Ein Rohrboden ist die primäre druckhaltende Komponente eines Rohrbündelwärmetauschers, die das flüssige Medium auf der Rohrseite von dem flüssigen Medium auf der Mantelstromseite trennt und eine strukturelle Unterstützung für das Rohrbündel bietet. Es handelt sich um eine flache kreisförmige Platte, die mit einem Lochmuster versehen ist, um Rohre aufzunehmen, die dann aufgeweitet, geschweißt oder beides werden, um die Rohr-Rohrboden-Verbindung zu bilden.
Der Rohrboden fungiert als:
Eine Druckgrenze zwischen Rohrseite und Mantelstromseite (muss dem höheren der beiden Drücke oder dem Differenzdruck standhalten)
Eine strukturelle Unterstützung für das Rohrbündel (überträgt Rohrlasten auf den Mantelstutzen)
Ein Strömungsverteiler (Einlass-/Auslassstutzen leiten Flüssigkeit zu bestimmten Rohrreihen)
Dieses Produkt wird gemäß ASME Section VIII Division 1 oder Division 2, TEMA Class R (Raffinerie), B (Chemie) oder C (Gewerbe) und GB/T 151 für inländische Anwendungen entwickelt und hergestellt. Rohrböden werden als eigenständige Schmiede- oder Walzplatten oder als Teil einer kompletten Rohrbündelbaugruppe geliefert.
Rohrboden ist an beiden Enden direkt mit dem Mantel verschweißt oder verschraubt
Rohre sind an beiden Rohrböden fixiert; der Mantel ist integral mit den Rohrböden
Kompensation der thermischen Ausdehnung: Erfordert ein Dehnungsstück am Mantel, wenn die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen Rohr und Mantel den zulässigen Wert überschreitet (typischerweise > 60 °C für Kohlenstoffstahl; > 40 °C für Edelstahl)
Anwendung: Saubere Mantelstrommedien, geringe Temperaturdifferenz, nicht verschmutzende Betriebsbedingungen
Einschränkung: Reinigung des Mantelstroms ist ohne Ausbau des gesamten Bündels nicht möglich; kein mechanischer Reinigungszugang auf der Mantelstromseite
Ein Rohrboden ist am Mantelstutzen fixiert (stationär); der andere kann sich frei bewegen (schwimmend), um die thermische Ausdehnung auszugleichen
Schwimmender Rohrboden ist nicht mit dem Mantel verschweißt – ermöglicht axiale Bewegung des Bündels
Anwendung: Große Temperaturdifferenz (ΔT > 60 °C), verschmutzende Betriebsbedingungen, die einen Bündelausbau erfordern
Einschränkung: Erfordert zusätzliche Dichtungsanordnung (Schwimmkopfdeckel), was Kosten und Wartungskomplexität erhöht
Ein einziger Rohrboden stützt beide Enden von U-förmigen Rohren
Alle Rohre sind zu einer U-Form gebogen und beide Rohrenden sind in denselben Rohrboden gerollt/geschweißt
Keine differentielle thermische Ausdehnung zwischen Rohren und Mantel – jedes Rohr dehnt sich unabhängig aus
Anwendung: Hohe thermische Differenz (ΔT bis zu 200 °C), Hochdruck-Gasbetrieb, Wasserstoffbetrieb, thermischer Schock
Einschränkung: Rohre können nicht mechanisch gereinigt werden (nur chemische Reinigung); minimaler U-Bogenradius begrenzt die Auswahl des Rohraußendurchmessers
| Parameter | Bereich | Standard / Hinweis |
|---|---|---|
| Durchmesser (AD) | 200 mm – 4.000 mm | Begrenzt durch Schmiede-/Walzfähigkeit und Transport |
