18) vor oder bei dem Schritt c) auf den Wärmetauscherblock (2) aufgelegt wird, wobei die Schweißunterlage (30) materialeinstückig mit der Anschlusseinrichtung (9 - 18) ausgebildet wird. Bei oder nach dem Schritt a) wird auf den Wärmetauscherblock (2) eine Pufferlage (41) aufgeschweißt, auf die vor oder bei dem Schritt c) die Anschlusseinrichtung (9 - 18) aufgelegt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers und Plattenwärmetauscher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers für eine verfahrenstechnische Anlage und einen derartigen Plattenwärmetauscher.
Ein Plattenwärmetauscher umfasst einen Wärmetauscherblock, wobei außenseitig an dem Wärmetauscherblock sogenannte Header aufgeschweißt sind. Mit Hilfe dieser Header können dem Wärmetauscherblock Fluide zugeführt oder von diesem abgeführt werden. Die einzelnen Bauteile des Wärmetauscherblocks, wie beispielsweise Fins, Trennbleche und/oder Randleisten, sind zumeist aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Aus Festigkeitsgründen werden für die Header bevorzugt hochfeste
Aluminiumlegierungen mit einem hohen Magnesiumgehalt von 4 bis 5% verwendet. Das Aufschweißen des Headers auf den Wärmetauscherblock erfolgt dabei üblicherweise mit einem Schweißzusatzwerkstoff mit ähnlicher Zusammensetzung wie der Header-Werkstoff, um eine hohe Festigkeit zu erreichen.
Bei Plattenwärmetauschern, die für den Einsatz bei der Verarbeitung von Ethylen, Erdgas, Kondensat aus Erdgasquellen, Rohöl und Erdölderivaten konzipiert sind, kann es bei der Verwendung von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen in Anwesenheit von Verunreinigungen, insbesondere in Anwesenheit von Quecksilber, zu einer sogenannten Flüssigmetallversprödung (Engl.: Liquid Metal Embrittlement, LME), insbesondere zu einer Quecksilberversprödung oder quecksilberinduzierter
Spannungsrisskorrosion, kommen. Die Quecksilberversprödung oder
Spannungsrisskorrosion tritt zum einen vor allem im Bereich von Spalten auf, in denen sich das Quecksilber aufkonzentrieren kann, und zum anderen im Schweißbereich bei Aluminiumwerkstoffen mit einem Magnesiumgehalt von größer als 2%. Im
Schweißbereich können sich unter dem Einfluss der Schweißwärme an den
Korngrenzen Ausscheidungen der ß-Phase (Mg2AI3) bilden. Die
Spannungsrisskorrosion kann dann im Schweißbereich bevorzugt entlang der mit Ausscheidungen belegten Korngrenzen auftreten.
In der US 2002/0015857A1 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und 2 vorgeschlagen, ein Trägermaterial 4, das kein Magnesium enthält, an der Innenwand eines Headers 3 im Bereich der Wärmeeinflusszone anzubringen. Zudem ist eine Abdichtung 6 zwischen der Montageoberfläche 1 a am Apparat und dem Trägermaterial 4 vorgesehen, die einen Magnesiumgehalt von weniger als 0,05% aufweist.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Wärmetauscherblocks, b) Bereitstellen einer
Anschlusseinrichtung aus einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung, die eine fluidzugewandte Seite, welche einem dem Plattenwärmetauscher zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite, welche dem Fluid abgewandt ist, umfasst, c) Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem Wärmetauscherblock an der fluidzugewandten Seite mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs, und d) Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem Wärmetauscherblock an der fluidabgewandten Seite mit Hilfe eines zweiten
Schweißzusatzwerkstoffs, wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff aufweist. Vor oder bei dem Schritt b) wird an die Anschlusseinrichtung eine Schweißunterlage angeformt, mit der die Anschlusseinrichtung vor oder bei dem Schritt c) auf den Wärmetauscherblock aufgelegt wird, wobei die Schweißunterlage materialeinstückig mit der
Anschlusseinrichtung ausgebildet wird. Zudem wird bei oder nach dem Schritt a) auf den Wärmetauscherblock eine Pufferlage aufgeschweißt, auf die vor oder bei dem Schritt c) die Anschlusseinrichtung aufgelegt wird.
Durch das zweistufige Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem
Wärmetauscherblock mit Hilfe der sich voneinander unterscheidenden
Schweißzusatzwerkstoffe kann verhindert werden, dass im Betrieb des
Plattenwärmetauschers der zweite Schweißzusatzwerkstoff mit dem höheren
Magnesiumgehalt in Kontakt mit dem Fluid kommt. Ferner verhindert das
Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem Wärmetauscherblock an der fluidzugewandten Seite mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs die Bildung eines Spalts zwischen der Anschlusseinrichtung und dem Wärmetauscherblock. Eine Aufkonzentration des Quecksilbers in diesem Bereich wird dadurch vermieden. Beide zuvor erläuterten Effekte reduzieren die Gefahr des Auftretens einer
Flüssigmetallversprödung signifikant.
Mit Hilfe der Schweißunterlage kann eine Schweißnahtdicke der zweiten Schweißnaht zuverlässig eingestellt oder vorgegeben werden. Hierdurch kann die zweite
Schweißnaht genau und reproduzierbar gefertigt werden. Dies erhöht die
Betriebszuverlässigkeit.
Die Pufferlage ermöglicht, dass die Anschlusseinrichtung mit der Schweißunterlage direkt auf den Wärmetauscherblock aufgelegt werden kann, ohne dass eine separat ausgebildete Schweißbadsicherung beispielweise in Form eines an die
Anschlusseinrichtung angeschweißten Metallstreifens benötigt wird.
Vor oder bei dem Bereitstellen des Wärmetauscherblocks kann dieser aus einer Vielzahl an Einzelteilen gefertigt werden. Der Wärmetauscherblock umfasst beispielsweise eine Vielzahl an rippenförmigen Heizflächenelementen oder Fins, eine Vielzahl an Trennplatten, wobei jeweils zwischen zwei Trennplatten ein
Heizflächenelement und zwischen zwei Heizflächenelementen eine Trennplatte angeordnet ist, sogenannte Randleisten, die die Heizflächenelemente zum Rand hin begrenzen, und den Wärmetauscherblock nach außen hin begrenzende Deckplatten. Diese Bauteile können miteinander hartverlötet sein. Der Wärmetauscherblock ist vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Anschlusseinrichtung ist ein sogenannter Header. Die Anschlusseinrichtung kann auch als Verteiler bezeichnet werden. Der Wärmetauscher umfasst bevorzugt eine Vielzahl an
Anschlusseinrichtungen.
