DE2047979C3 - Vorrichtung zum Verschließen von defekten Wärmetauscherrohren in einem Natrium- Natrium-Rohrbündelwärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen von defekten Wärmetauscherrohren in einem Natrium-Natrium-Rohrbündelwärmetauscher, bei dem die Wärmetauschrohre in Rohrboden befestigt sind und von einem Rohrboden zum anderen ein zentraler Zulaufkanal für flüssiges Natrium vorgesehen ist.

Ein Leck im Natrium-Natrium-Zwischenwärmetauscher eines schnellen Brutreaktors, d. h. in der Trennfläche zwischen Primär- und Sekundärnatrium innerhalb des Zwischenwärmetauschers, zählt zu den wahrscheinlichen Störfällen während des Reaktorbetriebes. Die Ursachen dafür können sein: Korrosionserscheinungen, Materialfehler in den Rohren, thermische Spannungen oder Versprödungen durch Langzeitbetrieb. Durch entsprechende Konstruktion des Zwischenwärmetauschers müssen nun Möglichkeitea zur Reparatur geschaffen werden. Tritt die Leckage nur an einem Rohr oder einer kleinen Anzahl von Rohren auf, dann soll die Beseitigung der Defekte in einer Weise erfolgen, daß die schadhaften Rohre durch Stopfen in den Rohröffnungen im oberen und unteren Rohrboden verschlossen werden. Für diese Reparatur ist normalerweise der Ausbau des gesamten Rohrbündels erforderlich. Das Arbeiten an aktivierten Bauteilen erfordert jedoch einen großen Abschirmungsaufwand sowohl beim Zwischentransport als auch bei den eigentlichen Reparatunirbeiten in einer Heißen Zelle.

Vorrichtungen zum Verschließen von defekten Wärmetauscherrohren eines Rohrbündels sind aus dem DE-GM 69 25 015 und aus der FR-PS 15 38 119 bereits bekannt, Diese Vorrichtungen ermöglichen jedoch nur das Verschließen von defekten Wärmetauscherrohren von einer Seite her, in dem die Reparaturteller über die entsprechende Position der einzelnen Rohröffnung geschwenkt werden,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit welcher ein Verschließen beider Rohrboden von einer Seite her bzw. von oben möglich ist.

Durch die Erfindung sollen somit kleinere Reparaturen eines Zwischenwärmetauschers ohne Ausbau desselben direkt nach Abschalten und Entleeren des betreffenden Kreislaufes möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß ein Manipulator über Teleskope aus einem im Zulaufkanal anbringbaren Träger hydraulisch bis unter den unteren Rohrboden ausfahrbar und um seine Längsachse drehbar ist und einen Reparaturteller aufweist, der aus einer zur Zulauf kanalachse parallelen Richtung von außen gesteuert so schwenkbar ist, daß die Achse des in einer Aufnahmebohrung des Reparaturtellers gehaltenen Stopfens mit der Achse der zu verschließenden Rohröffnung fluchtet. Weiterhin ist es gemäß der vorgeschlagenen Erfindung von Vorteil, daß am Ende <ier Teleskope ein Haltekopf angeordnet ist, der einen, mit seiner Drehachse senkrecht zur Manipulatorlängsachse stehenden Schwenktrieb trägt, der aus einer Grundstellung bis zu 90 Grad wiederum senkrecht zur Manipulatorlängsachse schwenkbar ist, und daß am Steg des Schwenkbetriebes seinerseits ein ausfahrbarer Teleskopzylinder exzentrisch zur Achse befestigt ist, wobei dieser den eigentlichen Reparaturteller mit dem einzubringenden Stopfen trägt. Mit einer solchen Vorrichtung können nun die in die Rohröffnung eingebrachten Stopfen durch Explosivumformung dicht mit der Wandung der Rohröffnung verbunden werden, d, h. das Verstopfen eines defekten Zwischenwärmetauscherrohrs kann in vorteilhafter Weise im eingebauten Zustand des Rohrbündels erfolgen. Dabei kann es sich sowohl um einen Geradrohr- als auch um einen Wendelrohrzwischenwärmetauscher handeln. Die Konstruktion des Reparaturmanipulators ist für beide Typen geeignet und braucht nicht modifiziert zu werden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Wirtschaftlichkeit des Reaktors erhöht und die durch Ausfall des betroffenen Kühlkeises bedingten Verlustkosten werden verringert. Falls es sich um einen schnellen Brutreaktor mit drei Kühlkreisläufen und entsprechenden Zwischenwärmetauschern handelt, können zwei der Kühlkreisläufe während der Reparatur mit verminderter Last in Betrieb bleiben, so daß ein Abschalten des Reaktors mit dem umständlichen Wiederanfahrprozeß eingespart werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Natrium-Natrium-Zwischenwärmetauscher eines schnellen Brutreaktors, der ein Axialrohrbündel aufweist und an welchem das erfindungsgemäße Reparaturverfahren angewendet werden soll,

Fig. 2 den Reparaturmanipulator im eingefahrenen Zustand, wobei der Natrium-Natrium-Zwischenwärmetauscher gestrichelt dargestellt ist.

