Geavanceerd ontwerpen: mogelijk gemaakt door geavanceerde lastechnieken

Bronswerk Heat Transfer levert al meer dan 70 jaar warmte technische procesoplossingen voor de industrie. Het in Nijkerk gevestigde bedrijf is een belangrijke speler op de internationale markt. De uitdagingen die door de klanten worden voorgelegd, worden vertaald in duurzame, energie zuinige en innovatieve oplossingen van de hoogste kwaliteit. Ooit begonnen als een pure apparatenbouwer is het bedrijf uitgegroeid naar een systeembouwer met totaal oplossingen.

Het bedrijf beschikt over ontwerp- en fabricage capaciteit in de hoofdvestiging Nijkerk en bij haar dochter in Deçin (Tsjechië) (totaal ca. 300 man personeel). Daarnaast zijn er partnerships met bedrijven in India en Brazilië die de in Nederland ontworpen systemen in licentie fabriceren. Om in de toekomst de industrie te kunnen voorzien van duurzame systemen wordt er gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe producten: een geluidsarme en energiezuinige ventilator voor luchtkoelers, een thermo-akoestische warmtepomp en een zeer geavanceerde compressor.

Verschuiving in de industrie

Bronswerk ontwikkelt niet alleen eigen nieuwe producten maar probeert ook in samenwerking met haar klanten bestaande producten aan te passen aan nieuwe eisen. Een voorbeeld hiervan heeft plaatsgevonden in de offshore-industrie. Hier vindt wereldwijd een verschuiving plaats van de winning van olie en gas uit ondiepe wateren naar zeer diepe wateren. Dit heeft vaak tot gevolg dat ontwerpparameters voor de procesinstallaties veranderen. Ontwerptemperatuur en druk nemen toe en ook bij de te gebruiken materialen is een verschuiving zichtbaar van koolstofstaal naar hoogwaardige roestvast stalen. Een ander aspect is de verschuiving van vaste productieplatforms naar floating platforms. Alhoewel bij de vaste platforms de eis tot gewichtsbesparing er al was, geldt voor de floating platforms deze eis des te meer.

Compact Header

Tijdens de behandeling van gas vindt compressie van het gas plaats. Doordat tijdens deze compressie de temperatuur van het gas toeneemt, moet het gas vaak gekoeld worden. Voor deze toepassing heeft Bronswerk al vele jaren een Compact Header warmtewisselaar in haar portfolie. Voor hogedruk toepassingen bestaat de in- en uitlaat van een hoge druk warmtewisselaar uit een zeer zwaar smeedstuk met een dikke flens. Deze zware kop vervalt bij de Compact Header warmtewisselaar, waarvoor in de plaats een lichtere header komt met speciaal geboorde kanalen, wat een enorme gewichtsbesparing tot gevolg heeft (zie figuur hierboven).
Voor een nieuw Floating Production Storage en Offloading (FPSO) heeft een klant uit Maleisië enkele pijpromp warmtewisselaars besteld bij Bronswerk van het type Compact Header. Om redenen van druk, temperatuur en procescondities heeft de klant de materialen Super Duplex en Titanium voorgeschreven. Het gas met een inlaatdruk van 169 bar en een inlaattemperatuur van 137°C wordt gekoeld met zeewater met een inlaattemperatuur van 30°C. Voor de romp is er gekozen voor Super Duplex SA240-S32750 en voor de U-vormige warmtewisselaar en de Compact Header is er gekozen voor Titanium Grade 2.
 

Lassen smeedblok

Voor het lassen van de Super Duplex romp heeft de opdrachtgever strikte eisen gesteld aan de toelaatbare lasprocessen. Voor alle grondnaden is alleen TIG toegestaan en voor het afvullen een beklede elektrode. Lasmechanisatie is dus voor deze romp niet toegestaan. Voor het lassen van de pijpen aan de Titanium header is lasmechanisatie daarentegen een vereiste. De lasverbinding tussen de header en de warmtewisselaarpijpen bevindt zich namelijk aan de binnenkant van het smeedblok. Lassen met de hand is daar niet mogelijk. Maar voordat deze las gelegd zou kunnen worden moeten eerst de in- en uitlaatflens aan het smeedstuk gelast worden (10”- 1500#). Bij het lassen van Titanium wordt er al snel gesproken over het lassen in een couveuse. In deze afgesloten ruimte kan dan de zuurstof afgezogen worden gevolgd door het inbrengen van een innert gas. Titanium is namelijk een zeer reactief materiaal en de aanwezigheid van zuurstof tijdens het lassen geeft direct lasfouten. De gesmede header met een afmeting van 1500 x 1000 x 300 mm is om praktische redenen niet in een couveuse te plaatsen. Daarom wordt de flens met behulp van een speciaal geprepareerde TIG toorts aan het smeedblok gelast. Deze TIG toorts heeft een extra voorziening om innert gas boven het vloeibare lasbad te brengen. Achter de TIG toorts wordt door een tweede lasser een gasslof over de nog warme las mee geschoven om tijdens het afkoelen het gestolde lasmetaal te blijven beschermen. Natuurlijk is al voor de start van het lassen het smeedblok en de binnenzijde van de te lassen flens voorzien van innert backing-gas.

Lassen pijpijpplaat

Terug naar de pijppijplaat lasverbinding. De Titanium warmtewisselaarpijpen worden in het geboorde gaten in het smeedstuk geschoven. Aan de voorzijde van deze pijp moet een gestroomlijnde hoeklas gelegd worden die de gasstroom zo weinig mogelijk verstoort. Voor dit soort lasverbindingen heeft Bronswerk in het verleden lasgereedschap ontwikkeld. Een programmeerbare TIG stroombron wordt gekoppeld aan een laspistool met lasdraadaanvoer unit (zie figuur). Aan het laspistool wordt een op maat gemaakte lastoorts bevestigd die in het smeedstuk gestoken wordt. Het laspistool met de gemonteerde lastoorts is in staat om langs electronische weg de afstand te meten tussen de wolfram elektrode in de lastoorts en de voorzijde van de te lassen pijp. Door middel van de programmering van de lastoorts met ingebouwde stappenmotoren kan de vooraf ingestelde afstand bereikt worden. Daarna start het lasproces automatisch en maakt de lastoorts een rondgaande lasbeweging langs de te lassen pijp. Tijdens het lassen wordt tevens een vooraf ingestelde hoeveelheid lastoevoegmateriaal automatisch ingevoerd in het vloeibare lasbad. Het eindresultaat is een mooie gladde hoeklas die een ongestoorde stroming van het gas mogelijk maakt.


 

Zoals in het voorgaande al is aangegeven, is de Compact Header warmtewisselaar ontworpen voor hoge bedrijfsdrukken. Voor een opdrachtgever in Brazilië zijn er afgelopen jaren vele Duplex Compact Header warmtewisselaars geleverd met een ontwerpdruk tot zelfs 687 bar en een testdruk van 982 Bar.

Het boren naar gas zal steeds vaker aanleiding geven voor de vraag naar warmtewisselaars met zeer hoge bedrijfsdrukken en temperaturen. Met nieuwe ontwerp- en fabricage technieken zal het voor Bronswerk een continue uitdaging zijn om aan deze vragen uit markt te kunnen blijven voldoen.