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Die Erfindung bezieht sich. auf Wanddurchführungen für die Speisewasserzuleitung und
Dampfabführungsleitung bei einem Reaktordruckkessel.
Es wurden schon Systeme vorgeschlagen, bei denen Gruppen von Dampferzeugern innerhalb eines Reaktordruckkessels angeordnet sind, um die Grösse der Wärmetauscher und die Anzahl der mit diesen Wärmetauschern verbundenen Hilfseinrichtungen zu verringern. Bei diesen vorgeschlagenen Systemen sind Gruppen von verhältnismässig kleinen Dampferzeugereinheiten im Druckkessel eines Kernreaktors angeordnet. In jedem dieser Wärmetauscher überträgt heisses, unter Druck ste- hendes Wasser die Wärme vom Reaktorkern auf ein sekundäres Kühlmittel. Das sekundäre Kühlmittel lässt man dann verdampfen, um so den Dampf für den Antrieb von Kraftwerksturbinen u. dgl. zur
Erzeugung elektrischer Energie zu erhalten.
Solche Kernreaktorkraftwerke besitzen einen Druckkessel, der einen Kern aus spaltbarem Ma- terial enthält, in welchem Brennstoffelemente in einem Gitter angeordnet sind. Dieses Gitter be- stimmt auch die Strömungswege des primären Kühlmittels innerhalb des Kernes. Innerhalb des Druck- kessels sind über dem Reaktorkern die Gruppen von Wärmetauschern oder Dampferzeugern ange- ordnet. Infolge der Strömungswege zirkuliert das primäre Kühlmittel durch den Kern und durch die Dampferzeuger. Natürlich müssen im Druckkessel Einlässe für das sekundäre Kühlmittel und
Auslässe für den Dampf vorgesehen sein, damit das sekundäre Kühlmittel durch die Gruppen von
Wärmetauschern fliessen kann.
Als Wärmetauschereinheiten wurden getrennte und austauschbare Rohrbündel vorgeschlagen.
Das primäre Kühlmittel strömt an der Aussenseite der Rohre in jedem Bündel vorbei, während das sekundäre Kühlmittel durch die Rohre fliesst und in den einzelnen Rohren in Dampf übergeht. Dabei sind die Wärmetauscher in dem Druckkessel oberhalb des Reaktorkernes in einem Ring angeordnet.
Wenn die Dampferzeugereinheiten innerhalb des Reaktordruckkessels untergebracht sind, muss das kalte Speisewasser, das unter hohem Druck den Wärmetauschern zugeführt wird, die sehr dicke Wand des Reaktordruckkessels in einer Speisewasserzuleitung durchsetzen. Dieses kalte Speisewasser und die heisse Wand des Reaktordruckkessels können jedoch zu gefährlichen thermischen Spannungen innerhalb der Kesselwand führen. Ausserdem muss die Speisewasserzuleitung auch das primäre Kühlmittel durchqueren und nimmt von diesem Wärme auf, bevor es in die Rohre der einzelnen Rohrbündel fliesst. Jede Dampfbildung innerhalb der Speisewasserleitungen bringt jedoch unstabile DampfWasser-Verhältnisse in den Dampferzeugern mit sich.
Ein weiteres, für dieses sekundäre Kühlmittelsystem charakteristisches Problem stellen die Einlass- und Auslassdurchführungen bzw.-leitungen für dieses Kühlmittel dar. Im Falle eines Defektes der Dampfleitung kann z. B. das unter hoher Temperatur und unter hohem Druck ausströmende Kühlmittel bewirken, dass die schadhafte Leitung herumschlägt und Heissdampf ausgestossen wird. Selbst auf der Einlassseite befindet sich das sekundäre Kühlmittel auf sehr hohen Temperaturen und Drucken. Bei Freiwerden unter normalen atmosphärischen Bedingungen geht das Speisewasser in diesem Zustand sofort in Heissdampf über.
Erfindungsgemäss werden die oben angeführten Probleme von Wanddurchführungen bei einem Reaktordruckkessel behoben durch eine leicht lösbare Flanschverbindung in der Speisewasserzuleitung und/oder in der Dampfabführungsleitung an der Einführstelle in die Wand des Kessels, eine zwischen den Flanschen angeordnete Platte mit einer Ausnehmung in ihrer Mitte, ein an dieser Platte befestigtes Wärmeschild konzentrisch zur Ausnehmung, das durch die Druckkesselwand reicht, ein von einem Stutzen des Flansches ausgehendes Rohr, das sich konzentrisch zum Wärmeschild durch die Druckkesselwand erstreckt, und eine Hülse aus einem mehrschichtigen reflektierenden Wärmeisolationsmaterial, die den ringförmigen Raum zwischen der Reaktorkesselwand und dem Rohr ausfüllt.
