DE2216714C2 - Anschlußelement für einen Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Anschlußelement für einen Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise, bei dem mindestens eine Rohrschleife mit mindestens je einem ab- bzw. aufsteigenden Rohrteil an einem zylindrischen, in eine Buchse in der Wand des Wärmetauschers einsetzbaren Stopfen befestigt ist, wobei das absteigende bzw. aufsteigende Rohrteil mit je einem Kanal verbunden ist und eine Zu- bzw. Ableitung angelegt ist, die in den entsprechenden Kanal mündet. Ein solches Anschlußelement ist aus der AT 2 60 294 bekannt. Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise, auch als Tauchsiedertyp bekannt, sind einfach im Aufbau, infolge der unbehinderten Wärmedehnung wenig empfindlich gegen Temperaturänderungen und lassen sich zu Reparatur- und Wartungszwecken leicht aus ihrem Behälter ausbauen. Ihre wenigen Schweißnähte können in einem wenig beanspruchten Teil angeordnet sein.

Bei Verwendung dieser Wärmetauscher in Kernreaktoranlagen, insbesondere in solchen, die mit Flüssigmetall gekühlt sind, treten mehrere Schwierigkeiten auf, deren Überwindung Aufgabe dieser Erfindung ist. So muß der Aus- und Einbau durch Fernbedienung erfolgen. Dabei ist es schwierig, den Wärmetauscher so zu positionieren, daß seine Verbindung mit den Zu- und Ableitungen für das kühlende Medium mit der nötigen Genauigkeit erfolgen kann. Der Wärmetauscher muß mit seinem Behälter dicht verbunden werden, beispielsweise durch Schweißung, wobei die Schweißnähte während der Montage leicht zugänglich sein, und beim etwaigen Ausbau einfach zu lösen sein sollen. Auch muß eine Vorrichtung vorgesehen werden, die es ermöglicht, den Wärmetauscher schon vor dem Ausbau wenigstens teilweise zu entleeren, um ein Auslaufen des kühlenden Mediums, beispielsweise Natrium, beim Transport in der Anlage zu vermeiden. Auch sollte sich der Wärmetauscher nach erfolgtem Einbau leicht füllen lassen, ohne daß sich in ihm störende Gaspolster bilden können. Diese Anforderungen werden durch die bekannten (z. B. der AT-PS 2 60 294) Wärmetauscher in Tauchrohrbauart nicht erfüllt, da sie auf die Einhaltung einer bestimmten Orientierung der Wäntietauscherrohrbündel zum Behälter angewiesen sind. Die dort vorgesehene Verschraubung der Einzelteile miteinander läßt nur diskrete Orientierungen zu, die beim Einbau genau eingehalten werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Anschlußelement für einen Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise, insbesondere für die Verwendung in flüssigmetallgekühlten Kernreaktoranlagen, der bei Bedarf leicht auswechselbar ist, ohne daß dabei erhöhte Anforderungen an dis Genauigkeit der Positionierung gestellt werden müßten, der ein einfaches teilweises Entleeren gestattet und der mögiichst geringe Abmessungen aufweist

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Kanal umlaufend in der Mantelfläche des Stopfens angelegt ist und daß die in der Buchse angelegte Zu- bzw. Ableitung bei eingesetztem Stopfen üi den entsprechenden Kanal müniiet Diese vorgeschlagene Ausführungsform ermöglicht es, den Wärmetauscher ohne Rücksicht auf seine azimutale Orientierung einzubauen, ihn in einfacher Weise durch eine ringförmige Schweißnaht mit dem Behälter zu verbinden, die bei Bedarf wieder gelöst werden kann, so daß der Stopfen mit dem an ihm befestigten Wärmetauscherrohr durch eine senkrechte Bewegung aus dem Behälter entfernt werden kann. Bei dem Behälter kann es sich um einen mit Primärkühlmittel gefüllten Reaktortank handeln, in das das vom Sekundärmittel durchströmte Wärmetauscherrohr eintaucht. Das kühlende Medium strömt aus der Zuleitung in den betreffenden ringförmigen Kanal und von diesem in den absteigenden Teil des Rohres und umgekehrt aus dem aufsteigenden Teil des Rohres in den zweiten ringförmigen Kanal und aus diesem in die Ableitung, unabhängig davon, in welcher azimutalen Orientierung der Stopfen eingebaut wurde. Auch verhindern beim Füllen des Wärmetauschers die Kanäle die Bildung von störenden Gaspolstern bzw. beheben deren ungünstige Wirkung auf den Durchfluß des kühlenden Mediums.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung für ein Anschlußelement wird vorgeschlagen, daß zwischen Stopfen und Buchse ein Zwischenraum vorhanden ist, der im Bereich des Kanals durch ringförmige Körper ausfüllbar ist. Durch den Abstand zwischen Buchse und Stopfen bleibt die Verbindungsstelle des letzteren mit dem Behälter so lange zugänglich, bis Stopfen und Behälter durch eine Schweißnaht miteinander verbunden sind. Hierauf wird der Zwischenraum zwischen Buchse und Stopfen nacheinander durch die ringförmigen Körper ausgefüllt, in der Weise, daß die ringförmigen Kanäle erhalten bleiben und nach oben durch diese Körper abgeschlossen werden. Die ringförmigen Körper werden dabei jeweils vor dem Einbringen des nächsthöheren mit der Buchse und mit dem Stopfen durch je eine Schweißnaht verbunden. Beim Ausbau des Stopfens wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren, d. h., die den obersten ringförmigen Körper mit der Buchse und mit dem Stopfen verbindenden Schweißnähte werden