| Dicke | 15 mm – 350 mm | Bestimmt durch ASME VIII-1 UG-34 / TEMA RCB-4.3 |
| Lochkreisdurchmesser | Entspricht Mantelstutzen oder Kanalstutzen | Nach ASME B16.5 / B16.47 |
| Anzahl der Lochbohrungen | Entspricht Flanschstandard | Nach ASME / TEMA |
| Lochbohrungsdurchmesser | Bolzendurchmesser + 1,5 mm – 3,0 mm Spiel | Nach Flanschstandard |
| Dichtungsauflagefläche | Vorgeschweißte Fläche (RF) oder Ringnutdichtung (RTJ) | Nach ASME B16.5 |
| Parameter | Bereich | Standard / Hinweis |
|---|---|---|
| Lochdurchmesser | Rohr-AD + 0,2 mm – 0,5 mm (für aufgeweitete Verbindungen) | Nach TEMA RCB-4.3 / GB/T 151 |
| Lochdurchmessertoleranz | H11 (z. B. Ø25,2 mm +0,13/0) | Nach ISO 286 / TEMA-Standard |
| Lochoberflächengüte (Ra) | ≤ 1,6 µm (aufgeweitet) / ≤ 3,2 µm (geschweißt) | Für Aufweitung: feinere Oberfläche gewährleistet Auszugsfestigkeit |
| Stegbreite | Mindestens 0,8 * Lochdurchmesser | Nach ASME VIII-1 Anhang A – verhindert Steg-Bruch |
| Stegabweichung von der Zeichnung | ≤ ±0,2 mm | Nach TEMA RCB-4.3 |
| Lochsenkrechtigkeit zur Oberfläche | ≤ 0,5 ° | Verhindert Rohrfehlausrichtung während des Einsetzens |
| Muster | Beschreibung | Anwendung |
|---|---|---|
| Dreieckig (30° oder 60°) | Rohre in gleichseitigen Dreiecken angeordnet | Maximale Rohrdichte; höchste Wärmeübertragungsfläche pro Mantelquerschnitt |
| Quadratisch (90°) | Rohre in geraden Reihen angeordnet, senkrecht | Ermöglicht mechanische Reinigung (Stab/Bürste) durch Rohrlanes |
| Gedrehtes Quadrat (45°) | Quadratisches Muster um 45° gedreht | Höhere Rohrdichte als quadratisch; moderate Reinigungszugänglichkeit |
Dreieckiger Steg: 1,25 * – 1,5 * Rohr-AD (Minimum)
Quadratischer Steg: 1,5 * – 2,0 * Rohr-AD (Minimum)
Stegtoleranz: ±0,5 mm (benachbarte Löcher) / ±1,0 mm (Gesamtstegeinigung)
| Güte | Spezifikation | Temperaturbereich | Anwendung |
|---|---|---|---|
| SA-516 Gr.60 / 65 / 70 | ASTM A516 | -20 °C bis +425 °C | Allgemeiner Druckbehälterbetrieb – nicht korrosive Rohrseitenmedien |
| SA-266 Gr.2 / 3 / 4 | ASTM A266 | -20 °C bis +425 °C | Geschmiedete Rohrböden für Hochdruckbetrieb |
| Q345R / 16MnR | GB 713 | -20 °C bis +400 °C | Inländischer Standard äquivalent zu SA-516 |
| 20# / 16Mn | GB 711 | -20 °C bis +400 °C | Geschmiedete oder gewalzte Plattenrohböden |
| Güte | Spezifikation | Temperaturbereich | Anwendung |
|---|---|---|---|
| SA-387 Gr.11 (1,25Cr-0,5Mo) | ASTM A387 | -20 °C bis +540 °C | Erhöhte Temperatur (Hydrocracking, Hydrotreating) – Chlorid-/H₂S-Betrieb |
| SA-387 Gr.22 (2,25Cr-1Mo) | ASTM A387 | -20 °C bis +540 °C | Betrieb bei höheren Temperaturen (katalytisches Reforming, Ammoniaksynthese) |
| SA-336 Gr.F11/F22 | ASTM A336 | -20 °C bis +540 °C | Geschmiedete Rohrböden für Hochtemperaturbetrieb |
| Güte | Spezifikation | Temperaturbereich | Chloridgrenze | Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| 304L / 304 | ASTM A240 / A182 | -196 °C bis +425 °C | ≤ 200 ppm | Leicht korrosiv, sauberer Dampf, Lebensmittel/Pharma |
