Herstellung und Anwendung von spiralförmigen Halbrohrmänteln für Einzelkegel-Vakuumtrockner

Der multifunktionale Impuls-Vakuumtrockner mit Einzelkegel gehört zur neuen Generation von Rühr-Vakuumtrocknern, die von Wuxi ZhangHua Machinery speziell für die Anforderungen der Feinchemikalienindustrie entwickelt wurden. Er zeichnet sich durch fortschrittliche Prozessentwicklung und Fertigungstechnologie aus und verarbeitet feuchte Pulver, Filterkuchen, Pasten, Suspensionen und andere Materialien. Besonders geeignet ist er für Produkte mit hoher Dichte, hoher Viskosität und Empfindlichkeit oder die toxische oder explosive Lösungsmittel enthalten. Der Impuls-Mischtrockner mit Einzelkegel eignet sich für den Betrieb mit niedrigem Vakuum und kann in weiteren Prozessschritten eingesetzt werden, darunter Reaktionskristallisation, Erhitzen und Abkühlen, Sterilisation, Flüssig-Feststoff-Trennung und Entgasung.

Mit der Entwicklung der modernen chemischen Industrie tendiert die chemische Produktion hin zu großtechnischen Anlagen. Die Leistung einzelner Produktionsanlagen steigt, und auch der Einkegel-Vakuumtrockner wird zunehmend in großem Maßstab eingesetzt. Dabei vergrößert sich der Durchmesser des Trockners, und der Kegel verlängert sich. Insbesondere bei einem Manteldruck über 1,0 MPa erhöht sich die Wandstärke des Innenzylinders, was die Konstruktion und Fertigung des Vakuum-Einkegeltrockners erschwert und somit die Herstellungskosten der Anlagen erhöht.

Daher ist es wirtschaftlicher und sinnvoller, das Ziel der Wandverdünnung und der Erhöhung der Drucktragfähigkeit des Innenzylinders durch die Wahl einer geeigneten Mantelstruktur zu erreichen.

Art und Eigenschaften des Heizmantels des Einkegel-Vakuumtrockners

(1) Integrierter Mantel

Für die Heizung oder Kühlung von Rührwerken wird am häufigsten der Integralmantel verwendet. Dabei handelt es sich um einen Behälter mit etwas größerem Durchmesser, der außerhalb des Geräts angebracht ist. Dank ausgereifter Fertigungstechnologie, einfacher Struktur und bequemer Herstellung findet er breite Anwendung bei der Konstruktion von Chemieanlagen.

Der Nachteil besteht darin, dass die Heizfläche durch die Geometrie des Zylinders begrenzt ist und nicht zu groß werden kann.

(2) Mantel mit Spiralabweiser

Die spiralförmige Führungsplatte ist im Mantel angeordnet. Sie dient nicht nur der Fluidführung im Mantel und der besseren Erwärmung oder Kühlung des Materials im Behälter, sondern reduziert durch die verringerte berechnete Länge des externen Drucks auch die erforderliche Wandstärke des Behälterzylinders. Ein Nachteil besteht darin, dass bei großen Ablenkblechen keine Montage zwischen Zylinder und Mantel möglich ist. Um die Umlenkung zu reduzieren, müsste beispielsweise der Abstand zwischen Zylinder und Mantel vergrößert oder die Anzahl der Ablenkblechwindungen und die Wandstärke des Zylinders erhöht werden. Die Methode der Plattengröße ist jedoch nicht zielführend. Zudem sind Zylinder, Verstärkungsring und Mantel fest miteinander verbunden. Unterschiedliche Materialien und Temperaturen erzeugen hohe Spannungen, weshalb diese Konstruktion möglichst vermieden werden sollte.

(3) Halbrundrohrmantel

Die halbkreisförmige Rohrmantelkonstruktion wird je nach Anordnung in Spiral- und Reihenrohrbauweise unterteilt und je nach Form des Halbkreisrohrs in Standard-Halbkreisrohre und bogenförmige Rohre. Im Vergleich zu einer kompletten Ummantelung bietet die halbkreisförmige Rohrmantelkonstruktion folgende Vorteile: einfache Struktur, hohe Druckfestigkeit, effektive Reduzierung der Wandstärke ohne Beeinträchtigung des Betriebszustands des Behälters, Materialeinsparung und Kostensenkung, verbesserte Festigkeit und Steifigkeit gegenüber Außendruck sowie vereinfachte Wartung. Dieser Vorteil ist besonders bei großen Einkegel-Vakuumtrocknern mit hohen Außendruckbedingungen deutlich.

