DE1573799C3 - Verfahren zur Ortung eines Lecks in einem Wärmeübertrager sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

In der Fig. 1, die eine Skizze zur Erläuterung des Prinzips im allgemeinen darstellt, sind in einem Gefäß 1 parallele Rohrstränge 2, 3, 4,5 und 6 untergebracht, welche zwei Kollektoren 7 und 8 verbinden. Die Anschlüsse der Kollektoren an die weitere Strömung des sie durchströmenden Mediums wie auch die Anschlüsse des Gefäßes 1 sind aus Gründen der Anschaulichkeit nicht dargestellt. Für die Untersuchung der Dichtigkeit sind die Rohrstränge mit Anschlußstellen 9 versehen. An die Anschlußstellen ist eine Vorrichtung zur Leckortung anschließbar, die eine Rohrleitung 10, einen Detektor 11 und eine Vakuumpumpe 12 enthält. An den Kollektor 8 ist eine Vakuumpumpe 13 angeschlossen.

Soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der zwischen den Kollektoren 7 und 8 befindliche Teil des Wärmeübertragers auf das Auftreten eines Lecks untersucht bzw. dieses Leck geortet werden, so wird die Vakuumpumpe 13 in Betrieb gesetzt. Vorzugsweise werden dabei die nicht dargestellten, von den Kollektoren 7 und 8 nach außen führenden Rohrleitungen verschlossen bzw. abgetrennt, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Durch die Absaugwirkung der Vakuumpumpe 13 wird in den Rohrsträngen 2 bis 6 eine Gasströmung hervorgerufen, durch welche die einzelnen Rohrstränge parallel durchströmt werden. Die einzelnen parallelen Strömungen münden im Kollektor 8. Die Strömungen können dabei z.B. aus einem nach dem Abschluß der Kollektoren 7 und 8 in den Rohrsträngen zurückgebliebenen Gas oder dem Dampf einer zurückgebliebenen Flüssigkeit, z.B. Wasser, bestehen. Vorzugsweise wird jedoch ein neutrales Gas, wie z.B. Argon, als Spülgas dem Kollektor 7 zugeführt, wie dies durch einen Pfeil 14 angedeutet ist. In das Gefäß 1 wird andererseits ein Spürmedium, z.B. Helium, eingeführt, wie dies ein Pfeil 15 andeutet.

Wenn an einer Stelle eines der Rohrstränge ein Leck besteht, so dringt bei dem durch die Absaugung in den Rohrsträngen hervorgerufenen Unterdruck Spürmediüm aus dem Gefäß 1 in das Innere der Rohre ein. In den Rohren wird es im wesentlichen von der in diesen herrschenden Gasströmung mitgerissen und an einer oder mehreren der Anschlußstellen 9 vorbeigeführt. Ein Rückströmen des Spürmediums wird durch die Gasströmung verhindert oder wenigstens stark erschwert. Aus den Meßresultaten des in diesem Falle nacheinander an die Anschlußstellen angeschlossenen Detektors 11 können an Hand der Proben Schlüsse bezüglich der Lage des Lecks gezogen werden, wobei die Konzentration und deren zeitlicher Verlauf bei Änderungen der Dosierung oder der Spülgasströmung auch ein Abschätzen der Lage des Lecks in der Längsrichtung des betreffenden Rohres erlauben.

Im Prinzip ist es nicht erforderlich, daß in den Rohrsträngen ein niedrigerer Druck herrscht als im Gefäß, welches die Rohrstränge umgibt. Ausschlaggebend für das Eindringen des Spürmediums sind nämlich dessen partiellen Drücke außerhalb und innerhalb des Rohrsystems. Ein Unterdruck im Rohrsystem unterstützt jedoch das Eindringen von Spürmediüm durch Undichtheiten.

