Verfahren zur Herstellung zylindrischer doppelwandiger Hohlkörper sowie nach dem Verfahren hergestellter Hohlkörper und dessen Verwendung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von zylindrischen doppelwandi gen Hohlkörpern, bei dem die Wände des Innen- und des Aussenmantels durch Aneinanderschweissen von ein zelnen Wandteilen erstellt werden, ferner auf einen nach dem Verfahren hergestellten Hohlkörper und schliess lich auf dessen Verwendung für den Bau von doppel wandigen Behältern.
Die unterirdische oder oberirdische Lagerung, wie auch der Pipelinetransport von Mineralölprodukten, welche bei Normaltemperaturen und nicht nur im er wärmten Zustand flüssig sind, d. h. etwa zwischen -20 und + 50 C, ist mit erheblichen möglichen Ge fahren für das Grund-, Fluss- oder Seewasser verbunden. Diese Gefahren bestehen hauptsächlich darin, dass durch Undichtwerden der Behälter oder Rohre die Mineralöl produkte in das Wasser abfliessen und seine biologischen Eigenschaften so entscheidend verändern können, dass eine Nutzung als Trinkwasser unmöglich wird.
Ausser dem können in das Wasser ausgelaufene Mineralöl- produkte unter Umständen den Betrieb von Kläranla gen oder Wasseraufbereitungsanlagen so nachteilig stö ren, dass sie mit einem erheblichen Unkostenaufwand wieder instandgesetzt werden müssen.
Zahlreiche Ölunfälle in den vergangenen Jahren haben die verantwortlichen Behörden in den meisten Ländern das Ausmass der drohenden Gefahren erken nen lassen und dazu geführt, dass spezielle Gesetze in Kraft gesetzt und Verordnungen erlassen wurden, die unter anderem an die Lagerung und an den Transport dieser flüssigen Mineralölprodukte erhebliche Sicher heitsanforderungen stellen.
Diese Anforderungen sind dadurch zu erfüllen, dass die gewählten Lagerungs- oder Transportmittel, also die Behälter und die Rohrleitungen, als sogenannte Sicherungsgegenstände in einem behördlichen Zulas sungsverfahren anerkannt werden. In der Regel muss ein Sicherungsgegenstand einen Primär - und einen Sekundär-Schutz gewährleisten, der bei Behältern und Röhren durch zwei voneinander unabhängige Wandungen erzielt wird.
Beim Bruch einer Wandung, also beim Wegfall des Primär-Schutzes muss die zweite Wandung, d. h. der Sekundär-Schutz für die gefahrlose Aufbewahrung des Mineralölproduk- tes während des Zeitraumes für die Wiederherstellung des Primär-Schutzes voll wirksam bleiben.
Die Dich tigkeit der beiden Wandungen, d. h. die Unversehrtheit des Pmmär-Schutzes und des Sekundär-Schutzes kann beispielsweise mit Hilfe einer Kontrollflüssigkeit hydrostatisch kontrolliert und mit einer optischen und/ oder akkustischen Alarmeinrichtung ständig überwacht werden.
Doppelwandige Lagerbehälter und Rohre als Siche rungsgegenstände sind bekannt. Besonders für die La gerbehälter existieren in einigen Ländern bereits In dustrie-Normen, in denen die Herstellung, die Material auswahl und das amtliche Druckprüfungsverfahren ge nau festgelegt sind, so dass von Hersteller-Eigenverant- wortlichkeit bestimmte Gütegemeinschaften ihren streng kontrollierten Mitgliedswerken eine Fertigung unter behördlich @anerkannten Gütezeichen ermögli chen.
Für die Herstellung doppelwandiger Behälter sind besonders zwei Verfahren bekannt, die technisch stark voneinander abweichen. Es sind dies: a) Das Umhüllungsverfahren, bei dem ein normaler einwandiger Behälter vollständig oder nur bis zur soge nannten Scheitelfläche mit den Teilen eines zweiten Behälters (Mantel und Böden) umhüllt wird.
b) Das Auskleidungsverfahren, bei dem ein normaler einwandiger Behälter vollständig oder nur bis zur inne ren Scheitelfläche mit den Teilen eines zweiten Behälters (Mantel- und Böden) ausgekleidet wird. Darüber hinaus existieren noch einige Verfahren, bei denen zunächst doppelwandige Ringabschnitte sog. Schüsse und Doppelböden erzeugt, und nach verschie denen Methoden und Anordnungen stumpf oder über lappt miteinander zum fertigen Doppelwandbehälter verschweisst werden.
