EP0840053A1 - Wärmedämmende Auskleidung auf Wärmetauscherflächen - Google Patents

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EP0840053A1
EP0840053A1 EP97115785A EP97115785A EP0840053A1 EP 0840053 A1 EP0840053 A1 EP 0840053A1 EP 97115785 A EP97115785 A EP 97115785A EP 97115785 A EP97115785 A EP 97115785A EP 0840053 A1 EP0840053 A1 EP 0840053A1
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fastening
pins
heat
expanded metal
thermal insulation
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Wolfgang Dipl.-Ing. Deeke
Michael Dipl.-Ing. Havlik
Jürgen Dr.-Ing. Heering
Klaus Dipl.-Ing. Köhnen
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Karrena GmbH
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
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    • F22B37/107—Protection of water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S122/00—Liquid heaters and vaporizers
    • Y10S122/13—Tubes - composition and protection

Definitions

  • the invention relates to a heat-insulating lining to reduce the heat flow or to protect against excess temperature on the cooling surfaces of a medium or high-pressure heat exchanger.
  • This heat-insulating lining of a tube-web tube wall is used in particular in radiation coolers on the tube cage and or on bulkhead surfaces.
  • either the heat transfer surface is deactivated by interrupting the water supply to individual pipes, by removing pipes and or by applying refractory materials and or ramming compound.
  • the blocking of the water supply or the removal of individual pipes generally represents an irreversible component change.
  • the application of ramming compounds requires the welding of pins and or anchors onto the pipe-web-pipe connection, in particular also on pressurized parts (pipes) to ensure that the ramming masses are carried and adhered.
  • the invention is therefore based on the object to provide a covering which leads to a targeted reduction in heat exchange, is relatively easy to attach, allows later easy adjustment by partial removal or further attachment, does not require welding to pressure-loaded parts, no large additional weight load in the Brings component and its surface hardens in normal temperature air, so that a complex drying with a drying burner is not necessary.
  • this increases the outlet temperature of the gas from the heat exchanger.
  • the invention can always be used in addition to the previously described application to protect heat-sensitive areas under the aforementioned boundary and framework conditions.
  • the invention is characterized in that an easy-to-install material with low thermal conductivity, required temperature resistance, low weight, without the need for drying with a drying burner, sufficient abrasion resistance, for example ceramic damp felt in the form of a mat, so on the outside of the tube-web-tube connection is applied so that it completely covers the surface of a selected area.
  • the space between the pipe and web-tube-tube connection in the web area is filled with the same or a different material with a low thermal conductivity, for example a ceramic fiber material.
  • the ceramic damp felt in the form of a mat is attached to the tube-web-tube connection of the heat exchanger by means of pins with mounting washers.
  • the pins made of corrosion-resistant stainless steel, for example, are only welded to the webs of the pipe-web-pipe connection. This does not affect any pressure-loaded components (pipes).
  • the arrangement of the mounting pins is done in such a way that the pins sit on the upper edge and the lower edge of the mat segment and, as required, within the mat segment.
  • the fastening pins and the fastening disks are each equipped with a thread in order to ensure a secure hold of the wet felt mats.
  • a coolant distributor (distribution pipe) of the heat exchanger can be used as the basis for the narrow side of the bottom mat.
  • expanded metal strips are used, specifically in the area of the mat joints of the ceramic wet felt mat and according to the fastening requirement of the component to be clad.
  • the expanded metal is attached between the gas-side mat surface and the fastening washers.
  • ff material with high temperature resistance and gas impermeability for example ff cement, is applied to the expanded metal strips along with the associated fastening washers and pin heads in order to protect the aforementioned parts from the gas atmosphere and corrosion.
  • top edge and or bottom edge and or front edge (s) of the total mat area are secured with angled expanded metal strips to prevent fraying and loss of material. These angled strips of expanded metal are attached to the webs of the tube-web-tube connection by the pins with fastening disks.
  • the gas-side surfaces of the angled expanded metal strips are also protected by ff material with good corrosion resistance.
  • the ff material with low thermal conductivity applied to the gas-side surface is selected so that its drying in normal temperature air is already sufficient to harden.
  • Fig. 1 shows a section A-A through the cooling surface (2) of the heat exchanger, which consists of a tube (10) web (6) tube (10) wall. Corrosion-resistant fastening pins (4) are each attached to the webs (6) of the cooling surface (2) in a weld (14).