Der Nachteil besteht darin, dass es viele Schweißnähte und eine große Menge an Schweißarbeiten gibt, was gewisse Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und Fertigung mit sich bringt und auch den Arbeitsaufwand für die zerstörungsfreie Prüfung erhöht.

Probleme und Analyse der Herstellung des spiralförmigen Halbrücklaufrohrmantels des Einzelkegel-Vakuumtrockners

Spiralförmige, halbkreisförmige Rohrmantelkonstruktionen (im Folgenden als Halbrohrkonstruktionen bezeichnet) finden in europäischen und amerikanischen Ländern weite Verbreitung, und Deutschland hat 1979 einen entsprechenden Standard festgelegt. Im Vergleich zu herkömmlichen Mantelbehältern zeichnen sich Halbrohrkonstruktionen durch eine gute Zylinderspannung, eine hohe Wärmeübertragungseffizienz, Energieeinsparung und einen geringeren Stahlverbrauch aus. Sie stellen derzeit eine vergleichsweise vernünftige und fortschrittliche Mantelkonstruktion dar.

Wuxi ZhangHua Machinery führte eingehende Recherchen bei einigen Herstellern durch, die für die Fertigung verantwortlich sind, und erfuhr, dass das Fertigungsproblem des halbrohrummantelten Containers eines der Hauptprobleme ist, das seine Verbreitung und Anwendung beeinträchtigt.

(1) Problem der Halbrohrformung

Manche Hersteller fertigen dieses Halbrohrteil, indem sie ein vorgefertigtes Rundrohr entsprechend dem Außendurchmesser des Zylinders in Form rollen und anschließend markieren. Nach dem Markieren wird die Hälfte des Rohrs (die nicht mehr benötigte Hälfte) auf einer Fräsmaschine abgefräst.

Daher ist dieser Teil der Halbrohrkonstruktion sehr ressourcenintensiv, der Bearbeitungsaufwand groß und die relativen Kosten entsprechend hoch. Außerdem ist es schwierig, die Rundheit des Innendurchmessers des Halbrohrs nach der Bearbeitung zu gewährleisten.

(2) Das Eigengewichtsproblem des nichtkreisförmigen Zylinders

Da diese Art von Ausrüstung relativ lang ist, kann sie nur abgestellt und die Halbrohre an der Zylinderverbindung montiert und verschweißt werden. Aufgrund des Eigengewichts der Ausrüstung verformt sie sich nach dem Abstellen, selbst wenn sie rund ist.

Einige Hersteller ergriffen jedoch keinerlei Maßnahmen und montierten und verschweißten die Halbrohre direkt an den Fassverbindungen, was zu versteckten Gefahren bei der späteren Verwendung der Geräte führte.

(3) Montageproblem von spiralförmigem Halbrohr und Zylinder

Die gefertigten Halbrohre werden zunächst an der Wand der Vorrichtung befestigt und anschließend stumpfgeschweißt. Durch das Bearbeitungsverfahren ist nach dem Schweißen kein Spielraum für Schrumpfung vorhanden. Daher entsteht zwischen den Stumpfschweißnähten eine hohe Montagespannung. Diese Montagespannung wird üblicherweise als Zugspannung bezeichnet und kann leicht zu Schweißnahtrisse führen und die Zugfestigkeit der Schweißnaht verringern.

Daher muss die Verarbeitungstechnologie verbessert werden.

Fertigungslösung für einen spiralförmigen Halbrohrmantel für einen Einkegel-Vakuumtrockner

Als Reaktion auf die oben genannten Probleme investierte Wuxi ZhangHua Machinery über einen Monat in die Prüfung technischer Unterlagen zur Herstellung von Spiral-Halbrohr-Ummantelungen in Japan, Deutschland und anderen Ländern. Innerhalb dieses Monats fand das Unternehmen schließlich ein konkretes Fertigungsschema für die Spiral-Halbrohr-Ummantelung des Einkegel-Vakuumtrockners sowie eine Methode zur Lösung der genannten Probleme.

(1) Walzformen

Der halbrohrförmige Mantel besteht aus Stahlblech anstelle des Rundrohrs und wird anschließend mit einer selbstgebauten halbrohrförmigen Walzmaschine rollgeformt.