Allen diesen bekannten Verfahren sind einige grosse Nachteile zueigen, welche die Behälterherstellung ver teuern, das Erzeugnis in Betrieb und Lebensdauer ge fährden und sogar die angestrebte Schutzwirkung auf heben können.
Diese Nachteile werden wie folgt beschrieben: 1. Das Umhüllen eines fertig geschweissten und druckgeprüften Behälters durch sog. Kreuzaufschweissen von Aussenmantel und zwei Böden kann je nach Be hältergrösse mehrere Rundnähte des Grundbehälters ge fährden. Der Zustand dieser Nähte im Bereich der Kreuzaufschweissung kann aber durch die nachfolgende übliche im Druck stark reduzierte (nur 0,5 Kp/cm2) Druckprüfung des Raums zwischen den beiden Behälter mänteln nicht genügend aufschlussreich überwacht wer den.
2. Das Umhüllen erfordert einen erheblichen Auf wand an Spannwerkzeugen und komplizierter Schweiss vorrichtungen.
3. Das Umhüllen bedingt im Bereich der aufgelegten Doppelböden eine gegen Biege- und Schubspannungen empfindliche Überlappschweissung und ein sehr um ständliches Zurichten des Mantelblechs im Bereich der Scheitelfläche.
4. Das Auskleiden erfordert einen noch höheren Aufwand an Spannwerkzeugen und komplizierten Schweissvorrichtungen, und zudem eine sehr komplizierte Druckprüfung.
5. Bei allen Umhüllungsverfahren werden relativ grossvolumige Kammern zwischen Aussen- und Innen mantel erzeugt, die für das hydrostatische Prüfverfahren mit einer grossen Menge teurer Kontrollflüssigkeit aufge füllt werden müssen. Hinzu kommt, dass das eventuelle Auslaufen (Behälter-Leckage) einer solchen grossen Menge Kontrollflüssigkeit beim Eindringen in kleinere Wasservorkommen besondere Probleme aufwerfen kann, z. B. weil der Einfluss der Kontrollflüssigkeit z. B. auf Fischereigewässer noch nicht bekannt ist.
6. Die z. B. nach einigen Industrienormen dünn wandige Umhüllung verformt sich unter der Wirkung des Erddrucks bei unterirdisch eingebauten Behältern. Dadurch verändert sich das Volumen der Kontrollflüs- sigkeit und es kommt trotz unverändert dichter Behälter wandungen zu einer sog. Fehlalarmgabe.
7. Die ebenfalls nach einigen Industrienormen dünn wandige Auskleidung beult unter der Wirkung des hydrostatischen Drucks der Kontrollflüssigkeit ein und es kommt ebenfalls zu einer Fehlalarmgabe.
B. Beim Umhüllen oder Auskleiden entstehen unver meidbare Spannungen in den Schweissnähten, die nach der Werksdruckprüfung und oft erst längere Zeit nach dem erfolgten Einbau der Behälter zum Undichtwerden der Wandungen, im Bereich der Schweissnähte selbst, führen können.
9. Bei der Herstellung doppelwandiger Ringab schnitte und ihrem gegenseitigen Verschweissen ent stehen ebenfalls Spannungen in den Schweissnähten, was mit den vorstehend erwähnten Folgen verbunden ist. Die Füll- und Druckprüfungsverfahren für den Kontroll raum sind hier besonders umständlich und können zum Einbeulen der Wandungen führen. 10. Sämtliche der vorgenannten Verfahren erfordern eine grosse Anzahl von Schweissnähten, die zeitraubend und zum Teil nur von Hand teuer herzustellen sind, und zudem eine ständige aufwendige Güteüberwachung mit hohen Ausschussrisiken erfordern.
11. Die herkömmliche Vorfertigung der Behälter in Ringabschnitten oder sog. Schüssen erfordert eine auf wendige Lagerhaltung von nach verschiedenen Abmes sungen sortierten Blechen, die zudem auf die Toleran zen der Behälterböden abgestimmt sein müssen.