| 316L / 316 | ASTM A240 / A182 | -196 °C bis +425 °C | ≤ 200 ppm | Organische Säuren, Salzlösungen, Chloride (moderat) |
| 321 / 347H | ASTM A240 / A182 | -196 °C bis +540 °C | ≤ 200 ppm | Hochtemperaturbetrieb (> 425 °C) – stabilisierte Güten |
| Duplex 2205 | ASTM A240 / A182 | -40 °C bis +280 °C | ≤ 300 ppm bei 80 °C | Chloridhaltige Kohlenwasserstoffe, Offshore |
| Super Duplex 2507 | ASTM A240 / A182 | -40 °C bis +250 °C | ≤ 500 ppm bei 60 °C | Starker Chloridbetrieb, Meerwasser |
| Güte | Spezifikation | Temperaturbereich | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Titan Gr.2 | ASTM B265 / B381 | -40 °C bis +230 °C | Meerwasser, Sole, stark chloridhaltiger Betrieb |
| Legierung 625 (Inconel) | ASTM B443 / B564 | -196 °C bis +540 °C | Saures Gas, Hochtemperatur-korrosiv, Aminanlagen |
| Legierung C276 (Hastelloy) | ASTM B575 / B564 | -196 °C bis +400 °C | Starker Säure- und Chloridbetrieb |
| Kupfer-Nickel C70600 | ASTM B171 | -40 °C bis +200 °C | Mariner Kühlwasser, Brackwasser |
Für korrosive Betriebsbedingungen kann der Rohrboden mit einer korrosionsbeständigen Legierungsschicht (CRA) plattiert oder aufgeschweißt werden, die auf der prozessseitigen Oberfläche aufgebracht ist. Plattierungsverfahren umfassen:
Explosionsplattiertes Plattenmaterial: Basismaterial (CS) + CRA-Schicht metallurgisch verbunden durch explosive Detonation
Walzplattiertes Plattenmaterial: Heißwalzen unter Druck zur Bildung einer Verbindung zwischen CS und CRA
Schweißauftrag (Bandplattierung): CRA-Material auf CS-Oberfläche in überlappenden Bändern aufgetragen
Auftragsschweißen: CRA-Schicht durch Schweißen auf Rohrbodenoberfläche aufgetragen, dann plan gefräst
| Parameter | Bereich / Wert | Standard / Hinweis |
|---|---|---|
| Plattierungsmaterial | 304L / 316L / Duplex / Ti / Legierung 625 / Legierung C276 | Je nach Korrosivität des Prozessmediums |
| Plattierungsdicke | 2 mm – 6 mm (mindestens 3 mm gemäß ASME VIII-1 UW-13) | Plattierungsdicke nicht in Druckberechnung einbezogen, es sei denn, sie ist vollständig verbunden |
| Scherfestigkeit der Verbindung (explosionsplattiert) | ≥ 140 MPa | Nach ASTM B898 |
| Plattierungsflächenbindung | ≥ 99 % gebundene Fläche | Einzelne ungebundene Flecken ≤ 100 mm²; gesamt ≤ 1 % |
| Schweißauftragsdicke | Mindestens 3 mm – 6 mm | Gemessen nach dem Fräsen auf die endgültige Oberfläche |
| Oberflächengüte nach Plattierung | Ra ≤ 1,6 µm (für aufgeweitete Verbindungen) / Ra ≤ 3,2 µm (für geschweißte Verbindungen) | Nach TEMA |
Die minimal erforderliche Dicke eines Rohrbodens wird gemäß ASME VIII-1 Anhang A oder TEMA RCB-4.3 berechnet. Vereinfachte Formeln für die vorläufige Dimensionierung:
t = F * (P * D) / (2 * S * E – 0,2 * P) * C (Korrektur für Rohrlocheffizienz)
Wobei: F = Auslegungsfaktor (typischerweise 1,0 – 1,5 je nach Rohr-Rohrboden-Verbindungstyp), P = Auslegungsdruck (höherer Wert von Rohrseite oder Mantelstromseite oder Differenzdruck), D = Rohrbodendurchmesser, S = zulässige Spannung bei Auslegungstemperatur, E = Stegeffizienz (Fläche des Stegs / Gesamtfläche des Stegs)
