DE1981931U - Vorrichtung zum einfrieren einer rohrleitung. - Google Patents

Description

München 22, Steinsdorfstr, 10

Commissariat a 1*Energie Atomique, Par i S- (Frankreich)

Vorrichtung zum Einfrieren einer Rohrleitung

Die Neuerung hat eine Vorrichtung zum Einfrieren von im wesentlichen horizontalen Bohrleitungen zum Gegenstand, die insbesondere für die Ausstattung von Rohrleitungen für die Kühlflüssigkeit und/oder die loderatorflüssigkeit von Kernreaktoren gedacht ist.

Kernreaktoren, die mit Hilfe einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser und gfs. schwerem Wasser, gekühlt und/oder moderiert werden, sind mit Rohrleitungen für den Eintritt und den Austritt dieser Flüssigkeit versehen, die außerhalb des Reaktors selbst gekühlt und im allgemeinen auch gereinigt wird. Diese Rohrleitungen sind mit üblichem Zubehör ausgerüstet, insbesondere mit Rückschlagventilen und mit Absperrschiebern. Außerdem wird die Abdichtung zwischen diesen Rohrleitungen und den Betonwänden des den Reaktor umgebenden Schutzmantels im allgemeinen durch Stopfen hergestellt, die eine freie Aus-

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dehnung der Leitungen gegenüber den Betonwänden zulassen. Diese Stopfen können außerdem die Abdichtung gegenüber einem thermischen Schutzmantel aus natürlichem Wasser außerhalb des eigentlichen Reaktors gewährleisten.

Die Stopfen und auch das übrige Zubehör sind so gebaut, daß sie eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten. Jedoch läßt es sich nicht ausschließen, daß man sie im laufe des Eeaktorbe.triebes.austauschen muß. Dabei ist es iron Interesse, diesen Austausch vornehmen zu können, ohne daß dazu eine vollkommene Entladung des Reaktors und eine Entleerung der Leitungen für die Kühlflüssigkeit oder die .Moderatorflüssigkeit erforderlich wird. Sin bekanntes Verfahren, das diese Bedingung befriedigend erfüllt, besteht in- der Bildung eines Verschlußstopfens für die Rohrleitungen durch Einfrieren der in der Rohrleitung strömenden Flüssigkeit «.an. Ort und Stelle.

Die bisher zur Durchführung dieses Einfrierens benutzten Vorrichtungen bestehen aus Rohrschlangen, die rund um die Rohrleitung gelegt sind und in denen manein-Kältemittel umlaufen lassen kann. Diese Vorrichtungen sind mit Erfolg bei Rohrleitungen relativ kleinen Durchmessers eingesetzt worden. Dagegen haben sich erhebliche Schwierigkeiten bei dem Versuch ergeben, auch Rohrleitungen mit großem Durchmesser mit Hilf e ähnlicher Vorrichtungen zu verschließen. _: So führen z.B. die erheblichen Durchsätze an Kältemittel,-V.

die in diesem !teile erforderlich werden, zu erheblichen Druckverlusten auf ihrem Umlauf wege, was die Anlage kompliziert und letztlich die Wirksamkeit der Kühlung unter sonst gleichen Umständen herabsetzt.

Die Neuerung hat daher eine Vorrichtung zum Einfrieren zum Gegenstand, die den verschiedenen Forderungen der Praxis besser angepaßt ist als die bisher bekannten Vorrichtungen und die insbesondere den,oben angegebenen iachteilen für den Fall eines Einsatzes bei Bohrleitungen großen Durchmessers abhilft. .

Die Vorrichtung gemäß der Neuerung, die für im wesentlichen horizontale Bohrleitungen und insbesondere für Bohrleitungen für die Kühlflüssigkeit und/oder die Moderatorflüssigkeit eines Kernreaktors bestimmt ist, kennzeichnet sich im wesentlichen durch Mittel, zum Erzeugen eines Umlaufes von Kältemittel in einem zu der Bohrleitung koaxialen !Mantel, dessen aehsparallele Länge oberhalb der Bohrleitung großer ist als unterhalb davon» ■■"■;.:

Gemäß einem zweiten Merkmal der Neuerung besteht dieser Mantel, aus wenigstens zwei parallel zueinander an die Mittel zum 'Erzeugen des Kältemittelumlaufs angeschlossenen Zellen, von denen die oberhalb der Bohrleitung liegende langer ist als die unterhalb der Bohrleitung liegende. ·

Im folgenden wird ein die feuerung erläuterndes, nicht aber einschränkendes Ausführungsbeispiel für eine solche Vorrichtung beschrieben. Diese Beschreibung, die auf ,die Zeichnung Bezug nimmt, hat selbstverständlich keinerlei einschränkende Wirkung für den Bereich der Neuerung.

Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der gesamten mit der Vorrichtung nach der Neuerung ausgerüsteten Rohrleitung. Die Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt durch diese Vorrichtung, und die Fig. 3 ist eine mehr ins einzelne gehende Ansicht- der in der Fig. 1 sichtbaren Vorrichtung nach der Neuerung.

In dem besonders beschriebenen Fall wird die Vorrichtung zum Einfrieren von Bohrleitungen gemäß der Neuerung zum gleichzeitigen Verschließen zweier zueinander koaxialer .Rohrleitungen durch Bildung von Verschlußstopfen aus: Bis i benutzt. Die .Vorrichtung ist an einer Stelle angebracht, wo die Rohrleitungen,-' die schweres Wasser transportieren, das gleichzeitig die Kühlflüssigkeit und die Moderatorflussig-, keit für einen Kernreaktor bildet, in horizontaler Richtung durch den Betonschutzmantel des Reaktors hindurchtreten.

Die Fig. 1 läßt in sehematischer Darstellung den Behälter eines mit schwerem lasser, gekühlten und moderierten Kernreaktors erkennen. Dieser Reaktor taucht in ein mit entmineralisiertem

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Wasser gefülltes Schwimmbecken 2 ein und ist von einer Schutzwand 3 aus Beton umgeben.

Der Umlauf des schweren Wassers zwischen dem Behälter 1 des Reaktors und den äußeren Anlagen zur Kühlung dieses Wassers wird durch mehrere, der in der Pig» 1 mit M- bezeichneten Rohrleitung ähnliche Bohrleitungen sichergestellt. Jede dieser Rohrleitungen ist mit einer Vorrichtung zum Einfrieren gemäß der Neuerung ausgestattet, wie sie im folgenden beschrieben wird.

Die Rohrleitung k durchquert die Betonw©,ndung 3 in horizontaler Richtung im Innern einer Hülse 6, die abgedichtet mit den Wänden des Schwimmbeckens 2 verbunden ist. Die Hülse 6 begrenzt zusammen mit der Rohrleitung 4 einen Ringraum 7, der über eine Leitung 8 mit einem Expansionsrohr 9: verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Ringraum 7 unddem Schwimmbecken 2 wird teilweise durch eine Scheibe 10 verschlossen, die einen Eonvektionsbegrenzer für das Wa,sser bildet, so :■ daß der Ringraum 7 auch dann, wenn der Reaktor in. Betrieb ist, im wesentlichen;unbeweglich festgelegtes, leient es lasser enthält. ■■"'. ■'',X.' ■■"■.■■ //■■ -..- ^; "'-■■:'-.■'■ .\.

Auf der Außenseite der Betonwände 3 wird die Abdichtung zwischen diesen Wänden und der Rohrleitung -k durch ein System zum Ankuppeln eines äußeren Kreislaufes 13 für schweres Tfesser sichergestellt. Dieses ISappelsystem, das mit einem Jaltenbalg ΐ¥;

aus Kautschuk oder aus Metall versehen ist, ist so aufgebaut, daß es eine freie Ausdehnung der Rohrleitung k gegenüber der Betonwand 3 zuläßt. Der 'faltenbalg 3Λ ist einerseits an einem fest mit der Rohrleitung k verbundenen flansch 1? und andererseits unter Zwischenschaltung eines Zwischenflansehes 16, durch den hindurch die Speisung der Vorrichtung zum Einfrieren erfolgt, wie dies im folgenden noch näher beschrieben wird, ■ an einem" in den Beton eingelassenen flansch 15 befestigt. Hund um den Faltenbalg I^ ist eine ringförmige Kappe 18 vorgesehen, die zur Begrenzung etwaiger Leckverluste dient, indem sie mit Hilfe von Dichtungen lA die Abdichtung des Kupplungssystems 12 auch für den Fall gewährleistet, daß der Faltenbalg I^ zu Bruch geht. ;-.'-