In der F i g. 2 sind in einem Gefäß 20 Kollektoren 21, 22 mit Rohrsträngen 23 angeordnet. An den Kollektor 22 ist über eine Rohrleitung 24 eine Vakuumpumpe 25 angeschlossen. Die Rohrstränge 23 sind mit Anschlußstellen 9 versehen. An die Anschlußstellen 9 aller Rohrstränge 23 sind durch Rohrleitungen 26 parallel zueinander Detektoren 27 angeschlossen. Die aus den Detektoren 27 austretenden Leitungen führen gemeinsam in eine Vakuumpumpe 28.

Bei der Anordnung nach der Fig.2 wird im Gegensatz zur Anordnung nach der F i g. 1 nicht nur ein einziger Detektor verwendet, sondern es werden mehrere, in diesem Falle so viel Detektoren verwendet, wie es Rohrstränge gibt. Wird bei einer Untersuchung unter Zugabe des Spürmediums in das Gefäß 20 Gas durch die Vakuumpumpe 25 abgesaugt, so entstehen wieder in den Rohrsträngen parallele Gasströmungen, die an den Anschlußstellen 9 vorbeiführen. Durch die Vakuumpumpe 28 wird von. allen Anschlußstellen 9 gleichzeitig eine relativ geringe Teilmenge des Gases der Strömung abgesaugt und den Detektoren 27 zugeführt. Die gleichzeitige Ablesung der in der F i g. 2 vorgesehenen Reihe von Detektoren gestattet genauere Schlüsse bezüglich der Lage eines vorhandenen Lecks, insbesondere können auf diese Weise auch dynamische Vorgänge untersucht werden, wie z.B. eine kurzzeitige Zugabe des Spürmediums zum Gas, welches sich im Gefäß 20 befindet. Aus dem zeitlichen Verhalten der einzelnen Ablesungen der Detektoren kann dabei in gewissen Fällen die Lage des Lecks genauer bestimmt werden, als bei Verwendung nur eines einzigen Detektors nach derFig.l.

In der F i g. 3 ist ein Gefäß 30 mit Kollektoren 31, 32 dargestellt, die durch Rohrstränge 33 verbunden sind. Die Rohrstränge 33 sind im Bereich ihrer Mitte mit Anschlußstellen 34 versehen, an die Rohre 35 angeschlossen sind. Die Rohre 35 führen in einen Hilfskollektor 36, der mit einer Vakuumpumpe 37 verbunden ist. Die Rohre 35 sind mit Anschlußstellen 38 für die Detektoren versehen.

Bei dieser Anordnung entsteht durch die Tätigkeit der Vakuumpumpe 37 in den Rohrsträngen 33 eine Strömung aus den Kollektoren 31, 32 zur Mitte der Rohrstränge. Die Strömung führt durch die Rohre 35 an den Anschlußstellen 38 vorbei. Durch das Anschließen eines Detektors in einer Weise, wie sie in der F i g. 1 schematisch dargestellt ist, ist es möglich, die Gasströmungen der einzelnen Rohre 35 und damit auch der einzelnen Rohrstränge 33 nach Spuren von Spürmedium zu untersuchen.

Bei der Anordnung nach der F i g. 4 sind in einem Gefäß 40 Kollektoren 41, 42 mit Rohrsträngen 43 vorgesehen. Der Kollektor 43 ist mit nach außen führenden verschließbaren öffnungen 43' versehen, die sich in der dargestellten Weise gegenüber den Mündungen der Rohrstränge 43 im Kollektor 42 befinden. Durch die öffnungen 43' werden Rohre 44 einer Absaugvorrichtung dichtend eingeführt, die in einen Kollektor 45 mit einer Vakuumpumpe 46 münden. Die Rohre 44 sind mit Anschlußstellen 47 für einen oder mehrere Detektoren versehen. Außerdem sind die Rohre 44 mit besonderen Organen 48 versehen, die, wenn sie im Kollektor 42 befestigt sind, eine dichtende Verbindung schaffen, durch welche ein Austritt des Gases aus dem betreffenden Rohrstrang 43 ins Rohr 44 möglich ist, ein Eintritt des Gases aus dem Kollektor 42 in das Rohr 44 jedoch verhindert oder zumindest stark gedrosselt wird.

