DE2124530A1

DE2124530A1 - Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauscherrohre

Info

Publication number: DE2124530A1
Application number: DE19712124530
Authority: DE
Inventors: Axel 8521 Rosenbach; Plöger Manfred Dipl.-Ing.; Seyd Günter Dipl.-Ing.; 8520 Erlangen Bergbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1972-11-30
Also published as: SE369859B; DE2124530C3; JPS5652196U; FR2137905A1; CH532768A; BE783378A; NL173094B; FR2137905B1; ES402821A1; US3785291A; JPS5646157Y2; NL7205954A; NL173094C; GB1387293A; DE2124530B2; IT955602B

Description

Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauscherrohre

In Kernkraftwerksanlagen werden zur Dampferzeugung und für andere Zwecke Wärmetauscher eingesetzt, die vom Primärkühlmittel der betreffenden Reaktoranlage durchströmt werden. Es läßt sich nicht verhindern, daß dieses Primärkühlmittel im Laufe der Zeit radioaktiv verseucht wird und daß sich radioaktive Teilchen auch im Bereich der Wärmetauscher ablagern. Andererseite besteht auch die Gefahr, daß Wärmetauscherrohre zu Bruch gehen, so daß dann eine direkte Verbindung zwischen Primär- und Sekundärkühlmittel auftritt. Dies hat zunächst zur Folge, daß Eadioaktivität in den Sekundärkreislauf übertreten kann, was aber unbedingt vermieden werden muß. Da eine Reparatur derartiger Störstellen wegen der Unzugänglichkeit ihrer Lage praktisch nicht möglich ist, ist es zweckmäßig, einfach das betreffende Wärmetauscherrohr stillzulegen, d.h. an seinen beiden Enden in der Rohrplatte des Wärmetauschers wasserdicht zu verschließen. Dies könnte beispielsweise durch Schweißen geschehen, wozu die Sammelkammern über die vorgesehenen Mannlöcher betreten werden müssten. Wegen der starken radioaktiven Strahlung innerhalb dieser Behälter ist die zulässige Aufenthaltsdauer für das Reparaturpersonal so gering, daß die Durchführung der Dichtschweißung von Hand praktisch nicht möglich ist. Ein wesentliches Abklingen der Radioaktivität kann jedoch nicht abgewartet werden, da sonst das gesamte Kraftwerk zu lange stillstehen müßte.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Schweißverfahren zu finden, das bei Gewährleistung reproduzierbarer Dichtigkeit mit einem möglichst geringen Zeitaufwand verbunden ist. Ein solches Verfahren wurde im Explosionsschweißverfahren gefun-

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den, das darin besteht, daß die zwei zu verbindenden Materialien durch eine Detonationsschockwelle miteinander verschweißen. Dieser Vorgang findet z.B. auch beim Explosionsplattieren statt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf eine Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauscherrohre innerhalb des Bereiches der Rohrboden von Wärmetauschern unter Verwendung dieser Explosionsschweißtechnik. Erfindungsgemäß wird dabei ein in das abzudichtende Rohr einzuführender metallischer·Verschlußstopfen mit einer zentralen Sackbohrung vorgesehen, in der eine Hülse aus Kunststoff, Pappe o.dgl₉ eingesetzt ist₃ die in ihren dem Ende der Bohrung zugewandten Teil eine Zündkapsel, in ihrem mittleren Teil eine Sprengladung enthält und deren anderes Ende konisch erweitert sowie mit Schlitzen zum Einklemmen in das Wärmetauscherrohr versehen ist. DeivVerschlußstopfen ist in seinem Durchmesser dem abzudichtenden Rohr angepaßt und über die Länge der in seiner Bohrung befindlichen Sprengladung nach seinem offenen Ende zu konisch verjüngt. Das Verschließen eines Wärmetauscherrohres mit einer solchen Einrichtung wird anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.

Pig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Wärmetauscher, Pig. 2 im Schnitt einen Verschlußstopfen und Pig. 3 im Schnitt ein abgedichtetes Wärmetauscherrohr.

