DE2362628C3

DE2362628C3 - Rohrofen zur thermischen Behandlung von Medien mittels Widerstandsheizung

Info

Publication number: DE2362628C3
Application number: DE2362628A
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8190 Wolfratshausen Pawlik
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1973-12-17
Publication date: 1979-07-26
Also published as: DE2362628A1; DE2362628B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Rohrofen zur thermischen Behandlung flüssiger oder gasförmiger Medien mittels Widerstandsheizung, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher beschrieben.

Aus der DE-GM 70 40 636 ist ein Rohrofen bekannt, dessen einziges Rohr in zwei Abschnitte unterteilt ist, die jeweils von einer der zwei unmittelbar hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen eines Transformators direkt beheizt werden. Der bekannte Rohrofen dient vorzugsweise zur Sterilisation von Fluiden. Die Anforderungen an die Heizleistung sind demnach sowohl hinsichtlich der zu liefernden Wärmemenge als auch der zu erzielenden Temperatur begrenzt. Bei Anwendung des bekannten Konstruktionsprinzips auf Rohröfen für große Fluidmengen und bei sehr hohen Temperaturen aufzubringende Heizleistungen treten gewisse Schwierigkeiten auf. So ergeben sich bei unmittelbarer Hintereinanderschaltung der die einzelnen Rohrabschnitte beheizenden Stromquellen über die Rohrlänge große Spannungsdifferenzen, die zu Isolationsproblemen führen. Wenn darüber hinaus die Stromquellen, wie dies beim Robrofen der DE-GM 7040636 der Fall ist, zusammenhängende Sekundärwicklungen eines einzigen Transformators sind, so können die einzelnen Rohrabschnitte nicht unabhängig voneinander beheizt werden, wie dies z. B. zum Zwecke der exakten Temperatursteuerung in Reaktionsrohren erwünscht ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrofen der eingangs genannten Art bereitzustellen, der bei hohen Temperaturen und großen Heizleistungen sicher betrieben werden kann, und bei dem der Temperaturverlauf innerhalb der Rohre in möglichst flexibler Weise beeinflußt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs Ϊ beschriebenen konstruktiven Maßnahmen gelöst

Die elektrische Trennung der Stromquellen voneinander ermöglicht die unabhängige Beheizung der einzelnen Rohrabschnitte, während durch die Gegeneinanderschaltung der benachbarten Rohrabschnitten zugeordneten Stromquellen erreicht wird, daß insgesamt nur relativ kleine Spannungsdifferenzen entstehen und damit keine schwerwiegenden Isolationsprobleme auftreten. Insbesondere befinden sich die Rohrenden bei Aufteilung des Rohres in eine gerade Anzahl von Abschnitten auf demselben Potential, so daß zwischen Ein- und Auslaßseite des Rohrofens keine Spannungsdifferenz auftritt Der Rohrofen gemäß der Erfindung zeichnet sich somit durch Betriebssicherheit und flexibles Betriebsverhalten aus, erfüllt aber gleichzeitig hohe Anforderungen hinsichtlich der Heizleistung.

Eine besondere Ausführungsform des Rohrofens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre jeweils in eine gerade Anzahl von Abschnitten unterteilt, die Abschnitte sämtlich zu Paaren einander benachbarter Abschnitte gruppiert und die Enden der einzelnen Abschnittspaare jeweils mit dem Null-Leiter oder dem Schutzleiter verbunden oder geerdet sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders sichere Betriebsweise des Rohrofens. Die Einteilung der Rohre in Abschnittspaare sowie die Erdung der Enden dieser Abschnittspaare bedingt natürlich, daß die einem Abschnittspaar zugeordneten Stromquellen ausgangsseitig jeweils dieselben Spannungsdifferenzen abgeben. Abgesehen davon kann die Heizleistung der einzelnen Abschnittspaare jedoch unabhängig voneinander geregelt werden.

Weiterhin ist es zum Zwecke der Leistungsregelung von Vorteil, an den Enden der Abschnittspaare Temperaturmeßfühler anzubringen, durch die mittels eines Reglers die Heizleistung regelbar ist. Durch diese Anordnung der Meßfühler wird gewährleistet, daß Störspannungen die Meßspannungen nicht überlagern können und deshalb besondere Maßnahmen zur Verhinderung von Störspannungen nicht vorgesehen werden müssen.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform eines Rohrofens mit zu Paaren gruppierten Rohrabschnitten ist vorgesehen, jedem der Abschnittspaare einen Transformator mit je zwei Sekundärwicklungen als Stromquellen zuzuordnen. Die Verwendung von zwei Sekundärwicklungen eines einzigen Transformators als Stromquellen für je ein Abschnittspaar macht besondere Maßnahmen zur Synchronisation der Wechselspannungen der beiden Stromquellen eines Abschnittspaares