  • a ceramic fiber material (3) is applied as a heat-insulating material to both sides of the webs (6) up to the level of the tube outer side of the tubes of the tube wall (10), with segments on both sides a ceramic wet felt mat (1), which is held by fastening pins (4) and fastening discs (5).
  • an expanded metal (8) is additionally attached, which is protected by an ff material (9) with good corrosion resistance.
  • Fig. 2 shows a section B-B through one of the tubes (10) of the cooling surface, which is welded to a coolant distributor tube (7) or collector.
  • the fastening pins (4) for the segments of the ceramic damp felt mat (1) are fastened at welding points (14) to the web (6) at intervals.
  • a ceramic material (3) is applied in the area of the pipes (10), the segments of the damp felt mat (1) resting tightly or flush on the pipe (10) and the ceramic material (3).
  • the segments of the damp felt mat (1) are pressed through the fastening pins (4) and pressed on using fastening disks (5).
  • the upper end of the segments of the wet felt mat (1) is held with an angled expanded metal strip (13) so that the segments of the wet mat (1) not only in the area of the fastening pins (4) on the tube (10), but also on the edge zones (12 ) fit tightly, do not fray or that a loss of material can occur.
  • FIG. 3 the view "C" of the heat-insulating lining of the cooling surface (2) is shown.
  • the segments of the damp felt mat (1) are held at regular intervals by the fastening disks (5) which are attached to the fastening pins (4).
  • expanded metal strips (8) are used, which are additionally lined with an ff material (putty) (9).
  • an expanded metal (8, 13) is attached in every second row of pins (11) and in the edge zones (12) of the cooling surface (2) or the ceramic segments of the wet felt mat (1).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine wärmedämmende Auskleidung auf Wärmetauscherflächen (2) zur Erniedrigung des Wärmestromes an den Kühlflächen (2) eines Mittel- oder Hochdruck-Wärmetauschers, die aus einer Rohr-(10)-Steg(6)-Rohr(10)-Wand besteht. Korrosionsbeständige Befestigungsstifte (4) sind in einer Schweißstelle (14) jeweils auf den Stegen (6) der Kühlfläche (2) angebracht. An beiden Seiten der Stege (6) ist bis in Höhe der Rohraußenseite der Rohre der Rohrwand (10) ein keramischer Faserwerkstoff (3) als wärmedämmendes Material aufgebracht, darüber sind beidseitig Segmente einer keramischen Feuchtfilzmatte (1) aufgelegt, die von Befestigungsstiften (4) und Befestigungsscheiben (5) gehalten werden. An einer oder beiden Randzonen und an den Stoßstellen der Feuchtfilzmatten-Segmente (1) ist zusätzlich ein Streckmetall (8) angebracht, das durch ein ff-Material (9) mit guter Korrosionsbeständigkeit geschützt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine wärmedämmende Auskleidung zur Erniedrigung des Wärmestroms bzw. zum Schutz vor Übertemperatur an den Kühlflächen eines Mittel- oder Hochdruck-Wärmeaustauschers.
  • Diese wärmedämmende Auskleidung einer Rohr-Steg-Rohrwand wird insbesondere in Strahlungskühlern am Rohrkäfig und oder an Shottenflächen verwendet.
  • Bei der Auslegung der Kühlfächen neu entwickelter Wärmetauscher, bei denen bezüglich Aufbau und Werkstoffe (z. B. Edelstahl) keine einschlägigen Erfahrungen hinsichtlich des sich einstellenden Verschmutzungsverhaltens vorliegen, wird eine an sich bekannte, wärmedämmende Auskleidung verwendet.
  • Im laufenden Betrieb kann es sich herausstellen, daß die tatsächliche Verschmutzung der Heizflächen geringer ist als die theroretisch angenommene. Das führt zu einer besseren als erwarteten Kühlung und somit zu einer tieferen Gasaustrittstemperatur als vorher theoretisch berechnet.
  • Um eine zu tiefe gasseitige Austrittstemperatur aus dem Wärmeaustauscher zu vermeiden, wird entweder die Wärmeübertragungsfläche durch Unterbrechung der Wasserzufuhr zu einzelnen Rohren, durch Heraustrennen von Rohren und oder durch Aufbringen von Feuerfestmaterialien und oder Stampfmasse desaktiviert.