Mit Hilfe des Plattenwärmetauschers lässt sich ein Wärmeaustausch zwischen mehreren verschiedenen Fluiden realisieren. Die Fluide können auch als
Prozessmedien oder Medien bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher ist insbesondere ein Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Mit Hilfe der Anschlusseinrichtungen kann dem Wärmetauscherblock jeweils ein Fluid zugeführt werden beziehungsweise ein Fluid kann von diesem abgeführt werden. Das Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem Wärmetauscherblock an der fluidzugewandten Seite mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs erfolgt vorzugsweise vor dem Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem Wärmetauscherblock an der fluidabgewandten Seite mit Hilfe des zweiten
Schweißzusatzwerkstoffs. Das heißt, der Schritt c) wird bevorzugt vor dem Schritt d) durchgeführt. Die Schweißzusatzwerkstoffe können als Drähte zugeführt werden.
Insbesondere wird die Anschlusseinrichtung in den Schritten c) und d) mit einer Oberfläche des Wärmetauscherblocks verschweißt. Die Oberfläche kann jede außenliegende Fläche des bevorzugt quaderförmigen Wärmetauscherblocks sein.
Die Anschlusseinrichtung weist im Querschnitt bevorzugt eine halbzylinderförmige Geometrie auf. Die Anschlusseinrichtung kann bevorzugt als Strangpressprofil bereitgestellt werden, das auf eine gewünschte Länge abgelängt wird. Stirnseitig ist die Anschlusseinrichtung bevorzugt mit Hilfe von Deckeln fluiddicht verschlossen. Die Anschlusseinrichtung wird bevorzugt aus einer hochfesten magnesiumhaltigen
Aluminiumlegierung, beispielsweise aus dem Werkstoff 5083, gefertigt. Die
Anschlusseinrichtung weist vorzugsweise einen Magnesiumgehalt von 3,5 % bis 5,5 %, besonders bevorzugt von 4% bis 5% auf. Die fluidzugewandte Seite ist insbesondere im Betrieb des Plattenwärmetauschers dem Fluid zugewandt, so dass das Fluid im Betrieb des Plattenwärmetauschers die fluidzugewandte Seite benetzt. Bei der
Herstellung des Plattenwärmetauschers benetzt das Fluid dementsprechend die fluidzugewandte Seite noch nicht. Entsprechendes gilt für die fluidabgewandte Seite.
Die fluidzugewandte Seite kann auch als Innenseite der Anschlusseinrichtung bezeichnet werden. Insbesondere ist die fluidzugewandte Seite dem
Wärmetauscherblock, insbesondere der Oberfläche des Wärmetauscherblocks, zugewandt. Die fluidzugewandte Seite kann daher auch als
wärmetauscherblockzugewandte Seite der Anschlusseinrichtung bezeichnet werden. Die fluidabgewandte Seite kann auch als Außenseite der Anschlusseinrichtung bezeichnet werden. Insbesondere ist die fluidabgewandte Seite dem
Wärmetauscherblock, insbesondere der Oberfläche des Wärmetauscherblocks, abgewandt. Die fluidabgewandte Seite kann daher auch als
wärmetauscherblockabgewandte Seite der Anschlusseinrichtung bezeichnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Schweißzusatzwerkstoff einen
Magnesiumgehalt von weniger als 2% auf, wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen Magnesiumgehalt von mehr als 2% aufweist. Vorzugsweise weist der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen Magnesiumgehalt von 4 bis 5% auf. Insbesondere weist der zweite Schweißzusatzwerkstoff zumindest annähernd denselben Magnesiumgehalt wie der Werkstoff der Anschlusseinrichtung. Der erste Schweißzusatzwerkstoff ist bevorzugt der Werkstoff ER4043. Der zweite Schweißzusatzwerkstoff kann einer der Werkstoffe ER5183, ER5356 oder ER5556(A) sein. Der erste Schweißzusatzwerkstoff und der zweite Schweißzusatzwerkstoff unterscheiden sich somit insbesondere in ihrer metallurgischen Zusammensetzung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte c) und d) von der fluidabgewandten Seite her durchgeführt.
Hierdurch ist ein einfaches Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem
Wärmetauscherblock möglich. Ein innenseitiges Verschweißen der
Anschlusseinrichtung ist somit verzichtbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt c) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs eine erste Schweißnaht gebildet, wobei in dem Schritt d) mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs eine zweite Schweißnaht gebildet wird, und wobei eine Querschnittsfläche der ersten Schweißnaht kleiner als eine
Querschnittsfläche der zweiten Schweißnaht ist.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche der ersten Schweißnaht um ein Vielfaches kleiner als die Querschnittsfläche der zweiten Schweißnaht. Je kleiner die
Querschnittsfläche der ersten Schweißnaht ist, desto weniger Wärme ist beim
Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs einzubringen. Hierdurch wird die Gefahr der Bildung der ß-Phase nochmals reduziert. Die erste Schweißnaht kann aus einer Vielzahl übereinander angeordneter
Schweißlagen oder Schweißraupen aufgebaut sein. Insbesondere kann auch die zweite Schweißnaht aus einer Vielzahl übereinander angeordneter Schweißlagen oder Schweißraupen aufgebaut sein. In dem Schritt d) wird die erste Schweißnaht bevorzugt zumindest teilweise angeschmolzen oder aufgeschmolzen. Hierdurch ergibt sich eine gute Verbindung zwischen den Schweißnähten. Die erste Schweißnaht wird in dem Schritt d) jedoch nicht durchgeschmolzen, so dass der zweite Schweißzusatzwerkstoff nicht auf die fluidzugewandte Seite gelangt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt c) die fluidzugewandte Seite mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs derart dichtgeschweißt, dass in dem Schritt d) der erste Schweißzusatzwerkstoff den zweiten Schweißzusatzwerkstoff von der fluidzugewandten Seite trennt.
Hierdurch wird im Betrieb des Plattenwärmetauschers verhindert, dass das Fluid mit dem hochmagnesiumhaltigen zweiten Schweißzusatzwerkstoff in Kontakt kommt. Die erste Schweißnaht verhindert also einen Durchtritt des zweiten
Schweißzusatzwerkstoffs auf die fluidzugewandte Seite.
Die Schweißunterlage kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass an der Anschlusseinrichtung eine Ausfräsung vorgenommen wird. Alternativ kann die
Schweißunterlage auch einteilig mit der Anschlusseinrichtung derart ausgebildet werden, dass die Anschlusseinrichtung als Strangpressprofil mit angeformter
Schweißunterlage gefertigt wird. "Materialeinstückig" heißt dabei, dass die
Schweißunterlage und die Anschlusseinrichtung einteilig und durchgehend aus demselben Material ausgebildet sind. Das heißt, die Schweißunterlage ist bevorzugt nicht nachträglich an die Anschlusseinrichtung angeschweißt oder angeschraubt. Die Anschlusseinrichtung umfasst zwei einander gegenüberliegende Endabschnitte, wobei bevorzugt an jedem Endabschnitt eine Schweißunterlage vorgesehen ist. Die
Schweißunterlage ragt bevorzugt nicht über die fluidzugewandte Seite hinaus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Schweißunterlage mit Hilfe einer Verringerung einer Wandstärke der Anschlusseinrichtung gebildet.
