DE2249097A1

DE2249097A1 - Alkalimetall-leckanzeiger

Info

Publication number: DE2249097A1
Application number: DE2249097A
Authority: DE
Inventors: Hubert Rutherford Niemoth
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1971-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1973-04-12
Also published as: US3721970A; FR2155534A5; IT968666B; CA942873A; JPS4850790A; GB1360149A

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, DC, U.S.A.

Alkalimetall-Leckanzeiger

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feststellung bzw. Anzeige von Leckstellen flüssigen Alkalimetalls in einem geschlossenen Alkalimetallsystem; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Anzeige von Leckstellen flüssiger Natrium-Kalium-Legierung im Kühlsystem von ein derartiges Alkalimetall enthaltenden Kernreaktoren, wie dies beispielsweise bei flüssiges Metall verwendenden Reaktoren der Schnellbrüterbauart vorkommt. '

Der Austritt flüssigen Natriums in die Luft kann gefährliche Brände zur Folge haben oder aber durch die Oxydation des Alkalimetalls wird Korrosion hervorgerufen. Mit der Zeit bewirkt eine solche Korrosion den Ausfall der mit Alkalimetall gefüllten Rohre und/oder den Ausfall der Dampfrohre des Reaktors, was verhängnisvolle Folgen hat. Die frühz'eitige Feststellung bzw. Anzeige einer Alkalimetall-Leckstelle ist daher äußerst wichtig.

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Feststellung von Natrium-Leckstellen bekannt. Beispielsweise gibt es Lecksysteme der Natriumsammeibauart, Systeme, bei denen austreten-

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des Natrium in eine Flüssigkeit gelangt und Natriumzündsysteme, bei denen Dämpfe, Rauch oder die Flamme von ausgetretenem Natrium festgestellt wird. Bei einem anderen Verfahren wird ein Gitter aus anodisiertem Aluminiumdraht unterhalb der Wärmeaustauscher angeordnet. Der Widerstand zwischen den sich überschneidenden Drähten wird gemessen, wobei ein merklicher Abfall den Ausfall des Isolationsfilms an den Überschneidungen anzeigt. Diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind teuer und nicht ganz zuverlässig.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt eine im Aufbau einfache, preiswerte und zuverlässige Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Feststellung von Leckstellen flüssigen Alkalimetalls anzugeben.

Gemäß der Erfindung weist ein Alkalimetall-Leckanzeiger einen Isolationsmantel auf, der im wesentlichen aus von Natrium benetzbaren feuerfesten Fasern besteht, die auf jeder Seite des Mantels mit elektrisch leitenden Lagen in Berührung sind, wobei ferner Anzeigemittel vorgesehen sind, welche einen elektrischen Kreis zwischen den genannten leitenden Lagen schließen, wenn diese durch flüssiges Alkalimetall kurzgeschlossen sind.

Insbesondere auch aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung, in welcher der Querschnitt eines Rohres dargestellt ist, welches die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.

Zunächst sei eine kurze Zusammenfassung gegeben: Gemäß der Erfindung ist eine Isolationsschicht einer Zusammensetzung vorgesehen, die von Natrium benetzbare, feuerfeste Fasern, wie beispielsweise eine Schicht aus einer im wesentlichen aus Aluminiumsilikatfasern bestehenden Zusammensetzung, aufweist; diese Isolationsschicht ist zwischen zwei Schichten aus leitendem Werkstoff angeordnet, die in einem elektrischen Kreis mit einer Vorrichtung zur Anzeige eines elektrischen Stromes liegen. Diese Vorrichtung bildet einen Leck-

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anzeiger, bei dem ein Tropfen flüssigen Natriums, Kaliums oder eines anderen Akalimetalls die beiden leitenden Schichten kurzschließt und ein Signal an die Anzeigevorrichtung gibt.

Die Isolationsschicht ist vorzugsweise in der Form eines Filzmantels aus Aluminiumsilikatfasern ausgebildet. Der Mantel kann auch andere Werkstoffe, beispielsweise kleinere Mengen von Boroxyd, Aluminiumoxyd und Natriumsilikat-Bindemittel enthalten. Ein besonders zufriedenstellender Isolierfilz wird von der Firma Refractor Products Co. unter der Bezeichnung "WRPX AQ¹¹FiIz in den Handel gebracht. Dieser Werkstoff besteht im wesentlichen aus kurzen Aluminiumsilikatfasern, die zu einem Mantel verfilzt sind. Es enthält kleine Mengen von Wasser, die vor Verwendung herausgebacken werden.

Als Isolationsschicht kann auch eine Schicht aus einer Aluminiumsilikat-Faserlage oder ein gewebter Fasermantel Verwendung finden.

Die leitenden Schichten können in der Form eines Metallgitters, wie beispielsweise eines Drahtgitters aus rostfreiem Stahl,ausgebildet sein. Es ist auch vorgesehen, daß eine der leitenden Schichten die Metallrohre sind, welche das Natrium oder ein anderes Alkalimetall enthalten.

Bei der Herstellung der Anzeigevorrichtung wird eine Schicht des nassen Isolationsmantels sandwichartig zwischen den beiden Mänteln aus leitendem Material angeordnet, die als die beiden Kontakte für einen elektrischen Anzeigekreis verwendet werden.

Sodann wird die Anordnung erwärmt, um die im allgemeinen in dem Isolationsmantel vorhandene Feuchtigkeit zu entfernen.

