-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung eines durch die
Wand eines thermisch isolierten Gehäuses einer verfahrenstechnischen
Anlage geführten
Bauteils, umfassend ein oberes und ein unteres Anschlussteil und
einen die Anschlussteile verbindenden Balg.
-
Viele
verfahrenstechnische Anlagen, wie zum Beispiel Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen, umfassen
kalte und warme Anlagenteile, die über Rohrleitungsverbindungen
miteinander verbunden sind. Die kalten Module werden dabei in sogenannte Coldboxen
eingebracht, um diese thermisch zu isolieren.
-
Zur
Verbindung der im Inneren einer Coldbox befindlichen Module mit
den warmen Modulen ist es notwendig, Rohrleitungen, Ventile oder
andere Bauteile durch den Coldboxmantel durchzuführen. Hierzu wird die Coldbox
mit Anschlussstutzen versehen, durch die beispielsweise die Rohrleitungen
geführt werden.
-
Beim
Anfahren der Anlage, bei dem die kalten Anlagenteile teilweise bis
auf kryogene Temperaturen abgekühlt
werden, oder auch bei Laständerungen
kommt es zu temperaturbedingten Schrumpfungen der kalten Anlagenteile.
Werden die durch den Coldboxmantel geführten Bauteile fest mit der
Coldbox verbunden, so besteht die Gefahr, dass aufgrund der thermischen
Schrumpfung Risse oder andere Beschädigungen an den Bauteilen auftreten.
Daher werden beispielsweise Rohrleitungen mit Leitungsschleifen
als Schrumpfungsausgleich versehen. Durch diese Maßnahme wird
aber die zur Verrohrung nötige
Rohrlänge
größer und
deren Platzbedarf und Komplexität
steigt.
-
Die
Abdichtung von Bauteil-, insbesondere Rohrdurchführungen kann auch durch einen
gasdichten, flexiblen Balg erfolgen, der zum einen an dem Coldbox-Anschlussstutzen
und zum anderen an dem Bauteil gasdicht befestigt wird. Der Balg
erlaubt Relativbewegungen zwischen dem Bauteil und dem Anschlussstutzen,
durch die temperaturbedingte Längenänderungen
des Bauteils zumindest teilweise kompensiert werden können.
-
Bei
Rohrleitungs- oder Ventildurchführungen durch
das Coldboxdach, bei denen der Balg in senkrechter Lage eingebaut
wird, kann das flexible Balgmaterial allerdings bei thermischen
Schrumpfungen eine Art Tasche bilden, in der sich Regenwasser, Schmutz
oder Kondensat ansammeln können.
Die Rohrdurchführungen
werden daher zum Teil mit Hauben oder Abdeckungen als Regenschutz
versehen. Durch das Coldboxdach geführte Armaturen werden häufig komplett
eingehaust. Montage und Installation beider Arten von Regenschutz
sind jedoch mit einem relativ hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden.
-
Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Abdichtung eines
durch die Wand eines thermisch isolierten Gehäuses geführten Bauteils zu entwickeln,
bei dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei
der Balg eine Stelle maximalen Umfangs aufweist und der obere Teil
des Balgs zwischen dem oberen Anschlussteil und der Stelle maximalen
Umfangs inelastisch ausgebildet ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
besitzt einen oberen inelastischen Teil und einen unteren flexiblen
Teil. Die Begriffe „oben" und „unten" kennzeichnen die
bevorzugte Einbaulage der Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann aber auch in anderen Orientierungen eingesetzt werden, beispielsweise
so, dass das die beiden Anschlussteile im Wesentlichen auf einer
horizontalen Ebene liegen.
-
Unter
dem Begriff "Anschlussteil" werden diejenigen
Teile der Vorrichtung verstanden, über die die Vorrichtung mit
der Coldbox beziehungsweise dem durch den Coldboxmantel durchzuführenden Bauteil
verbunden wird. Dies kann ein speziell ausgebildeter Stutzen sein,
oder aber auch nur eine schlauchförmige Fortsetzung des Balgs,
die beispielsweise über
das durchzuführende
Bauteil oder einen Anschlussstutzen einer Coldbox gezogen wird.
-
Der
inelastische Teil des Balgs ist so ausgeführt, dass sich dessen Form
bei einer Relativbewegung der beiden Anschlussteile der Vorrichtung
zueinander im Wesentlichen nicht ändert. Solche Relativbewegungen
werden ausschließlich
durch den flexiblen Teil des Balgs aufgenommen. Der inelastische Teil
der Vorrichtung bleibt dagegen von einer temperaturbedingten Streckung
oder Schnrumpfung des kalten Bauteils, die zu einer entsprechenden
Bewegung des mit dem Bauteil verbundenen Anschlussteils der Vorrichtung
führt,
unbeeinflusst.