Bei Jeder Bohrleitung k besteht die Vorrichtung zum Einfrieren gemäß der '.Neuerung aus einem ringförmigen Mantel 20, der zur Aufnahme eines Kältemittels bestimmt und rund um,die Rohrleitung k in dem Ringraum 7 angeordnet ist. Der Mantel 20 setzt sich aus vier doppelwändigen und viertelkreisringförmigen Zellen, nämlich einer Oberen Zelle 21, einer unteren Zelle 22 und z?jei seitlichen Zellen 23 und Zk (Fig. 2), zusammen. Diese vier Zellen sind miteinander mittels Paßstücken 26 (Fig. 3) verbunden,

Mie dies die Fig. 1 und 3 zeigen, sind die Zellen 21 bis 2^ in ihrer zur Achse der Rohrleitung 4 parallelen Länge nicht gleich, im Gegenteil ist die obere Zelle 21 langer .als die untere Zelle 22. Die seitlichen Zellen 23 und 2^ enden

in Stirnflächen, die Ebenen festlegen, die gegenüber der Achse der Bohrleitung k zwischen dem Ende der oberen Zelle 21 und dem Ende der unteren Zelle 22 geneigt sind. In der Abwicklng weisen diese Zellen Oberflächen von der Form eines Trapezes auf, dessen Grundlinien der Länge der oberen Zelle bzw. der unteren Zelle entsprechen. Diese Anordnung gestattet eine Steuerung des Gefrierens und die Bildung eines in sich homogenen Verschlußstopfens.

Jede Zelle ist mit Thermoelementen ausgestattet. Diese ermöglichen eine Begelung, die zur Gewährleistung einer korrekten und regelmäßigen Bildung der Verschlußstopfen aus Eis beiträgt.

Der Innendurchmesser des Mantels 20 entspricht im wesentlichen dem Äußendurchmesser der Leitung ^ für das schwere Wasser. Bas kleine Spiel, das dennoch existiert, wirdvon einer Wasserhaut eingenommen, die während des Betriebes der Vorrichtung zu Eis erstarrt. Zur Erleichterung der Verankerung des Eises und zur Verhütung seiner Mitnahme unter dem Einfluß irgendwelcher Drucke, denen es später während seiner Einschaltung auf der durch das Sis geschützten Leitung ausgesetzt wird, ; weist die Rohrleitung k für das schwere Wasser auf ihrer äußeren Oberfläche in der Fig. 3 erkennbare Hinnen 28'"auf. Innen ist die Bohrleitung U, zu dem gleichen Zwecke mit einem gezahnten Profil 30 versehen. Sin solches Profil ist vorteilhafter als Binnen, da es geringere Druckverluste in der Lei-

tung k hervorruft. Die longitudinale Lage und das: Profil der Rinnen tragen dem Fortschreiten der Eisbildung Rechnung, damit die Rohrleitung k· nicht durch die Ausdehnung des eingeschlossenen Wassers während seines Gefrierene unter Druck gesetzt wird.

Jede der vier den lantel 20 "bildenden Zellen ist an ihrer einen Stirnseite, der rechten in Pig. J₉ mit gesonderten Leitungen für den Eintritt und den Austritteines Kältemittels versehen, wobei in dem besonders betrachteten Ball als Kältemittel verflüssigter Stickstoff benutzt wird.

Die Versorgung mit dem verflüssigten Stickstoff wird unter Zwischenschaltung eines ringförmigen Verteilers32 vorgenommen, der rund um die Rohrleitung k angeordnet ist und seinerseits aus einer Leitung 33 gespeist wird. An diesem Verteiler sind die einzelnen Versorgungsleitungen für jede Zelle unmittelbar angeschlossen. In der Fig. 3 sieht man insbesondere die Leitungen 3^» 35 und 36₉ welche die Zellen 21 bzw. 22 und 23 speisen. :

Der auf diese Weise in die einzelnen Zellen der Gefriervorrichtung während deren Betriebes eingeführte flüssige Stickstoff verdampft in diesen Zellen und wird am entgegengesetzten Ende der Zellen von; Leitungen, wie sie beispielsweise bei 38 für die Zelle 23 schematisch angedeutet sind, aufgenommen. Diese Leitungen durchsetzen die zugehörigen Zellen und verlassen sie an ihrer Stirnseite 31.

