DE2100485B2 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Dampferzeuger dieser Art (DE-AS 11 31 702) liegt die Wasserkammer außerhalb des radialen Umfangs des Druckgefäßes, welches einen Gasraum und einen Flüssigmetallraum aufweist Die Rohrbündel sind zunächst in radialer Richtung in den Gasraum und dann in axialer Richtung in den Flüfsigmetallraum geführt Im Gasraum kann auch kondensiertes Natrium vorkommen, so daß die Durchführung der Rohre durch die Behälterwand in den Flüssigmetallraum nicht gut kontrollierbar ist. In ähnlicher Weise sind die Rohrbündel im oberen Bereich des Druckgefäßes herausgeführt. Der Dampfefteuger ist deshalb nicht so ausgebildet, daß nach Ausführung von einfachen Trennschnitten sich die Rohrbündel aus dem Druckgefäß herausheben lassen.

Bei anderen Dampferzeugern mit Beheizung durch flüssiges Metall ist das Wasser von dem flüssigen Metall (Natrium) durch Platten getrennt, in denr.n Kehlschweißnähte vorkommen (DKOS 19 29 025, US-PS 95 676. US-PS 32 79 439). Bei I ndichtigkeiten kann es zu heftigen Reaktionen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß Undichtigkeiten gut überprüft s werden können, indem die besonders gefährdeten Stellen von außen beobachtet werden können, und der Dampferzeuger zur Überprüfung anderer gefährdeter Stellen leicht auseinandergenommen werden k?nn.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich durch ίο Anwendung der kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruches 1.

Der neue Dampferzeuger ist einerseits so aufgebaut, daß sich Undichtigkeiten nicht schwerwiegend auswirken, und andererseits die Überprüfung von Schweißnähten nach einer gewissen Betriebsdauer leicht durchge führt werden kann. Hierzu wird das Druckgefäß im oberen und unteren Bereich durch je einen Schnitt aufgetrennt, so daß die Rohrbündel zusammen mit Teilen der Böden und den Durchführungswänden sowie der oder den Wasserkammern aus dem zylindrischen Mantel des Druckgefäßes nach oben herausgezogen werden können. Nachdem die Überprüfungs- und Wartungsarbeiten ausgeführt sind, wird das Druckgefäß entlang den zuvor angebrachten Trennschnitten wieder verschweißt Je nach der Ausbildung des Dampferzeugers wird der untere Trennschnitt dutch Rohrstutzen gelegt, welche ein Teil des unteren Bodens darstellen, oder der Großteil des unteren Bodens wird insgesamt abgetrennt Wenn lediglich die oberen Enden der Rohrbündel freizumachen sind, wird bei der zweiten Ausbildungsform des Dampferzeugers ein weiter oben verlegter Trennschnitt angebracht

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt & F i g. 1 die erste Ausführungsform des Dampferzeugers;

Fig.2 den Dampferzeuger nach Fig. 1 während des Ausbaus des Rohrbündels;

F i g. 3 eine zweite Ausfüiirungsvoi fli des Dampferzeugers;

Fig.4 den Ausbau der Rohrbündel aus dem Dampferzeuger nach F i g. 3;

F i g. 5 eine vergrößerte Einzelheit im Querschnitt

Die Abmessungen der verschiedenen, dargestellten ^4< > Bauteile sind zum besseren Verständnis der iirläuterung gewählt worden ;nd entsprechen nicht notwendigerweise den bei der praktischen Ausführung vorgesehenen Abmessungen.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Dampferzeuger enthält ein Druckgefäß 1 mit einem äußeren zylindrischen Mantel 2 sowie mit einem oberen und einem unteren gewölbten Boden 3 und 4. Im Druckgefäß 1 sind zwei zum Mantel 2 koaxiale Einbauzylinder 5, 6 vorgesehen, und in deren Ringraum sind Rohrbündel 17, ">"> 18 in Form einer Wendel oder einer Serpentine steigend angeordnet.