Das heißt, die Wandstärke der Anschlusseinrichtung ist im Bereich der
Schweißunterlage verringert. Die Schweißunterlage kann dabei linienförmig auf dem Wärmetauscherblock aufliegen. Die Schweißunterlage kann eine scharfkantige Schneide oder Spitze aufweisen, die vor dem Verschweißen der Anschlusseinrichtung mit dem Wärmetauscherblock den Wärmetauscherblock linienförmig kontaktiert. Die Schweißunterlage kann auch stumpf oder flächig auf dem Wärmetauscherblock aufliegen. Bei dem Verschweißen kann die Schweißunterlage zumindest teilweise aufgeschmolzen werden. Die Pufferlage umfasst vorzugsweise mehrere, besonders bevorzugt zwei,
nebeneinander angeordnete Schweißraupen oder Pufferraupen. Beispielsweise sind zwei parallel zueinander und einander kontaktierende Schweißraupen vorgesehen. Mit Hilfe der Pufferlage können Unebenheiten der Oberfläche des Wärmetauscherblocks ausgeglichen werden. Die Pufferlage kann dabei ohne einen Schweißzusatzwerkstoff oder aus einem dritten Schweißzusatzwerkstoff gefertigt werden, wobei der dritte Schweißzusatzwerkstoff vorzugsweise einen Magnesiumgehalt von weniger als 2%, besonders bevorzugt von weniger als 1 %, aufweist. Der dritte Schweißzusatzwerkstoff kann einen Siliziumgehalt von größer gleich 2,5% aufweisen, um eine Rissbildung im Bereich der Pufferlage zu vermeiden. Für den Fall, dass die Pufferlage ohne einen Schweißzusatzwerkstoff aufgeschweißt wird, wird die Pufferlage mit Hilfe eines Aufschmelzens oder Umschmelzens von Material des Wärmetauscherblocks erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt c) die
Anschlusseinrichtung mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs mit der Pufferlage verschweißt und/oder in dem Schritt d) wird die Anschlusseinrichtung mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs mit der Pufferlage verschweißt.
Die Pufferlage wird auf die zuvor erwähnte Oberfläche des Wärmetauscherblocks aufgeschweißt. Dabei kann insbesondere die zweite Schweißnaht teilweise sowohl mit der Oberfläche als auch teilweise mit der Pufferlage verschweißt werden.
Insbesondere wird zumindest der erste Schweißzusatzwerkstoff bevorzugt nur mit der Pufferlage verschweißt. Die Pufferlage kann Teil der Oberfläche des
Wärmetauscherblocks sein.
Ferner wird ein Plattenwärmetauscher für eine verfahrenstechnische Anlage vorgeschlagen. Der Plattenwärmetauscher umfasst einen Wärmetauscherblock und eine Anschlusseinrichtung aus einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung, die eine fluidzugewandte Seite, welche einem dem Plattenwärmetauscher zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite, welche dem Fluid abgewandt ist, umfasst, wobei die Anschlusseinrichtung an der fluidzugewandten Seite mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs mit dem Wärmetauscherblock verschweißt ist, wobei die Anschlusseinrichtung an der fluidabgewandten Seite mit Hilfe eines zweiten Schweißzusatzwerkstoffs mit dem Wärmetauscherblock verschweißt ist, und wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff aufweist. An die Anschlusseinrichtung ist eine Schweißunterlage angeformt, mit der die
Anschlusseinrichtung auf dem Wärmetauscherblock aufliegt, wobei die
Schweißunterlage materialeinstückig mit der Anschlusseinrichtung ausgebildet ist, und wobei auf den Wärmetauscherblock eine Pufferlage aufgeschweißt ist, auf der die Anschlusseinrichtung aufliegt.
Die Anschlusseinrichtung weist vorzugsweise einen Magnesiumgehalt von 3,5 % bis 5,5 %, besonders bevorzugt von 4% bis 5%, auf.
Die verfahrenstechnische Anlage kann beispielsweise eine Anlage zur Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas, eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher umfassen. Insbesondere unterscheidet sich der erste Schweißzusatzwerkstoff, bevorzugt metallurgisch, von dem zweiten
Schweißzusatzwerkstoff. Die für das Verfahren erläuterten Ausführungsformen und Erläuterungen gelten für den Plattenwärmetauscher entsprechend und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Schweißzusatzwerkstoff einen
Magnesiumgehalt von weniger als 2% auf, wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen Magnesiumgehalt von mehr als 2% aufweist.
Bevorzugt weist der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen Magnesiumgehalt von 4 bis 5% auf. Vorzugsweise weist der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen ähnlich hohen Magnesiumgehalt wie der Werkstoff der Anschlusseinrichtung auf.
Die Schweißunterlage sorgt für eine bevorzugt linienförmige Auflage der
Anschlusseinrichtung auf dem Wärmetauscherblock. Mit Hilfe der Schweißunterlage kann die Schweißnahtdicke der mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs hergestellten zweiten Schweißnaht definiert oder vorgegeben werden.
Die Schweißunterlage ist vorzugsweise mit Hilfe einer Verringerung einer Wandstärke der Anschlusseinrichtung gebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Schweißzusatzwerkstoff zwischen dem zweiten Schweißzusatzwerkstoff und der fluidzugewandten Seite angeordnet und trennt so den zweiten Schweißzusatzwerkstoff von der
fluidzugewandten Seite.
Das heißt, der zweite Schweißzusatzwerkstoff kommt im Betrieb des
Plattenwärmetauschers nicht in Kontakt mit dem Fluid.
Die Pufferlage kann mehrere Schweißraupen, vorzugsweise zwei Schweißraupen, umfassen. Die Schweißraupen sind vorzugsweise nebeneinander auf der Oberfläche des Wärmetauscherblocks positioniert. Insbesondere ist die Anschlusseinrichtung mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs und/oder des zweiten
Schweißzusatzwerkstoffs mit der Pufferlage verschweißt.
Weitere mögliche Implementierungen des Verfahrens und/oder des
Plattenwärmetauschers umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen
Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Verfahrens und/oder des Plattenwärmetauschers hinzufügen.