Die in der F i g. 4 dargestellte Anordnung funktionk ,. .m wesentlichen gleich wie die bereits beschriebr ^T A-Ordnungen, es ist bei ihr jedoch möglich,

die Anschlüsse für die Absaugrohre im Kollektor anzuordnen, an einer Stelle, wo die Anschlüsse besser ausführbar sind als in den unter Umständen dünnen Rohren. Zudem sind sie meistens besser zugänglich als in den Rohrsträngen. Außerdem können auch eventuelle im Kollektor 42 auftretende Undichtheiten festgestellt werden, und zwar dadurch, daß an den Kollektor 42 ein getrenntes Rohr mit einem Detektor entsprechend der F i g. 1 angeschlossen wird, das in der F i g. 4 nicht dargestellt ist.

In der F i g. 5 ist ein Wärmeübertrager 51 mit Kollektoren 52 und 53 dargestellt, zwischen denen sich Rohrstränge 54 befinden. Die Kollektoren zusammen mit den Rohrsträngen sind in einem Gefäß 55 untergebracht, das durch Kanäle 56 und 57 an den Kreislauf eines Wärmeträgers, z.B. des Kühlgases eines Kernreaktors, angeschlossen ist. Die Kollektoren 52, 53 zusammen mit den Rohrsträngen 54 sind in diesem Falle vom Wasser durchströmt, das im Wärmeübertrager verdampft und überhitzt wird. Die Anordnung entspricht im wesentlichen der Prinzipskizze nach der F i g. 4.

Falls im System der Kollektoren 52, 53 und der Rohrstränge ein Leck festgestellt wird, z.B. an Hand eines Wassergehaltes im Gaskreislauf oder eines Gasgehaltes im Wasserkreislauf, werden die Rohrstränge mit den Kollektoren entleert. Die Kollektoren werden verschlossen und der Kollektor 53 wird an eine Quelle 58 eines Spülgases, das z.B. ein indifferentes Gas, wie Argon, sein kann, angeschlossen. Die Kanäle 56 und 57 werden durch Abschlußwände 60 und 61 dichtend verschlossen, worauf der Innenraum des Gefäßes 55 an eine Quelle 62 eines Spürmediums, wie z. B. Helium, angeschlossen wird.

Die einzelnen Rohrstränge werden im Kollektor 52 in der in F i g. 6 dargestellten Weise mit einem System von Rohren 63 verbunden, die in einen gemeinsamen Kollektor 64 münden. Der Kollektor 64 ist über ein Abschluß- und Drosselorgan 65 an eine Vakuumpumpe 66 angeschlossen.

Von den Rohren 63 zweigen Rohre 67 ab, die mit Abschlußorganen 68 versehen sind und in ein gemeinsames Rohr 70 münden. Das Rohr 70 führt in einen Detektor 71, der an eine Vakuumpumpe 72 angeschlossen ist. Zwischen der Quelle 58 von Spülgas und dem Kollektor 53 ist ein Abschluß- und Drosselorgan 73, das z.B. mit einem Druckregler kombiniert sein kann, angeordnet. Außerdem ist dem Organ 73 noch ein Meßgerät 74 für die Strömungsmenge zugeordnet. In den Leitungen 63 sind Mengenmeßgeräte 75 und in der Leitung 70 ein Mengenmeßgerät 76 angeordnet. Die Quelle 62 des Spürgases ist mit einem Druckregelventil 77 versehen.

Die Ortung des Lecks erfolgt in der Weise, daß bei arbeitender Vakuumpumpe 66 die Drosselorgane 65 und 73 geöffnet werden. Durch Einstellung der Drosselwirkung dieser Organe wird eine gewünschte Strömung des Spülgases durch die Kollektoren 52, 53, die Rohrstränge 54 und die Rohre 63 erzielt.

