用于在容器中接纳板状元件的支承环 【技术领域】
本发明涉及一种支承环，用于在容器中接纳板状元件，特别是在用于从包含SO2的气体生产SO3的转化器中接纳塔盘或者隔板，其中，所述板状元件搁置在附接到容器壁上的支架上。
背景技术
在硫酸厂的转化器中，借助于催化剂来将二氧化硫(SO2)转化为三氧化硫(SO3)。包含二氧化硫的气体与氧气一起被引入到转化器中，并被引导通过转化器中一个接一个相继布置的多个接触级或者塔盘，并且至少通过催化氧化而被部分地转化为三氧化硫。从二氧化硫到三氧化硫的反应是强烈的放热反应，从而在各接触级之间设置了换热器，以便消散所产生的热量。为了获得紧凑的结构，通常在转化器内部形成一个或多个换热器，并且将接触塔盘围绕容纳换热器的中心管道环状地布置。例如，在Ullmann的工业化学百科全书第五版第A25卷的第649到653页中描述了转化器的结构和操作。
转化器的各个接触级被隔板相互分开。在这些接触级中，在所谓的塔盘上放置通常包含作为活性组分的五氧化二钒的催化剂。出于经济的原因，用于生产三氧化硫的转化器通常非常大。例如，容器的直径可为15米。在中心管道的直径为7米的情况下，对装载催化剂的塔盘来说就获得4米的环形宽度。很明显，由于催化剂的重量、生产气体的压力损失和转化器中存在的高温，在塔盘上就施加了高负荷，这会引起塑性变形。通常认为，例如在奥氏体钢的情况中，大约30％的延伸率将导致破裂。为了避免塔盘的过度偏转和破裂，需要进行加强。为了该目的，通常在转化器中加入网格结构，构造成多孔板的塔盘布置在该网格结构上，生产气体穿过塔盘。由于放热反应引起的高温，例如在第一接触级中大约为625℃，所以必须使用昂贵的不锈钢来制造承载催化剂的塔盘和接触级之间的隔板。因为由于高温的缘故网格结构也必须由不锈钢制成，并且网格结构必须具有足以支承催化剂重量的厚度，因此这些锅炉插入物的重量和成本很高。
【发明内容】
本发明目的是优化用于制造硫酸转化器的材料消耗。
利用本发明基本上实现了该目的，其中，支架具有相对于水平面向下倾斜的上支承面。
当塔盘现在被装载并且由于所装的催化剂以及由于生产气体的压力损失而使塔盘偏转时，这引起了塔盘的塑性变形。但是在变形塔盘达到大约为弹性延伸量15倍的容许延伸极限之前，通过抵靠在支架上来限制塔盘的塑性变形。在该支承范围的末端处，从零开始的板变形可能再次开始。另外，通过支架的相应倾斜，可以实现从弯曲应力到纯粹拉应力的限定转变，对于拉应力来说，存在明显更高的载荷极限值。因此，本发明允许被支撑的塔盘的有限塑性(塑性铰链)，以便有选择地将弯曲应力转变为膜的拉应力。
根据本发明的一方面，如果板状元件组成内侧搁置在第二支架上的圆环(就像在传统转化器中的惯例那样)，则第二支架的上支承面也相对于水平面向下倾斜。因此，可以在两侧同等地保持塔盘。
根据本发明的一优选方面，上支承面向下弯曲。通过相应地选择曲率，可以说，使其“遵循”板材塑性变形的物理廓线，以便达到最大的可容许延伸量。
根据本发明的一特别优选的方面，上支承面具有至少两个不同大小的相继半径。结果，可以在弯曲部的各个区域之间实现平滑过渡，其中，在各半径之间的过渡处避免了出现可能会引起板状元件破裂的边缘。
根据本发明，从最靠近容器壁的半径开始到更远离的半径，半径的大小递减(R1＞R2＞...＞Ri＞...＞Rn)。当使用两个半径时，靠近容器壁的第一半径可以限定板状元件的弯曲，而远离容器壁并且更小的第二半径用来将板从支架上分开。
根据本发明，在普通尺寸的转化器中，最靠近容器壁的半径在500到900毫米的范围内，优选在600到800毫米，并且特别是为大约700毫米。根据本发明，与最靠近容器壁的半径相继的半径在300到700毫米的范围内，优选在400到600毫米，并且特别是为大约500毫米。这些数值当然应当适应容纳板状元件的容器的尺寸。