-
Vorzugsweise
wird die Vorrichtung im Wesentlichen senkrecht eingebaut, wobei
sich entsprechend der gewählten
Nomenklatur der inelastische Teil oben und der flexible Teil unten
befindet. Bei einer Verkürzung
des Abstandes zwischen dem oberen und dem unteren Anschlussteil
bildet dann das obere inelastische Balgteil eine schirmförmige Abdeckung über das
restliche Balgteil. Das sich bei Schrumpfung faltenartig zusammenlegende
Balgmaterial des unteren Balgteils wird durch den oberen Teil abgedeckt,
so dass keine offene Tasche entsteht, in der sich Wasser oder Schmutz
ansammeln könnten.
-
Die
Erfindung eignet sich besonders zur Durchführung von Rohrleitungen, Sicherheits- und Prozessleitungen,
Ventilen oder sonstigen Armaturen durch einen Coldboxmantel oder
die Wand eines anderen thermisch isolierten Gehäuses.
-
Von
Vorteil erstreckt sich der inelastische Balgteil über ein
Viertel bis zur Hälfte
der maximalen Ausdehnung der gesamten Vorrichtung. Im gestreckten
Zustand der Vorrichtung, in dem die beiden Anschlussteile den größtmöglichen
Abstand voneinander einnehmen, wird zwischen 25 % und 50 % der Gesamtlänge, besonders
bevorzugt zwischen 30 % und 40 % der Gesamtlänge, von dem inelastischen Teil
eingenommen. Ganz besonders bevorzugt befindet sich die Stelle maximalen
Umfangs im mittleren Drittel der Vorrichtung, vorzugsweise in einem
Bereich der sich von der Mitte der Vorrichtung in Richtung der beiden
Anschlussteile um jeweils 5 bis 10% der Gesamtlänge der Vorrichtung erstreckt.
Es hat sich gezeigt, dass eine solche Aufteilung des Balgs in einen
inelastischen und einen flexiblen Teil ein Optimum zwischen einem
guten Regenschutz durch den inelastischen Teil und einer möglichst
großen
Beweglichkeit aufgrund des flexiblen Teils darstellt.
-
Die
Flexibilität
der Vorrichtung, ausgedrückt durch
das Verhältnis
des maximalen Abstands der beiden Anschlussteile zu deren minimalem
Abstand, beträgt
bevorzugt zwischen 1,2 zu 1 und 3 zu 1, besonders bevorzugt zwischen
1,5 zu 1 und 2 zu 1. Eine höhere
Flexibilität
wäre zwar
wünschenswert, um
größere Längenänderungen ausgleichen
zu können,
es hat sich aber gezeigt, dass dann die Funktion des oberen inelastischen
Teils als Regen- und Witterungsschutz beeinträchtigt wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform nimmt
der Querschnitt des oberen Teils von dem oberen Anschlussteil bis
zu der Stelle maximalen Umfangs kontinuierlich zu. Besonders bevorzugt
ist der obere Teil des Balgs im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet.
Durch diese Formgebung wird durch das obere Balgteil eine Abschirmung
gebildet, die Regen und Schmutz ableitet und den unteren, flexiblen
Balgteil effektiv vor Verschmutzungen schützt.
-
Vorzugsweise
wird ein Balgmaterial eingesetzt, das bis zu Temperaturen von –50°C kältebeständig ist.
Ein aus Aramid- oder Glasgewebe gefertigter Balg hat sich insoweit
als günstig
erwiesen. In der Praxis hat sich ferner eine Beschichtung des. Balgs
mit Silikonkautschuk bewährt.
Insbesondere die Nahtfugen und Stirnkanten des Balgs werden hierbei
mit Silikonkautschuk verstrichen. Auf diese Weise erhält man eine
kältebeständige und
gasdichte Abdichtung der Bauteildurchführung durch die Gehäusewandung.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird vorzugsweise zur Durchführung
von Bauteilen durch den Coldboxmantel einer kryogenen, verfahrenstechnischen
Anlage eingesetzt. In solchen Anlagen werden Coldboxen eingesetzt,
die teilweise Höhen von
50 Meter und mehr aufweisen. Beim Abkühlen dieser Coldboxen auf kryogene
Temperaturen von bis zu –196°C treten
relativ große
Schrumpfungen auf. Von Vorteil werden daher Vorrichtungen verwendet,
die eine Relativbewegung der beiden Anschlussteile zueinander von
mehr als 15 cm, vorzugsweise mehr als 20 cm ermöglichen. Auf diese Weise wird
im Wesentlichen die gesamte temperaturbedingte Längenänderung von der Vorrichtung
aufgenommen, so dass beispielsweise auf Leitungsschleifen als Schrumpfungsausgleich
verzichtet werden kann.