  • Die Unterbindung der Wasserzufuhr oder die Entfernung einzelner Rohre stellt in der Regel eine nichtrücknehmbare Bauteilveränderung dar. Das Aufbringen von Stampfmassen erfordert das Aufschweißen von Stiften und oder Ankern auf die Rohr-Steg-Rohr-Verbindung, insbesondere auch an druckbeaufschlagten Teilen (Rohren), um das Tragen und Anhaften der Stampfmassen zu gewährleisten.
  • Da jede nachträglich aufgebrachte Schweißnaht Wärmespannungen hervorruft und unter Umständen der Ausgangspunkt für Risse sein kann, ist die Verschweißung von Stiften auf druckgehende Rohre auf jeden Fall nachteilig. Desweiteren kommen durch die Stampfmassen unter Umständen erhebliche Zusatzgewichte in das Bauteil hinein, die häufig schwer abzufangen sind.
  • Weiterhin ist es erforderlich, die Stampfmasse gemäß einer vom Hersteller vorgegebenen Zeit-Temperatur-Kurve zu trocknen, um ihre Einsatzfähigkeit zu erreichen. Die Trocknungsprozedur kann mit beträchtlichem Aufwand verbunden sein.
  • Bei Abkleidung von zu viel Wärmeaustauscherfläche durch Stampfmasse ist die Demontage dieser Wärmedämmung nur mit erheblichem Aufwand möglich, da die Stifte und oder Anker ebenfalls nach Abriß der Stampfmasse abgeschliffen werden müssen, um - bedingt durch lokale Metallüberhitzung - Zonen mit Versagenswahrscheinlichkeit zu vermeiden.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Abkleidung zu schaffen, die zu einer gezielten Verringerung des Wärmeaustausches führt, relativ einfach anbringbar ist, eine spätere einfache Justierbarkeit durch Teilentfernung oder weiterer Anbringung erlaubt, keine Schweißung an druckbelasteten Teilen erfordert, keine große Zusatzgewichtsbelastung in das Bauteil hineinbringt und deren Oberfläche bei normaltemperierter Luft aushärtet, so daß eine aufwendige Trocknung mit Trocknungsbrenner nicht erforderlich ist.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt in der Weise, wie es in dem Patentanspruch 1 angegeben ist, die Unteransprüche stellen eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar.
  • Erfindungsgemäß wird hierdurch eine Anhebung der Austrittstemperatur des Gases aus dem Wärmetauscher erzielt.
  • Selbstverständlich kann die Erfindung über den zuvor beschriebenen Anwendungsfall hinausgehend immer auch zum Schutz wärmeempfindlicher Bereiche unter den vorgenannten Rand- und Rahmenbedingungen eingesetzt werden.
  • Die Erfindung ist ausführungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein einfach zu installierender Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, erforderlicher Temperaturbeständigkeit, geringem Gewicht, ohne Trocknungsnotwendigkeit mit Trocknungsbrenner, ausreichender Abriebfestigkeit, zum Beispiel keramischer Feuchtfilz in Mattenform, so auf die Außenseite der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung aufgebracht wird, daß er die Oberfläche eines gewählten Bereiches völlig bedeckt. Der Zwischenraum zwischen hatte und Rohr-Steg-Rohr-Verbindung im Stegbereich wird durch den gleichen oder einen anderen Stoff mit ebenfalls geringer Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel ein Keramikfaser-Werkstoff, ausgefüllt.
  • Der keramische Feuchtfilz in Mattenform wird durch Stifte mit Befestigungsscheiben an der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung des Wärmeaustauschers befestigt. Die Stifte, zum Beispiel aus korrosionsbeständigem Edelstahl, werden nur an den Stegen der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung angeschweißt. Hierdurch werden keine druckbelasteten Bauteile (Rohre) beeinflußt. Die Anordnung der Befestigungsstifte erfolgt so, daß die Stifte an der Oberkante und der Unterkante des Mattensegments und je nach Bedarf innerhalb des Mattensegments sitzen. Die Befestigungsstifte und die Befestigungsscheiben werden jeweils mit einem Gewinde ausgestattet, um so einen sicheren Halt der Feuchtfilzmatten zu gewährleisten.
  • Zusätzlich kann ein Kühlmittelverteiler (Verteilungsrohr) des Wärmeaustauschers als Basis für die Schmalseite der untersten Matte benutzt werden.