Stegeffizienz η = (p – d) / p (für Dreiecksteilung), wobei p = Teilung, d = Lochdurchmesser
t = d * sqrt(C * P / S * E)
Wobei: d = Rohrbodendurchmesser (für kreisförmige Platten), C = Randspannungsfaktor (0,3 – 0,5 je nach Lagerungsbedingung)
Für aufgeweitete Rohrverbindungen: Mindest-Rohrbodendicke ≥ 1,5 * Rohr-AD oder ≥ Rohr-AD + 20 mm (je nachdem, welcher Wert größer ist)
Für geschweißte Rohrverbindungen: Mindestdicke ≥ 1,0 * Rohr-AD oder ≥ 20 mm (je nachdem, welcher Wert größer ist)
Für kombinierte (Schweißung + Aufweitung): Mindestdicke ≥ Rohr-AD + 15 mm
| Methode | Toleranz | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| CNC-Bohren | ±0,05 mm – ±0,10 mm | Hochpräzise, Mehrlochmuster, große Rohrböden |
| Radialbohren | ±0,1 mm – ±0,2 mm | Konventionelle Fertigung, moderate Toleranzen |
| Tieflochbohren | ±0,025 mm | Tiefe Löcher (> 5 * Durchmesser), hohe Präzision |
| Laserschneiden | ±0,02 mm | Dünne Rohrböden (≤ 20 mm) |
Für aufgeweitete Verbindungen: Lochoberflächengüte Ra ≤ 1,6 µm – gewährleistet ausreichende Reibung für mechanischen Halt
Für geschweißte Verbindungen: Lochoberflächengüte Ra ≤ 3,2 µm – weniger streng; Schweißnahtfusion erfordert Sauberkeit
Für kombinierte Verbindungen: Ra ≤ 1,6 µm (Aufweitungsbereich) / Ra ≤ 3,2 µm (Schweißbereich)
Entgraten: Alle Löcher müssen auf beiden Seiten entgratet werden – Grate erschweren das Einsetzen der Rohre und führen zu Verbindungsfehlern
Lochreinigung: Druckluftblasen oder Lösungsmittelspülung zur Entfernung von Spänen und Schneidflüssigkeitsrückständen
100 % der Löcher werden mit Lehre (GO/NOGO) auf Durchmesser geprüft – GO-Lehre muss passen; NOGO-Lehre darf nicht passen
100 % der Löcher werden auf Stegabmessungen geprüft – Toleranz ±0,2 mm
Stichproben (5 %) der Löcher werden auf Oberflächengüte anhand von Vergleichern geprüft – visueller Vergleich mit Standard
Prüfung der Lochsenkrechtigkeit: Messuhr auf Rohrbodenfläche – maximale Abweichung ≤ 0,5 °
| Verbindungstyp | Methode | Auszugsfestigkeit (min.) | Anwendbarer Betrieb | Inspektion |
|---|---|---|---|---|
| Nur aufgeweitet | Hydraulische Aufweitung bei 160–220 MPa, 5–8 s halten; oder Rollenaufweitung | ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS) | Nicht toxische, nicht zyklische, saubere Medien | Hydrotest + Erststück-Auszugstest |
| Nur geschweißt (Dichtschweißnaht) | GTAW (WIG) Kehlnaht, Schenkellänge 1,5–2,0 mm | N/A (mechanische Rückhaltung nur durch Schweißnaht) | Hochdruckgas, Wasserstoffbetrieb, toxische Medien | 100 % PT nach ASME VIII-1 UW-51 |
| Schweißen + Aufweiten (kombiniert) | Dichtschweißnaht + hydraulische Aufweitung bei 160–200 MPa | ≥ 25 MPa | Zyklische thermische Belastung (> 500 Zyklen/Jahr), hoher Druck, toxisch | 100 % PT + Hydrotest + Auszugstest |
| Voll durchgeschweißt | GTAW-Schweißnaht mit voller Durchdringung, vollständige Verbindung | ≥ 30 MPa | Extremer Druck (> 15 MPa), Wasserstoff, hoher Sicherheitsfaktor | 100 % PT + 100 % RT (Stichprobe) |