当然，还可使弹性变形的层理适应板状元件的物理/机械弯曲。这也可以例如通过采用曲线几何形状(例如，摆线)来进行，而不是改变所述半径。
在本发明的另一实施例中，支架的上支承面向下倾斜。特别是，当没有非常高的载荷作用于板状元件上时，例如对于转化器中的隔板来说，可以省略用多个不同曲率的邻接区来逐渐支撑偏转板，并且可以仅设置一个直的支承面。这样，可以进一步降低用于支架的制造成本。在该情况下，上支承面的倾角优选为大约4～9°，特别是为大约6～7°，以便实现从偏转板的弯曲应力到纯粹拉应力的限定转变。
在本发明的一替代方面，如果例如在转化器的隔板的情况下，由于气体的压力而使载荷从下面作用在板材上，则板材可以从下面靠在支架上，并且所述支架可以具有相对于水平面向上倾斜的下接触面。该接触面的结构类似于上述接触面的结构。结果，在这两种实施例中，支承/接触面在施加在板材的作用力方向上倾斜，以便允许板材的塑性变形。
根据本发明，实现了在容器壁上对板状元件的均匀支承，其中，支架是围绕容器内壁延伸的环。在板的另一侧上，当然也提供对板的相应支承，例如围绕转化器的中心管道延伸的外环。
根据本发明，可以改进支架和板状元件之间的连接，其中，用于安装螺栓的通孔形成在支架和板状元件中。借助于所述安装螺栓，可以将支架和板状元件相互焊接、铆接或者螺接在一起。当然，还可以通过其他安装措施(例如，凹槽、接缝或者坡口)来改进所述连接。
此外，根据本发明，可以通过支承锥体或者支承杆从下面支承所述支架。
根据另一实施例，与容器壁相连的支承锥体或者支承杆从上面支承在板状元件上，以便将板状元件保持在支架上。
优选通过焊接来实现容器壁、支承锥体或支承杆、支架和板之间的连接。
还可以从附图和下面对实施例的说明来获得本发明的发展、优点和可能的应用。描述和/或图示的全部特征自身或者任何组合形成了本发明的主题，而和它们包含在权利要求中或者它们的附图标记无关。
【附图说明】
附图中：
图1示意性地显示了用于将SO2转换为SO3的转化器，
图2示意性地显示了根据本发明的在容器壁上的板支架，
图3到图7显示了根据本发明的支承环的变例，以及
图8显示了根据另一个实施例的本发明的支承环。
【具体实施方式】
如图1所示，用于将SO2转化为SO3的接触式锅炉1(例如，转化器)包括总共四个接触级(塔盘)K1到K4，在这些接触级中提供有特别是包含五氧化二钒的催化剂，以便将二氧化硫转化为三氧化硫。通过管道2向转化器1供应包含SO2的生产气体，生产气体在内部热交换器WT中被加热后穿过接触级K1和K2。接触级K1到K4围绕中心管道3环状地布置，该中心管道3起供应气体和容纳热交换器WT的作用。
通过管道4，所获得的含SO3的气体被供应到未示出的热量回收系统和中间吸收部分中，以便从生产气体中大体上除去三氧化硫。在包含SO2的生产气体通过管道7被供应到未示出的热量回收系统和最终吸收部分之前，它通过管道6被供应到转化器1的顶部并且穿过接触级K3和K4。就此而言，这是硫酸厂转化器的常规设计。
接触级K1到K4的催化剂被支承在由不锈钢制成的塔盘8上。塔盘8各自组成了围绕中心管道3的圆环。接触级K1到K4被由不锈钢制成的隔板9相互分开。
如在图2中更清楚地示出的，在转化器1的内壁10上设置支架11，塔盘9支承在该支架上。支架11组成围绕转化器1的整个内部周边延伸的支承环。在中心管道3的外面，按与此相应的方式设置环形支架(未示出)，在该环形支架上搁置有环形塔盘9。因此，塔盘9在里面和外面都被环状地支承。