Zusätzlich zur Wärmeabschirmung bewirkt diese verbesserte Wanddurchführung eine Stabilisierung der Strömung, weil sie den Beginn des Siedens im Speisewasserrohr unterbindet und eine vorteilhafte Strömungsstabilisierung durch die Ausnehmung erzielt wird.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschieben. In diesen stellt Fig. 1 eine Wärmetauschereinheit in teilweise unterbrochener und aufgeschnittener Seitenansicht dar, Fig. 2 ist die Seitenansicht eines andern Wärmetauschers und Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Speisewasserdurchführung bei einem Kernreaktordruckkessel.
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In Fig. l ist ein Wärmetauscher gezeigt, bei welchem das Speisewasserzuführungsrohr --100-- eine Ummantelung besitzt, welche mit Gleitsitz durch die Rohrplatte --101-- mit dem Dampfsammel- raum --102-- hindurchtritt und mit dem Speisewasserverteilerkopf --103-- in Verbindung steht, der durch eine Rohrplatte --104-- und den Kopf teil --105-- gebildet ist. Es wurde gefunden, dass die Ummantelung --106-- die Dampfbildung in dem in ihrem Inneren konzentrisch angeordneten Zu- führungsrohr --107-- verhindert. Hiedurch werden Instabilitäten bei der Dampferzeugung sowie in der Strömung innerhalb der Wärmetauschereinheit vermindert.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, wird die Ummantelung --106-- in Ausnehmungen gehal- ten, die in den Rohrplatten --101 und 104-- vorgesehen sind. Das Zuführungsrohr --107-- verläuft hingegen in Durchführungen, die in beiden Rohrplatten ausgebildet sind. In den Rohrplatten ist das Zuführungsrohr --107-- durch Einpressen, Schweissen od. dgl. fest verankert. Die Wärmeaustau- scherrohre sind mit quer zu den Rohren angeordneten Abstandsgittern-108-versehen. Die Gitter sind mit elastischen Sperrnasen --109-- ausgestattet, die nach innen gegen die den Wärmetauscher bildenden Rohre vorstehen. Diese Sperrnasen kommen mit den Oberflächen der Wärmetauscherrohre mit ausreichender Kraft zum Eingriff, so dass Vibrationen der Rohre bei hohen Strömungsgeschwin- digkeiten verhindert werden.
Gemäss Fig. 2 ist eine Dampfsammelleitung --111-- direkt an der Innenwand --112-- eines Reak- tordruckkessels angebracht. Ein Speisewasserverteiler --113-- hingegen befindet sich in einem Ab- stand dazu oberhalb der Wärmetauschergruppe --114--. Durch gewundene Speisewasserrohre --110-- zwischen dem Verteiler --113-- und den einzelnen Einheiten der Wärmetauschergruppe --114-- werden
Ausdehnungen der Rohre in bezug auf die Einheiten, die Dampfableitungsrohre --115-- und den
Druckkessel ermöglicht.
In Fig. 3 ist der ausserhalb des Reaktordruckkessels --117-- liegende Teil der Speisewasser- leitung --116-- gezeigt, der die Kesselwand durchdringen muss, um den Wärmetauschereinheiten frisches Speisewasser zuzuführen. Weil das einströmende Speisewasser im Vergleich zur höheren Temperatur des dickwandigen Reaktordruckkessels verhältnismässig kalt ist, besteht nicht nur die Gefahr, dass das einströmende Wasser zu sieden beginnt, sondern auch eine Gefahr, dass unzulässige
Spannungen innerhalb der Reaktorkesselwand auftreten, da die Temperaturunterschiede zu verschiedenen Ausdehnungen des Metalles der Kesselwand in der Nähe der kalten Speisewasserleitung und in einiger Entfernung davon führen.