  • Zur Erzielung einer besseren Befestigung und zur Erhöhung der Standzeit werden zusätzliche Streckmetallstreifen verwendet, und zwar im Bereich der Mattenstöße der keramischen Feuchtfilzmatte und nach Befestigungserfordernis des zu verkleidenden Bauteiles. Das Streckmetall wird zwischen gasseitiger Mattenoberfläche und Befestigungsscheiben angebracht.
  • Auf den Streckmetallstreifen nebst zugehörigen Befestigungsscheiben und Stiftköpfen wird ein ff-Material mit hoher Temperaturbeständigkeit und Gasundurchlässigkeit, zum Beispiel ff-Kitt, aufgebracht, um vorgenannte Teile vor der Gasatmosphäre und Korrosion zu schützen.
  • Oberkante und oder Unterkante und oder Stirnkante(n) der Gesamtmattenfläche werden mit abgewinkelten Streckmetallstreifen gegen Ausfransen und Materialverlust gesichert. Diese abgewinkelten Streckmetallstreifen werden durch die Stifte mit Befestigungsscheiben auf den Stegen der Rohr-Steg-Rohr-Verbindung befestigt.
  • Die gasseitigen Oberflächen der abgewinkelten Streckmetallstreifen werden ebenfalls durch ff-Material mit guter Korrosionsbeständigkeit geschützt.
  • Falls sich durch veränderndes Verschmutzungsverhalten über die Reisezeit der Ausrüstung Handlungsbedarf bezüglich der Veränderung der Größe der wärmedämmenden Auskleidung ergibt, kann dem Rechnung durch Herausnahme oder Zusatzanbringung von Teilmatten getragen werden, wobei die abgewinkelten Streckmetallstreifen entsprechend verlegt werden.
  • Das auf die gasseitige Oberfläche aufgebrachte ff-Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit wird so ausgewählt, daß sein Trocknen an normaltemperierter Luft bereits ausreicht, um auszuhärten.
  • Die Erfindung wird anhand von schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt A-A durch die Kühlfläche,
    Fig. 2
    einen Schnitt B-B durch ein Einzelrohr,
    Fig. 3
    eine Ansicht "C" der Wärmeauskleidung der Kühlfläche.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt A-A durch die Kühlfläche (2) des Wärmetauschers, die aus einer Rohr-(10)-Steg(6)-Rohr(10)-Wand besteht. Korrosionsbeständige Befestigungsstifte (4) sind in einer Schweißstelle (14) jeweils auf den Stegen (6) der Kühlfläche (2) angebracht.
  • An beiden Seiten der Stege (6) ist bis in Höhe der Rohraußenseite der Rohre der Rohrwand (10) ein keramischer Faserwerkstoff (3) als wärmedämmendes Material aufgebracht, darüber sind beidseitig Segmente einer keramischen Feuchtfilzmatte (1) aufgelegt, die von Befestigungsstiften (4) und Befestigungsscheiben (5) gehalten werden.
  • An einer oder beiden Randzonen und an den Stoßstellen der Mattensegmente (1) ist zusätzlich ein Streckmetall (8) angebracht, das durch ein ff-Material (9) mit guter Korrosionsbeständigkeit geschützt wird.
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt B-B durch eines der Rohre (10) der Kühlfläche, das an einem Kühlmittelverteiler-Rohr (7) bzw. Sammler angeschweißt ist. An dem Steg (6) werden in Abständen die Befestigungsstifte (4) für die Segmente der keramischen Feuchtfilzmatte (1) an Schweißstellen (14) befestigt. Im Bereich der Rohre (10) wird ein keramischer Werkstoff (3) aufgebracht, wobei die Segmente der Feuchtfilzmatte (1) dicht bzw. bündig auf dem Rohr (10) und dem keramischen Werkstoff (3) anliegen.
  • Die Segmente der Feuchtfilzmatte (1) werden durch die Befestigungsstifte (4) gedrückt und mittels Befestigungsscheiben (5) angepreßt. Das obere Ende der Segmente der Feuchtfilzmatte (1) wird mit einem abgewinkelten Streckmetallstreifen (13) gehalten, damit die Segmente der Feuchtigkeitsmatte (1) nicht nur im Bereich der Befestigungsstifte (4) am Rohr (10), sondern auch an den Randzonen (12) dicht anliegen, nicht ausfransen oder daß ein Materialverlust auftreten kann.
