<Desc/Clms Page number 1>
Ten name van : N. V. VERENIGDE ENERGIEBEDRIJVEN VAN HET SCHELDELAND (EBES) Betreffende : Werkwijze om pijpen van een stoomgenerator te herstellen Voorgestelde benaming : UITVINDINGSOCTROOI
<Desc/Clms Page number 2>
Onderhavige uitvinding betreft een werkwijze om pijpen van een stoomgenerator te herstellen door er een waterdichte inwendige metalen voering aan te brengen teneinde de beschadigde zone te bedekken.
Ze vindt haar belangrijkste toepassing in een kerncentrale met drukwaterreaktor van het Pive-type bij het omhullen van door gelokaliseerde corrosie aangetaste pijpen van een stoomgenerator.
De stoomgenerator is een warmtewisselaar waarin de primaire vloeistof die de reaktor afkoelt, onder een druk van meer dan 155 bars en een temperatuur van ongeveer 3250C, zijn warmte aan de secondaire kringloop afgeeft, die door verdamping, de nodige stoom voor het aandrijven van de turbine levert.
Alhoewel de pijpen van een stoomgenerator uit speciale roestvrije stalen vervaardigd zijn, om tegen de strenge dienstspanningen en belastingen te weerstaan en onder andere tegen corrosie gebeurt het dat deze pijpen beschadigingen lijden en zeer kleine doorstekende spleten aantonen, oorzaak van lekkages van de primaire kring naar de secondaire kring.
Deze corrosieverschijnselen brengen het gevaar met zich mee, dat de primaire vloeistof die besmettende radioaktieve verbindingen bevat, zich met de secondaire vloeistof mergtmet als nadelig gevolg dat de radioaktiviteit niet meer onder een bepaald toegelaten peil kan worden ingehouden.
<Desc/Clms Page number 3>
Het meest toegepast procédé om pijpen van zulke stoomgeneratoren te herstellen bestaat erin, de beschadigde zone van elke pijp door een inwendige metalen huls te bemantelen.
Na inplanting en nauwkeurige positionering, wordt de metalen huls aan de pijp aangehecht, meestal in de omgeving van beide uiteinden.
Naar gelang de aanhechtingsmethode, zijn de uitgevoerde herstellingen van één der volgende types : - water doorlatende huls : aan één der uiteinden, wordt de aanhechting verwezenlijkt door uitzetting van de huls tegen de pijp met blijvende vervorming. Dit procédé laat een kleine spleet bestaan die de lekkage niet af- schaft maar het verlies door indringing beperkt ; - waterdichte huls : in de omgeving van tenminste beide uiteinden wordt de huls door lassing of soldering waterdicht aangehecht.
Het belangrijkste nadeel van deze bekende herstellingsmethodes bestaat erin dat ze in de pijp, in de nabijheid van de aanhechtingszones, naar inwendige spanningen kunnen leiden, door uitzetting en/of opwarming.
Onderhavige uitvinding stelt zich als doel bovengenoemde nadelen te verhelpen. Ze stelt een werking voor, die het toelaat een waterdichte verbinding te bekomen zonder vervorming noch plaatselijke verhitting
<Desc/Clms Page number 4>
van de te herstellen pijp. Ze betreft een werkwijze om pijpen van een stoomgenerator te herstellen door er een waterdichte inwendige metalen voering aan te brengen teneinde de beschadigde zone te bedekken, met het voornaamste kenmerk dat men genoemde voering langs de beschadigde zone van de inwendige wand van de pijp, door milde !, van een ter plaatse in de pijp uitgevoerde oppervlakbehandeling volgens de natte weg, vervaardigt.
In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt genoemde voering door elektrolytische afzetting van nikkel uit een chloorvrije nikkelsulfamaat-oplossing gevormd.
