DE102009057680A1

DE102009057680A1 - Befestigungselement für ein chemisch, mechanisch und/oder thermisch belastetes Auskleidungselement sowie Auskleidungseinrichtung

Info

Publication number: DE102009057680A1
Application number: DE200910057680
Authority: DE
Inventors: Matthias Klein; Klaus Vierkötter
Original assignee: Steuler Industriewerke GmbH
Current assignee: Steuler Holding De GmbH
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: WO2011070094A3; DE102009057680B4; WO2011070094A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement für chemisch, mechanisch, und/oder thermisch belastete Auskleidungen in Industrieanlagen. Ein beispielsweise aus Edelstahl hergestelltes Auskleidungselement (12) ist über Verankerungselement (22) mit einer Unterkonstruktion (10) verbunden. Hierbei ist das Auskleidungselement (12) in einem Abstand zur Unterkonstruktion (10) angeordnet. Das Verankerungselement, das vorzugsweise aus Keramik hergestellt ist, ist formschlüssig mit der Unterkonstruktion insbesondere aufgrund eines Hinterschnitts verbunden. Ferner weist das Verankerungselement (22) ein im wesentlichen innerhalb des Verankerungselements (22) angeordnetes Fixierelement auf, das über ein bandförmiges Verbindungselement 30 mit dem Auskleidungselement (12) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement für chemisch, mechanisch und/oder thermisch belastete Auskleidungselemente in Industrieanlagen sowie eine Auskleidungseinrichtung mit einem entsprechenden Befestigungselement.
Industrieanlagen, wie Anlagen in der Chemieindustrie, Energieerzeugungsanlagen und dergleichen sind häufig hohen chemischen, mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Dies gilt insbesondere auch für in der Industrie eingesetzte Behälter, Rohrleitungen, Abgasanlagen und dergleichen. Derartige Industrieanlagen weisen beispielsweise eine Unterkonstruktion auf, die aus Stahl, Beton, Ziegeln und dergleichen hergestellt sein kann. Da die auftretenden chemischen, mechanischen und/oder thermischen Belastungen zu Beschädigungen der Unterkonstruktion führen würden, ist die Übergangskonstruktion mit Auskleidungselementen versehen. Hierbei kann es sich um Elemente aus geeignetem Kunststoffmaterial, geeigneten gegebenenfalls beschichteten Metallen, Edelstahl etc. handeln. Die Auskleidungselemente sind je nach auftretender Belastung unmittelbar mit der Unterkonstruktion verbunden oder in einem Abstand zu der Unterkonstruktion über entsprechende Abstandshalter befestigt. Häufig sind zwischen den Auskleidungselementen und der Unterkonstruktion noch Zwischenschichten, beispielsweise aus Isolationsmaterial vorgesehen, um insbesondere eine zu große Wärmeeinbringung in die Unterkonstruktion zu vermeiden. Insbesondere bei Unterkonstruktionen aus Beton oder Ziegeln ist dies wichtig, da hohe Temperaturen zu einer Zerstörung der Unterkonstruktion führen würden.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Befestigungselement zu schaffen, mit dem ein starken chemischen, mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen ausgesetztes Auskleidungselement auf einfache Weise auf einer insbesondere aus Beton hergestellten Unterkonstruktion gehalten werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Auskleidungseinrichtung mit einem derartigen Befestigungselement zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, bzw. eine Auskleidungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Juli 2009.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist insbesondere zur Auskleidung von Industrieanlagen geeignet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Rauchgasentschwefelungsanlage, bei der in einem Turm Abgase mit hohen Temperaturen eingeleitet werden. Das Gas wird mit einer Kalkmilchsuspension beregnet, so dass sich im unteren Bereich des Turms Gips bildet und hierdurch eine Reinigung der Abgase erfolgt. Eine derartige Industrieanlage ist hohen chemischen, mechanischen und auf thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Erfindungsgemäß ist daher ein Auskleidungselement, das beispielsweise aus mehreren einen Mantel bildenden Platten aus Metall hergestellt sein kann, an einer Unterkonstruktion befestigt. Insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen ist es hierbei bevorzugt, eine Unterkonstruktion aus Beton oder Stein vorzusehen. Unterkonstruktionen aus Stahl sind erheblich teurer und in der Konstruktion aufwendiger.