Ein weiterer im Druckgefäß liegender Einbauzylinder

7 umgibt den oberen Teil des Einbauzylinders 5 und ragt

darüber hinaus. Der Einbauzylinder 7 ist am unteren

w Ende mit einem radial einwärts weisenden Rand 8 versehen, welcher an den Einbauzylinder 5 dicht oder praktisch dicht anschließt. Die Einbauzylinder 5 und 6 liegen mit ihren unteren Rändern in gleicher Höhe, aber der Einbauzylinder 6 mit dem kleineren Durchmesser

*>' ragt mit seinem oberen Rand über den Einbauzylinder 5 hinaus.

Zur Zufuhr und Abfuhr des Wärmeträgers — flüssiges Metall (Natrium) - weist das Druckgefäß 1 einen

oberen, den Einbauzylinder 7 durchdringenden Rohrstutzen 10 und einen unteren Rohrstutzen 9 auf.

Zur Durchführung der Rohrbündel 17, 18 weist der untere Boden 4 abtrennbare Rohrstutzen 11 mit Querwand 12 auf, welche in das Innere des Druckgefäßes 1 hineinragen und die Durchführungen der einzelnen Rohre der Rohrbündel darstellen, und der obere Boden 3 weist nach außen vorspringende Rohrstutzen 12 auf, ebenfalls mit Querwänden 14 zur Durchführung der einzelnen Rohre. Oberhalb von diesen befindet sich jeweils eine Dampfsammelkammer 15, die jeweils an Dampfsammeirohren 16 angeschlossen sind. Die unteren Enden der Rohrbündel 17, 18 setzen sich jenseits der Querwände 12 bis zu Rohraufnahmeplatten 19 fort, die außerhalb des Umrisses des Druckgefäßes 1 liegen und jeweils die obere Begrenzungswand von Wasserkammern 20 bilden. Zu diesen führt jeweils ein Wasserzulauf 21. Die Wasserkammern 20 passen jeweils in die Rohrstutzen 11 hinein, d h. die Abmessung der Rohraufnahmeplatten i* ist kleiner als die der Querwände 12.

In Höhe des oberen Bodens 3 ist das Druckgefäß 1 mit Ableitungsrohren 22 versehen, die durch Sollbruchmembranen 23 verschlossen sind Wenn ungewollt Leckwasser in das Natrium gelangt und Reaktionsprodukte entstehen, zerstören diese die Sollbruchmembranen 23 und werden über die Ableitungsrohre 22 abgeleitet

Während des Betriebs fließt flüssiges Natrium durch den Rohrstutzen 10 in den Ringraum zwischen den Einbauzylindern 5 und 7, übersteigt den oberen Rand des Einbauzylinders 5 und ergießt sich über das Rohrbündel. Dieses ist wasserdurchflossen, und der durch Wärmetausch mit dem flüssigen Natrium entwickelte Dampf wird durch die Dampfsammeirohre 16 abgeführt

Das flüssige Natrium verläßt das Druckgefäß durch den Rohrstutzen 9; die Zufuhr des Natriums durch den Rohrstutzen 10 erfolgt so, daß das Natrium auf einem Spiegel N1 im Ringraum zwischen den Einbauzylindern 6,7 gehalten wird, der oberhalb des oberen Randes des Einbauzylinders 5 liegt In den restlichen Zwischenräumen des Druckgefäßes steigt das Natrium auf einen Flüssigkeitsstand NZ Oberhalb der Flüssigkeitsspiegel N1, N 2 ist das Innere des Druckgefäßes mit neutraler Atmosphäre gefüllt, z. B. mit Argon.

Die Rohrbündel des Dampferzeugers können leicht vollständig entleert werden, da der darin enthaltene Wärmeträger (Wasser) unter dem Einfluß der Schwere austritt und dabei einen ständig abfallenden Weg nimmt so

Der Wärmeaustausch erfolgt unter stetiger Zirkulation, da der Wasser-Dampf-Wärmeträger einen Weg nimmt der von einem Ende zum anderen Ende der Rohrbündel stetig ansteigt Die Gefahr einer Instabilität kann daher selbst bei niedriger Belastung kaum auftreten.