12. Das Zusammenschweissen der Ringabschnitte oder Schüsse und Böden erfordert sehr viel Zuricht- arbeit (Handarbeit mit Vorschlaghammer usw.) in Spannringen und zusätzliche Heftschweissungen (hoher Lohnanteil).
13. Bei nach Industrienormen dünnwandigen Um hüllungen als Träger der Isolierung kann letztere durch Einbeulen des Umhüllungsblechmantels brüchig werden. Ihre Durchschlagfestigkeit und damit die Voraussetzung für den Schutz vor der Aussenkorrosion kann sich dabei aufheben.
14. Die Durchmesser- und Längenunterschiede in der Herstellung von Ringabschnitten bewirken Abwei chungen des Behälters vom Norminhalt, wodurch im praktischen Betrieb Peilstabdifferenzen gegenüber der theoretisch errechneten Peiltabelle, und daraus Schwie rigkeiten bei der Bestandsaufnahme auftreten können.
Die Herstellung von doppelwandigen Rohren erfolgt in der Regel durch überschieben von Deckrohren über ein fortlaufend verlegtes Innenrohr. Bei diesem Ver fahren sind grosse Toleranzen zwischen Innenrohr und Aussenrohr notwendig. Das überschieben erfordert kom plizierte Hebezeuge, deren Einsatz in schwierigem Ge lände oft unmöglich wird, so dass vielfach eine fabrik mässige Vorfabrikation von doppelwandig übereinander geschobenen Teilstücken mit Teiltransport und deren Montage und Verschweissung am .Einbauort erforder lich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung doppelwandiger Hohlkörper, bei dem die bisherigen herstellungstechnischen Nachteile ver mieden werden.
Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäss da durch aus, dass das Wandmaterial in zwei Bändern glei cher Breite, in Querrichtung zueinander versetzt, über einandergelegt und dann in Schraubenlinienform zu einem zylindrischen Hohlkörper gewickelt wird, wobei die aneinanderstossenden seitlichen Ränder von jedem der beiden Mäntel fortlaufend miteinander verschweisst werden.
Der nach diesem Verfahren hergestellte Hohlkörper eignet sich für die Verwendung als doppelwandiger Be hälter, wozu erfindungsgemäss zur Bildung eines solchen Behälters an beiden Enden eines Abschnittes des ge schweissten zylindrischen Hohlkörpers doppelwandige Böden angeschweisst sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen etwas näher erläutert: Es zeigt: Fig. 1 rein schematisch, wie ein doppelwandiges Rohr nach dem erfindungsgemässen Verfahren herge stellt wird, Fig. 2 einen Abschnitt eines nach dem erfindungs gemässen Verfahren hergestellten doppelwandigen Roh res, bei dem der schraubenlinienförmige Verlauf des Aussenmantels und des Innenmantels besonders gut er sichtlich ist, Fig. 3 die Seitenansicht eines Grossbehälters,
der unter Verwendung von nach Fig. 1 oder 2 hergestellten Rohrabschnitten gebaut ist, Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Behälter von Fig. 3, Fig. 5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der schraubenlinienförmig verlaufenden Stossnähte zwischen den einzelnen Windungen des Aussen- und Innenman tels eines Rohres bzw. Behälters und Fig. 8 und 9 zwei von Fig. 4 verschiedene Möglich keiten der Behälterbodenbefestigung.
Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, wie bei der Herstellung von doppelwandigen Hohlkörpern, im kon kreten Fall bei der Herstellung von doppelwandigen Rohren, vorgegangen wird.
Das Wandmaterial wird in Form von zwei Streifen oder Bändern 1 und 2, z. B. aus Metall, die beide gleiche Breite aufweisen, um einen bestimmten Betrag, beispielsweise um das Mass a, in Querrichtung zueinan der versetzt übereinandergelegt, einer Vorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt, mittels welcher die Bänder 1 und 2 in Schraubenlinienform zu einem zylindrischen Hohlkörper gewickelt werden.
Eine geeignete Vorrichtung umfasst beispielsweise eine Biegestation für die bereits übereinandergelegten Bänder 1 und 2 sowie eine Einrichtung zum Abstützen und fortlaufenden Drehen (in Richtung des Pfeiles C) des schraubenlinienförmig gewickelten Hohlkörpers.