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-I),

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie C-D,

Fig, 5 einen Schnitt entlang der Linie E-F, Fig. 6 den Natrium-Nacrium-Zwischenwärmetauscber eines schnellen Brutreaktors, der mit einem Wendelrohrbündel ausgestattet ist und in welchem die hier axial zur Wärmetauscherlängsachse gelegenen Rohrmündungen verschlossen werden sollen.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, besteht der Natrium-Natrium-Zwischenwärmetauscher aus einem doppelwandigen Kessel 42 in welchem das Wärmetauscherrohrbündel 37 eingebaut ist. Das Rohrbündel 37 besteht dabei aus geraden Wärmetauscherrohren 35 die mit ihren öffnungen 36 im unteren Rohrboden

33 und oberen Rohrboden 34 dicht verschweißt sind. Die beiden Rohrböden 33,34 trennen zusammen mit dem Rohrbündel 37 die Primär- von der Sekundärseite. Das Primärnatrium tritt durch die öffnung 38 ein, gelangt durch den zentralen Zulaufkanal 31 in den Raum zwischen Klöpperboden 43 und unterem Rohrboden 33, wird durch das Rohrbündel 37 nach oben gedrückt und fließt durch die öffnung 39 ab. Das Sekundärnatrium, welches das Rohrbündel 37 kühk, tritt durch den Stutzen 40 ein und nach Erwärmung durch den Stutzen 41 wieder aus. Irs Bereich des Rohrbündels 37 wird das Sekundärnatrium durch das Leitblech 45 geführt. Der Raum oberhalb dem zentralen Zulaufkanal 31 wird nach oben durch den Abschirmdrehdeckel 30 verschlossen. Der Abschirmdrehdeckel 30 weist zwei Stopfenrohre 48 auf, deren eines zentrisch gelegen und deren anderes exzentrisch auf dem gleichen mittleren Durchmesser wie die Rohröffnungen 36 des oberen Rohrbodens 34 angeordnet ist. Beide Rohre 48 sind im Normalbetrieb durch Abschirmstopfen 29 verschlossen. Bei Drehung des Deckels 30 kann somit das exzentrische Rohr 48 über alle Rohröffnungen 36 des oberen Rohrbodens

34 gedreht werden. Nach unten ist dieses Rohr durch den außermittigen Reparaturschacht 32 verlängert.

Tritt nun ein Schaden in einem der Wärmetauscherrohre 35 des Zwischenwärmetauschers nach der Fig. 1 auf, so muß das Schadensrohr lokalisiert werden. Nach d.-m hier nicht näher beschriebenen Lokalisierungsverfahren wird zur Reparatur der Manipulator 49, wie die Fig. 2 zeigt, in den Zwischenwärmetauscher eingebracht. In der Fig. 2 ist der Zwischenwärmetauscher in dem zentralen Zulaufkanal (Reparaturschacht) 31 eingebaut. Der Zwischenwärmetauscher ist in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt.

Das eigentliche Arbeitswerkzeug des Manipulators 49 ist der Reparaturteller 21. Der Reparaturteller 21 wird von einer Aufnahmebohrung 44 der Länge nach durchsetzt, in welcher tier in die Rohröffnungen 36 einzubringende Stopfen 50 festgehalten wird. Ist der Stopfen 5C in die öffnung 36 eingebracht, so wird er durch Explosivumformung darin dicht befestigt. Dazu ist im Stopfen 50 ein Zündsatz angeordnet, der durch eine Zündleitung, die im Rohr 25 und im Inneren des Manipulators geführt wird, gezündet wird (nicht näher dargestellt).

Der Manipulator ist so ausgebildet, daß er auch für den oberen Rohrboden 34 verwendet werden kann. Mit den Arbeiten zum Verstopfen der Rohröffnungen 36 wird aber zunächst am unteren Rohrboden 33 begonnen. Dazu wird die gesamte Maschine mit der eingebauten Lagerung 46, 47 in den zentralen Reparaturschacht 31 eingefahren. Sie ist so ausgelegt, daß ihre Gesamtlänge schon ca. die Hälfte der Distanz zum unteren Rohrboden überwindet. Die restliche Strecke wird durch Ausfahren i-.τ Teleskopeinrichtungen 6.