überflüssig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die die Stromquellen mit den Abschnitten verbindenden Stromzuführungsleitungen mittels Metall-Laschen an den Rohren zu befestigen. Damit wird einerseits ein guter elektrischer Kontakt erreicht, und andererseits sind die Stromzuführungsleitungen gut und bequem an den Metall-Laschen befestigbar. Bei hohen Temperaturen hat sich das Anschweißen bewährt, da sonst die Gefahr des Verzunderns besteht

Wenn in einem Rohrofen mehrere Rohre vorhanden sind, so kann es insbesondere vorteilhaft sein, daß benachbarte Rohre elektrisch parallel geschaltet sind. Elektrische Schutzmaßnahmen sind dann zwischen benachbarten Rohren nicht notwendig.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Stromzuführungsleitungen mittels gemeinsamer, benachbarte Rohre e&ktrisch leitend verbindender Anschlußelemente an den Rohren anzubringen. Als solche Anschlu3elemente können z. B. Rohrböden oder Metallnetze verwendet werden, in die die Rohre eingesetzt sind. Durch diese Maßnahme lassen sich die Herstellungskosten eines Rohrofens herabsetzen.

Durch die Parallelschaltung benachbarter Rohre sowie einander entsprechender Abschnitte benachbarter Rohre wird außerdem erreicht, daß die Rohre mit geringem Abstand voneinander angeordnet werden können, wodurch sich die Kapazität des Rohrofens erhöht

Die Verwendung mehrerer Transformatoren mit je zwei Sekundärwicklungen ist auch deshalb günstig, weil die Herstellungskosten für Transformatoren mit mehreren Sekundärwicklungen und für hohe Leistungen hoch sind und bei zunehmender Anzahl von Sekundärwicklungen und/oder zunehmenden Leistungen überproportional zunehmen. Dagegen sind Transformatoren mit zwei gleichen Sekundärwicklungen für verschiedene Leistungsstufen serienmäßig und damit kostengünstig erhältlich.

Der Rohrofen gemäß der Erfindung kann sowohl zur Durchführung endothermer Reaktionen als auch zur Vorwärmung von Fluidströmen oder insbesondere zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen verwendet werden.

Die Erfindung wird nun in der Figur anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Rohr 1 eines Rohrofens, dessen eine Wandung 2 dargestellt ist. Benachbart zum Rohr 1 sind weitere Rohre 3 angedeutet.

Ein zu beheizender Teil des Rohres 1 ist in diesem Beispiel in acht Abschnitte 11 — 18 aufgeteilt, die gleichlang sind. Zu diesem Zweck sind neun Metall-Laschen 21—29 am Rohr 1 befestigt, beispielsweise angeschweißt Zweckmäßigerweise ist das Material der Metall-Laschen 21 —29 das gleiche wie das der Rohre 1, 3. Dabei muß es sich um ein Metall oder eine Metallegierung handeln, die eine möglichst gute elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig einen möglichst hohen Schmelzpunkt aufweist. Bevorzugt werden Chrom-Nickel-Stähle verwendet

Benachbarte Metall-Laschen benachbarter Abschnitte 11 — 18 sind dabei zu jeweils einer Metall-Lasche 22—28 vereinigt. Wichtig ist dabei einerseits, daß die Metall-Laschen 21—29 guten elektrischen Kontakt erzeugen und andererseits möglichst geringe Wärme nach außen führen.

Außerhalb der Wandung 2 des Rohrofens sind vier gleiche Transformatoren 4, 5, 6, 7 angeordnet die jeweils zwei gleiche Sekundärwicklungen 31/32, 33/34 usw. aufweisen. Mittels Stromzuführungsleistungen 41 —48,51 —58 sind die Sekundärwicklungen 31 —38 der Transformatoren mit den Metall-Laschen 21—29 verbunden, wobei die Sekundärwicklungen 31,32 bzw. 33, 34 usw. der Transformatoren 4—7 gegeneinander geschaltet sind. Dabei sind die Stromzuführungsleitungen 41—48, 51—58 mittels Schrauben 80 an den Metall-Laschen 21—29 befestigt wobei darauf zu achten ist, daß der Ort dieser Befestigung von den beheizten Rohren 1, 3 so weit entfernt ist daß die Stromzuführungsleitungen 41—48, 51—58 nicht unzulässig erwärmt werden. Von den jeweils vier Stromzuführungsleitungen benachbarter Sekundärwicklungen 31/32, 32/34 usw. sind immer zwei mit der den zugehörigen zwei Abschnitten U/12,12/13 usw. jeweils gemeinsamen Metall-Lasche 22, 23 usw. verbunden.