Nachfolgend werden weitere Gegenstände der Erfindung (Punkte 1 und 11 ) sowie Ausgestaltungen gemäß Punkte 2 bis 10 und 12 bis 15 der Gegenstände gemäß der Punkte 1 und 1 1 dargestellt. Die in Klammern angegebenen Bezugszeichen beziehen sich auf die Figuren.
Punkt 1 : Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers (1 ) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen (S1 ) eines Wärmetauscherblocks (2),
b) Bereitstellen (S2) einer Anschlusseinrichtung (9 - 18), die eine fluidzugewandte Seite (28), welche einem dem Plattenwärmetauscher (1 ) zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid (A - E) zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite (29), welche dem Fluid (A - E) abgewandt ist, umfasst, c) Verschweißen (S3) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit dem Wärmetauscherblock (2) an der fluidzugewandten Seite (28) mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37), und
d) Verschweißen (S4) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit dem Wärmetauscherblock (2) an der fluidabgewandten Seite (29) mit Hilfe eines zweiten
Schweißzusatzwerkstoffs (39), wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff (39) einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) aufweist.
Punkt 2: Verfahren nach Punkt 1 , wobei der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) einen Magnesiumgehalt von weniger als 2% aufweist, und wobei der zweite
Schweißzusatzwerkstoff (39) einen Magnesiumgehalt von mehr als 2% aufweist.
Punkt 3: Verfahren nach Punkt 1 oder 2, wobei die Schritte c) und d) von der fluidabgewandten Seite (29) her durchgeführt werden.
Punkt 4: Verfahren nach einem der Punkte 1 - 3, wobei in dem Schritt c) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) eine erste Schweißnaht (38) gebildet wird, wobei in dem Schritt d) mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) eine zweite Schweißnaht (40) gebildet wird, und wobei eine Querschnittsfläche (A38) der ersten Schweißnaht (38) kleiner als eine Querschnittsfläche (A40) der zweiten Schweißnaht (40) ist.
Punkt 5: Verfahren nach einem der Punkte 1 - 4, wobei in dem Schritt c) die fluidzugewandte Seite (28) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) derart dichtgeschweißt wird, dass in dem Schritt d) der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) den zweiten Schweißzusatzwerkstoff (39) von der fluidzugewandten Seite (28) trennt.
Punkt 6: Verfahren nach einem der Punkte 1 - 5, wobei vor oder bei dem Schritt b) an die Anschlusseinrichtung (9 - 18) eine Schweißunterlage (30) angeformt wird, mit der die Anschlusseinrichtung (9 - 18) vor oder bei dem Schritt c) auf den
Wärmetauscherblock (2) aufgelegt wird.
Punkt 7: Verfahren nach Punkt 6, wobei die Schweißunterlage (30) materialeinstückig mit der Anschlusseinrichtung (9 - 18) ausgebildet wird. Punkt 8: Verfahren nach Punkt 6 oder 7, wobei die Schweißunterlage (30) mit Hilfe einer Verringerung einer Wandstärke (W) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) gebildet wird.
Punkt 9: Verfahren nach einem der Punkte 1 - 8, wobei bei oder nach dem Schritt a) auf den Wärmetauscherblock (2) eine Pufferlage (41 ) aufgeschweißt wird, auf die vor oder bei dem Schritt c) die Anschlusseinrichtung (9 - 18) aufgelegt wird.
Punkt 10: Verfahren nach Punkt 9, wobei in dem Schritt c) die Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) mit der Pufferlage (41 ) verschweißt wird und/oder wobei in dem Schritt d) die Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) mit der Pufferlage (41 ) verschweißt wird.
Punkt 1 1 : Plattenwärmetauscher (1 ) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit einem Wärmetauscherblock (2) und einer Anschlusseinrichtung (9 - 18), die eine fluidzugewandte Seite (28), welche einem dem Plattenwärmetauscher (1 )
zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid (A - E) zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite (29), welche dem Fluid (A - E) abgewandt ist, umfasst, wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) an der fluidzugewandten Seite (28) mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) mit dem Wärmetauscherblock (2) verschweißt ist, wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) an der fluidabgewandten Seite (29) mit Hilfe eines zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) mit dem Wärmetauscherblock (2) verschweißt ist, und wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff (39) einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) aufweist.
Punkt 12: Plattenwärmetauscher nach Punkt 11 , wobei der erste
Schweißzusatzwerkstoff (37) einen Magnesiumgehalt von weniger als 2% aufweist, und wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff (39) einen Magnesiumgehalt von mehr als 2% aufweist.
Punkt 13: Plattenwärmetauscher nach Punkt 11 oder 12, wobei an die
Anschlusseinrichtung (9 - 18) eine Schweißunterlage (30) angeformt ist, mit der die Anschlusseinrichtung (9 - 18) auf dem Wärmetauscherblock (2) aufliegt. Punkt 14: Plattenwärmetauscher nach einem der Punkte 11 - 13, wobei der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) zwischen dem zweiten Schweißzusatzwerkstoff (39) und der fluidzugewandten Seite (29) angeordnet ist und so den zweiten
Schweißzusatzwerkstoff (39) von der fluidzugewandten Seite (28) trennt.
Punkt 15: Plattenwärmetauscher nach einem der Punkte 11 - 14, wobei auf den Wärmetauscherblock (2) eine Pufferlage (41 ) aufgeschweißt ist, auf der die
Anschlusseinrichtung (9 - 18) aufliegt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Verfahrens und/oder des Plattenwärmetauschers sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens und/oder des
Plattenwärmetauschers. Im Weiteren werden das Verfahren und/oder der
Plattenwärmetauscher anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmetauschers;
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Plattenwärmetauscher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt eine stark vergrößerte schematische Teilschnittansicht des
Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1 ;
Fig. 4 zeigt die Detailansicht IV gemäß Fig. 3;
Fig. 5 zeigt erneut die Detailansicht IV gemäß Fig. 3; und
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmetauschers gemäß Fig. 1.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben
Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Plattenwärmeübertragers oder Plattenwärmetauschers 1. Die Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines
Wärmetauscherblocks 2 für den Plattenwärmetauscher 1 gemäß Fig. 1. Nachfolgend wird auf die Fig. 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen.
Mit Hilfe des in der Fig. 1 dargestellten Plattenwärmetauschers 1 lässt sich ein
Wärmeaustausch zwischen mehreren verschiedenen Fluiden A bis E realisieren. Die Fluide A bis E können auch als Prozessmedien oder Medien bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist insbesondere ein Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) oder kann als solcher bezeichnet werden. Der Plattenwärmetauscher 1 ist vorzugsweise aus Bauteilen aufgebaut, die aus Aluminium gefertigt und miteinander hartverlötet sind. Der Plattenwärmetauscher 1 kann daher auch als hartgelöteter Aluminium-Plattenwärme- tauscher (Engl.: Brazed Aluminum Plate-Fin Heat Exchanger) bezeichnet werden.