-
Die
Erfindung eignet sich insbesondere zur Durchführung von Bauteilen durch den
Mantel einer Coldbox einer Tieftemperaturluftzerlegungsanlage. In
solchen Anlagen, in denen Einsatzluft durch Rektifikation zerlegt
wird, treten Temperaturen von etwa –200°C auf, so dass insbesondere
beim Kaltfahren der Anlage deutliche temperaturbedingte Schrumpfungen
auftreten.
-
Die
Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden
anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei
zeigen:
-
1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung im
gestreckten Zustand,
-
2 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung im
gestauchten Zustand.
-
In
den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung
gezeigt, die zur Durchführung einer
Rohrleitung 1 durch den Mantel 2 einer Coldbox dient.
Der Coldboxmantel 2 ist mit einem Stutzen 3 versehen,
durch den die Rohrleitung 1 geführt wird. Zur Abdichtung der
Durchführung
wird die erfindungsgemäße Vorrichtung
eingesetzt.
-
Die
Vorrichtung ist rotationssymmetrisch aufgebaut und besitzt an ihren
beiden Enden zwei Anschlussteile 4, 5. Zwischen
den beiden Anschlussteilen 4,5 befinden sich ein
inelastisches oberes Balgteil 6 sowie ein elastisches,
flexibles unteres Balgteil 7. Die Vorrichtung ist somit
schlauchförmig
aufgebaut und ist aufgrund des unteren flexiblen Balgteils 7 in Richtung
seiner Rotationsachse dehn- bzw. stauchbar.
-
Als
Material für
den Balg hat sich ein Aramidgewebe bewährt, welches mit Silikonkautschuk
beschichtet ist. Insbesondere die Nahtfugen und Stirnkanten des
Balgs sind mit Silikonkautschuk bestrichen.
-
An
ihrem unteren Ende besitzt die Vorrichtung ein ringförmiges Anschlussteil 4,
welches über den
Stutzen 3 geschoben und mit diesem, beispielsweise mittels
einer Schlauchschelle, dicht verbunden wird. Ein entsprechendes
Anschlussteil 5 befindet sich am oberen Ende der Vorrichtung.
Die inneren Durchmesser der beiden Anschlussteile 4 und 5 sind an
die äußeren Durchmesser
des Coldboxstutzens 3 und der Rohrleitung 1 angepasst,
so dass die Anschlussteile 4, 5 über den
Stutzen 3 bzw. die Rohrleitung 1 gespannt und
gasdicht mit diesen verbunden werden können.
-
An
das untere Anschlussteil 4 schließt sich das untere Balgteil 7 an.
Das Balgteil 7 ist flexibel ausgeführt, so dass Bewegungen des
unteren Anschlussteils 4 relativ zum oberen Anschlussteil 5 möglich sind.
Zwischen dem unteren Balgteil 7 und dem oberen Anschlussteil 5 befindet
sich das inelastische Balgteil 6. Das inelastische Balgteil 6 besteht aus
versteiftem Aramidgewebe und ist kegelstumpfförmig ausgebildet. Das untere
Ende des kegelstumpfförmigen
Balgteils 6 stellt gleichzeitig auch den größten Durchmesser
der Vorrichtung dar. Das obere Balgteil 6 ist versteift
und behält
auch bei Dehnungen oder Stauchungen der gesamten Vorrichtung seine
Form im Wesentlichen bei.
-
Bei
einer Abkühlung
der Rohrleitung 1, beispielsweise bei Durchleitung eines
kryogenen Fluids, tritt eine Temperatur bedingte Längenänderung
beziehungsweise Schrumpfung der Rohrleitung 1 auf. Der
Mantel 2 der Coldbox befindet sich dagegen weiterhin auf
Umgebungstemperatur. Die thermisch verursachte Schrumpfung der Rohrleitung 1 führt folglich
zu einer Relativbewegung der Rohrleitung 1 im Verhältnis zu
dem Coldboxstutzen 3.
-
In 2 ist
die Vorrichtung in diesem "kalten" Zustand dargestellt.
Das obere Anschlussteil 5 der Vorrichtung, welches mit
der Rohrleitung 1 fest verbunden ist, hat sich aufgrund
der Verkürzung
der Rohrleitung 1 auf den Coldboxstutzen 3 zubewegt. Die
Vorrichtung wird somit gestaucht. Diese Stauchung wird durch den
flexiblen Balgteil 7 aufgenommen, der sich hierbei in Falten
legt.
-
Das
kegelstumpfförmige
obere Balgteil 6 behält
dagegen auch in dieser Phase seine Form bei und bildet eine schirmförmige Abdeckung über dem gefalteten
Balgteil 7. Das versteifte Balgteil 6 schützt so das
flexible Balgteil 7 sowie den Anschluss der Vorrichtung
an den Coldboxstutzen 3 vor Umwelteinflüssen. Insbesondere Regen und
Staub können
sich nicht mehr Taschen absetzen, die sich bei der Faltung des unteren
Balgteils 7 bilden.