Während die beiden Seiten der Querwände 14 mit neutraler Atmosphäre (Argon) und mit überhitztem Dampf in Berührung stehen, sind die unteren Rohranscblußplatten auf ihren entsprechenden Seiten von «> Wasser und Luft bespült. Sämtliche Durchführungen an den Enden 17,18 der Rohrbündel sind demgemäß gegen Korrosionsgefahr geschützt; etwaiges dort auftretendes Leckwasser kann mit dem Natrium nicht in Reaktion treten. Die Rohre der Rohrbündel 17,18 sind aber auch μ durch das Druckgefäß 1 hindurchgeführt, nämlich an den Querwänden 12. Eine dort auftretende Leckstelle kann nur zur Folge haben, daß etwas Natrium an die Außenluft gelangt, von der Reaktion mit Wasser aber ferngehalten wird.

Da die Querwände 12 dem vergleichsweise niedrigen Druck des umlaufenden Natriumstroms ausgesetzt sind, können sie gefahrlos so bemessen werden, daß wirksame Wärmemanschetten angeschlossen werden können, welche etwaige Wärmestöße auffangen. Dank der relativ geringen möglichen Dicke sind die Querwände 12 gegenüber solchen Wärmestößen weniger empfindlich. Es wird somit die Tatsache ausgenutzt daß die von dem flüssigen Natrium bespülten Querwände 12 dem erhöhten Druck des Wasser-Dampf-Kreislaufs entzogen sind, während die Rohranschlußplatten 19 der Wasserkammern 20 sich außerhalb des Einflusses des Natriums befinden.

Zur Inspektion der Rohrbündel wird der Dampferzeuger demontiert Hierzu genügt es, durch das Druckgefäß einen oberen Trennschnitt L i und weitere Trennschritte L 2 durch die unteren Rohrstutzen 11 zu legen; außerdem müssen nicht darstellte Schnitte an den Wasser- und Dampfleitungen vorgenommen werden. Fig.2 zeigt, wie die Rohrbündel 17, 18 angehoben und aus dem Druckgefäß 1 gezogen werden. Es bleiben zusammen der obere Boden 3, die Dampf-ammelkammer 15, die Rohrbündel Ϊ7, 18, der Einbauzylinder 6, die Querwände 12 mit einem Teil der Rohrstutzen 11 und die Wasserkammern 20.

Der Wiedereinbau der Rohrbündel geschieht durch senkrechte Aneinandersetzung der getrennten Teile und durch Wiederherstellung der Schweißnähte längs der Schnitte LI₁L 2.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 bis 5 besteht das Druckgefäß 1 wiederum aus einem senkrechter:, zylindrischen Mantel 2, einem oberen und einem unteren gewölbten Boden 3,4. Im Druckgefäß 1 sind zwei Einbauzylinder 5,6 untergebracht, die koaxial zum Mantel 2 liegen; der von den beiden Einbauzylindern 5, 6 begrenzte Ringraum enthält die Roh-bündel 17,18, die wiederum steigend angeordnet sind

Der Einbauzylinder 5 ist unten mittels eines Abachlußflansches 5/4 an dem Mantel 2 befestigt; der Flansch 5A schließt den Ringraum zwischen dem Mantel 2 und dem Einbauzylinder 5 ab; der — dünnere — Einbauzylinder 6 ragt über den Einbauzylinder 5 nach oben hinaus.