Diese zwei Stromzuführungsleitungen 51/52, 42/43,

53/54 usw. befinden sich jeweils auf demselben

Momentanwert des Potentials und führen Ströme

gleichen Momentanwertes.

Die Metall-Lasche 21 ist mit der Metall-Lasche 23

mittels einer Verbindungsieiiung Si verbunden, weshalb zwischen diesen Metall-Laschen 21,23 keine Potentialdifferenz vorhanden ist Ebenso sind die Metall-Laschen 23, 25, 27, 29 jeweils paarweise mittels Verbindungsleitungen 62, 63, 64 miteinander verbunden, so daß die Metall-Laschen 21,23,25,27,29 stets gleiches Potential aufweisen, auch bei Toleranzen der elektrischen Werte der Transformatoren 4—7, der Zuführungsleitungen 41-48, 51-58, der Metall-Laschen 21-29 und der Abschnitte 11 — 18. Diese Metall-Laschen 21,23,25,27, 29 sind mit dem Null-Leiter oder dem Schutzleiter bzw. der Masse des Stromsystems verbunden, was durch die Erdleitungen 65—69 dargestellt ist Zumindest die erste und die letzte Metall-Lasche 21,29 des Rohres 1 weisen also auch gegenüber der Schutzerde keine Potentialdifferenz auf.

Die erwünschten Heizleistungen können für jeweils ein Paar der Abschnitte 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 geregelt werden durch z. B. Regelung der Höhe oder der Einschaltdauei des Primärstromes der Transformatoren 4—7. Die Regelung erfolgt beispielsweise mittels Temperatur-Kontakt-Regler bekannter Bauart, deren Temperaturmeßfühler, wie im beschriebenen Beispiel, Thermoelementpaare 71—77 sein können, die an denjenigen Metall-Laschen 21,23,25,27,29 angebracht sind, die auf Erdpotential liegen. Der momentane Zustand kann dabei mit Hilfe von Anzeigegeräten oder Anzeigelampen festgestellt werden.

Die verwendeten Transformatoren 4—7 können von handelsüblicher, serienmäßiger Bauweise sein, wobei die Sekundärwicklungen 31 —38 mehrere Anzapfungen 8, 9, 10 aufweisen können, von denen im Beispiel die

Anzapfung 9 für den Rohrofen ausgewählt worden sind. Die Transformatoren 4—7 sind von dem Rohrofen

örtlich entfernt angeordnet, weshalb im Verlauf der

όο Stromzuführungsleitungen 41—48,51—58 flexible Leitungsabschnitte 40 angeordnet sind.

Bei einem ausgeführten Beispiel waren die Rohre 1,3 des erfindungsgemäßen Rohrofens aus dem Chrom-Nikkel-Stahl X 15 CrNiSi 2520 hergestellt und wurden auf über 1300⁰C erhitzt. Die Haltbarkeit der Rohre 1,3 ist trotz der hohen Temperaturen nahezu unbegrenzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrofen zur thermischen Behandlung flüssiger oder gasförmiger Medien in mittels Widerstandsheizung direkt beheizbaren, in eine Anzahl von Abschnitten unterteilten Metallrohren, wobei die einzelnen Abschnitte mittels ihnen jeweils zugeordneten Stromquellen beheizbar sind und die einande r zugewandten Enden benachbarter Abschnitte jeweils auf demselben Potential liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (31—38) elektrisch voneinander getrennt und dit: einander benachbarten Abschnitten (11/12, 12/13...) zugeordneten Stromquellen (31/32, 32/33...) jeweils gegeneinander geschaltet sind.

2. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1,3) jeweils in eine gerad),: Anzahl von Abschnitten (11 —18) unterteilt, die Abschnitte sämtlich zu Paaren einander benachbarter Abschnitte (U/12, 13/14...) gruppiert und die Enden der einzelnen Abschnittspaare jeweils mit dem Null-Leiter oder dem Schutzleiter verbunden oder geerdet sind.

3. Rohrofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturmeßfühler (71—75), durch die mittels eines Reglers die Heizleistung regelbar ist, an den Enden der Abschnittspaare (11/12, 13/14...) angebracht sind.

4. Rohrofen nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Abschnittspaare (11/12, 13/14...) ein Transformator (4-7) mit je zwei Sekundärwicklungen (31/32, 33/34...) als Stromquellen zugeordnet ist.

5. Rohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromquellen mit den Abschnitten verbindenden Stromzuführungsleitungen (41—48, 51—58) mittels Metall-Laschen (21 —29) an den Rohren 1,3) befestigt sind.

6. Rohrofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Rohre elektrisch parallelgeschaltet sind.

7. Rohrofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungsleitungen mittels gemeinsamer, benachbarte Rohre elektrisch leitend verbindender Anschlußelemente an den Rohren angebracht sind.