Volgens een bijzonderheid van de uitvinding, richt men de elektrolytische cel in de beschadigde pijp zelf in, door het voorstuk van de pijp op een lengstuk van
EMI4.1
20 tot 60 cm als een elektrolytische cel af gebruikt een holle opoffer anode uit nikkel of niKkeldrager die in bovengenoemde nikkelsulfamaat oplossing gedompeld is en in de te behandelen pijp geplaatst wordt met twee kunststofstoppen.
Bovenaan in de elektrolytische cel, voorziet men een kapillarische aflaatleiding, waardoor de bij het proces ontstaande gassen kunnen ontsnappen.
Andere kenmerken en bijzonderheden van de uitvinding worden aan de hand van de volgende nauwkeurige beschrijving uiteengezet van een te verkiezen uitvoeringsvorm van de uitvinding met verwijzing naar volgende tekeningen die deze laatste schematisch afbeelden.
<Desc/Clms Page number 5>
In deze tekeningen zijn : - figuur 1, een dwarse doorsnede van een elektrolytische cel bestemd voor het herstellen van pijpen volgens de uitvinding ; - figuur 2, e e n schematische opstelling in de pijpbundel van een stoomgenerator, van de inrichting afgebeeld in figuur 1.
In beide figuren duiden dezelfde verwijzingscijfers identieke of gelijkaardige elementen aan.
Zoals afgebeeld in figuur 1, bestaat een stoomgenerator aangeduid in zijn geheel door referentienummer 1 van een kerncentrale met drukwaterreaktor uit een warmtewisselaar uit roestvrijstaal waarvan de pijpenbundel op de binnenzijde door de primaire kringloop onder 155 bars wordt doorlopen en om de buitenkant door de secondaire kringloop wordt omringd. De pijpen 2 tonen een diameter van ongeveer 20 mm en een lengte van ongeveer 12 m omgebogen in omgekeerde U vorm. Deze pijpen zijn vervaardigd uit austenitische roestvrij staallegeringen op basis van nikkel, in de handel gebracht onder het merk DCONEL 600 R of INCONEL SB 163 bestaande uit 75 % nikkel en 13 tot 18 % chroom en ijzer. Volledige ASME-benaming : Nickel-Chromium-Iron Alloy UNS NO 6600 volgens SB 163.
Na een bepaalde tijd, kunnen enkele pijpen 2'aantasting door spanningskorrosie vertonen. Dit wordt veroorzaakt door de strenge werkvoorwaarden van druk en temperatuur waaronder de primaire vloeistof, die uit zuiver water met boorzuur en lithiumhydroxyde bestaat, zich bevindt.
<Desc/Clms Page number 6>
De korrosieverschijnselen vinden vooral plaats op de hoogte van de pijpenplaat 3.
Herstelwerken kunnen uiteraard slechts uitgevoerd worden gedurende een stilstand van de kerncentrale, wanneer men toegang krijgt tot de pijpenplaat 3 aan de ingang van de stoomgenerator 1.
Zoals afgebeeld in figuur 1, wordt een elektrolytische cel, in haar geheel aangeduid door referentienummer 4', ter plaatse langs de inwendige wand van de beschadigde pijp 2'gevormd.
De werkwijze volgens de uitvinding voorziet een voorstuk 5 om de pijp 2'door twee stoppen 6,7 af te sluiten. Het nodige materiaal bestaat uit : - een bovenstuk 6, bij voorkeur vervaardigd uit kunststof en voorzien van elastische strookjes 8 of lamellen bestemd om het toestel te centreren ; - een ring 9 uit kunststofschuim die de dichte afsluiting verzekert tussen bovenstuk 6 en pijp 2' ; - een haarvormige aflaatleiding 10 voor de bij het proces ontstane gassen ; - een verbindingsleiding 11 tussen het uitwendig en inwendig gedeelte van de anode om een circulatie van het electrolyt te waarborgen ; - een holle pijpvormige elektrode 12 vervaardigd uit nikkel, waarvan de lengte aangepast is aan de lengte
<Desc/Clms Page number 7>
van het te herstellen voorstuk 5 en aangehecht door een schroefverbinding 13 ;
- een toevoerleiding 14 voor de inspijzing van verse elektrolytische oplossing ; - een afvoerleiding 15 van de gebruikte elektrolytische oplossing ; - een onderstuk 16 uitgerust met elastische strookjes 8 en waterdichte kunststofring 9.