' 13,14 überbrückt. Das Ausfahren erfolgt mittels des doppelt wirkenden Zylinders 13, aus dem die mit dem Kolben 6 verbundenen Teleskoprohre 14 ausfahren, Die Druckzufuhr erfolgt durch das in der Manipulatorlängsachse 54 gelegene Druckzuführrohr 9 (Fig. 4). Das Rohr 9, sowie die Lage der Zuführungen für alle übrigen Bewegungen sind in der Fig. 3 dargestellt.

Nachdem die Teleskoprohre 14 ausgefahren sind

ίο und sich das Unterteil des Manipulators 49 oberhalb des Klöpperbodens 43 des Zwischenwärmetauschers befindet, erfolgt die Drehung des Teleskopzylinders 22 um 90°. Das geschieht mittels des eingebauten hydraulischen Schwenktriebes 24, dessen Achse senkrecht zur Manipulatorlängsachse 54 verläuft und der mit den Teleskoprohren 14 durch den Haltekopf 16 verbunden ist. Der Schwenktrieb 24 weist neben dem Anschluß für den Druckausgleich 36 noch zwei weitere Hydraulikanschlüsse 17, 20 für Vorlauf und Rücklauf des verzahnten Kolbens 18 auf, der in das Ritzel 19 eingreift und so die DrrNung um 90° bewirkt.

Mit den Wellenzapfen 55 des Schwenktriebes 24 ist über den Steg 27 der ausfahrbare Teleskopzylinder

22 verbunden. Dieser ist damit nicht zentral in der Manipulatorlängsachse 54, sondern seitlich versetzt angeordnet (Fig. 5). Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die unter Baueinheit, den Schwenktrieb 24, die Teleskopzylinder 22 und den Reparaturteller 21

jo durch die Stopfenrohre 48 und die Reparaturschächte 31, 32 des Abschirmdrehdeckels 30 zu bringen.

Am unteren Deckel des Schwenktriebes 24 ist ein Zentrierzapfen 23 angebracht, der bei Einfahren des Reparaturmanipulators 49 in eine Büchse eingeführt

J5 wird, die sich im Klöpperboden 43 befindet. Diese Büchse dient zum Zentrieren des Manipulators auf die Achse 54. Nach der Zentrierung wird der Teleskopzylinder 22 mit dem Reparaturteller 21 hydraulisch an den Rohrboden angefahren. Die Steuerung

erfolgt über den Hydraulikanschluß 28.

Die gesamte Manipulatoranordnung ist im zentralen Stopfenrohr 48 drehbar gelagert. Die Axialkräfte werden durch das Drucklager 46 aufgenommen, die radiale Führung erfolgt mittels der Nadellager 47. Die

axiale Länge kann durch die Distanzbüchse 8 sowie durch das obere und das untere Zylindorhalteruhr 12, 15 eingestellt werden. Die Vertikalkräfte werden über das nicht drehbare Halterohr 11 übertragen. Die Drehung des Manipulators wird von der Antriebswelle 2,

,ο die sich in dem Gehäuse 1 auf der Grundplatte 4 befindet, gesteuert. Von der Welle 2 wird die Drehbewegung über den Zahnkranz 10 und den Flansch 7 auf den Zylinder 13 und damit auf den Manipulator 49 übertragen. Die Drehbewegung kann durch einen

nicht näher dargestellten Zeiger auf den Schablonentisch 3 übertragen und dort abgelesen verden. Der Halteträger 5 dient zur Halterung der gesamten Anordnung beim Ein- bzw. Ausfahren.

Die Fig. 6 zeigt einen Natrium-Natrium-Zwi-

M schenwärmetauscher mit Wendelrohrbündel 51. Auch in diesem Zwischenwärmetauscher kann die erfindungsgemäße Reparaturmaschine in derselben konstruktiven Ausführung eingesetzt werder:. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß der Reparaturteller

,5 21 mit dem Verschlußstopfen 50 nicht im Winkel von 90° zum Teleskopzylinder 22 stehen muß, sondern parallel zu dessen Achse in der Mittelachse 54 des Manipulators verläuft, da die Rohröffnungen in den

beiden Rohrboden 52, 53 vertikal und nicht axial gelegen sind.

