DD148727A5 - Druckbehaelter fuer heisse medien - Google Patents
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Abstract
Druckbehaelter fuer heisze Medien, dessen metallische Wand aus einer Innenschicht und mehreren um diese herumgelegten Lagen besteht und mit einem waermedaemmenden Medium gefuellte Zwischenraeume aufweist. Ziel ist eine wartungsarme metallische Wand, die wirtschaftlich herstellbar ist. Die Wand ist so ausgebildet, dasz ohne Kuehlung ein ausreichender Temperaturabbau in der Wand erfolgt und an der Innenseite der Wand eine Taupunktunterschreitung vermieden wird. Dazu nehmen erfindungsgemaesz die hinter der Innenschicht oder zwischen zwei Lagen angeordneten Zwischenraeume zumindest im heiszesten Bereich des Behaelters mindestens ein Fuenfzehntel, vorzugsweise mindestens ein Zehntel bis einhalb des Volumens der gesamten Wand ein und sind mit einem waermedaemmenden festen Medium gefuellt.
Description
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Druckbehälter für heiße Medien
Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter für heiße Medien, dessen metallische Wand aus einer Innenschicht und mehreren um diese herumgelegten Lagen besteht und mit einem wärmedämmenden Medium gefüllte Zwischenräume aufweist«
Druckbehälter für heiße Medien v/erden bisher vielfach an der Innenseite der Behälterwand mit einer aus Isoliersteinen bestehenden Ausmauerung versehen, wodurch die Wandtemperatur soweit herabgesetzt werden kann, daß keine wannfesten Baustähle eingesetzt werden müssen. Bei diesen als "kaltgehend" bezeichneten Behältern ist jedoch eine häufige Erneuerung bzw· Reparatur der Ausmauerung erforderlich, so daß die Aufrechterhaltung eines kontinuierlich geführten Prozesses innerhalb des Behälters Schwierigkeiten bereitet·
Weiter sind Behälter für heiße Medien bekannt, bei denen zur Kühlung ihrer Wand durch entsprechende Einbauten das noch kalte Prozeßgas zunächst an der Innenwand des Behälters entlanggeführt wird. Das so geführte Gas erwärmt sich jedoch verhältnismäßig schnell, so daß die Kühlwirkung entsprechend nachläßt· Außerdem ist dieses Kühlverfahren nicht für alle, sondern nur für bestimmte Reaktionsprozesse anwendbar. .
Aus der DE-PS 935 670 ist ein Wickel-Druckbehälter vorbekannt, dessen mehrlagige Wand wendeiförmige Hohlräume ge-
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ringen Volumens aufweist, welche direkt hinter der Innenschicht angeordnet sind. Es wurde vorgeschlagen, diese Hohlräume als Heiz- oder Kühlkanäle zu verwenden. Eine derartige Kühlung, über deren Aufbau und Wirkungsweise nichts näheres offenbart ist, erfordert einen großen apparativen Aufwand und bringt die Gefahr der Beschädigung des Behälters infolge von auftretenden Wärmespannungen mit sich.
Ziel der Erfindung ist eine wartungsarme metallische Wand für einen Druckbehälter für heiße Medien, die wirtschaftlich herstellbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die metallische Wand eines Druckbehälters für heiße Medien, die aus einer Innenschicht und mehreren um diese herumgelegten Lagen besteht und mit einem wärmedämmenden Medium gefüllte Zwischenräume aufweist, so auszubilden, daß ohne Kühlung ein ausreichender Temperaturabbau in der V/and erfolgt und an der Innenseite der V/and eine Taupunktunterschreitung vermieden wird«
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die hinter der Innenschicht oder zwischen zwei Lagen angeordneten Zwischenräume zumindest im heißesten Bereich des Behälters mindestens ein Fünfzehntel, vorzugsweise mindestens ein Zehntel bis einhalb des Volumens der gesamten Wand einnehmen und mit einem wärmedämmenden festen Medium gefüllt sind.