Erfindungsgemäß sind daher zur Befestigung des Auskleidungselements an der Unterkonstruktion mehrere Befestigungselemente vorgesehen, die jeweils formschlüssig in der Unterkonstruktion verankert sind. Hierzu weisen die Befestigungselemente ein Verankerungselement auf, das zur Übertragung von Kräften von dem Auskleidungselement auf die Unterkonstruktion geeignet ist. Bei den auftretenden Kräften handelt es sich einerseits um das Gewicht des Auskleidungselementes selbst, sowie um die insbesondere durch thermische Verformung des Auskleidungselements auftretenden Kräfte. Das erfindungsgemäße Verankerungselement ist ferner aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt. Hierdurch ist vermieden, dass die hohe, im inneren der Industrieanlage herrschende Temperatur, bzw. die Temperatur des Auskleidungselements in die Unterkonstruktion eingebracht wird. Dies ist unbedingt erforderlich, da eine Unterkonstruktion aus Stein oder Beton mit nicht mehr als ca. 80°C belastet werden sollte, die Temperaturen im Inneren der Industrieanlage, insbesondere eines Turms einer Rauchgasentschwefelungsanlage jedoch über 200°C betragen können.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass Verankerungselement aus Keramik oder einem Keramik aufweisenden Material herzustellen. Das Verankerungselement ist somit einerseits formschlüssig in der Unterkonstruktion verankert und weist andererseits an der von der Unterkonstruktion abweisende Seite eine Anlagefläche auf, mit der das Auskleidungselement mittelbar oder unmittelbar verbunden ist. Über die Anlagefläche erfolgt das Einbringen bzw. das Aufnehmen der auftretenden Kräfte.
Zur Befestigung des Auskleidungselements an der Anlagefläche des Verankerungselements ist ferner je Befestigungselement mindestens ein Fixierelement vorgesehen. Das insbesondere stiftartig ausgebildete Fixierelement ist im wesentlichen innerhalb des Verankerungselements angeordnet, wobei das Fixierelement an der Anlagefläche des Verankerungselements frei zugängig ist. Hierbei ist die Zugänglichkeit vorzugsweise dadurch realisiert, dass das Fixierelement über die Anlagefläche vorsteht. Da das Fixierelement in besonders bevorzugter Ausführungsform aus Metall hergestellt ist, kann beispielsweise ein Verschweißen des ebenfalls aus Metall hergestellten Auskleidungselements mit dem Fixierelement erfolgen. Hierbei ist vorzugsweise zwischen dem Auskleidungselement und dem Fixierelement ein Verbindungselement vorgesehen. Das Verbindungselement ist vorzugsweise bandförmig ausgebildet und ebenfalls aus Metall. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgte somit ein Verbinden des mindestens einen Fixierelements mit dem bandförmigen Verbindungselement, wobei sodann das Auskleidungselement mit dem Verbindungselement insbesondere durch Verschweißen verbunden ist.
Um den unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten Rechnung zu tragen, ist es bevorzugt, dass das Auskleidungselement gegenüber dem Verankerungselement insbesondere in der Ebene der Anlagefläche verschiebbar ist. Bevorzugt ist es hierbei, dass die Verschiebung zwischen dem Verbindungselement und dem Fixierelement realisiert ist, so dass das Auskleidungselement mit dem Verbindungselement insbesondere durch Verschweißen fest verbunden werden kann.
Um eine möglichst gute Kraftübertragung von dem Auskleidungselement in die Unterkonstruktion zu verwirklichen, weist das Verankerungselement vorzugsweise ein sich in Richtung der Unterkonstruktion erweiternden Querschnitt auf. Hierdurch ist eine Hinterschneidung ausgebildet. Bei einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Verankerungselement ist dieses zumindest in dem Bereich der innerhalb der Unterkonstruktion angeordnet ist, kegelstumpfförmig erweitert. Vorzugsweise ist das Verankerungselement im Längsschnitt schwalbenschwanzförmig ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist es, dass das Verankerungselement bereits bei der Herstellung der Unterkonstruktion, das heißt insbesondere beim Gießen der Unterkonstruktion aus Beton mit eingegossen wird und somit nach innen in Richtung des später zu montierenden Auskleidungselementes vorsteht. Es ist jedoch auch möglich, nachträglich Verankerungselemente vorzusehen. Hierzu kann in der Unterkonstruktion eine Ausnehmung vorgesehen oder eingebracht werden, die einen etwas größeren Querschnitt als das Verankerungselement aufweist. Das Verankerungselement wird sodann in die Ausnehmung eingesetzt, die anschließend mit Kunstharz verfüllt wird. Nach Aushärtung des Kunstharzes, das eine feste Verbindung mit der Unterkonstruktion, insbesondere mit dem Beton eingeht, ist ebenfalls ein Hinterschnitt realisiert, so dass hohe Kräfte von dem Auskleidungselement auf die Unterkonstruktion übertragen werden können.
Das Fixierelement weist in besonders bevorzugter Ausführungsform einen Kopf auf, um das Fixierelement sicher in dem Verankerungselement zu halten. Hierbei ist das Fixierelement insbesondere stiftförmig ausgebildet und weist einen im wesentlichen im Bereich der Rückseite des Verankerungselements angeordneten Kopf auf. Das Fixierelement wird vorzugsweise von einer Rückseite des Verankerungselements in dieses eingeführt. Der Kopf des Fixierelements liegt sodann beispielsweise unmittelbar an der Rückseite des Fixierelements an, wobei die Rückseite in diesem Fall eine Haltefläche bildet. Ebenso ist es möglich, den Kopf des Fixierelements in einer Vertiefung des Verankerungselements anzuordnen, so dass der Kopf innerhalb des Verankerungselements angeordnet ist. Durch das Anordnen des Kopfs des Fixierelements in einer Vertiefung ist sichergestellt, dass durch das Fixierelement keine Wärmebrücke entsteht. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn das Fixierelement aus wärmeleitfähigem Material wie Metall hergestellt ist. Hierzu kann die Vertiefung vorzugsweise zusätzlich mit Kunstharz verfüllt werden, so dass einerseits ein Halten des Fixierelements in dem Verankerungselement gewährleistet ist und zusätzlich durch das Kunstharz eine Isolation erfolgt. Ferner ist es möglich, den Querschnitt des Vertiefungselementes entsprechend dem Querschnitt des Kopfes zu wählen. Hierbei kann ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt gewählt werden, um ein Verdrehen des Fixierelements zu vermeiden.
Vorzugsweise ist zwischen dem Auskleidungselement und der Unterkonstruktion Isoliermaterial angeordnet um auch an diesem Bereich ein zu starkes Erwärmen der Unterkonstruktion zu vermeiden. Bei dem Isoliermaterial kann es sich beispielsweise um Keramikfasermatten, Kalciumsilikat-Platten oder ähnliches handeln.
Ferner betrifft die Erfindung eine Auskleidungseinrichtung für Industrieanlagen. Diese weist ein Auskleidungselement auf, das von einer Unterkonstruktion getragen ist. Die Befestigung des Auskleidungselement an der Unterkonstruktion erfolgt hierbei mittels mehrerer der vorstehend beschriebenen Befestigungselemente.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: einen schematischen Querschnitt eines Gaseinlassstutzens eines Rauchgaswäschers in einer Rauchgasentschwefelungsanlage,
2 u. 3: unterschiedliche Ausführungsformen eines Befestigungselements für ein Auskleidungselement des in 1 dargestellten Einlassstutzens, und
4: eine Schnittansicht der Linie IV-IV in 2.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Gaseintrittsstutzens eines Rauchgaswäschers in Rauchgasentschwefelungsanlagen ist eine aus Beton hergestellte Unterkonstruktion 10 mit einem Auskleidungselement 12 versehen. Das an der Innerseite der Unterkonstruktion 10 angeordnete Auskleidungselement 12 weist zur Auskleidung Stahlplatten auf, die in einen Abstand zu den Innenseite 14 der Unterkonstruktion angeordnet sind. Innerhalb des Abstands zwischen dem Auskleidungselement 12 und der Unterkonstruktion 10 ist zur Isolation beispielsweise eine Keramikfaserplatte 16 (2) oder Kalciumsilicatplatten 18 (3) vorgesehen. Die Befestigung der Auskleidungselemente 12 kann durch unterschiedlich ausgestaltete Verankerungsvorrichtungen 20 erfolgen, deren Aufbau nachstehend anhand der 2 und 3 näher erläutert wird.
Ein Verankerungsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform (2) weist ein Verankerungselement 22 aus einem isolierenden Material, durch das Kräfte gut übertragen werden können, auf. Bevorzugt ist es das Verankerungselement aus Keramik herzustellen. Innerhalb des Verankerungselements ist ein insbesondere aus Stahl hergestelltes Fixierelement 24 angeordnet. Dieses weist ein stiftförmiges Element 26 auf, das innerhalb einer sich in Längsrichtung des Verankerungselements erstreckenden Bohrung angeordnet ist. Das stiftförmige Element 26 verläuft im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 14 der Unterkonstruktion 10 sowie auch senkrecht zu dem Auskleidungselement 12. Der Stift 26 des Fixierelements 24 ragt über eine Anlagefläche 28 des Verankerungselements geringfügig vor, wobei die Anlagefläche 28 im wesentlichen parallel zu dem Auskleidungselement 12 verläuft. Der Stift 26 ist somit für eine Verbindung mit dem Auskleidungselement 12 frei zugänglich.
Zur Fixierung des Auskleidungselements 12 in der Unterkonstruktion 10 ist zwischen der Anlagefläche 28 und dem Auskleidungselement 12 ein bandförmiges Verbindungselement 30 vorgesehen. An dem Verbindungselement 30 ist das Auskleidungselement 12 durch Verschweißen fixiert. Um Verschiebungen, die insbesondere aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungs-Koeffizienten zwischen der Unterkonstruktion 10 und dem Auskleidungselement 12 auftreten, zu ermöglich, weist das Verbindungselement 30 Langlöcher 32 (4) auf. Hierdurch ist ein Verschieben der Verbindungselement 30 in Richtung 33 der Langlöcher 32, in denen die Stifte 26 angeordnet sind, möglich.
Die zwischen den Auskleidungselement 12 und der Unterkonstruktion 10 angeordnete Isolierung in Form einer Keramikfasermatter 16 ist über einen Haltestift 34 in der Unterkonstruktion 10 verankert.
Das Fixierelement 24 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Rückseite 36 des Verankerungselements 22 vor der Montage bzw. Anordnung des Verankerungselements 22 in der Unterkonstruktion 10 in eine Vertiefung 38 eingeschoben. Die Vertiefung 38 ist stufenförmig und geht in die Bohrung über, in der der Stift 26 angeordnet ist.
Der Stift 26 des Fixierelements 24 ist mit einem Kopf 40 verbunden, der innerhalb der Vertiefung angeordnet ist, wobei der Kopf 40 aufgrund der Querschnittsverringerung der Vertiefung 38, das heißt in dem Übergang in die Bohrung an einer Haltefläche 42 der Vertiefung anliegt. Hierdurch ist ein Herausrutschen des Fixierelements 24 in Richtung des Auskleidungselements 12 vermieden. Hierdurch ist es möglich, dass hohe Kräfte von dem Auskleidungselement 12 über das Fixierelement 24 auf das Verankerungselement 22 und von diesem in die Unterkonstruktion 10 übertragen werden können. Die Vertiefung 38 weist vorzugsweise einen beispielsweise quadratischen Querschnitt auf. Der Kopf 40 weist sodann ebenfalls einen quadratischen Querschnitt auf, so dass ein Verdrehen des Kopfs 40 in der Vertiefung 38 vermieden ist. Zur Fixierung des Fixierelements 24 in dem Verankerungselement 22 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Vertiefung 38 mit einem Harz 44 verfüllt. Ferner dient das Harz 44 als Isolation um eine Wärmeübertragung von dem insbesondere aus Metall hergestellten Fixierelement 24 auf die Unterkonstruktion zu vermeiden.
Um ein sicheres Halten des Verankerungselements 22 in der Unterkonstruktion 10 zu gewährleisten, weist das Verankerungselement 22 einen ausgehend vom Auskleidungselement 12 sich erweiternden Querschnitt auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erster in Richtung des Auskleidungselements 12 weisender Teil des Verankerungselements 22 zylindrisch, wobei sich an den zylindrischen Teil sodann ein sich kegelstumpfförmig erweiternder Teil anschließt. Hierdurch ist ein Hinterschnitt realisiert. Das Verankerungselement 22 wird in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bei der Herstellung der Unterkonstruktion 10 aus Beton mit eingegossen. Aufgrund des Hinterschnitts ist ein Herausziehen des Verankerungselements 22 aus der Unterkonstruktion 10 aufgrund hoher von dem Auskleidungselement 12 aufgebrachten Kräfte nicht möglich. Das Auskleidungselement 12 ist somit sicher in der Unterkonstruktion 10 verankert. Da das Verankerungselement 22 in bevorzugter Ausführungsform aus Keramik hergestellt ist, erfolgt nur eine geringe Wärmeübertragung von dem Auskleidungselement 12 auf die Unterkonstruktion 10, so dass ein zu starkes Erhitzen der aus Beton hergestellten Unterkonstruktion 10 vermieden ist. Eine Unterkonstruktion aus Beton darf aus Gründen der Betriebssicherheit nicht über ca. 80°C erhitzt werden. Durch das Anordnen des Fixierelements 24 innerhalb des keramischen Verankerungselements 22 sowie durch Verschließen der Vertiefung 38 mittels eines Kunstharzes 44 ist sichergestellt, dass das Fixierelement 24 keine Wärmebrücke bildet.