Um dieses Problem zu bewältigen, wurde die erfindungsgemässe Durchführung --120-- der Speisewasserleitung gebaut. Mit Hilfe einer flüssigkeitsdichten Muffe --121--. z.B. einer "Glayloc"-Muffe, ist die Speisewasserzuleitung --116-- mit einem an der Aussenseite des Druckkessels --117-- ausgebildeten Stutzen --122-- verbunden. Beispielsweise wird der Stutzen --122-- durch Ausbohren einer Ausnehmung --123-- in der Kesselwand und durch Einsetzen des Formstückes --124-- aus Inconel, das auf die in der Fig. 3 gezeigte Form bearbeitet wurde, hergestellt. Durch Schweissen od. dgl. wird auf einer entsprechend vorbereiteten Fläche --126-- das Formstück --124-- eine Rohrverbindung --125-- angebracht.
Die Rohrverbindung --125-- besitzt ein langes Rohr --127--, das durch die im Reaktorkessel --117-- ausgebildete Durchführung --130-- reicht. Dieses Rohr --127-- ist viel länger als der mit der Fläche --126-- des Formstückes verbundene ringförmige Teil der Rohrverbindung --125--.
Konzentrisch und im Abstand von der Oberfläche der Durchführung --130-- erstreckt sich das Rohr --127-' :' durch die Durchführung in das Innere des Kessels --117--. Eine Hülse-131- aus Isolationsmaterial, z. B. einer mehrschichtigen Metallfolienisolation, befindet sich in dem zwischen der Durchführung --130-- und dem Rohr --127-- gebildeten ringförmigen Raum. Diese Hülse - erstreckt sich von der Innenwand des Kessels --117-- bis ein kleines Stück über die Aussenwand des Kessels hinaus, so dass sie in die Ausnehmung --132-- hineinreicht, die in der Rohrverbindung --125-- ausgebildet ist und als Wärmeschirm zwischen Druckkessel und Speisewasser dienen soll.
Ausserhalb der Aussenwand des Druckkessels endet die Rohrverbindung --125-- il). einem Flansch --133--. Ein gleicher, gegenüberliegender Flansch --134-- befindet sich an der Speisewasserleitung-116--, der mit dem Flansch --133-- fluchtet. Die Flansche --133 und 134-- sind durch eine eingeschobene Dichtung --135-- mit einer Ausnehmung --136-- konzentrisch zur Leitung --116--
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und zu dem Rohr -127-- voneinander getrennt. Wie sich gezeigt hat, wird durch diese Ausnehmung - die Stabilität des Speisewasserflusses verbessert.
An der konischen Fläche der Ausnehmung ist ein rohrförmiger Wärmeschild -137-- befestigt, der sich konzentrisch durch das Rohr -127-- erstreckt und über die Innenwand des Kessels --117-vorsteht. Durch Einführen eines nicht gezeigten Schweissbrenners in das Innere des Rohres-127--
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eine neue Vorrichtung ersetzt werden soll.
Innerhalb des Reaktorkessels endet die Speisewasserdurchführung --120-- mit einem Über- gangsstück --140-, das durch Absetzen des Endes des Speisewasserrohres --141-- ausgebildet wird.
Dieses abgesetzte Ende wird mit der Endfläche des Rohres --127-- verschweisst.
Auf diese Weise wird eine Durchführung für Speisewasser in einem Reaktordruckkessel geschaffen, die durch das Unterbinden des Siedebeginnes innerhalb des Speisewasserzuführungsrohres durch
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Effekt der Erfindung wird weiter durch die Muffe -121-- verstärkt, welche die Speiseleitung --116-- mit der Durchführung -120-- verbindet. Die Muffe kann verhältnismässig leicht entfernt werden und ermöglicht die Kontrolle sowie das Entfernen schadhafter Rohre, falls sich die Notwendigkeit ergibt. Auf diese Weise ist die Kontrolle und eine präventive Instandhaltung bei den einzelnen Wärmetauschereinheiten weniger kostspielig und schwierig als bei den üblichen Anlagen mit einigen wenigen angeschweissten grossen Durchführungen und Rohren.
Eine ähnliche Anordnung kann auch für die Dampfdurchführung verwendet werden. Es sei weiters bemerkt, dass die gesamte Innenwand des Kessels -117-- zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegenüber den primären Kühlmitteln mit Inconel, korrosionsbeständigem Stahl oder einem andern geeigneten Material ausgekleidet sein sollte. Ausserdem sollte in diesem Fall die Oberfläche der Durchführung --130-- mit einem ähnlichen korrosionsbeständigen Material überzogen sein.