| Prüfung | Methode | Umfang | Akzeptanzkriterien (nach ASME VIII-1) |
|---|---|---|---|
| Lamination (Platte) | UT (geradstrahlig) | 100 % der Plattenfläche (vor dem Bohren) | Laminationen ≤ 20 mm² pro 100 cm²; keine Kantenlamination |
| Oberflächenrisse | PT (Flüssigpenetrant) | 100 % der gebohrten Fläche + Plattierungsoberfläche | Keine Risse; Porosität ≤ 0,8 mm; keine gruppierte Porosität |
| Integrität der Plattierungsbindung (falls plattiert) | UT (Schallwellen / Bindungssuche) | 100 % der Plattierungsoberfläche | Keine Delamination > 20 mm; keine gruppierten Anzeigen |
| Lochwandbeschaffenheit | Boreskop (visuell) | 5 % – 10 % der Löcher (zufällig) | Keine Riefen, Kratzer > 0,1 mm Tiefe |
| Rohrboden-Mantel-Schweißnaht (falls geschweißt) | RT / MT / PT | Nach UW-51 (vollständig) oder UW-52 (Stichprobe) | Nach ASME VIII-1 UW-51 / UW-52 |
| Parameter | Toleranz | Methode |
|---|---|---|
| Lochdurchmesser (ID) | H11 nach ISO 286 (z. B. Ø25,2 mm +0,13/0) | Lehre / Bohrlehre |
| Abweichung der Lochstege | ≤ ±0,2 mm | Optischer Komparator / CMM |
| Stegeinigung (über 1 m Spannweite) | ≤ ±1,0 mm | CMM / optischer Komparator |
| Ebenheit der Rohrbodenfläche | ≤ 1 mm pro 1.000 mm Durchmesser | Messuhr / Richtscheibe |
| Oberflächenrauheit (plattiert oder CS) | Ra ≤ 1,6 µm (aufgeweitet) / ≤ 3,2 µm (geschweißt) | Oberflächenvergleicher / Profilometer |
| Gesamtdickenvariation | ±3 % der Nenndicke | Mikrometer (an 5 Punkten) |
| Lochkreisdurchmesser | Nach ASME B16.5 Flanschstandard | Schablone / CMM |
| Lochbohrungsflucht | ≤ 1,0 mm Abweichung von der Zeichnung | Schablone / CMM |
Wenn der Rohrboden als eigenständige Komponente geliefert wird (nicht am Mantel montiert), wird die hydrostatische Prüfung typischerweise nach der Montage des vollständigen Wärmetauschers durchgeführt. Folgende Zwischenprüfungen werden jedoch durchgeführt:
Rohrloch-Dichtheitsprüfung: Anlegen von Niederdruckluft (0,2 MPa) an jedes Loch (mit eingesetztem Blindrohr) – Seifenblasentest auf Leckage – Akzeptanz: keine Blasen
Für plattierte Rohrböden: Leichte Hydrotest (0,5 MPa) auf der Plattierungsoberfläche – Prüfung auf Plattierungsblasen oder Delamination – Akzeptanz: keine sichtbare Blasenbildung
Lochbohrungs-Druckprüfung (für flanschverbundene Rohrböden): Prüfung der Lochintegrität – keine Leckage von der Lochbohrung zur Rohrbohrung unter 0,6 MPa Luft
Materialprüfzeugnisse (EN 10204 3.1 oder 3.2) – Grundplatte, Plattierungsmaterial, Füllmaterialien
ASME U-Stempel-Datenbericht (falls zutreffend) – einschließlich Auslegungskalkulationen
TEMA-Datenblatt (Klasse R/B/C) – falls zutreffend
Maßprüfbericht (Lochdurchmesser, Steg, Stegabweichung, Ebenheit, Dicke)
ZfP-Berichte – UT (Lamination), UT (Plattierungsbindung), PT (Oberfläche), Boreskop
Bericht über die Scherfestigkeit der Plattierungsbindung (falls plattiert – explosionsplattiert oder walzplattiert)