Het onderstuk maakt deel uit van een kleminrichting 16 om het onderste gedeelte van twee elastische kussens 17 aan de pijpplaat 3 vast te hechten. De kleminrichting omvat twee elastische kussens 17 die in de naburige pijpen 2, 2'worden ingesloten en vastgeklemd.
Het beschadigde voorstuk 5 van de pijp 2'waarop een voering dient aangebracht te worden dient voorbehandeld te worden, alvorens aan een herstellende oppervlaktebehandeling volgens de uitvinding onderworpen te worden. Het inwendig oppervlak van de pijp 2', dient in het bijzonder voldoende zuiver te zijn om een uitstekende aanhechting van het neergeslagen metaal mogelijk te maken, wat meestal een voorafgaande schoonmaak van de oppervlakte eist.
De voering langs de beschadigde zone 26 van de inwendige wand van de pijp wordt dxjr mMf van een ter plaatse in de pijp vervaardigde oppervlakbehandeljng bij voorbeeld door afzetting vanuit een vloeistoffase, gevormd, die het te bedekken oppervlak aanraakt.
<Desc/Clms Page number 8>
Indien gassen gedurende de behandeling ontsnappen, wat meestal het geval is, is de werkwijze voor horizontale pijpen niet toepasbaar omdat het contact tussen metaal-en vloeistoffase in de omgeving van de bovenste laag niet gewaarborgd is.
Daar er heel veel formules van elektrolytische baden in de literatuur beschreven zijn, overeenkomstig met verschillende eisen voor de mechanische kenmerken, de dikte en de snelheid van de afzetting, bestaat deuitvinding erin de nauwkeurige werkvoorwaarden te beschrijven, om een korrosiewerende laag te scheppen met een chloorvrij elektrolytisch bad.
De aanwezigheid van chloorionen meestal in de vorm van 250 tot 300 g gehydrateerd nikkelchlorid wordt tot nu toe steeds beschouwd als een onontbeerlijke voorwaarde om de passivatie van de nikkelanode te vermijden en hierdoor een voldoende aangroeisnelheid van de neergeslagen nikkellaag te verzekeren.
Voor de rest van de primaire kring, is het gebruik van chloorionen volledig uitgesloten wegens de mogelijke vorming van aantasting door spanningskorrosie.
In de volgende alinea, worden de samenstellingen en belangrijkste kenmerken van de werking van twee uitvoeringswijzenvan elektroneerslagbaden aangetoond.
<Desc/Clms Page number 9>
Het inwendig oppervlak van de stoomgenerator wordt op een afstand overeenkomend met de eerste zestig centimeters van de pijpbundel gereinigd. Neerslagen en oxides die zich na de ingebruikname gevormd hebben, worden verwijderd door reiniging met een metalen cilindrische bórstel.
Tenslotte doet men een zorgvuldige reiniging met behulp van een viltborstel.
De elektrolytische oplossing wordt voorbereid door het mengen vansulfaamzuur (aminosulfoonzuur) in gekristalliseerde vorm en nikkelcarbonaat in aanwezigheid van hydrolyse-inhibitors. De reactie gebeurt na de volgende vergelijking :
EMI9.1
en verleent een gekoncentreerde oplossing van paumé omvattende 550 tot650 g/l nikkelsulfamaat. De zuiver-
EMI9.2
heid van de nikkelsul1àmaat oplossing bedraagt meer dan 99 %
De samenstelling van het elektrolische bad heeft een grote invloed op de kwaliteit van de deklaag op gebied van aanhechting aan het substraat, gelijkmatige laagdikte, korrosieweerstand, hardheid en soldeerbaarheid.