Ist nun der Druck am Druckregler 77 derart eingestellt, daß im Innenraum des Gefäßes 55 ein größerer Druck herrscht als im System der Rohrstränge und der Kollektoren, so wird beim Vorhandensein einer Leckstelle das Spürmedium in dieses System eindringen.

Das Vorhandensein von Spürmedium wird durch Öffnen der Ventile 68 festgestellt, bei gleichzeitig eingeschalteter Vakuumpumpe 72. Strömt nun in einem der Rohre 63 eine Mischung von Spülgas und Spürmedium, so wird dies beim öffnen des betreffenden Ventiles 68 durch den Detektor 71 festgestellt. Aus dem Gehalt des Spürgases in der durch den Detektor strömenden Gasmenge und deren Verhältnis zur durch das Rohr 63 strömenden Gasmenge kann unter Beachtung der übrigen Verhältnisse, wie z.B. Gasdruck im Behälter und Gasdruck im Rohrsystem, die Größe des Lecks beurteilt werden. Durch eine

ίο Auswertung der Antwort des Detektors auf sprunghafte Veränderung der Spülgasmenge ist es sogar unter Berücksichtigung der Volumina möglich, die Lage des Lecks hinsichtlich der Rohrlänge zu lokalisieren.

Durch Einstellung der Strömungsmenge durch die Rohre 63 und durch den Detektor 71 mittels der Vakuumpumpe und der in den Rohrleitungen befindlichen Drosselorgane, ist es möglich, das Verhältnis des Spürmediums zum Spülgas derart einzustellen,

ao daß der Detektor 71 optimal arbeitet. Zwecks Erhöhung der Empfindlichkeit des Detektors ist es unter Umständen auch möglich, als Spülgas ein in der Anlage kondensierbares Gas zu verwenden, das in einer Kühlfalle ausgeschieden werden kann.

Wie aus der F i g. 6 ersichtlich ist, ist der Kollektor 52 mit einem Gewindestutzen 81 versehen, der durch eine nicht dargestellte Schraube verschließbar ist, dessen Bohrung in Verlängerung der Rohrachse des Rohres 54 liegt und dessen lichter Durchmesser größer ist, als der innere Durchmesser des Rohres 54. Durch die Öffnung des Gewindestutzens 81 wird ein Verbindungsstück 82 eingeführt, das sich am Ende des betreffenden Rohres 63 befindet. Das Verbindungsstück 82 wird mittels einer Dichtung 83 und einer hohlen Schraube 84 im Stutzen 81 dichtend befestigt. Der vordere Teil des Verbindungsstückes 82 wird von einer Büchse 85 mit geringem Spiel umfaßt, wobei sich zwischen dem verjüngten Ende des Verbindungsstückes 82 und der Büchse 85 eine Dichtung 86 befindet. Die Stirnfläche der Büchse 85 ist mit einer Dichtung 87 versehen, die zur Zusammenwirkung mit der Stirnfläche des betrefffenden Rohres 54 bestimmt ist. Eine Feder 88 drückt die Büchse 85 in befestigter Stellung des Verbindungsstückes 82 gegen die Stirnfläche des Rohres 54.

Das Verbindungsstück 82 ermöglicht gleichzeitig einen Verschluß des Kollektors 52 gegen den Innenraum 55 des Wärmeübertragers, wie auch einen dichtenden Anschluß des Rohres 63 an das betreffende Rohr 54.

Um Undichtheiten in den Kollektoren selbst bzw. den Schweißnähten zwischen den Rohren 54 der Rohrschlangen und dem Kollektor 52 feststellen zu können, ist der Kollektor selbst bzw. dessen Innenraum ebenfalls durch eine Rohrleitung 63 an den Detektor 71 und die Vakuumpumpe 72 anschließbar.