Gemäß Pig. 1 besteht der Wärmetauscher allgemein aus einem Druckkessel 1, der durch einen Rohrboden 15 in zwei Teile geteilt ist. In diesem Rohrboden 15 münden die U-förmig gebogenen Wärmetauscherrohre 17, die vom Primärkühlmittel durchströmt sind. Der Raum unterhalb des Rohrbodens 15 ist dabei durch eine Querwand 16 nochmals in zwei Kammern unterteilt, die zur Aufnahme des ein- und ausströmenden Primärkühlmittels dienen. Dieses wird über die Stutzen 11 zu- und 12 abgeführt. Diese Sammelkammern sind weiterhin über Mannlöcher zugänglich. Die Wärmetauscherrohre 17 werden vom Sekundärkühlmittel umströmt, das beispielsweise über die Stutzen 13 ein- und über den Stutzen 14 austritt. Da das Paket der Wärmetauscher-

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rohre 17 außerordentlich eng gepackt ist, ist ein Defekt, z.B. an der Stelle 18, nicht direkt einer Reparatur zugänglich. Da ein solcher Defekt mit erhöhter Wahrscheinlichkeit in den gekrümmten Partien der Wärmetauscherrohre 17 auftritt, ist auch eine Reparatur mit Hilfe eines SpezialWerkzeuges vom Innern der Rohre her praktisch nicht möglich. Es verbleibt also nur die eine Möglichkeit, das defekte Rohr an seinen, beiden Enden, also innerhalb des Bereiches des Rohrbodens 15 zu verschließen, wie es durch die Stopfen 2 in dieser Figur angedeutet ist.

Dieser Stopfen 2 ist nun gemäß Fig. 2 ganz speziell ausgebildet, damit er sich nach dem Prinzip der Explosionsschweißung mit der Innenwandung des defekten Rohres verbindet.

Der Verschlußstopfen besteht aus einem allgemeinen zylindrischen Metallstück 21, das mit einer Zentralbohrung 23 versehen ist. Diese bildet ein Sackloch. Der im allgemeinen zylindrische Verschlußstopfen ist an seinem offenen Ende 22 konisch verjüngt, dieser Verjüngungswinkel oG liegt dabei zwischen 2 und 6°. Zur Vorbereitung der Einschweißung wird in diese Zentralbohrung 23 eine Kunststoff- oder Papphülse 3 eingeführt, die an ihrem vorderen Ende die Zündkapsel 4 und in ihrem mittleren Teil den Sprengstoff 5 enthält. Die Länge des Sprengstoffes entspricht dabei etwa der Länge des Konus.22 des Verschlußstopfens 2. Außerhalb des Verschlußstopfens ist die Hülse 3 erweitert und liegt mit einer Schulter 33 am Verschlußstopfen an. Die konische Erweiterung ist mit Schlitzen 34 versehen, wodurch sich die Hülse im abzudichtenden Rohr selbst festklemmt. Die Zünddrähte 41 der Zündkapsel 4 werden beispielsweise in einer seitlichen Nut der Hülse 3 an Zündkapsel und Sprengstoff 5 entlang nach außen geführt.

Zum Verschweißen eines defekten Wärmetauscherrohres ist es dann lediglich notwendig, nach Öffnung der Mannlöcher 19 das zu verschweißende Rohrende innen zu reinigen und sodann

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jeweils ein derartig vorbereiteter Verschlußstopfen gemäß Fig. 2 einzuschieben. Die Zünddrähte 4-1 werden durch die Mannlöcher 19 herausgeführt und der Sprengstoff 5 durch Anschließen derselben an eine Zündmaschine zur Detonation gebracht. Die Schockwelle der Detonation wird über die Kunststoffhülse auf den Yerschlußstopfen übertragen, wodurch eine fortschreitende Verformung dieses Stopfens in seinem konisch verjüngten Teil erzielt wird. Infolge der sehr hohen, nur äußerst kurzzeitig wirksamen Drücke und der Reibung der aufeinandertreffenden Metallpartien tritt eine Verschweißung der zu verbindenden Oberflächenpartien ein. Dabei ist eine starke Erwärmung in einer schmalen Grenzschicht mögliche Restliche Oberflächen-Verunreinigungen sowie Oxidschichten werden dabei durch den sich infolge der Formgebung des Verschlußstopfens ausbildenden feinen Strahl von .geschmolzenem Metall zerrissen und aus der Verbindungszone gedrängt» Der Mechanismus des ExplosionsverSchweißens ähnelt somit den Vorgängen "beim Preß- bzw. Reibschweißen weitgehend,

Die Fig. 3 seigt einen Schnitt durch eine derartige Versolilußstell@o Daraus ist zu ersehen, daß sich der Verschlußstopfen mit seinem Seil 22 eng an das Rohr 17 innerhalb des Bereiches des Rohrbodens 15 angelegt hat. Metallographische Untersuchungen haben ergeben, daß in diesem Bereich eine einwandfreie Verschweißung, also nicht nur ein Parallelanlegen, stattgefunden hat.