搁置塔盘8的支架11的支承面12从转化器1的内壁10开始相对于水平面向下倾斜。这里，支承面12具有两个大小不同的相继的半径R1和R2。靠近容器壁10的半径R1大于靠近容器内部的半径R2。根据转化器1的尺寸、塔盘8的材料特性和由接触级K1到K4所施加的载荷来选择半径R1、R2的大小，以便在塔盘8的塑性变形达到极限值为弹性变形的10到20倍之前，通过紧靠在支架11上来限制塔盘8的塑性变形。在通常使用的转化器中，半径R1在500到900毫米的范围内，优选为600到800毫米，并且特别是为大约700毫米。半径R2通常在300到700毫米的范围内，优选为400到600毫米，并且特别是为大约500毫米。在支架11的自由端处设置半径R3，以便避免锐边，锐边可能会导致塔盘8的破裂。在支架11的支承面12上可设置多个半径R1到Rn，以便防止塔盘8变形，其中，该多个半径分成相应数量的级n，R1＞R2＞...＞Ri＞...＞Rn。
图3到图7显示了本发明的支承环的不同变例，它们实现了在容器壁10、支架11和塔盘8之间连接的辅助支承。
在图3中，支架11被支承杆13从下面支承，所述支承杆被撑靠在转化器1的壁10上。
在图4所示的变例中，与转化器1的壁10连接的支承杆14从上面支承在塔盘8上。
在图5所示的变例中，在塔盘6上面设置平的保持板15，该保持板15把塔盘保持在支架11上。
在图6所示的变例中，在支架11和塔盘8中分别形成通孔16和17，安装螺栓18穿过通孔16和17并被焊接在塔盘8和支架11上。
在图7所示的变例中，安装螺钉19穿过通孔16、17，以便将支架11和塔盘8相互螺接在一起。
应该意识到，可在支架11或者塔盘8上的多个位置处设置通孔16、17和穿过所述通孔的安装螺栓18或者螺钉19，它们优选均匀地分布在转化器1的周边上。
还应该意识到，在图5到图7所示的变例中，还可以在支架11的上面和/或下面设置支承杆13、14。支承杆13、14还可以组成围绕转化器1的周边延伸的板，所述板被焊接到转化器1的壁10和支架11或塔盘8上。
图8显示了支架结构的另一变例，该支架特别是设置用于支承在转化器1的接触级K1到K4之间的隔板9。
在图8所示的实施例中，支架11a的支承面12从转化器1的内壁10开始向下倾斜，倾角在4～9°范围内，优选为5～8°，并且特别是6～7°。在该情况下，当隔板9由于容器1中的高温和高压而发生变形时，倾斜的支承环11a形成隔板9的切线。隔板9也可以已经具有预弯曲，以便可以省略隔板9初始塑性变形的步骤，并且由于支承板11a的正切作用，张力直接转化为拉应力。
各个附图显示了实施例，其中，用于塔盘8或者隔板9的支承面12、12a向下倾斜。这些实施例特别适用于压力载荷从上面施加在板材8、9上的应用中。另一方面，如果载荷从下面作用在板材上，例如作用在转化器的隔板9上的情况中，则板材可以按此处未图示的方式从下面靠在支架上，并且支架的下接触面可以相对于水平面向上倾斜，以便允许板材在施加在板材上的作用力方向上塑性变形。该接触面的结构类似于上述支承面12、12a的结构。
本发明的构思是通过抵靠在支架11、11a上并且基本上完全将弯曲应力转化为拉应力来阻止板状元件的塑性变形，这样，就可以实现系统的小很多的变形。可以省略借助于重且昂贵的网格结构对塔盘的辅助支承。这样，可以显著地节省材料并具有同等的安全性。
借助于本发明，通过省去支承塔盘的网格结构，可以节省至少70％的材料。
附图标记列表：
1转化器
2管道
3中心管道
4管道
5管道
6管道
7管道
8塔盘
9隔板
10壁
11、11a 支架
12、12a 支承面
13支承杆
14支承杆
15保持板
16通孔
17通孔
18安装螺栓
19螺钉
K1到K5接触级
WT热交换器