DE2419781B2

DE2419781B2 - Druckbehaelter fuer alkalische metalle hoher temperatur

Info

Publication number: DE2419781B2
Application number: DE19742419781
Authority: DE
Inventors: Gundolf DipL-Ing. Dr.; Hanisch Harald Dipl.-Ing.; Wien Rajakovics
Original assignee: Zusatz in: 24 62 463 Ausscheidung in: 24 62 463 Vereinigte Edelstahlwerke AG (VEW), Wien Niederlassung Vereinigte Edelstahlwerke AG (VEW) Verkaufsniederlassung Büderich, 4005 Meerbusch
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2462463A1; DE2419781A1; DE2419781C3; ATA162174A; DE2462463C2; AT345309B

Description

Die Erfindung betrifft Druckbehälter für alkalische Metalle hoher Temperatur, insbesondere stehende Rauchrohr-Kalium-Dampfer/eugcr, mit einen äußeren Druckbehälter und einem Innenbehälter zur Aufnahme des Alkalinictalls, wobei der Raum zwischen den beiden Behältern mit Gas beaufschlagt ist, dessen Druck dem im Innenbehälter herrschenden Druck annähernd gleich ist.

Es isl ein mit flüssigem Metall beheizter, aus einem stehenden Druckbehälter und einem darin angeordneten stehenden, den Druckbehälter im wesentlichen nicht berührenden Innenbehälter aufgebauter Wärmetauscher durch die DT-AS 11 60 453 bekanntgeworden, bei dem im oben offenen Innenbehälter vom beheizten Mittel durchströmt eine Rohrschlange oder ein Rohrbündel angeordnet ist der Innenbehälter unten mit dem Auslaß des Heizmittels verbunden ist und oben einen Zufluß für das Heizmittel aufweist und der Zwischenraum zwischen Druckbehälter einerseits und Innenbehälter und Hcizmitteloberfläche andererseits mit inertem Gas gefüllt ist. Um an teurem korrosionsfestem Material zu sparen, besteht bei diesem Wärmetauscher nur der Innenbehälter aus einer korrosionsfesten Stahllegicrung, während der Druckbehälter aus Flußstahl hergestellt ist. Da die Festigkeit üblicher hochwarmfester Werkstoffe bei den hier auftretenden Temperaturen sehr gering isl. kann ein solcher Wärmetauscher nur mit einem Behälter /ur Aufnahme des flüssigen Metalls kleinen Durchmessers und kleiner I lohe ausgeführt werden. Minen Fortschritt bedeutet die Maßnahme, den Drucknianlcl gemäß CII-I¹S > 15 J23 Ί doppelwandig auszuführen, wobei /wischen den beiden Wänden eine wärmedämmende Schicht. /.. Ii. eine Anzahl von Sirahlerblechcn. angeordnet und der Kaum zwischen den beiden Wänden mit Gas, vorzugsweise mit inertem Gas. gleichen Drucks wie im System

id beaufschlagt wird. Dadurch kann die äußere der beiden Wände auf niedriger Temperatur gehalten werden und wegen der dann höheren Festigkeit ohne weiteres dem Systemdruck widerstehen, während die innere Wand zwar hohe Temperatur aufweist, aber nur kleine

π Druckdifferenzen, in erster Linie verursacht durch die statische Höhe der Flüssigkeit, ertragen muß. lim die bei einer solchen Konstruktion auftretenden Wärmespannungen auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen an beiden Wänden zu beherrschen, müssen

jo einerseits Dehiimöglichkeiien. /. B. in Balgenform /iiinindest in einer der beiden Wände vorhanden sein und andererseits eine in Richtung der Zylinderachse sich erstreckende, vorwiegend außerhalb des eigentlichen Kesselbereiches liegende Abkühl/one für den inneren

2") