Rohrbündelwärmetauscher: Rohr-Rohrboden-Schweißung, Dichtheit und Einstufung nach DGRL
Wie funktioniert ein Rohrbündelwärmetauscher?
Laut Wikipedia besteht ein Rohrbündelwärmetauscher aus einem Hohlzylinder aus Stahlblech, in dem einige Zehn bis Tausende Rohre mit geringer Nennweite liegen. Durch den Mantel strömt das erste Medium, durch die Rohre das zweite; die Wärme geht durch die Trennwände über. Die Rohrenden sitzen in Bohrungen der Rohrböden, die Rohre können gerade oder als U-Rohre gebogen sein, und Umlenkbleche lenken das mantelseitige Medium quer über die Rohre.
Die Fachzeitschrift Heat Exchanger World unterscheidet nach der Bauart der Rohrböden drei Grundformen: feste Rohrböden (einfach, ohne Dichtungen auf der Mantelseite, Wärmedehnung über einen Kompensator im Mantel), U-Rohr-Bündel (Wärmedehnung frei, Bündel ausziehbar) und Schwimmkopf (Wärmedehnung frei, teurer je Fläche).
Fassung: Wir zitieren die Richtlinie 2014/68/EU als Primärtext. Die Leitlinien der Kommissions-Arbeitsgruppe „Pressure“ (B-04, B-19, A-47, F-05) zitieren wir nach der Fassung 5.1 vom Oktober 2018; Auslegungsnormen und ISO 15614-8:2016 nennen wir nur mit Titel und Anwendungsbereich.
Die Rohr-Rohrboden-Verbindung
Nur eingewalzt
Das Rohr wird von innen kalt aufgeweitet und sitzt mit Übermaß in der Rohrbodenbohrung. Laut Ward die wirtschaftlichste, aber am wenigsten robuste Variante.
Dichtgeschweißt und eingewalzt
Eine minimale Dichtnaht ohne berechnete Größe dichtet die Verbindung ab; die volle Festigkeit kommt laut Ward erst aus dem zusätzlichen Einwalzen.
Festigkeitsgeschweißt
Die Naht ist so bemessen, dass sie die Kräfte und Drücke an der Verbindung allein aufnimmt — ohne Einwalzen.
Festigkeitsgeschweißt und eingewalzt
Beide Verfahren kombiniert.
Für die Richtlinie sind das dauerhafte Verbindungen — Verbindungen, die nur durch zerstörende Verfahren getrennt werden können (Art. 2 Nr. 13). Laut Leitlinie F-05 gehört dazu auch das Einwalzen; lösbare Dehnstopfen zum Verschließen von Rohren dagegen nicht. Für dauerhafte Verbindungen gilt Anhang I Nr. 3.1.2: qualifiziertes Personal, fachlich einwandfreie Arbeitsverfahren und ab Kategorie II die Zulassung von Verfahren und Personal durch eine unabhängige Stelle.
Die Verfahrensprüfung für das Lichtbogenschweißen von Rohr-Rohrboden-Verbindungen regelt ISO 15614-8 (Ausgabe 2016). Laut ihrem Anwendungsbereich (Katalogeintrag des estnischen Normungszentrums EVS) gilt sie für Verbindungen mit verbleibendem Spalt zwischen Rohr und Rohrboden, voll belastet oder nur dichtgeschweißt, wie es die Anwendungsnormen verlangen. Für Verbindungen, bei denen eine mechanische Aufweitung die Last trägt, ist die Verfahrensprüfung eigens festzulegen.
Dichtheitsprüfung der Rohr-Rohrboden-Schweißungen
Laut Ward wird die Helium-Dichtheitsprüfung häufig für Rohr-Rohrboden-Schweißungen eingesetzt; Ward prüft nach dem Schweißen aller Rohrenden, aber vor dem Einwalzen, damit nur die Nähte geprüft werden. Wegen der kleinen Heliumatome kann sie Lecks finden, durch die beim hydrostatischen Druckversuch kein Wasser tritt. Wie die Prüfung abläuft, beschreibt die Seite Helium-Dichtheitsprüfung.
Die Druckprüfung nach Anhang I Nr. 3.2.2 bleibt davon unberührt; sie gilt dem fertigen Gerät. Was die Richtlinie dazu verlangt, steht auf der Seite Hydrostatische Druckprüfung.
Einstufung nach DGRL: zwei Kammern, ein Behälter
Setzt sich ein Behälter aus mehreren Kammern zusammen, wird er in die höchste Kategorie der einzelnen Kammern eingestuft; befinden sich unterschiedliche Fluide in einer Kammer, entscheidet das Fluid mit der höchsten Kategorie (Art. 13 Abs. 2).
Die Leitlinien der Kommissions-Arbeitsgruppe wenden das auf den Wärmetauscher an: Wärmetauscher gelten als Behälter (B-04, mit einer Ausnahme für bestimmte Rohr-Wärmetauscher mit Luft als Sekundärmedium). Mantel- und Rohrseite sind zwei Kammern desselben Behälters; jede wird für sich eingestuft, das Konformitätsbewertungsverfahren richtet sich nach der höchsten Kategorie, und für die gemeinsame Trennwand gelten die technischen Anforderungen der höheren Kammer (B-19). Ein Ersatz-Rohrbündel wird deshalb nicht separat CE-gekennzeichnet (A-47).
Rohrböden und Rohrbündel zählt die Leitlinie G-06 zu den wichtigsten drucktragenden Teilen — für sie verlangt Anhang I Nr. 4.3 ab Kategorie II eine Werkstoffbescheinigung mit spezifischer Prüfung. Wie Sie Kategorie und Modul bestimmen, steht auf der Seite Einstufung nach Druckgeräterichtlinie.
Was das für die Schweißdokumentation heißt
Am Rohrbündelwärmetauscher treffen mehrere Verfahren zusammen: Längs- und Rundnähte am Mantel, Stutzen und die Rohr-Rohrboden-Nähte mit eigener Verfahrensprüfung. Die Druckgeräte Schweißdoku Software führt Schweißanweisungen, Verfahrensprüfungen nach ISO 15614-1 und Schweißerprüfungen nach ISO 9606-1 mit Fristen; der Deckungscheck zeigt, welche erfassten Schweißer für eine Anweisung qualifiziert sind. Auslegung, Einstufung und Dichtheitsprüfung übernimmt sie nicht.
Was diese Seite nicht leistet
Diese Seite gibt keine Auslegungsnorm und keine Verfahrensprüfnorm wieder. Bauart, Verbindungsart und Prüfumfang legen Konstrukteur, Regelwerk und beteiligte Stelle fest. Keine Rechtsberatung.
Häufige Fragen
- Wie funktioniert ein Rohrbündelwärmetauscher?
- In einem Mantel aus Stahlblech liegen viele Rohre mit geringer Nennweite. Ein Medium strömt durch den Mantel, das zweite durch die Rohre; die Wärme geht durch die Rohrwände über, ohne dass sich die Medien mischen. Die Rohrenden sitzen in Rohrböden, Umlenkbleche lenken das mantelseitige Medium quer über die Rohre (laut Wikipedia).
- Wie wird ein Rohrbündelwärmetauscher nach DGRL eingestuft?
- Setzt sich ein Behälter aus mehreren Kammern zusammen, wird er nach Artikel 13 Absatz 2 der Richtlinie 2014/68/EU in die höchste Kategorie der einzelnen Kammern eingestuft. Laut Leitlinie B-19 der Kommissions-Arbeitsgruppe „Pressure“ sind Mantel- und Rohrseite zwei Kammern desselben Behälters; jede Kammer wird für sich eingestuft, das Konformitätsbewertungsverfahren richtet sich nach der höchsten Kategorie.
- Welche Norm gilt für die Verfahrensprüfung von Rohr-Rohrboden-Schweißungen?
- Für das Lichtbogenschweißen von Rohr-Rohrboden-Verbindungen gibt es die Verfahrensprüfung nach ISO 15614-8. Laut ihrem Anwendungsbereich (ISO 15614-8:2016) gilt sie für Verbindungen mit verbleibendem Spalt zwischen Rohr und Rohrboden, voll belastet oder nur dichtgeschweißt, wie es die Anwendungsnormen verlangen. Trägt eine mechanische Aufweitung (Einwalzen) die Last, ist die Verfahrensprüfung eigens festzulegen.
- Wann wird die Rohr-Rohrboden-Schweißung auf Dichtheit geprüft?
- Beim US-Hersteller Ward Vessel and Exchanger wird die Helium-Dichtheitsprüfung der Rohr-Rohrboden-Schweißungen nach dem Schweißen aller Rohrenden, aber vor dem Einwalzen durchgeführt, damit nur die Nähte geprüft werden. Wegen der kleinen Heliumatome kann sie Lecks finden, durch die beim hydrostatischen Druckversuch kein Wasser tritt.
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