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Durch die Erfindung ist es möglich geworden, daß der Abbau der im Innern des Behälters herrschenden Betriebstemperatur in der V/and des Druckbehälters erfolgt. Die Temperatur wird durch die V/ärmedämmung der Zwischenräume soweit herabgemindert, daß für die tragenden Lagen keine besonderen warmfesten Werkstoffe eingesetzt werden müssen. Auch der Einsatz von zusätzlichen, die Wand verstärkenden Lagen, die zum Ausgleich des Abfalls der Festigkeitswerte durch die hohen Temperaturen bei den sogenannten "heißgehenden" Behältern verwendet werden müssen, sind beim neuen Druckbehälter nicht erforderlich. Ferner entfällt die bei den mit Ausmauerungen versehenen Behältern vorhandene Implosionsgefahr· Außerdem wird durch die Verlagerung der Wärmedämmungsschicht weiter nach außen eine Taupunktunterschreitung an der Innenseite der Wand und die damit verbundene Korrosion vermieden.
Besonders geeignet ist der Druckbehälter für exotherme Prozesse, die im Temperaturbereich zwischen etwa 400 und 500 C ablaufen, wie Kohlehydrierung und Hydrocracking. Mit "heißestem Bereich" des Behälters ist der Bereich gemeint, in welchem mindestens 75 % der Betriebstemperatur erreicht werden. Es können auch mehrere heißeste Bereiche in Betracht kommen.
Die jeweilige Größe und Lage der Zwischenräume richtet sich nach dem geforderten Temperaturabbau entsprechend den an den bestimmten Stellen herrschenden Temperaturen. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es auch vorteilhaft sein, die Zwischenräume weiter nach außen zu verlagern, so daß sie zwischen den tragenden Lagen angeordnet sind.
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Die Zwischenräume nehmen in ihrer größten Ausdehnung mindestens die Hälfte, vorzugsweise siebzehn bis neunzehn Zwanzigstel der Urnfangsfläche des Druckbehälters ein. Die Zwischenräume sind direkt hinter der Innenschicht angeordnet. An die Zwischenräume schließt sich nach außen hin eine nicht tragende, dichte Trennlage an·
In weiterer Ausgestaltung sind im Bereich der Zwischenräume druckübertragende Stege angeordnet.
Pur die tragenden Lagen braucht beim neuen Druckbehälter dagegen kein besonderer warmfester Werkstoff eingesetzt zu werden, sondern die normalerweise für derartige Zwecke verwendeten Peinkorn-Baustähle reichen aus.
Als festes Medium zur Füllung der Zwischenräume kommen praktisch alle wärmedämmenden Isolierstoffe in Frage, die die jeweils erforderliche V/ärmebeständigkeit aufweisen, z. B. Feuerfeststeine, Asbest, Schlacke, Bimsstein, Kieselgur, und zwar jeweils gesondert oder nebeneinander als Wolle, Mörtel oder als Formsteine. Besonders vorteilhaft ist Steinwolle. Aber auch Beton, insbesondere Feuerfest-Beton, kommt besonders für Ausführungen ohne stützende druckübertragende Stege in Betracht.
Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1: die Hälfte eines Druckbehälters im Längsschnitt,
Fig· 2: einen vergrößerten Ausschnitt einer Behälterwand in anderer Ausführung im Längsschnitt,
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Pig· 3 und 4: jeweils einen vergrößerten Ausschnitt weiterer Ausführungsformen der Behälterwand im Längsschnitt·
Das Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 betrifft einen Hydrierreaktor, der für eine Betriebstemperatur von 475 0G und einen Druck von 325 bar ausgelegt ist. Das Fußende 2 und das Kopfende 1 des Behälters sind jeweils als Schmiedestück ausgebildet und mit einer zentralen Öffnung versehen. Zwischen diesen beiden Teilen erstreckt sich eine mehrlagige Wand 3· Eine aus druckwasserstoffbeständigem Chrom-Liolybdän-Stahl bestehende Innenschicht 4 bedeckt die gesamte Innenwandung des Behälters· An der äußeren Seite dieser Innenschicht 4 schließen sich Zwischenräume 5 an, die dadurch gebildet werden, daß sich an die Innenschicht 4 Stege 6; 6' anschließen. Die im mehrlagigen Bereich des Behälters angeordneten Stege sind dadurch hergestellt, daß aus dem Innenschicht-Körper die Zwischenräume 5 herausgearbeitet worden sind. Im Bereich des Kopfendes 1 und des Fußendes 2 sind hingegen die Zwischenräume 5 aus. den betreffenden Schmiedestücken herausgearbeitet, so daß die Stege 61 stehenbleiben.