Durch den Flansch 5-4 wird der Ringraum zwischen den Bauteilen 5 und 1 den Schwankungen des Natriumspiegels entzogen, die sich aus Druckschwankungen des inerten Gases (Argon) im oberen Teil der Ummantelung oder einer anderen Ursache ergeben können; demzufolge wird ein Absinken des Spiegels N1 verhindert, das durch derartige Schwankungen hervorgeru*w. werden könnte. Der Ringraum zwischen den Bauteilen 1 und 5 kann mit flüssigem Metall gefüllt oder unter neutraler Atmosphäre gehalten werden. Im letzteren Fall ist der Einbauzylinder 5 mittels eines Ansatzstücks SB nach oben verlängert, dessen oberer Rand über dem höchsten Spiegel JVl des flüssigem Metalls liegt

Im oberen gewölbten Boden 3 sitzt ein Rohrstutzen 10, der sich in eine Vielzahl von Verteilerrohren 8 aufteilt, die oberhalb der Rohrbündel enden.

Der untere Boden 4 enthält eine Ringwand 12 zur Rohrdurchführung. Der äußere Durchmesser dieser Ringwand 12 ist kleiner als der Durchmesser des Einbauzylinders 5. Der Boden 4 geht in einen Rohrstutzen 9 über.

Am zylindrischen Mantel 2 des Druckgefäßes I ragen

mehrere Rohrstutzen 13 vor, in denen Querwände 14 zur Aufnahme der oberen Rohrenden angeschweißt sind. Jenseits jeder Querwand 14 liegt jeweils eine Dampfkammer 15, von der je ein Dampfsammeirohr 16 wegführt.

Die Rohre am unteren Ende der Rohrbündel 17, 18 sind zusammengeführt und durch die Ringwand 12 aus dem Druckgefäß herausgeführt; danach fächern die Rohre (bei WA) wieder auf und sind an Rohraufnahme· platten 19 angeschlossen, welche außerhalb des Druckgefäßes liegen. Jede Rohraufnahmeplatte 19 bildet einen Teil einer Wasserkammer 20, die jeweils einen Wasserzulauf 21 aufweist.

Die Rohre der Rohrbündel sind gruppenweise zusammengefaßt, derart, daß jede Wasserkammer 20 mit nur einer Dampfkammer 15 in Verbindung steht.

Das Druckgefäß 1 ist mit Ableitungsrohren 22 versehen, welche jnwpiW pine .Sollbruchmembrane 23 enthalten

Beim Betrieb des Dampferzeugers wird flüssiges Natrium durch den Rohrstutzen 10 und die Verteilerrohre 8 in den Ringraum mit den Rohrbündeln zugeführt, das Natrium strömt entlang der Rohrbündel und wird beim Rohrstutzen 9 abgeführt. Der Natriumspiegcl ist bei N 1 und N 2 angedeutet.

Gleichzeitig werden die Rohre der Rohrbündel durch den Wasserz.ulauf 21 gespeist, und der durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Natrium erzeugte Dampf wird bei 16 abgeleitet. Der Wasser-Dampf-Wärmeträger strömt dabei auf der ganzen Länge des Rohrbündels stetig aufwärts.

Die beiden Seiten der Querwände 13 kommen nur mit der neutralen Atmosphäre (Argon) und überhitztem Dampf in Berührung und die unteren Anschlußplatten 19 mit Wasser und Außenluft. Demgemäß sind alle Wände zur Durchführung der Rohre gegen die Gefahr der Korrosion geschützt; Leckwasser kann nicht mit dem Natrium an den Oberflächen dieser Wände in Reaktion treten.

Da die Rohrbündel 18 die Ringwand 12 durchqueren, kann im Bereich der Verbindungsstellen zwischen Rohren und Ringwand etwa austretendes Natrium nur

an die Außenluft gelangen.

Da die Ringwand 12 nur dem verhältnismäßig niedrigen Druck des Natrium-Kreislaufs ausgesetzt ist. ist es ohne weiteres möglich, dort wirksame Wärmemanschetten 24 (Fig. 5) anzubringen, welche etwaige Wärmestöße auffangen. Dank der verhältnismäßig geringen benötigten Wandstärke sind die Manschetten 24 weniger empfindlich gegen solche Wiirmeslöße. Es wird somit der Umstand ausgenutzt, daß die von dem Natrium bespülte Ringwand 12 den höheren Drücken des Wasser-Dampf-Kreislaufs entzogen ist, während die Rohraufnahmeplattcn 19 der Wasserkammern 20 sich außerhalb des Einflußbereichs des Natriums befinden.