<Desc/Clms Page number 10>
Als voorbeeld wordt cbor toevoeging van enkele hulpstoffen, zoals een inhibitor, ontbinding van nikkelsulfamaat vermeden. De ontbinding wordt ook vermeden door toevoeging van kleine hoeveelheden boorzuur (ongeveer 25 g/l) waardoor de pH tussen 3 en 5 geregeld wordt.
De toeveoging van collolden laat toe de glans van de nikkellaag te verbeteren.
Om waterstofpittingen te vermijden worden kleine hoeveelheden bevochtigingsmiddelen toegevoegd. Hiervoor worden alkyl-sulfaten gekozen zoals bij voorbeeld laurylsulfaat (0, 15-0, 30 g/l).
Zoals aangetoond in figuur 2, wordt de vers voorbereide elektrolytische oplossing gegoten in houder 19 en vloeit door zwaartekracht, via ventiel 20, debitmeter 21, regelventiel 22, termostaat 23, pH-meter 24 en toevoer in de elektrolysecel 1 door de toevoerleiding 14.
De verse elektrolytische oplossing vloeit in de ringvormige ruimte 25 gevormd door de te herstellen wand 26 van de stoomgeneratorpijp 2. Deze wand is de bovenste en de onderste kunststofstoppen 6 en 7. Deze ruimte 25 wordt volledig met vloeistof gevuld.
De vloeistof loopt over door een bovenste verbindingsleiding en stroomt door de binnenruimte 27 van de holle electrode 12 naar de afvoerleiding 15. De verbruikte oplossing wordt opgevangen via leiding en het driewegventiel 28 in glazen reservoirs 29 waaruit de oplossing wordt weggeworpen of regenereerd om opnieuw
<Desc/Clms Page number 11>
gebruikt te worden in een der houders 4 of 5. Het debiet wordt ingesteld op de gewenste doorstromingsnelheid in de elektrolyse ongeveer 1 tot 15 cm/s.
De temperatuur wordt konstant gehouden op 55-65 C en de pH-waarde op 3 tot 5 0 Soerensen.
Als anode 12 wordt een hol buisje op basis van nikkel bij voorkeur nikkel S, genomen. Deze anode wordt bij voorbeeld vervaardigd uit een geëxtrudeerde titane pijp, waarop een nikkel opofferbekleding 30 elektrolisch wordt afgezet met een zwavelgehalte van 0,02 %. Nikkel S brengt het voordeel mee van niet te passiveren. De uiteinden, van het buisje 12 zijn voorzien met schroefverbindingen om de aanhechting met de bovenste en met de onderste kop 6 en 7 mogelijk te maken.
Zodra de werkvoorwaarden worden bekomen, stelt men door middel van de gestabiliseerde uitwendige bron een spanningsval tussen beide elektrodes gelijk aan 2 tot 5 V, vast.
De werkvoorwaarden voor temperatuur aan de ingang van de cel, spanningsval, stroomdichtheid, debit, samenstelling, moeten zorgvuldig aangehouden worden.
De gassen die eventueel in de electrolyse cel gevormd worden, ontsnappen bovenaan door de haarbuisleiding terwijl de vloeistof door zijn hogere viskositeit tegen-gehouden wordt.
<Desc/Clms Page number 12>
TABEL 1 Samenstelling van nikkelsulfamaat-oplossing en werkvoor- waarden.
EMI12.1
<tb>
<tb>
Verbinding <SEP> Optimale <SEP> Aanvaardbare
<tb> waarde <SEP> grenzen
<tb> Nikkelsulfamaat <SEP> 600 <SEP> g/l <SEP> 550-650 <SEP> g/l
<tb> Boorzuur <SEP> 25 <SEP> g/l <SEP> 30-40 <SEP> g/l
<tb> Natuurzout <SEP> van <SEP> laurylsulfaat <SEP> (hulpstof <SEP> tegen <SEP> 0,3 <SEP> g/l <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 5 <SEP> g/l <SEP>
<tb> waterstof
<tb> Temperatuur <SEP> 250C <SEP> 55-600C
<tb> Stroomdichtheid <SEP> 20 <SEP> A/dm2
<tb> pH <SEP> 4 <SEP> 3-5 <SEP> Soerensen
<tb> Doorstroming <SEP> van <SEP> het
<tb> elektrolyt <SEP> 10 <SEP> cm/sec. <SEP> 1-15 <SEP> cm/sec.