Der Wärmetauscherblock 2 ist quaderförmig oder blockförmig aufgebaut und umfasst eine Vielzahl an Passagen oder Heizflächenelementen 3 sowie eine Vielzahl an Trennplatten 4. Die Heizflächenelemente 3 sind sogenannte Fins, insbesondere sogenannte Heat Transfer Fins, oder können als Fins bezeichnet werden. Die
Heizflächenelemente 3 können als gewellte oder gerippte Bleche, beispielsweise als Aluminiumbleche, ausgebildet sein. Die Trennplatten 4 sind Trennbleche oder können als Trennbleche bezeichnet werden. Die Trennplatten 4 können ebenfalls aus
Aluminium gefertigt sein. Die Anzahl der Heizflächenelemente 3 und die Anzahl der Trennplatten 4 ist beliebig.
Die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 sind abwechselnd angeordnet. Das heißt, zwischen zwei Heizflächenelementen 3 ist jeweils eine Trennplatte 4 und zwischen zwei Trennplatten 4 ist jeweils ein Heizflächenelement 3 positioniert. Die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 können dabei stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Bei stoffschlüssigen Verbindungen werden die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Stoffschlüssige
Verbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel und/oder der Verbindungspartner voneinander trennen lassen. Insbesondere können die Heizflächenelemente 3 und die Trennplatten 4 miteinander verlötet sein. Der Wärmetauscherblock 2 umfasst weiterhin Deckplatten 5, 6, zwischen denen die Vielzahl an Heizflächenelementen 3 und die Vielzahl an Trennplatten 4 angeordnet sind. Die Deckplatten 5, 6 können dabei identisch wie die Trennplatten 4 aufgebaut sein. Die Deckplatten 5, 6 sind dabei außenseitig auf einem jeweils äußersten
Heizflächenelement 3 positioniert und schließen den Wärmetauscherblock 2 in der Orientierung der Fig. 1 und 2 nach vorne und hinten ab. Weiterhin umfasst der
Wärmetauscherblock 2 sogenannte Side Bars oder Randleisten 7, 8, die die
Heizflächenelemente 3 seitlich begrenzen. Die Randleisten 7, 8 können mit den Trennplatten 4 und/oder den Heizflächenelementen 3 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verlötet, sein.
Mit Hilfe der Heizflächenelemente 3 und der Trennplatten 4 bildet der
Plattenwärmetauscher 1 eine Vielzahl an parallelen Wärmeübertragungspassagen aus, in denen die Fluide A bis E strömen können und indirekt Wärme auf in benachbarten Wärmeübertragungspassagen geführte Fluide A bis E übertragen können. Die einzelnen Wärmeübertragungspassagen können mit Hilfe von Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit einem jeweiligen Fluid A bis E beaufschlagt werden oder das jeweilige Fluid A bis E kann mit Hilfe einer derartigen Anschlusseinrichtung 9 bis 18 von dem Plattenwärmetauscher 1 weggeführt werden. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind sogenannte Header oder können als solche bezeichnet werden. Die
Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 können auch als Verteiler bezeichnet werden.
Beispielsweise sind die Anschlusseinrichtungen 11 , 13, 15 dazu geeignet, dem
Plattenwärmetauscher 1 die Fluide A, B, D zuzuführen, und die
Anschlusseinrichtungen 9, 10, 12, 14 sind dazu geeignet, die Fluide A, C, D, E von dem Plattenwärmetauscher 1 abzuführen. Jeder Anschlusseinrichtung 9 bis 18 ist ein Stutzen 19 bis 25 zugeordnet, mit denen die jeweilige Anschlusseinrichtung 9 bis 18 mit dem entsprechenden Fluid A bis E beaufschlagt werden kann oder das
entsprechende Fluid A bis E von der Anschlusseinrichtung 9 bis 18 weggeführt werden kann. Die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 sind stoffschlüssig mit dem
Wärmetauscherblock 2 verbunden. Insbesondere sind die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt. Der Plattenwärmetauscher 1 kann Teil einer verfahrenstechnischen Anlage 26 sein.
Die verfahrenstechnische Anlage 26 kann beispielsweise eine Anlage zur
Luftzerlegung, zur Herstellung von Flüssiggas (Engl.: Liquefied Natural Gas, LNG), eine in der petrochemischen Industrie eingesetzte Anlage oder dergleichen sein. Die verfahrenstechnische Anlage 26 kann eine Vielzahl derartiger Plattenwärmetauscher 1 umfassen.
Wie zuvor erwähnt, sind die Bauteile des Wärmetauscherblocks 2 bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Aus Festigkeitsgründen kommt für die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 bevorzugt eine hochmagnesiumhaltige Aluminiumlegierung, wie beispielsweise der Werkstoff 5083 (AIMg4,5MnO,7), oder ein vergleichbarer Werkstoff zur Anwendung. Diese hochmagnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen weisen in der Regel einen Magnesiumgehalt von etwa 3,5% bis 5,5%, häufig von 4 bis 5% auf. Derartige
Aluminiumlegierungen weisen eine hohe Festigkeit auf.
Bei Plattenwärmetauschern, die für den Einsatz bei der Verarbeitung von Ethylen, Erdgas, Kondensat aus Erdgasquellen, Rohöl und Erdölderivaten konzipiert sind, kann es bei der Verwendung von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen in Anwesenheit von Verunreinigungen, insbesondere in Anwesenheit von Quecksilber, zu einer sogenannten Flüssigmetallversprödung (Engl.: Liquid Metal Embrittlement, LME), insbesondere zu einer Quecksilberversprödung oder quecksilberinduzierter
Spannungsrisskorrosion, kommen. Der Effekt der Flüssigmetallversprödung tritt insbesondere im Falls des Kontakts zwischen einem flüssigen Metall, in diesem Fall Quecksilber, und einem strukturellen Material, in diesem Fall die Aluminiumlegierung, auf.