Es versteht sich, daß verschiedene Änderungen gegenüber den beschriebenen Beispielen möglich sind.

So kann z.B. das Abnehmen der Proben aus den Rohrsträngen z. B. bei der Anordnung nach der F i g. 2 auch auf die Weise geschehen, daß die Rohre 26, ähnlich wie die Rohre 44 in der Fi g. 4, als Sonden durch Öffnungen im Kollektor in die Rohrstränge 23 eingeführt werden. Dabei sind keine Dichtungen der Rohrenden gegenüber dem Rohr des Rohrstranges notwendig.

Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, Rohre

zur Entnahme von Gasproben bereits bei der Herstellung des Wärmeaustauschers anzuordnen, welche aus dem Wärmeaustauscher nach außen führen und dort während des normalen Betriebes verschlossen sind. Auch sind andere Anschlußstücke als das in der F i g. 6 gezeigte denkbar, insbesondere solche, die

durch eine kleinere Öffnung im Kollektor, als der Druckmesser des Rohres ist, einführbar sind und die entweder ein expandierbares, z. B. aufblasbares Ende zum Verschluß des Rohres aufweisen, oder in der bereits erwähnten Weise einfach als Sonde in das Rohr hineinragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 si am

Claims (9)

1 2 tragers zu diesem Zweck beidseitig abschließen und Patentansprüche: darauf diese entweder nacheinander an eine Absaugvorrichtung anschließen oder den einzelnen Rohr-

1. Verfahren zur Ortung eines Lecks in einem schlangen ein Gas unter Druck zuführen. Vorzugs-Wärmeübertrager mit mehreren parallel zwischen 5 weise bediente man sich dabei sogenannter Spürmezwei Kollektoren geschalteten Rohrsträngen mit- dien, die. durch besondere Detektoren auch in kleintels eines in den die Rohrstränge umgebenden sten Mengen feststellbar sind. Dabei bestand der Raum eingeführten gasförmigen Spürmediums, Nachteil, daß das allseitige Verschließen der Rohrdadurch gekennzeichnet, daß durch schlangen eine große Anzahl von Verschlußteilen gemeinsames Absaugen in den Rohrsträngen to bzw. von verschließbaren öffnungen, durch welche gleichzeitig parallele Gasströmungen erzeugt wer- diese eingeführt wurden, erforderte. Andererseits ist den und daß den einzelnen Gasströmungen Pro- es z.B. aus der USA.-Patentschrift 2 658 728 beben des Gases entnommen und auf den Gehalt an kannt, in einem Wärmeübertrager die Rohre mit Spürmedium untersucht werden. einem Flüssigkeitsmantel zu umgeben, der ein flüssi-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 ges Trennmittel enthält. Durch Überwachung des kennzeichnet, daß die Entnahme der Proben Trennmittels kann ein Lecken eines der an der Wärdurch Absaugen erfolgt. meübertragung beteiligten Medien in das Trennmittel

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- festgestellt werden. Es ist dabei jedoch nicht möglich, kennzeichnet, daß das Spürmedium Helium ist. zu bestimmen, in welchem der Rohre sich das Leck

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 befindet. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster kennzeichnet, daß die Gasströmung durch eine 1 835 616 ist ein Vakuumbehälter mit zwei Kühl-Strömung eines Spülgases gebildet wird. schlangen bekannt, wobei zur Feststellung eines aus

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- den Kühlschlangen in den Behälter führenden Lecks kennzeichnet, daß das Spülgas Argon ist. nacheinander den Kühlschlangen ein Spürmittel bei-

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- 25 gefügt wird, dessen Auftreten im Vakuumbehälter kennzeichnet, daß das Spülgas ein in der Anlage untersucht wird. Diese Anordnung ist bei Wärmeauskondensierbares Gas ist, welches mit einer Kühl- tauschern, mit welchen sich die Erfindung befaßt, falle vor einem Spürmedium-Detektor teilweise nicht verwendbar, da dabei die einzelnen Rohrniedergeschlagen wird. schlangen durch Kollektoren miteinander verbunden