Im folgenden wird der Betriebsablauf des Verschließverfahrens beschrieben, wie er im Falle einer Reparatur erforderlich wird:

Vorarbeiten:

1. Ermittelung des defekten Rohres 35, d. h. Positionsbestimmung

2. Einsetzen einer dem Rohrradius entsprechenden Abstandsbüchse in den Teleskopzylinder 22

Reparatur am unteren Rohrboden:

3. Ausfahren des Abschirmstopfens 29 aus dem zentralen Stopfenrohr 48 des Abschirmdrehdekkels 30

4. Einfahren der Reparaturmaschine bis in den Reparaturschacht 31 und Befestigung der Grundplatte 4 auf dem Flansch des Deckels 30

5. Ausfahren der Teleskoprohre 14 mittels Kolben 6 und Zylinder 13

6. Betätigung des hydraulischen Schwenktriebes 24, d. h. Drehung des Teleskopzylinders um 90° mittel Ritzel 19 und Kolben 18

7. Ausfahren des Teleskopzylinders 22 bis zum Anschlag an die Distanzbiichse

8. Positionierung des defekten Rohres 35 durch Befreiung des Manipulators 49 um seine zentrale Achse 54 mittels Antriebswelle 2 und Schnekkengetriebe 10, 7

9. Einfahren des Stopfens 50 in das defekte Rohr 35 des unteren Rohrbodens 33 durch kurze Rückführung der Teleskoprohre 14

10. Beginn des Umformvorgangs durch Auslösen der Zündung

11. Explosivumformung des Bolzens 15 (Ausweitung mit Verschweißen der Wände)

12. Kurzes Absenken des Rcparaturtellers 21 um ihn vom Bolzen 50 zu lösen

13. Einfahren des Teleskopzylinders 22

14. Riickschwenken des Teleskopzylinders 22 in die vertikale Stellung mittels des hydraulischen Schwenktriebes 24

15. Einfahren der Teleskoprohre 14 durch Kolben 6 und Zylinder 13

16. Ausfahren der Reparaturmaschine aus dem Reparaturschacht 31 und dem Stopfenrohr 48

17. Schließen des Schachtes 48 mittels des Abschirmstopfens 29

Reparatur am oberen Rohrboden:
1«. Umbau der Lagerung 11, 12. 15. 46, 47 bzw. Verkürzung des gesamten Manipulators

19. Ausfahren des Abschirmstopfens 29 aus dem seitlich gelegenen Rohrstopfen 48 des Abschirmdeckels 30

20. Einfahren der Reparaturmaschine in den Reparaturschacht 32

21. Betätigung des hydraulischen Schwenktriebes 24 um 90° bis der Bolzen 50 nach unten zeigt

22. Positionierung des defekten Rohres 35 durch Drehung des Manipulators 49 um seine zentrale Achse 54 sowie durch Drehung des gesamten Abschirmdrehdeckels 30

23. Ahsenken der Teleskoprohre 14 zum Einfahren des Stopfens 50 in die Rohröffnung 36 des defekten Rohres 35 im oberen Rohrboden 34

24. Wiederholung der Schritte 10. und 11.

25. Kurzes Anheben des Reparaturtellers 21 um ihn vom Bolzen 50 zu lösen

26. Wiederholung der Schritte 14. bis 17.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Vorrichtung zum Verschließen von defekten Wärmetauscherrohren in einem Natrium-Na- ϊ trium-Rohrbündelwärmetauscher, bei dem die Wärmetauschrohre in Rohrboden befestigt sind und von einem Rohrboden zum anderen ein zentraler Zulaufkanal für flüssiges Natrium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein ."> Manipulator (49) über Teleskope (6,13,14) aus einem im Zulaufkanal anbringbaren Träger hydraulisch bis unter den unteren Rohrboden ausfahrbar und um seine Längsachse drehbar ist und einen Reparaturteller (21) aufweist, der aus einer ι '■> zur Zulaufkanalachse parallelen Richtung von außen gesteuert so schwenkbar ist, daß die Achse des in einer Aufnahmebohrung (44) des Reparaturtellers (21) gehaltenen Stopfens (50) mit der Achse der zu verschließenden Rohröffnung flach- Jo tet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Teleskope (6,13, 14) ein Haltekopf (16) angeordnet ist, der einen mit seiner Drehachse senkrecht zur Manipulator- 2> Iängsachse (54) stehenden Schwenktrieb (24) trägt, der aus einer Grundstellung bis zu 90 Grad wiederum senkrecht zur Manipulatorlängsachse (54) schwenkbar ist und daß am Steg (27) des Schwenktriebs (24) seinerseits ein ausfahrbarer κ> Teleskopzylinder (22) exzentrisch zur Achse (54) befestigt ist, wobei dieser den eigentlichen Reparaturteller (2L) mit dem einzubringenden Stopfen (50) trägt.