Mit Aluminiumsilikatfasermänteln erhält man einen Isolationsmantel, der bei 25 C und loo Herz ohne 'weiteres eine Dielektrizitätskonstante von 4,81 besitzt. Die Aluminiumsilikatfaserisolation wird durch Wasser nicht erweicht und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und andere Chemikalien ist gut. Sie wird von Alkali angegriffen.

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Obwohl die Erfindung nicht durch irgendeine Theorie bezüglich der Wirkung der erfindungsgeraäßen Vorrichtung beschränkt werden soll, sei doch darauf hingewiesen, daß der Grund für die schnelle und zuverlässige Wirkungsweise darin zu sehen ist, daß die Aluminiumsilikatfasern, insbesondere in Filzform, ohne weiteres durch Natrium benetzbar sind, welches bei einem Leck im umgebenden Rohr oder Behälter durch Kapillarwirkung durch die Isolationsschicht hindurchgezogen wird, so daß die beiden leitenden Schichten schnell mit dem Natrium in Berührung kommen, was den elektrischen Kreis schließt und ein Lecksignal ergibt. Ferner wird angenommen, daß die Wirkung durch die Tatsache beschleunigt wird, daß das Natrium oder ein anderes Alkalimetall die Isolation angreift und schließlich zerstört.

Die gesamte Anzeigeanordnung kann um Rohre oder Ventile herum leicht ausgeformt werden, so daß eine enge Nachbarschaft zur Leckzone besteht, was ein schnelles Ansprechen bewirkt. Bei Drahtgittern liefert der dichte Webabstand zwischen Drähten eine vollständigere Abdeckung der Gesamtfläche.

Die Anzeiger können auch auf große oder kleine Flächen zugeschnitten sein und fernüberwacht werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Stahlgitterstücken vorgesehen sein, deren jedes sich in Berührung mit ausgewählten Teilen der freiliegenden Oberfläche der feuerfesten Filzisolation befindet, wobei Mittel zur elektrischen Verbindung eines jeden dieser Stücke mit einem Fernanzeigesystem vorgesehen sind, und wobei schließlich dieses System auf das Schließen eines Kreises durch einen Tropfen von Natrium oder einem anderen flüssigen Alkalimetall an irgendeinem dieser Stücke anspricht.

Die Anzeigevorrichtung kann zur Anzeige von Leckstellen für jede flüssiges Alkalimetall enthaltende Behälterart verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, daß die Anzeigevorrichtung besonders zufriedenstellend bei der Anzeige von Leckstellen in solchen Rohren arbeitet, die heißes, flüssiges Natrium und eine heiße, flüssige Natrium-Kalium-Legierung (als NaK bezeichnet) enthalten, wie dies in Kernreaktorsystemen verwendet wird.

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Jede Art von mit Natrium oder Kalium benetzbarer Faser kann verwendet werden, und zwar einschließlich von Quarzfasern und Zirkoniumsilikatfasern; diese werden, obwohl'arbeitsfähig, nicht bevorzugt und haben nicht sämtliche Vorteile der Aluminiumsilikatfasern, welche eine schnelle und zuverlässige Feststellung von
Leckstellen heißen, flüssigen Alkalimetalls erlauben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist - wie erwähnt - in der Zeichnung dargestellt, wo ein dünner Aluminiumsilikatfilzmantel 1 von 1/8" Dicke um ein Metallrohr 2 herumgewickelt ist, welches
zum Wärmeaustauschkreis eines Kernreaktors der Schnellbrüterbauart mit flüssigem Metall gehört. Sodann wurde ein aus rostfreiem Stahl bestehendes,dichtgewebtes Metallgitter 3 in engem Kontakt mit dem Isolierfilzmantel herumgewickelt. Zur Entfernung der
Feuchtigkeit aus dem Isolationsmantel wurde die Anordnung erhitzt, was eil
ergab.

was eine Dielektrizitätskonstante von 4,81 bei 25 C und loo Herz

In der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung bewirkt ein
elektrischer Kreis 4 das Aufleuchten einer Lampe 5 dann, wenn
flüssiges Alkalimetall durch die Wände des Rohres 2 und den
Filz 1 dringt und Kontakt mit dem Metallgitter 3 herstellt.

Es können natürlich andere Signalvorrichtungen als Lampen verwendet werden; solche anderen Signalvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt.

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Claims

Patentansprüche 2 2 A 9 O 9 7

Alkalimetall-Leckanzeiger, gekennzeichnet durch einen Isolationsmantel (1), der im wesentlichen aus von Natrium benetzbaren feuerfesten Fasern besteht, und auf jeder Mantelseite mit elektrisch leitenden Schichten (3) in Berührung ist, wobei fer ner Mittel (4,5) vorgesehen sind, welche das Schließen eines elektrischen Kreises zwischen den leitenden Schichten (2, 3) anzeigen, wenn diese/flüssiges Alkalimetall kurzgeschlossen sind.
2) Leckanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die von Natrium benetzbaren feuerfesten Fasern Aluminiumsilikatfasern sind.
3) Leckanzeiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel ein Filzmantel ist.
4) Leckanzeiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der leitenden Schichten ein Metallgitter (3) ist.
5) Leckanzeiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der leitenden Schichten ein Stahlgitter ist.
6) Leckanzeiger nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vielzahl leitender Gitterstücke vorgesehen ist, die an ausgewählten Stellen der Isolationsschicht liegen und mit einer entfernt angeordneten Anzeigevorrichtung in Verbindung stehen.

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