Die aneinanderstossenden Windungen der beiden Mantelbänder 1 und 2 werden dabei fortlaufend mit einander verschweisst (an den Stellen A bzw. B). Da bei entsteht eine äussere und eine innere schraubenlinien- förmig verlaufende Schweissnaht, die beide parallel und im Abstand a voneinander verlaufen. Dank diesem Ab stand a wird verhindert, dass die besonders gefährdeten Zonen, d. h. jene in unmittelbarer Nähe der Schweiss nähte, direkt übereinander zu liegen kommen.
Ein besonderer Vorteil dieses Herstellungsverfahrens liegt darin, dass die beiden schraubenlinienförmig ver laufenden Schweissnähte 3, 4 von oben angefertigt werden können, da beide Schweissstellen, z. B. A und B, sehr gut zugänglich sind. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Schweissapparaturen zweckmässig orts fest bzw. mit der weiter oben erwähnten Abstützein- richtung verbunden angeordnet sind. Der bereits her gestellte Teil des Hohlkörpers bzw.
Rohres wird dabei unter gleichzeitiger Drehung in Richtung des Pfeiles C, in Richtung des Pfeiles D weggezogen. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, den bereits hergestellten Teil des Rohres am Ort zu drehen, und dabei mit der die Bänder 1, 2 zuführenden, und die Schweissapparaturen tragenden Einrichtung entgegen der durch den Pfeil D angezeigten Richtung wegzufahren. Die in beiden Fällen möglichen Geschwindigkeiten hängen dabei in erster Linie von der Leistung der iSchweissapparatur ab.
Je nach den gestellten Anforderungen bzw. dem Verwendungszweck (Rohrbau, Behälterbau) werden die Stossnähte zwischen den aneinanderstossenden Windun gen der Bänder 1, 2 verschieden ausgeführt. Beim Rohr nach Fig. 1 und 2 (siehe auch Fig. 7) ist z. B. unter die jeweils innenliegende Randkante 5, 6 der beiden über einandergelegten Wandmaterialbänder 1, 2 ein Band 7, 8 aus thermisch hochbelastbarem, nicht verschwei ssendem Material, z. B. Keramik, gelegt und mit einge wickelt.
Damit wird verhindert, dass die Naht 3 oder 4 des einen Mantels bis auf die Oberfläche des Barunter liegenden anderen Mantels durchgeschweisst werden kann, was zur flüssigkeitsdichten Unterteilung in meh rere Kammern des zwischen den beiden Mänteln lie genden Raumes führen würde. Dies ist jedoch nur in besonderen Fällen erwünscht (siehe beispielsweise Fig. 6). Wie eine solche Durchschweissung auf andere Weise vermieden werden könnte, zeigt auch Fig. 5.
Solche Schweissnähte, die nur durch einen Teil der Trennfuge zwischen zwei aneinanderstossenden Mantelwindungen führen, sind jedoch nur bedingt anwendbar.
Die nach dem vorstehend ,anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren hergestellten Hohlkörper eig nen sich besonders gut als doppelwandige Rohre für z. B. den Bau von Pipelines. Eine weitere Verwendung liegt jedoch im Bau von doppelwandigen Behältern, wie z. B. Öltanks und dergleichen.
Zu diesem Zweck wird eine vorbestimmte Länge, z. B. L in Fig. 2, von einem kontinuierlich hergestellten Rohrstück 9 abgeschnitten, und an beiden Enden mit einem doppelwandigen Boden versehen. Die Fig. 3 und 4 zeigen einen solchen Behälter 10.
Der zylindrische Teil des Behälters 10 besteht aus dem Aussenmantel 11 und dem Innenmantel 12. Diese beiden Mäntel 11, 12 sind aus zwei in Axialrichtung zueinander versetzten schraubenlinienförmig angeordne ten Stahlblechbändern gebildet, deren in Umfangsrich tung aneinanderstossende Kanten durch Schweissnähte 13, 14 miteinander verschweisst sind.