Jenseits des ringförmigen Verteilers JZ ^f der dem Mantel 20 gegenüberliegenden Seite sind die Zuführungsleitung 33 und. äie einzelnen Rückleitungen für den gasförmigen Stickstoff, wie z.B. 38» mit einer zweiten, trockene Luft einschließenden Wand versehen. Die auf diese Weise erzielte Isolierung verhütet einen nutzlosen Wärmeaustausch-zwischen dem schweren oder leichten Tüksser und dem Kältemittel außerhalb des Bereichs des Mantels 20 selbst. Schließlich sind die verschiedenen Leitungen an dem Zwischenflansch l6 befestigt, den sie in .radialer". Richtung durchqueren, und vereinigen sich entweder in einem Vorrat für flüssigen Stickstoff für die Leitung 33 oder in einem passenden System für die Absaugung des gasförmigen Stickstoffs. -.■'.-■>■'-.■■■■ -;_■-■";■ '-..-."■■ ■' \.; ; ■- ■■. ^:V

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung gemäß der Neuerung ergibt sieh ohne weiteres aus dieser Beschreibung. Sie sei jedoch im folgenden kurz ins Gedächtnis zurückgerufen. Sobald an irgendeinem Gerät, mit dem die Rohrleitungen außerhalb der Wandung 3 versehen sind, ein Fehler festgestellt wird, wird, der Reaktor stillgesetzt und ebenso der Umlaufdes schweren Wassers in der Leitung k> unterbrochen. Man führt dann flüssigen St ickstoff in die Speiseleitung 33 ein|- dieser flüssige Stickstoff verdampft in jeder der parallel zueinander gespeisten Zellen 21 bis 2k-, Die auf diese Weise sichergestellte ■'-, Kühlung bewirkt ein Gefrieren einerseits des schweren Wassers im Innern der Leitung k und andererseits des leichten Wassers

-lO-in dem Ringraum 7· Auf diese Weise "bewirkt man die Bildung von Verschlußstopfen aus Eis, welche die Bohrleitung Λ und die Hülse 6 verschließen und den erforderlichen Eingriff in das beschädigte Gerät ermöglichen. Es wird dann beispielsweise möglich, das Kupplungssystem 12 abzubauen, um insbesondere den Baltenbalg I^ zu ersetzen.

Während des Gefrierens kommt es infolge der Erscheinung der natürlichen Konvektion zu einer Ansammlung des am wenigsten gekühlten fessers im oberen Teil der Bohrleitung & und des Ringraumes 7· Die größere Länge der oberen Zelle 21 kompensiert jedoch den Einfluß dieser Konvektion durch die von ihr hervorgerufene stärkere Kühl wirkung. Außerdem kann die Abgabe von Stickstoff an die Zelle 21 auf einen größerenWert eingestellt werden, als für die anderen Zellen. ; :

Selbstverständlich ist die Heuerung in keiner Weise auf die besondere lediglich als Ausführungsbeispiel anzusehende, oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, Sie umfaßt vielmehr auch alle innerhalb des Bereichs mechanischer Äquivalente verbleibenden Ausführungsvarianten. ■■"'.".;■ :

Claims (6)

-11 - S chut zansprü ehe

1. Vorrichtung zum Einfrieren einer im wesentlichen horizontalen Rohrleitung, insbesondere einer Bohrleitung für Kühlflüssigkeit -und/oder Moderatorflüssigkeit von.-.-Kernreaktoren, g e k e η η ζ e i e h η e t durch Mittel zum Erzeugen eines Umlaufs von Kältemittel in einem zu der Rohrleitung koaxialen: Mantel, dessen achsparallele Länge oberhalb der Rohrleitung größer ist als unterhalb davon.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- daß der Hantel· aus mindestens zwei-"parallel zueinander an die Mittel zum Erzeugen des Kältemittelumlaufö angeschlossenen Zellen besteht, von denen die'oberhalb'der-'Rohrleitung liegende länger ist als die unterhalb der Rohrleitung liegende»

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel zwei seitliche Zellen von im wesentlichen '-Viertel·-,-' kreisringförmigem Querschnitt aufweist, deren Enden gegenüber der Aehse der Rohrleitung geneigte Ebenen festlegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung auf der Höhe des Mantels Oberflä'chenunregelmäßigkeiten, wie z.B. Riefen, zur Erleichterung des Verankerns der erstarrten Flüssigkeit aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hantel in einem Hingraum zwischen zwei zueinander Koaxialen Rohrleitungen für den Transport zweier verschiedener flüssigkeiten angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel verflüssigter, innerhalb des Mantels verdampfbarer Stickstoff ist.