Bericht über die Oberflächengüte der Rohrbohrungen (Profilometeraufzeichnungen – Stichprobe 5 % der Löcher)
Schweißverfahrensspezifikation (WPS) und Qualifikationsnachweis (PQR) – falls Plattierungsauftragsschweißung oder Rohrboden-Mantel-Schweißnähte angewendet werden
Diagramm der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) – falls durchgeführt (Zeit-Temperatur-Aufzeichnung)
Zeichnung (Ist-Zustand) – mit Koordinaten des Lochmusters, Steg und Abmessungen
Bei Bestellung eines Rohrbodens (neu, Ersatz oder Ersatzteil) geben Sie bitte an:
Rohrbodentyp– Feststehend / Schwimmend / U-Rohr
Mantel-ID und Kanal-ID– bestimmt den Rohrbodendurchmesser
Rohranzahl und Rohrlayoutmuster– Dreieckig / Quadratisch / Gedrehtes Quadrat
Rohr-AD und Wandstärke– bestimmt Lochdurchmesser und Steg
Rohrstege(Mittenabstand) – nach TEMA oder GB/T 151
Rohrlochdurchmesser– H11-Toleranz nach ISO 286
Rohr-Rohrboden-Verbindungstyp– Aufgeweitet / Geschweißt / Kombiniert / Voll durchgeschweißt
Rohrbodendicke– nach ASME VIII-1 Anhang A oder TEMA RCB-4.3
Rohrbodenmaterial– CS / SS / Duplex / Ti / Legierung (massiv oder plattiert)
Plattierungsanforderung (falls vorhanden) – Material, Dicke, Methode (explosionsplattiert / walzplattiert / Schweißauftrag)
Auslegungsdruck– Rohrseite und Mantelstromseite (auch Differenzdruck angeben)
Auslegungstemperatur– Rohrseite und Mantelstromseite
Flanschverbindungstyp– RF (vorgeschweißte Fläche) oder RTJ (Ringnutdichtung) – falls Rohrboden geflanscht ist
Flansch-Bohrstandard– ASME B16.5 / B16.47 oder HG/T 20615
PWHT-Anforderung– basierend auf Materialdicke und Betrieb (nach UCS-56)
ZfP-Anforderung– nach ASME VIII-1 oder Projektspezifikation
Oberflächenbehandlung (falls erforderlich) – Beizen / Passivieren / Beschichten / Elektropolieren
Der Rohrboden als eigenständiges Produkt unterliegt folgenden Einschränkungen:
Er ist nicht für Innendruck ausgelegt, bis er mit dem Mantel, den Rohren und den Flanschen montiert ist – die vollständige Behälterbewertung gilt
Er muss mit dem Flanschmuster des Mantelstutzens und der Dichtungsauflagefläche übereinstimmen; nicht übereinstimmende Löcher oder Dichtungsprofile verhindern eine ordnungsgemäße Abdichtung
Bei plattierten Rohrböden ist die Betriebstemperatur durch die niedrigste maximale Betriebstemperatur des Basismaterials oder des Plattierungsmaterials begrenzt (z. B. CS-Basis + Ti-Plattierung → max. 230 °C aufgrund der Ti-Grenze)
Nicht geeignet für Rohrseiten- oder Mantelstrommedien, die die Korrosionsbeständigkeit der ausgewählten Materialgüte überschreiten – überprüfen Sie die Auswahlstabelle
Für sehr große Durchmesser (> 3.000 mm) oder sehr dicke Abschnitte (> 300 mm) kann die Verfügbarkeit von Schmiede- oder Walzplattierungen begrenzt sein – konsultieren Sie den Hersteller bezüglich LieferzeitenRohrböden mit geschweißter Plattierung erfordern eine sorgfältige PWHT, um Wasserstoffrisse im Basismaterial und Sensibilisierung in der Plattierung zu verhindern (für SS-Plattierung kann nach dem Schweißen eine Lösungsglühung erforderlich sein)