Insbesondere beim Verbinden von magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen durch Löten oder Schweißen besteht durch den Wärmeeintrag die Gefahr einer
Ausscheidung an ß-Phase (Mg2AI3). Die Quecksilberversprödung oder
Spannungsrisskorrosion tritt zum einen vor allem im Bereich von Spalten auf, in denen sich das Quecksilber aufkonzentrieren kann, und zum anderen im Schweißbereich bei Aluminiumwerkstoffen mit einem Magnesiumgehalt von größer als 2%. Im
Schweißbereich können sich unter dem Einfluss der Schweißwärme an den
Korngrenzen Ausscheidungen der ß-Phase bilden. Die Spannungsrisskorrosion tritt dann im Schweißbereich bevorzugt entlang der mit Ausscheidungen belegten Korngrenzen auf. Die Gefahr der Entstehung dieser Korrosion im Schweißbereich hängt vom Ausmaß der Bildung der ß-Phase und diese wiederum von der Höhe der eingebrachten Wärme ab. Da die Anschlusseinrichtungen 9 bis 18 eine relativ große Wandstärke aufweisen, ist aufgrund der Wärmeableitung üblicherweise eine große Wärmeeinbringung in den Schweißbereich erforderlich, was zur Ausscheidung der ß- Phase führen kann. Dies gilt es zu vermeiden.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines wie zuvor erläuterten Plattenwärmetauschers 1 , bei dem die Gefahr der Quecksilberversprödung signifikant reduziert ist. Wie die Fig. 3 bis 5 zeigen, umfasst der Wärmetauscherblock 2 eine Außenfläche oder Oberfläche 27, an der die Anschlusseinrichtung 9 angebracht wird. Die Oberfläche 27 kann dabei eine in der Fig. 2 nach oben weisende Fläche des quaderförmigen Wärmetauscherblocks 2 sein. Die Oberfläche 27 kann jedoch auch jede andere außenliegende Oberfläche des Wärmetauscherblocks 2 sein. In den Fig. 3 bis 5 ist nur die Anschlusseinrichtung 9 gezeigt. Nachfolgend für die
Anschlusseinrichtung 9 ausgeführtes gilt entsprechend für die Anschlusseinrichtungen 10 bis 18.
In einem Schritt S1 des in der Fig. 6 gezeigten Verfahrens wird der
Wärmetauscherblock 2 bereitgestellt. Hierzu können die Heizflächenelemente 3, die Trennplatten 4, die Deckplatten 5, 6 und die Randleisten 7, 8 miteinander hartverlötet werden. In einem Schritt S2 wird die Anschlusseinrichtung 9 aus einer
magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung bereitgestellt. Die Anschlusseinrichtung 9 kann ein Strangpressprofil sein, das auf die gewünschten Abmessungen abgelängt wird.
Die Anschlusseinrichtung 9 umfasst eine fluidzugewandte Seite 28, die im Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 dem Fluid A zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite 29, welche dem Fluid A abgewandt ist. Das heißt, die fluidzugewandte Seite 28 wird im Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 mit dem Fluid A benetzt, und die
fluidabgewandte Seite 29 wird von dem Fluid A dementsprechend nicht benetzt. Die Anschlusseinrichtung 9 umfasst, wie in der Fig. 3 gezeigt, eine halbzylinderförmige oder halbrohrförmige Geometrie. Die Anschlusseinrichtung 9 kann jedoch auch jeden beliebigen anderen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann die
Anschlusseinrichtung 9 im Querschnitt rechteckförmig oder U-förmig sein. Vor oder bei dem Bereitstellen der Anschlusseinrichtung 9 in dem Schritt S2 wird an die Anschlusseinrichtung 9 eine Schweißunterlage 30 (Fig. 4 und 5) angeformt. Die Schweißunterlage 30 wird dabei materialeinstückig mit der Anschlusseinrichtung 9 ausgebildet. Unter "materialeinstückig" ist dabei vorliegend zu verstehen, dass die Schweißunterlage 30 und die Anschlusseinrichtung 9 als einteiliges Bauteil durchgehend aus demselben Material gebildet sind. Beispielsweise kann die
Schweißunterlage 30 durch eine Ausfräsung der Anschlusseinrichtung 9 gebildet werden. Weiterhin kann die Schweißunterlage 30 auch einteilig mit der
Anschlusseinrichtung als Strangpressprofil hergestellt werden. Bevorzugt wird die Schweißunterlage 30 jedoch nicht nachträglich, beispielsweise durch eine
Schweißverbindung, an die Anschlusseinrichtung 9 angebracht. Die Schweißunterlage 30 dient der Einstellung einer Schweißnahtdicke einer nachfolgend noch zu erläuternden Schweißnaht zum Verschweißen der Anschlusseinrichtung 9 mit der Oberfläche 27. Die Schweißunterlage 30 ragt dabei bevorzugt nach innen nicht über die fluidzugewandte Seite 28 hinaus.
Wie die Fig. 3 zeigt, liegt die Anschlusseinrichtung 9 mit zwei einender
gegenüberliegenden Endabschnitten 31 , 32 auf der Oberfläche 27 auf. An jedem der Endabschnitte 31 , 32 ist eine Schweißunterlage 30 vorgesehen. Die Schweißunterlage 30 wird insbesondere dadurch gebildet, dass eine Wandstärke W (Fig. 4) der
Anschlusseinrichtung 9 im Bereich der Endabschnitte 31 , 32 verringert wird.
Beispielsweise ist an der fluidabgewandten Seite 29 der Anschlusseinrichtung 9 eine in Richtung der fluidzugewandten Seite 28 verlaufende Schräge 33 vorgesehen. Im Anschluss an die Schräge 33 ist wiederum ein parallel zu der fluidzugewandten Seite 28 und der fluidabgewandten Seite 29 verlaufender Abschnitt 34 vorgesehen, der über eine weitere Schräge 35 zu der fluidzugewandten Seite 28 hinzuläuft, so dass die Anschlusseinrichtung 9 mit einer scharfkantigen Schneide oder Spitze 36 auf der Oberfläche 27 aufliegt. Die Spitze 36 kann auch stumpf oder abgeflacht sein. Die Schweißunterlage 30 umfasst dabei die Schräge 33, den Abschnitt 34, die Schräge 35 und die Spitze 36. Die Schweißunterlage 30 ist somit bezogen auf die Wandstärke W der Anschlusseinrichtung 9 dünnwandig.
In einem Schritt S3 wird die Anschlusseinrichtung 9 zunächst an der fluidzugewandten Seite 28 mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs 37 mit dem Wärmetauscherblock 2 verschweißt. Der erste Schweißzusatzwerkstoff 37 wird beispielsweise als Draht von der fluidabgewandten Seite 29 her zugeführt. Mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs 37 wird somit eine erste Schweißnaht 38 mit einer Querschnittsfläche A38 gebildet. Die erste Schweißnaht 38 kann aus mehreren übereinander angeordneten Schweißlagen oder Schweißraupen aufgebaut sein. In dem Schritt S3 wird die fluidzugewandte Seite 28 mit Hilfe des ersten
Schweißzusatzwerkstoffs 37 dicht geschweißt, so dass die fluidzugewandte Seite 28 fluiddicht mit der Oberfläche 27 verschweißt ist.