An die mit Feuerfestmaterial ausgefüllten Zwischenräume 5 und die Stege 6 schließt sich eine dichte, d. h. abgeschlossene, aus Molybdän-Stahl bestehende Trennlage 7 an. Die Trennlage 7 ist von einer Zwischenlage 8 umgeben, die aus Lochblechen besteht und der Entgasung und gleichzeitig als Schweißunterlage dient. Daran schließen sich nach außen hin tragende Lagen 9 von jeweils gleicher Stärke an, von denen die beiden äußeren im wesentlichen nur den zylindrischen Teil des Lruckbehälters umschließen. Die Lagen 9 bestehen aus normalen Feinkorn-Baustählen, sie sind mit bekannten, nicht dargestellten Ausnehmungen versehen, die einen Abzug
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der in der Zwischenlage 8 gegebenenfalls angesammelten Gase ermöglichen» ·
Als Einrichtungen zur Messung der Temperatur in der Innenschicht 4 nahe deren Innenwand sind durch Öffnungen 10; 20 der Wand 3 hindurchsteckbare Thermoelemente 11 vorgesehen. Die Bohrungen für die Öffnungen 10 sind durch die Stege 6 hindurchgeführt·
Das Ausführungsbeispiel nach Pig, 2 unterscheidet sich von dem nach Pig* 1 im wesentlichen dadurch, daß im zylindrischen Bereich des Behälters keine Stege verwendet werden, wodurch sich das Volumen der mit Beton ausgefüllten Zwischenräume 4 vergrößert.
Pig, 3 zeigt die Wand eines Druckbehälters, bei welchem die Zwischenräume gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen weiter nach außen verlagert worden sind. An die Innenschicht 4 schließt sich hier unmittelbar eine Zwischenlage 8' an, die als Gittez- ausgebildet ist. Um die Zwischenlage 81 sind vier tragende Lagen 16 nacheinander heruingelegt, an deren äußere Lage sich durch im Querschnitt quadratische und im Längsschnitt rechteckige als Distanzhalter dienende Stege in Porm von Klötzen unterbrochene Zwischenräume 18 anschließen. Die mit feuerfestem Leichtbeton ausgefüllten Zwischenräume 18 v/erden außen von einer Trennlage 71 begrenzt, um welche herum dann noch drei äußere Lagen 19 gelegt sind. Die aus entsprechenden warmfesten Profilstählen hergestellten Stege 17 "sverden nachträglich auf die äußerste der Lagen 16 aufgesetzt und an dieser angeheftet oder verschraubt. Die Lagen 16 sind bei dieser Wandausführung aus warmfestem Stahl herzustellen, wenn entsprechend hohe Betriebstemperaturen im Inneren des Bruckbehälters herrschen, !licht dargestellte Ka-
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näle sind als Verbindung zwischen der Außenluft und der Zwischenlage 81 vorgesehen, wenn der Behälter für einen Prozeß eingesetzt wird, bei dem ein hindurchdiffundierendes Gas, ζ« B. freier Wasserstoff, auftritt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Behälterwand eines Hydrierreaktors, der für eine Betriebstemperatur von 500 0C und einen Druck von 325 bar ausgelegt ist und im Aufbau dem Behälter nach Pig. 1 entspricht. An die aus druckv/asserstoffbeständigem Chrom-Molybdän-Stahl bestehende Innenschicht 4 schließen sich an der äußeren Seite Zwischenräume 26 an, die dadurch gebildet v/erden, daß an der Innenschicht 4 im Querschnitt T-förmige, aus hochwarmfestern ferritischem Stahl bestehende Stege so anliegen, daß ihre Plansche jeweils in einer flachen Rille 22 der Innenschicht 4 versenkt aufsitzen. Die Stege weisen nicht dargestellte Unterbrechungen auf, die über den Behälterumfang etwa gleichmäßig verteilt sind. Die Unterbrechungen benachbarter Stege sind gegeneinander versetzt. Die Zwischenräume 26 sind mit wärmedämmendem festem Medium ausgefüllt, wozu bei dieser Ausführung Steinwolle dient.