Mit Hilfe derartiger Verschlußstopfen ist also ein außer- · ordentlich rasches Verschließen schadhafter Rohre möglich. Der Einsatz derselben kann selbstverständlich auch durch fernbediente Manipulatoren durchgeführt werden, wenn die Strahlenbelastung innerhalb der Sammelräume des Wärmetauschers für das Betriebspersonal zu groß sein sollte. Abschließend sei weiterhin darauf hingewiesen, aaß ein konventionelles Schweißen durch die Anwesenheit von Borablagerungen - diese rühren vom borsäurehaltigen Primärkühlmittel her - mit Schwierigkeiten verbunden ist, da sich

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eine Borinkrustierung ausbilden kann. Diese wiederum könnte zu Undichtigkeiten innerhalb der Schweißnaht selbst führen. Durch die Anwendung der hier geschilderten Technik wird diese Fehlermöglichkeit mit Sicherheit umgangen.

Zur besseren Vorstellung der Dimensionierung eines derartigen Verschlußstopfens sei erwähnt, daß dieser beispielsweise bei einem Außendurchmesser von 19.4 mm etwa eine länge von 110 mm besitzt. Seine Innenbohrung 23 hat dann einen Durchmesser von 13 mm und eine Tiefe von etwa 100 mm. Die Länge des Sprengstoffes 5 und auch des konischen Teiles 22 des Verschlußstopfens beträgt etwa 30 mm. Die Länge der in die Bohrung 23 vorspringenden Hülse 3 richtet sich nach der Größe der verwendeten Zündkapsel 4. Die Menge des Sprengstoffes 5 muß durch entsprechende Vorversuche ermittelt werden. Sie richtet sich auch nach dem Material der Wärmetauscherrohre bzw. der Verschlußstopfen 2. Normalerweise wird man beide Teile aus gleichem Material fertigen; ganz allgemein gilt, daß der Unterschied in Wärmedehnungskoeffizienten zwischen Rohrmaterial und Verschlußstopfenmaterial möglichst gering sein sollte. Die Größe des Winkels/*/ für den Konus 22 am Verschlußstopfen richtet sich dabei nach der Detonationsgeschwindigkeit des verwendeten Sprengstoffes, also nach der Art derselben. Er liegt im allgemeinen zwischen 2 und 6 und wird umso größer sein, je höher die Detonationsgeschwindigkeit des verwendeten Sprengstoffes ist. Wesentlich für den Erfolg dieses Explosionsdichtschweißung ist neben Sprengstoffart und Menge die Wandstärke des Verschlußstopfens sowie die Konizität seines offenen Endes.

3 Figuren

6 Patentansprüche

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Claims

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-6-Patentansprüehe

( 1./Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauscherrohre innerhalb des Bereiches der Wärmetauscherrohrböden unter Verwendung des Explosionsschweißtechnik, dadurch gekennzeichnet j, daß ein in das abzudichtende Rohr einzuführender metallischer Verschlußstopfen mit einer zentralen Bohrung versehen ist, daß in dieser Bohrung eine Hülse aus Kunststoff, Pappe ο»dgl. eingesetzt ist₉ die in dem dem geschlossenen Ende der Bohrung sugevrandten Teil eine Zündkapsel, in ihrem mittleren Teil ©ine Sprengladung enthält lind deren anderes Ende konisch erweitert sowie mit Schlitzen zum Einklemmen im Wärmetauscherrohr versehen ist und daß . der in seinem Durchmesser dem Rohr angepaßte Stopfen über die länge der in seiner Bohrung befindlichen Sprengladung nach seinem offenen Ende zu konisch -verjüngt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünddrähte der auf elektrischem Wege auszulösenden Zündkapsel in Nuten oder sonstigen Durchführungen der Hülse aus dem offenen Ende des Stopfens herausgeführt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der konischen Verjüngung der Detonationsgeschwindigkeit des verwendeten Sprengstoffes und dem Material der Hülse derart angepaßt ist, daß er mit steigender Detonationsgeschwindigkeit größer wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der 1
ist.

der Winkel wenigstens 2° beträgt und nicht größer als 6°
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen aus gleichem Material wie die zu verschließenden Rohre besteht.

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6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen aus einem Material "besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient möglichst gleich jenem des Rohrmaterials ist.

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