In einem Schritt S4 wird nun die fluidabgewandte Seite 29 mit Hilfe eines sich von dem ersten Schweißzusatzwerkstoff 37 in seiner metallurgischen Zusammensetzung unterscheidenden zweiten Schweißzusatzwerkstoffs 39 verschweißt. Der zweite Schweißzusatzwerkstoff 39 wird vorzugsweise ebenfalls als Draht von der
fluidabgewandten Seite 29 her zugeführt. Mit Hilfe des zweiten
Schweißzusatzwerkstoffs 39 wird somit eine zweite Schweißnaht 40 gebildet, die eine Querschnittsfläche A40 aufweist. Die zweite Schweißnaht 40 kann wiederum aus mehreren übereinander angeordneten Schweißlagen oder Schweißraupen aufgebaut sein. Bei dem Herstellen der zweiten Schweißnaht 40 wird die erste Schweißnaht 38 von der fluidabgewandten Seite 29 her aufgeschmolzen. Der zweite
Schweißzusatzwerkstoff 39 gelangt dabei jedoch nicht auf die fluidzugewandte Seite 28. Die Querschnittsfläche A40 beziehungsweise eine Schweißnahtdicke der zweiten Schweißnaht 40 wird dabei mit Hilfe der Schweißunterlage 30 eingestellt
beziehungsweise vorgegeben.
Die Querschnittsfläche A40 der zweiten Schweißnaht 40 ist deutlich größer als die Querschnittsfläche A38 der ersten Schweißnaht 38. Der zweite
Schweißzusatzwerkstoff 39 weist einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff 37 auf. Beispielweise weist der erste Schweißzusatzwerkstoff 37 einen Magnesiumgehalt von weniger als 2% auf, und der zweite
Schweißzusatzwerkstoff 39 weist einen Magnesiumgehalt von mehr als 2%, insbesondere von 4 bis 5%, auf. Der erste Schweißzusatzwerkstoff 37 kann beispielsweise der Werkstoff ER4043 sein. Der zweite Schweißzusatzwerkstoff 39 kann beispielsweise aus den hochmagnesiumhaltigen Werkstoffen ER5183, ER5356 oder ER5556(A) ausgewählt werden. In dem Schritt S3 wird die fluidzugewandte Seite 28 mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs 37 insbesondere derart dicht geschweißt, dass in dem darauffolgenden Schritt S4 der erste Schweißzusatzwerkstoff 37 den zweiten
Schweißzusatzwerkstoff 39 von der fluidzugewandten Seite 28 trennt. Das heißt, der zweite Schweißzusatzwerkstoff 39 kommt im Betrieb des Plattenwärmetauschers 1 nicht mit dem Fluid A in Berührung.
Bei oder nach dem Schritt S1 wird auf den Wärmetauscherblock 2 eine Pufferlage 41 (Fig. 5) aufgeschweißt. Die Pufferlage 41 dient dem Ausgleich von
Oberflächenunebenheiten der Oberfläche 27. Die Pufferlage 41 dient als Auflage für die Schweißunterlage 30. Die Pufferlage 41 ermöglicht, dass die Anschlusseinrichtung 9 mit der Schweißunterlage 30 direkt auf den Wärmetauscherblock 2 aufgelegt werden kann, ohne dass eine separat ausgebildete Schweißbadsicherung beispielweise in Form eines an die Anschlusseinrichtung 9 angeschweißten Metallstreifens benötigt wird. Die Pufferlage 41 umfasst vorzugsweise zwei parallel zueinander und
nebeneinander angeordnete Schweißraupen 42, 43. Die Schweißraupen 42, 43 kontaktieren einander dabei bevorzugt. Es können auch mehr als zwei Schweißraupen 42, 43 vorgesehen sein. Nach dem Aufbringen der Pufferlage 41 kann dann mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs 37 die fluidzugewandte Seite 28 mit der
Pufferlage 41 verschweißt werden. Auch der zweite Schweißzusatzwerkstoff 39 wird mit der Pufferlage 41 verschweißt. Mit Hilfe der Pufferlage 41 können Unebenheiten der Oberfläche 27 des Wärmetauscherblocks 2 ausgeglichen werden.
Die Pufferlage 41 kann dabei bevorzugt aus einem dritten Schweißzusatzwerkstoff 44 gefertigt sein. Der dritte Schweißzusatzwerkstoff 44 kann als Draht zugeführt werden. Der dritte Schweißzusatzwerkstoff 44 ist jedoch optional. Für den Fall, dass der dritte Schweißzusatzwerkstoff 44 zum Herstellen der Pufferlage 41 verwendet wird, kann dieser einen Magnesiumgehalt von weniger als 2%, vorzugsweise von weniger als 1 %, und/oder einen Siliziumgehalt von größer gleich 2,5% aufweisen, um eine Rissbildung im Bereich der Pufferlage 41 zu vermeiden. Die Pufferlage 41 kann jedoch auch ohne einen zusätzlichen Schweißzusatzwerkstoff gefertigt werden. Für den Fall, dass die Pufferlage 41 ohne einen Schweißzusatzwerkstoff auf den Wärmetauscherblock 2 aufgeschweißt wird, wird die Pufferlage 41 mit Hilfe eines Aufschmelzens oder Umschmelzens von Material des Wärmetauscherblocks 2 beziehungsweise der Oberfläche 27 erzeugt. Durch das zweistufige Verschweißen der Anschlusseinrichtung 9 mit Hilfe der sich voneinander unterscheidenden Schweißzusatzwerkstoffe 37, 39 kann für die
Anschlusseinrichtung 9 ein hochfester und hochmagnesiumhaltiger Aluminiumwerkstoff verwendet werden. Aufgrund des zweistufigen Verschweißens ist jedoch auch dieser hochmagnesiumhaltige Aluminiumwerkstoff resistent gegen die Bildung von
quecksilberinduzierter Spannungsrisskorrosion bei der Verwendung in Prozessen mit Erdgas, welches Quecksilber enthält. Darüber hinaus wird durch das Dichtschweißen der fluidzugewandten Seite 28 mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs 37 die Bildung eines Spalts zwischen der Anschlusseinrichtung 9 und der Oberfläche 27 vermieden. Somit wird eine Aufkonzentration von Quecksilber verhindert. Auch dies reduziert die Gefahr des Auftretens von quecksilberinduzierter
Spannungsrisskorrosion. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Verwendete Bezuaszeichen
1 Plattenwärmetauscher
2 Wärmetauscherblock
3 Heizflächenelement
4 Trenn platte
5 Deckplatte
6 Deckplatte
7 Randleiste
8 Randleiste
9 Anschlusseinrichtung
10 Anschlusseinrichtung
1 1 Anschlusseinrichtung
12 Anschlusseinrichtung
13 Anschlusseinrichtung
14 Anschlusseinrichtung
15 Anschlusseinrichtung
16 Anschlusseinrichtung
17 Anschlusseinrichtung
18 Anschlusseinrichtung
19 Stutzen
20 Stutzen
21 Stutzen
22 Stutzen
23 Stutzen
24 Stutzen
25 Stutzen
26 verfahrenstechnische Anlage
27 Oberfläche
28 fluidzugewandte Seite
29 fluidabgewandte Seite
30 Schweißunterlage
31 Endabschnitt
32 Endabschnitt
33 Schräge 34 Abschnitt
35 Schräge
36 Spitze
37 erster Schweißzusatzwerkstoff 38 erste Schweißnaht
39 zweiter Schweißzusatzwerkstoff
40 zweite Schweißnaht
41 Pufferlage
42 Schweißraupe
43 Schweißraupe
44 dritter Schweißzusatzwerkstoff
A Fluid
B Fluid
C Fluid
D Fluid
E Fluid
A38 Querschnittsfläche
A40 Querschnittsfläche
W Wandstärke

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmetauschers (1 ) für eine