An die Zwischenräume 26 und die Stege 21 schließt sich die dichte, aus warmfestem Stahl bestehende Trennlage 7 an, die gleichzeitig als Schweißunterlage dient. Eine besondere, etwaig durch die Innenschicht 4 hindurchdiffundierte Prozeßgase sammelnde perforierte Zwischenlage ist nicht erforderlich, da - nicht dargestellte - Entgasungskanäle von außen bis in die Zwischenräume 26 hineinreichen und solche Gase nach außen abführen.
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An die Trennlage 7 schließen sich nach außen hin tragende Lagen 9 von jeweils gleicher Stärke an. Die Lagen 9 bestehen aus normalen Peinkorn-Baustählen· Als Einrichtungen zur Messung der Temperatur in der Innenschicht 4 nahe deren Innenwand sind in eine Öffnung 24 der Wand 3 hineinsteckbare Thermoelemente vorgesehen«
Die Steinwolle wird in handelsüblichen Bahnen verwendet, die an der Ober- und Unterseite jeweils mit Aluminiumfolie versehen sind· Die Bahnen werden in Streifen geschnitten, die die Breite der Zwischenräume 26 aufweisen· Die Aluminiumfolien-Schichten 25 erleichtern die Hontage und verbleiben in den Zwischenräumen 26.' Sie liegen an der Innenschicht 4 und der Trennlage 7 im wesentlichen jeweils dicht an.
Lage und Ausbildung der Stege, die sich auch in Längsrichtung des Behälters erstrecken können, richten sich jeweils nach der einfachen konstruktiven Ausbildung des Behälters und der erforderlichen Festigkeit·
Claims (6)
1· Druckbehälter für heiße Medien, dessen metallische Wand aus einer Innenschicht und mehreren um diese herumgelegten Lagen besteht und mit einem wärmedämmenden Medium gefüllte Zwischenräume aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die hinter der Innenschicht (4) oder_zwischen zwei Lagen (16; 19) angeordneten Zwischenräume (5; 14» 18; 26) zumindest im heißesten Bereich des Behälters mindestens ein Fünfzehntel, vorzugsweise mindestens ein Zehntel bis einhalb des Volumens der gesamten Wand (3)» einnehmen und mit einem wärme dämmenden festen Medium gefüllt sind»
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2· Druckbehälter nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenräume (5; 14; 18; 26) in ihrer größten Ausdehnung mindestens die Hälfte, vorzugsweise siebzehn bis neunzehn Zwanzigstel, seiner Umfangsfläche einnehmen.
3. Druckbehälter nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenräume (5; 14; 26) direkt hinter der Innenschicht (4) angeordnet sind.
4. Druckbehälter nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß an die Zwischenräume (5; 14; 18; 26) nach außen hin eine nicht tragende, dichte Trennlage (7; 71) anschließt.
5. Druckbehälter nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich der Zwischenräume (5j 14; 18; 26) druckübertragende Stege (6; 61; 17; 21) angeordnet sind.
6« "Druckbehälter nach einem der Punkte 1 bis 5» insbesondere nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß als wärmedämmendes festes Medium Steinwolle vorgesehen ist,
Hierzu 3 Seiten Zeichnungen
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