  • In Fig. 3 ist die Ansicht "C" der wärmedämmenden Auskleidung der Kühlfläche (2) dargestellt.
  • Die Segmente der Feuchtfilzmatte (1) werden in regelmäßigen Abständen durch die Befestigungsscheiben (5) gehalten, die auf die Befestigungsstifte (4) aufgesteckt werden.
  • Bei der hier dargestellten Ausführung werden Streckmetallstreifen (8) verwendet, die zusätzlich mit einem ff-Material (Kitt) (9) ausgekleidet werden.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in jeder zweiten Stiftreihe (11) und in den Randzonen (12) der Kühlfläche (2) bzw. der keramischen Segmente der Feuchtfilzmatte (1) ein Streckmetall (8, 13) angebracht.
    • Bezugsziffernliste:
    • 1
    keramisches Feuchtfilzmatten-Segment
    2
    Kühlfläche, geschweißte Rohrwand (Rohr-Steg-Rohr)
    3
    Keramikfaser-Werkstoff/Wärmedämmendes Material
    4
    Befestigungsstifte
    5
    Befestigungsscheibe
    6
    Stege der Rohrwand
    7
    Kühlmittelverteilerrohr
    8
    Streckmetall
    9
    ff-Material (ff-Kitt)
    10
    Rohre der Rohrwand
    11
    Stiftreihe
    12
    Randzonen
    13
    abgekantete Streckmetallstreifen
    14
    Schweißstelle

Claims (7)

  1. Wärmedämmende Auskleidung zur Erniedrigung des Wärmestromes bzw. zum Schutz vor Übertemperatur an den Kühlflächen eines Mittel- oder Hochdruck-Wärmetauschers,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß keramische Feuchtfilzmatten-Segmente (1) an der Kühlfläche (2) durch Befestigungsstifte (4) und Befestigungsscheiben (5) befestigt sind,
    - daß die Befestigungsstifte (4) nur an den Stegen der Rohrwand (6) der Kühlfläche (2) angeschweißt sind,
    - daß die Kontur der Rohr-Steg-Rohr-Wand (6, 10) der Kühlfläche (2) der Wärmetauscherwand durch Einbringen von wärmedämmendem Material (3) eine fluchtende Oberfläche aufweist,
    - daß über den Stiftreihen (11) und in den Randzonen (12) der keramischen Feuchtfilzmatten-Segmente (1) ein Streckmetall (8) befestigt wird.
  2. Wärmedämmende Auskleidung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die keramischen Feuchtfilzmatten-Segmente (1) auf die Rohre der Rohrwand (10) der Kühlfläche (2) und des wärmedämmenden Materials (3) aufgebracht sind.
  3. Wärmedämmende Auskleidung nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in jeder zweiten Stiftreihe (11) und in den Randzonen (12) der wärmedämmenden Abkleidung (1, 3) Streckmetallstreifen (8, 13) angebracht sind, die von Befestigungsstiften (4) mit Befestigungsscheiben (5) gehalten werden.
  4. Wärmedämmende Auskleidung nach Anspruch 1 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Streckmetall (8), die Befestigungsscheiben (5), der vorstehende Teil der Befestigungsstifte (4) mit einem korrosionsbeständigen ff-Material (9) überdeckt ist.
  5. Wärmedämmende Auskleidung nach Anspruch 1 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in den Randzonen (12) abgekantete Streckmetallstreifen (13) angebracht sind, die von Befestigungsstiften (4) mit Befestigungsscheibe (5) gehalten werden.
  6. Wärmedämmende Auskleidung nach Anspruch 1 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die gesamte Oberfläche der keramischen Feuchtfilzmatten-Segmente (1) mit Streckmetall (8) überdeckt ist, die von Befestigungsstiften (4) mit Befestigungsscheiben (5) gehalten werden.
  7. Wärmedämmende Auskleidung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß innerhalb der Streckmetallabkleidung (8) jedes beliebige wärmeisolierendes und temperaturbeständige Material in Mattenform (1) oder loser Wolle verwendet wird.
EP97115785A 1996-11-04 1997-09-11 Wärmedämmende Auskleidung auf Wärmetauscherflächen Expired - Lifetime EP0840053B1 (de)

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DE19645390 1996-11-04

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