Bei der in 3 dargestellten alternativen Ausführungsform der Verankerung sind identisch oder ähnliche Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Verankerungselement 22 nachträglich in die Unterkonstruktion 10 eingesetzt werden kann, wobei die Form des Verankerungselements 22 identisch mit, der anhand 2 beschriebenen Form ist. Zur Verankerung in der Unterkonstruktion 10 wird in dieser eine Ausnehmung 46 vorgesehen. Diese ist derart ausgebildet, dass sie sich im dargestellten Ausführungsbeispiel, ausgehend von der Oberseite 14 der Unterkonstruktion erweitert. Es handelt sich hierbei vorzugsweise wie bei dem keramischen Verankerungselement 22 ebenfalls um eine rotationssymmetrische Ausnehmung bzw. ein entsprechend rotationssymmetrisches Bauteil. Zur Fixierung wird das Verankerungselement 22 in die Ausnehmung 46 eingesetzt und der verbleibende Hohlraum mit aushärtendem Kunstharz 48 verfüllt. Hierbei kann es sich um das selbe Kunstharz 44 handeln, dass in der Vertiefung 38 des Verankerungselements 22 angeordnet ist. Im Übrigen entspricht die in 3 dargestellten Ausführungsform der in 2 dargestellten Ausführungsform.

Claims

Befestigungselement für chemisch, mechanisch und/oder thermisch belastete Auskleidungselemente in Industrieanlagen, mit einem formschlüssig in einer Unterkonstruktion (10) verankerten Verankerungselement (22) zur Übertragung von Kräften von dem Auskleidungselement (12) auf die Unterkonstruktion (10), wobei das Verankerungselement (22) aus wärmeisolierendem Material hergestellt ist, wobei das Verankerungselement (22) eine von der Unterkonstruktion (10) wegweisende Anlagefläche (28) für das Auskleidungselement (12) aufweist, und einem im Wesentlichen innerhalb des Verankerungselements (22) angeordneten Fixierelement (24), das an der Anlagefläche (28) zur Verbindung mit dem Auskleidungselement zugänglich ist.
Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (22) einen sich zumindest teilweise in Richtung der Unterkonstruktion (10) erweiternden Querschnitt zur Ausbildung einer Hinterschneidung aufweist.
Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (22) im Längsschnitt schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (22) Keramik aufweist, insbesondere aus Keramik besteht.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (24) einen Kopf (40) zum Halten in dem Verankerungselement (22) aufweist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (24) von einer Rückseite (36) des Verankerungselements (22) in dieses eingeführt ist, so dass der Kopf (40) an einer Haltefläche (42) des Verankerungselements (22) anliegt.
Befestigungselement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (40) in einer Vertiefung (38) des Verankerungselements (22) angeordnet ist.
Befestigungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (38) mit Kunstharz (44) verfüllt ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (24) mit einem an der Anlagefläche (28) anliegenden, insbesondere bandförmigen Verbindungselement 30 verbunden ist.
Befestigungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) mit dem Fixierelement (24) in der Ebene der Anlagefläche (28) verschiebbar verbunden ist.
Befestigungselement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskleidungselement (12) mit dem Verbindungselement (30) insbesondere durch Verschweißen verbunden ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (22) in einer Ausnehmung (46) der Unterkonstruktion angeordnet ist, wobei die formschlüssige Verbindung durch Verfüllen der Ausnehmung (46) mit Kunstharz erfolgt.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auskleidungselement (12) und der Unterkonstruktion (10) Isoliermaterial (16, 18) zur thermischen Isolierung angeordnet ist.
Auskleidungseinrichtung für eine chemisch, mechanisch, und/oder thermisch belastete Industrieanlage, mit einer Unterkonstruktion (10) an der mittels Befestigungselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ein Auskleidungselement (12) angeordnet ist.