7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens 30 sind.

nach einem der Ansprüche 1 bis 6, an einen War- Die Erfindung hat die Aufgabe, den Nachteil der meübertrager mit mehreren parallel zwischen bekannten Verfahren zu beseitigen und ein Verfah-.. zwei Kollektoren geschalteten Rohrsträngen, da- ren sowie einen Wärmeübertrager zu schaffen, durch gekennzeichnet, daß die Rohrstränge (2 . welche nicht nur die Feststellung eines Lecks, sonbis 6, 23, 33, 43, 54) des Wärmeübertragers mit 35 dern auch dessen Lokalisierung auf einzelne Rohrverschließbaren Anschlüssen (9, 38, 47, 81) zur stränge mit einfacheren Mitteln als bisher gestatten. Entnahme der Proben sowie für den Anschluß Insbesondere soll die Anzahl der erforderlichen Aneiner für mehrere Rohrstränge gemeinsamen Ab- Schlußöffnungen der Rohrstränge auf ungefähr die saugvorrichtung (13, 25, 37, 46, 66) versehen Hälfte reduziert werden. Diese Aufgabe wird durch sind. 40 das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und den

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- im Anspruch 7 angegebenen Wärmeübertrager gekennzeichnet, daß einer (52) der Kollektoren mit löst.

verschließbaren Gewindestutzen (81) versehen Durch das Verfahren und die Vorrichtung wird es

ist, deren Achsen in Verlängerung der Mündun- möglich, ein Leck, das sich in einem von einer gro-

gen der Rohrstränge (54) angeordnet sind. 45 ßen Anzahl von Rohrsträngen befindet, auf die

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, mit Weise zu lokalisieren, daß einerseits der Strang festeiner Absaugvorrichtung (66), einem Detektor gestellt wird, in welchem sich das Leck befindet und (71) für das Spürmedium und Verbindungsrohren andererseits unter Umständen sogar seine Lage im (63), die an die Rohrstränge (54) anschließbar betreffenden Rohrstrang geschätzt werden kann. Dasind und der Verbindung der Rohrstränge (54) 50 bei brauchen die Rohrstränge nicht an beiden Enden mit dem Detektor (71) und der Absaugvorrich- abgeschlossen zu werden. Es genügt ein einziger Antung (66) dienen, dadurch gekennzeichnet, daß Schluß zur Entnahme der Proben für jeden Rohrdie zur Absaugvorrichtung (66) führenden Rohre strang. ■

(63) mit Anschlußstücken (82) versehen sind, die Nach den Ansprüchen 8 und 9 ist dabei noch eine

in eine Öffnung im Kollektor (52) dichtend ein- 55 weitere Vereinfachung möglich, welche es gestattet,

führbar sind und einen elastischen Teil (85, 88) auf die Ausführung besonderer verschließbarer öff-

aufweisen, der sich bei der Einführung dichtend nungen für die Entnahme von Proben an den einzel-

gegen die Mündung des Rohres eines Rohrstran- nen Rohrsträngen zu verzichten und diese in einen

ges (54) stützt. Kollektor zu verlegen.

60 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 4 verschiedene Skizzen zur Erläuterung

des erfindungsgemäßen Gedankens,

Fig.5 einen Teil eines Wärmeübertragers mit

Bei Wärmeübertragern, z. B. von Kernreaktoranla- 65 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausfüh-

gen, bestehen Schwierigkeiten mit der Feststellung rung des Verfahrens,

und Lokalisierung von Leckstellen. Bisher mußte F i g. 6 ein Detail aus der F i g. 5 in vergrößertem

man die einzelnen Rohrschlangen eines Wärmeüber- Maßstab.