gelöst und der ringförmige Körper entfernt, wodurch darunter liegende Schweißnähte zugänglich werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Stopfen einen Hohlraum aufweist, und daß dieser unterhalb des oberen Endes der Rohrteile mit einem derselben verbunden und mit verschließbaren Überlauföffnungen versehen ist Diese Überlauföffnungen sind bei normalem Betrieb verschlossen und werden nur geöffnet, um vor dem Ausbau des Stopfens das Rohr teilweise zu entleeren. Die in den ringförmigen Kanälen und den Zu- und Ableitungen noch enthaltene Flüssigkeit strömt Ober die Überlauföffnungen in den Behälter, so daß nur das Rohr bis zu einer Höhe gefüllt bleibt, die eine Handhabung ermöglicht, ohne daß ein Überfließen der Flüssigkeit befürchtet werden müßte.

Aus Gründen der Raumersparnis sind möglichst geringe Abmessungen des Wärmetauschers erwünscht. Diese werden wesentlich durch den Durchmesser der Wendel des aufsteigenden Teiles des Rohres bestimmt. Wird der Durchmesser der Wendel so bemessen, wie er sich bei Ausnutzung des geringstmöglichen Biegeradius des dafür verwendeten Rohres ergibt, besteht die Schwierigkeit, die unterste Rohrschleife mit'ism innerhalb der Wendel gelegenen absteigenden Teil des Rohres zu verbinden, da ein weiteres Eindrehen der Spirale nicht möglich ist Als weiteres Merkmal der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß der eine Rohrteil mit dem gewendelten, anderen Rohrteil durch eine senkrecht angeordnete Rohrschleife verbunden ist, deren Biegeradius nicht geringer als der der Wendel ist.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Längsaxialschnitt durch einen Wärmetauscher,

F i g. 2 einen Längsaxialschnitt und

Fig.3 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch einen Stopfen, in dem Wärmetauscherrohre befestigt sind.

Diese zeigen einen nur teilweise gezeigten Behälter 1, der beispielsweise der Tank eines Kernreaktors ist, und der mit einem zu kühlenden Medium 2, beispielsweise mit flüssigem Natrium, gefüllt ist In dieses Medium 2 taucht ein Rohr ein, das aus einem absteigenden Teil und aus einem um dieses gewendelten aufsteigenden Teil besteht, die im Beispiel durch eine senkrechte Rohrschleife 6 miteinander verbunden sind, um einen Übergang von dem absteigenden Teil zu dem aufsteigenden Teil des Rohres zu ermöglichen, ohne daß der mindestzulässige Biegeradius desselben unterschritten wird. Zweckmäßigerweise werden die Teile und die Rohrschleife 6 aus einem einzigen Rohrstück gebogen, so daß keine möglicherweise zu Schwierigkeiten, wie Leckagen, führet-den Schweißnähte vorhanden sind. Der absteigende Teil des Rohres ist in bekannter Weise von einem Verdrängerkörper 7 umgeben, der eine bessere Umströmung des Rohres durch das zu kühlende Medium 2 gewährleistet Die Enden der ab- und aufsteigenden Rohrteile 4 und 5 sind in einen Stopfen 8 eingeschweißt, in der Weise, daß das Rohrteil 5 in einem ringförmigen Kanal 9 mündet und das Rohrteil 4 in einem zweiten darübergelegenen ringförmigen Kanal 10, wobei beide Kanäle 9,10 an ihrer Außenseite offen sind. Der Stopfen 8 ist dichtend in einer Öffnung des Behälters 1 angeordnet und ist mit einem diese öffnung begrenzenden Ring 11 durch eine Schweißnaht 12 verbunden. Der Ring il ist zweckmäßigerweise so gestaltet, daß die Verbindung zwischen ihm und dem Stopfen 8 durch Abtragen der Schweißnaht 12 wieder gelöst werden kann, wenn der Stopfen 8 und die an ihm befestigten Rohrteile 4, 5 zu Reparaturzwecken entfernt werden sollen. Konzentrisch um den Stopfen 8, jedoch im Abstand von ihm ist eine Buchse 13 angeordnet, die mit dem Behälter 1 fest verbunden ist Nach Fertigstellen der Schweißnaht 12 wird der Zwischenraum zwischen dem Stopfen 8 und der Buchse 13 nacheinander durch zwei ringförmige Körper 14,15 ausgefüllt, die die Kanäle 9,10 nach oben zu abschließen. Der ringförmige Körper 15 wird erst eingebracht und mit zwei weiteren ringförmigen Schweißnähten 18 und 19 mit dem Stopfen 8 bzw. der Buchse 13 verbunden, nachdem der ringförmige Körper 14 durch zwei weitere ringförmige Schweißnähte 16 und 17 ebenfalls mit dem Stopfen 8 und der Buchse 13 verbunden worden ist Die Schweißnähte 16 bis 19 können ebenfalls nacheinander zum Zwecke der Demontage durch Abtragen gelöst werden, so daß die ringförmigen Körper 15 und 14 nach ihrer Entfernung den Zugang zur Schweißnaht 12 freigeben.