<tb>
Doormeter <SEP> van <SEP> de <SEP> te
<tb> herstellen <SEP> pijp <SEP> 20 <SEP> mm
<tb> Doormeter <SEP> van <SEP> de
<tb> nikkelanode <SEP> 11 <SEP> mm
<tb>
<Desc/Clms Page number 13>
Wanneer de gewenste dikte van de voering bereikt is, wordt de stroom van de elektrische voeding onderbroken, de installatie wordt geledigd en gespoeld met gedistileerd water op de volgende manier : - ledigen : afsluiter 20 openen, eveneens ontluchtingsventiel
31 en aflaatventiel 35 openen.
- spoeling : aflaatventiel 35 en ontluchtingsventiel 31 sluiten, ventiel 28 omzetten naar opvangbak 34 van spoelvloeistof en ventiel 33 openen ; - ledigen : ventiel 33 sluiten, aflaatventiel 35 en ontluchtingsventiel 31 openen.
Het toestel wordt uit de herstelde pijp getrokken.
Het verwijderen van het toestel is mogelijk door het feit dat het bovenste kopstuk een elastische polyurethaanschuimstof bezit die boven de omhulling uitgetrokken kan worden.
Buiten het feit dat de voering geen inwendige spanning in de herstelde pijp meebrengt, brengt deze werkwijze volgende voordelen mee : 1/drastische vermindering van blootstelling van het personeel aan bestraling in de stoomgenerator in verge- lijking met het plaatsen van de nu gekende mechanische voyer 2/eenvoudigheid van behandeling in de afgesloten ruimte van de stoomgenerator ;
<Desc/Clms Page number 14>
3/mogelijkheid om verscheidene pijpen gelijktijdig te herstellen ; 4/gelijkmatige laagdikte van 0,10 tot 0,15 millimeter zuiver nikkel ; 5/in tegenstelling met bekende procédés, wordt nergens in de wand van de pijp een inwendige trek- spanning in het materiaal veroorzaakt hoger dan 100 MPa ; 6/grote weerstand van de aangebrachte omhulling tegen korresie van het type alkalisch.
De stevigheid van de voering werd bewezen door talrijke korrosietesten onder trekspanning in alkalisch medium en in zuiver water dat met waterstof beladen is, bij een temperatuur van 3600C.
Profilometrische proeven, metingen met Foucaultstromen, flonkeringstesten gemeten met fotocel duiden geen gebreken aan van de voering.
De stroomintensiteit is afhankelijk van de gedompelde katodische oppervlakte.
Met de spanningsval tussen de elektroden wordt de stroomsterkte ingesteld. De geleidbaarheid van het bad, de afstand tussen holle nikkelanode en pijpwand zijn hier mede bepalend.
Indien verschillende pijpen gelijktijdig worden hersteld, dient de stroomsterkte in de verscheidene cellen afzonderlijk geregeld te worden.
<Desc/Clms Page number 15>
In bijzondere gevallen kunnen metaalafzettingen in een volkomen stroomloos proces gebeuren. Nikkelbekleding kan bijvoorbeeld door middel van een katalytische reduktie uit een oplossing met nikkel zouten door middel van chloorvrije natrium hypophosphieten worden neergeslagen.
Het spreekt vanzelf dat de uitvinding geenszins beperkt is tot de hierboven beschreven uitvoeringsvorm, die louter bij wijze van voorbeeld beschreven wordt.
Men kan talloze wijzigingen aanbrengen zonder buiten de draagwijdte van de conclusies te treden.