Die Stahlbänder werden auf der Walzmaschine gemäß dem „Rundwalzverfahrenscode“ für Druckbehälter so geformt, dass die Rundheit den Anforderungen 10 und 13 der Druckbehälternorm GB150-89 entspricht.

(2) Montage des spiralförmigen halbkreisförmigen Rohrs außerhalb des Zylinders

Die Herstellung von spiralförmigen Halbkreisrohren ist komplex, da sowohl der Helixradius als auch der Steigungswinkel variieren, was die Fertigung erschwert. Abweichungen von den Fertigungsmaßen beeinträchtigen die Montage und das Schweißen. Spiralförmige Halbkreisrohre weisen zahlreiche Stumpfstoßverbindungen mit relativ langen Kehlnähten auf. Um die Schweißqualität zu gewährleisten, ist ein vollständiger Durchschweißen der Stumpfstoßverbindungen erforderlich. Allerdings ist es schwierig, Fehler in den Kehlnähten von Halbkreisrohren zu erkennen und innere Defekte (wie z. B. Schlackeneinschlüsse, unvollständigen Durchschweißen, Porosität, Risse usw.) aufzuspüren.

Dies birgt viele potenzielle Gefahren für die Verwendung der Geräte, weshalb spezielle technische Maßnahmen zur Lösung der oben genannten Schwierigkeiten entwickelt wurden.

(3) Zylindervorbereitung vor dem Schweißen

Zuerst wird der geschweißte Zylinder auf der Plattform aufgestellt. Anschließend wird die obere Position des Zylinders (0°, 90°, 180°, 270°) erneut überprüft und der Verlauf des spiralförmigen Halbkreisrohrs auf den vier Orientierungslinien eingezeichnet. Dadurch wird die Montagegenauigkeit sichergestellt. Danach werden die spiralförmigen Halbkreisrohre nacheinander von unten nach oben montiert und verschweißt. Hierfür werden Werkzeugblöcke und Keilblöcke verwendet, um die Halbkreisrohre eng am Zylinder anzulegen und so die Anzahl der versetzten Stoßfugen zu minimieren. Dies trägt zur Sicherstellung der Schweißqualität bei.

(4) Schweißverfahren

Um eine vollständige Durchdringung der Stumpfstoßverbindungen zu erreichen, werden V-förmige Nuten, stumpfe Kanten (1±1) mm, Spalten von 2 bis 3 mm, einseitiges Schweißen und doppelseitiges Umformen angewendet, und die Schweißer werden speziell für das Schweißen geschult.

Um die Schweißqualität der kreisförmigen Kehlnaht sicherzustellen, werden nach dem Schweißen und der Wärmebehandlung neben der Prüfung auf Oberflächenfehler auch eine Wasserdruck- und eine Luftdichtheitsprüfung durchgeführt. Wird eine Undichtigkeit festgestellt, wird die Schweißnaht umgehend repariert und der Fehler erneut geprüft und der Druck erneut gemessen. (Nach sorgfältiger Berechnung wird der Prüfdruck um ein Vielfaches erhöht und ausreichend lange aufrechterhalten.)

(5) Druckprüfung

Aufgrund der komplexen Struktur des Einkegel-Vakuumtrockners ist die Schweißnaht zu lang und die Schweißposition ungenau. Um die Schweißqualität zu gewährleisten, ist es daher notwendig, nach dem Schweißen und der Wärmebehandlung eine Druckprüfung der Außenspule durchzuführen. Zusätzlich werden sowohl eine Wasserdruckprüfung als auch eine Luftdichtheitsprüfung durchgeführt, um die Produktanforderungen zu erfüllen.

Der spiralförmig ummantelte, halbkreisförmige Vakuumtrocknerreaktor mit Einzelkegel stellt hohe technische Anforderungen, weist eine komplexe Struktur auf und ist mit erheblichen Fertigungsschwierigkeiten verbunden. Daher ist es notwendig, die Herausforderungen im Fertigungs- und Montageprozess umfassend zu berücksichtigen, geeignete Prozessmaßnahmen zu formulieren und die erforderlichen Hilfswerkzeuge im Vorfeld herzustellen.

Während des Herstellungsprozesses werden die Teile streng nach den Zeichnungen und Prozessvorgaben geformt, und eine Verformung des großen Flansches nach dem Schweißen wird während des Montage- und Schweißprozesses verhindert, um die Schweißqualität der Spule und des Zylinders zu verbessern und alle wichtigen Schwierigkeiten zu beherrschen.