Wie sich aus F i g. 5 ergibt, ist die Ringwand 12 z.ur Rohrdurchführung zweckmäßig von zwei ebenen Flächen 25, 26 begrenzt, welche die Anbringung der Wärniemanschetlcn 24 mit Schweißgeräten erleichtern.

Zum Ermöglichen einer Überprüfung der Rohrbündel von oben genügt es, den oberen Boden 3 längs eines Trennschnittes 1.3 abzutrennen und gleichzeitig den Rohrstutzen 10 abzuschneiden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird nach Abheben des oberen Bodens 3 das obere Rohrbündel 17 zur Überprüfung frei; der angehobene Boden 3 ist in Strichpunktierten Linien dargestellt.

Zur Wiederherstellung des Druckgefäßes 1 werden die Teile zusammengefügt und längs des Schnittes L 3 miteinander verschweißt.

Zur Demontage des Rohrbündels werden Trennschnitte L 1, Ll durch den Mantel bzw. den Boden 4 gelegt, und es werden die Rohre des Wasserzulaufs 21, die Dampfsammeirohre 16 und die Rohrstutzen 9, 10 abgetrennt. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß diese Schnitte Li, L2 das senkrechte Herausziehen der folgenden Baueinheit ermöglichen, nämlich des oberen Bodens 3, der Rohrbündel 17,18 nebst Anschlußwänden 14,19, des unteren Bodens 4 mit der Ringwand 12 und des Einbauzylinders 6.

Zur Wiederherstellung des Dampferzeugers werden die abgetrennten Teile durch Zusammensetzen und Verschweißung längs der Schnitte Li. LI miteinander verbunden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger mit Beheizung durch einen Wärmeträger, insbesondere durch flüssiges Metall, mit einem Druckgefäß, welches einen im wesentlichen zylindrischen Mantel und einen oberen und unteren Boden aufweist, mit Rohrbündeln, die jeweils aus Verdampfer- bzw. Überhitzerrohren bestehen, welche im unteren Bereich in das Druckgefäß über Durchführungen von außen eintreten, steigend in dem Druckgefäß angeordnet sind und im oberen Bereich des Druckgefäßes austreten, und mit einer oder mehreren Wasserkammern, die unterhalb des Druckgefäßes liegen und an die die Verdampfer-bzw. Oberhitzerrohre angeschlossen sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) alle Verdampfer- bzw. Überhitzerrohre (17,18) sind oberhalb einer für eine Abtrennung vorgegghenen Stelle (L 1) des Druckgefäßes (1) herausgeführt, wobei der freie Querschnitt der Abtrennstelle größer als der Gesamtquerschnitt der Rohrbündel (17,18) ist,

b) die Bereiche (11, 12) der Durchführungen der Rohre (17,18) durch den unteren Boden (4) sind in solcher Größe abtrennbar, daß die Wasserkammern (20) durch die Abtrennstellen (L 2) durchtreten können, wobei der Querschnitt des abgetrennten Teiles (11, 12, 20) kleiner ist als der freie Durchtrittsquerschnitt des Druckgefäßes(l).

2. Dampferzeuger np-ch Anspruch 1, wobei mehrere Wasserkammern vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereic! ' der Durchführungen der Rohre durch den unteren Boden jeweils als abtrennbarer Rohrstutzen (fl) mit Querwand (12) ausgebildet sind, die senkrecht oberhalb der jeweils zugeordneten Wasserkammer (20) angeordnet sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennstelle (LT) des unteren Bodens (h) um diesen ringförmig umläuft (F ig. 3 bis 5).