Die ringförmigen Körper 14 und 15 können zur Wärmeisolierung hohl sein und werder dann zweckmäßigerweise vor dem Einbau evakuiert, um bei Temperaturerhöhungen einen gefährlichen Druckaufbau in ihnen zu verhindern. In der Buchse 13 sind eine Zuleitung 20 und eine Ableitung 21 für das kühlende Medium angebracht Dieses strömt aus der Zuleitung 20 über den Ringkanal 10 in den absteigenden Teil des Rohres, kehrt über den aufsteigenden Teil desselben zurück und strömt über den ringförmigen Kanal 9 in die Ableitung 21, unabhängig davon, in welcher azimutalen Orientierung der Stopfen 8 eingebaut wurde. Der Stopfen 8 weist, wie in den F i g. 2 und 3 deutlicher gezeigt wird, einen von oben zugänglichen Hohlraum 22 auf, der an seinem unteren Ende im Beispiel mit einem Schraubverschluß 23 verschlossen ist. Beim Öffnen des Schraubverschlusses 23 kann das im aufsteigenden Teil des Rohres stehende Medium durch ein Verbindungsrohr 24 in den Hohlraum 22 fließen und aus diesem über eine Überlauföffnung 25 (in F i g. 3 um 90° gegenüber der F i g. 2 versetzt gezeichnet) in das im Behälter 1 befindliche, zu kühlende Medium 2, das im Beispiel ebenso wie das kühlende Medium flüssiges Natrium ist. Die Kanäle 9, 10 und die Zu- und Ableitung 20, 21 werden auf diese Weise entleert, bis sich in den Rohrteilen 4 und 5 ein Flüssigkeitsspiegel in Höhe der Überlauföffnungen 25 einstellt. Der Stopfen 8 kann nunmehr aus der Anlage entfernt werden, ohne befürchten zu müssen, andere Teile der Anlage durch ausfließende Kühlflüssigkeit zu verschmutzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anschlußelement für einen Wärmetauscher in Tauchrohrbauweise, bei dem mindestens eine Rohrschleife mit mindestens je einem ab- bzw. aufsteigenden Rohrteil an einein zylindrischen, in eine Buchse in der Wand des Wärmetauschers einsetzbaren Stopfen befestigt ist wobei das absteigende bzw. aufsteigende Rohrteil mit je einem Kanal verbunden ist und eine Zu- bzw. Ableitung angelegt ist, die in den entsprechenden Kanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10 bzw. 9) umlaufend in der Mantelfläche des Stopfens (8) angelegt ist und daß die in der Buchse (13) angelegte Zu- ;5 (20) bzw. Ableitung (21) bei eingesetztem Stopfen (8) in den entsprechenden Kanal (10 bzw. 9) mündet.

2. Anschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stopfen (8) und Buchse (13) ein Zwischenraum vorhanden ist, der außer im Bereich des Kaaals (10 bzw. 9) durch ringförmige Körper (14 bzw. 15) ausfüiibar ist

3. Anschlußelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (8) einen Hohlraum (22) aufweist und daß dieser unterhalb des oberen Endes der Rohrteile (4 bzw. 5) mit einem derselben verbunden und mit verschließbaren Überlauföffnungen (25) versehen ist.

4. Anschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Rohrteil (4) mit dem gewendelten anderen Rohrteil (5) durch eine senkrecht angeordnete Rotrschleife (6) verbunden ist, deren Biegeradius nicht geringer als der Her Wendel ist.