Die Schweissnähte 13, 14 sind durchgehend, d. h. auch mit der unter der jeweiligen Stossfuge liegenden Oberfläche des darunter liegenden Mantels 12 bzw. 11 verschweisst. Zwischen den Schweissnähten 13, 14 ist somit eine vom übrigen Zwischenraum zwischen den Mänteln 11, 12 flüssig- keitsdicht getrennte Kammer vorhanden. Falls nun diese Wandzwischenräume zwecks Prüfung der Dichtigkeit mit einer Kontrollflüssigkeit gefüllt werden sollen, muss also für jeden isolierten Raum bzw. Kammer ein Prüf stutzen vorgesehen werden.
Solche Stutzen sind in Fig. 3 und 4 mit 15 und 16 bezeichnet, und führen über Bohrungen 17 und 18 in die entsprechenden Wand zwischenräume.
Im übrigen ist ein Dom 19 in die Seitenwand 11, 12 eingelassen und innen und aussen angeschweisst. Der Dom 19 kann durch einen Deckel (nicht dargestellt) üblicher Bauart verschlossen werden.
Der zylindrische Teil des Tanks 10 ist an beiden Enden durch angeschweisste Doppelböden 20, 21 ver schlossen. Die Aussenböden 22, 23 sind stumpf mä dem Aussenmantel I l der Seitenwand verschweisst, wäh rend die Innenböden 24, 25 in den Innenmantel 12 der Seitenwand eingelassen und vom Mantel 12 über lappt mit diesem verschweisst sind.
Weitere Bodenbefestigungsarten zeigen die Fig. 8 und 9, wo beide Bodenteile 22, 24 mit den entspre chenden Mänteln 11, 12 der Seitenwand stumpf bzw. überlappt verschweisst sind.
Wie bereits erwähnt, zeigen die Fig. 5 bis 7 ver schiedene Ausführungsmöglichkeiten der schraubenli nienförmigen Verbindungsnähte zwischen den aneinan- derstossenden Windungen der Mantelbleche.
In Fig. '5 geht die Schweissnaht 25 zwischen den Bändern 26, 27 nicht ganz bis auf den Grund der Stoss fuge 25'. Dasselbe gilt auch für die Naht 28 bzw. Stoss fuge 28' zwischen den Bändern 29, 30. Zur Dichtig- keitsprüfung der Zwischenwandkammer 31 ist ein Prüf- stutzen 32 vorgesehen, der über die Bohrung 33 in die Kammer 31 führt (diese Zwischenwandkammern sind im übrigen ziemlich klein,
da die beiden Mäntel einer Wand eng aufeinanderliegen, und die Kammern eigent lich nur durch die Rauhigkeit der aneinanderliegenden Oberflächen entstehen).
Fig. 6 zeigt Verbindungsnähte 34 und 37 zwischen den Mantelteilen 35 und 36 bzw. 38 und 39. Diese Nähte sind bis auf die Oberfläche des jeweiligen darun- terliegenden Mantels 39 bzw. 35 durchgeschweisst. Da zwischen den Nähten 34, 37 eine von der Zwischen wandkammer 40, welche mit einem Prüfstutzen 42 und zugehörige Bohrung 43 versehen ist, isolierte Kammer 41 vorhanden ist, muss diese, falls erforderlich, mit einem eigenen Prüfstutzen 44 und Bohrung 45 versehen sein.
Fig. 7 zeigt die bereits anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Nahtform. Unter den Nähten 46, 47 be findet sich jeweils eine sehr dünne Folie 48, 49 aus thermisch hochbelastbarem Material, welches ein voll ständiges Ausfüllen der Stossfugen erlaubt, ohne dass dabei zwischen dem Aussenmantel 50 und dem Innen mantel 51 eine flüssigkeitsdichte Verbindung geschaf fen würde.
Es wäre grundsätzlich auch möglich, die beiden Folien 48, 49 durch eine einzige breitere Folie zu ersetzen. Bei Schweissnähten nach Fig. 7 würde ein einziger Prüfstutzen 52 mit zugehöriger Bohrung 53 zur Prüfung mehrerer aneinandergrenzender Spiralwin- dungen (Kammern) genügen. Es ist natürlich auch mög lich, für ein und dieselbe Zwischenwandkammer meh rere Prüfstutzen vorzusehen, damit die Kammer rascher gefüllt werden kann.
Dies könnte vor allem dort von Vorteil sein, wo sich die Kammern über mehrere Man telwindungen erstrecken.