verfahrenstechnische Anlage (26), mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen (S1 ) eines Wärmetauscherblocks (2),
b) Bereitstellen (S2) einer Anschlusseinrichtung (9 - 18) aus einer
magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung, die eine fluidzugewandte Seite (28), welche einem dem Plattenwärmetauscher (1 ) zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid (A - E) zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite (29), welche dem Fluid (A - E) abgewandt ist, umfasst,
c) Verschweißen (S3) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit dem
Wärmetauscherblock (2) an der fluidzugewandten Seite (28) mit Hilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37), und
d) Verschweißen (S4) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit dem
Wärmetauscherblock (2) an der fluidabgewandten Seite (29) mit Hilfe eines zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39), wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff (39) einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) aufweist,
wobei vor oder bei dem Schritt b) an die Anschlusseinrichtung (9 - 18) eine Schweißunterlage (30) angeformt wird, mit der die Anschlusseinrichtung (9 - 18) vor oder bei dem Schritt c) auf den Wärmetauscherblock (2) aufgelegt wird, wobei die Schweißunterlage (30) materialeinstückig mit der Anschlusseinrichtung (9 - 18) ausgebildet wird, und
wobei bei oder nach dem Schritt a) auf den Wärmetauscherblock (2) eine Pufferlage (41 ) aufgeschweißt wird, auf die vor oder bei dem Schritt c) die
Anschlusseinrichtung (9 - 18) aufgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) einen Magnesiumgehalt von weniger als 2% aufweist, und wobei der zweite
Schweißzusatzwerkstoff (39) einen Magnesiumgehalt von mehr als 2% aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte c) und d) von der
fluidabgewandten Seite (29) her durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei in dem Schritt c) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) eine erste Schweißnaht (38) gebildet wird, wobei in dem Schritt d) mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) eine zweite Schweißnaht (40) gebildet wird, und wobei eine Querschnittsfläche (A38) der ersten Schweißnaht (38) kleiner als eine Querschnittsfläche (A40) der zweiten Schweißnaht (40) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei in dem Schritt c) die
fluidzugewandte Seite (28) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) derart dichtgeschweißt wird, dass in dem Schritt d) der erste
Schweißzusatzwerkstoff (37) den zweiten Schweißzusatzwerkstoff (39) von der fluidzugewandten Seite (28) trennt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei die Schweißunterlage (30) mit Hilfe einer Verringerung einer Wandstärke (W) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei in dem Schritt c) die
Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) mit der Pufferlage (41 ) verschweißt wird und/oder wobei in dem Schritt d) die Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) mit der Pufferlage (41 ) verschweißt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) einen Magnesiumgehalt von 3,5% bis 5,5%, insbesondere von 4% bis 5% aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Pufferlage (41 ) durch
mehrere, insbesondere zwei, nebeneinander angeordnete Schweißraupen (42, 43) gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die Pufferlage (41 ) ohne
Schweißzusatzwerkstoff oder mit einem dritten Schweißzusatzwerkstoff gebildet wird, wobei der dritte Schweißzusatzwerkstoff einen Magnesiumgehalt von weniger als 2%, insbesondere von weniger als 1%, aufweist.
11. Plattenwärmetauscher (1 ) für eine verfahrenstechnische Anlage (26), mit einem Wärmetauscherblock (2) und einer Anschlusseinrichtung (9 - 18) aus einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung, die eine fluidzugewandte Seite (28), welche einem dem Plattenwärmetauscher (1 ) zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid (A - E) zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite (29), welche dem Fluid (A - E) abgewandt ist, umfasst, wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) an der fluidzugewandten Seite (28) mit Hilfe eines ersten
Schweißzusatzwerkstoffs (37) mit dem Wärmetauscherblock (2) verschweißt ist, wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) an der fluidabgewandten Seite (29) mit Hilfe eines zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) mit dem Wärmetauscherblock (2) verschweißt ist, und wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff (39) einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) aufweist, und wobei an die Anschlusseinrichtung (9 - 18) eine Schweißunterlage (30) angeformt ist, mit der die Anschlusseinrichtung (9 - 18) auf dem
Wärmetauscherblock (2) aufliegt, wobei die Schweißunterlage (30)
materialeinstückig mit der Anschlusseinrichtung (9 - 18) ausgebildet wird, und wobei auf den Wärmetauscherblock (2) eine Pufferlage (41 ) aufgeschweißt ist, auf der die Anschlusseinrichtung (9 - 18) aufliegt.
12. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 11 , wobei der erste Schweißzusatzwerkstoff (37) zwischen dem zweiten Schweißzusatzwerkstoff (39) und der
fluidzugewandten Seite (29) angeordnet ist und so den zweiten
Schweißzusatzwerkstoff (39) von der fluidzugewandten Seite (28) trennt.
13. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 11 - 12, wobei die
Schweißunterlage (30) mit Hilfe einer Verringerung einer Wandstärke (W) der Anschlusseinrichtung (9 - 18) gebildet wird.
14. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 11 - 13, wobei die
Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit Hilfe des ersten Schweißzusatzwerkstoffs (37) mit der Pufferlage (41 ) verschweißt ist und/oder wobei die Anschlusseinrichtung (9 - 18) mit Hilfe des zweiten Schweißzusatzwerkstoffs (39) mit der Pufferlage (41 ) verschweißt ist.
15. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 11 - 14, wobei die
Anschlusseinrichtung (9 - 18) einen Magnesiumgehalt von 3,5 % bis 5,5 %, insbesondere von 4% bis 5% aufweist.
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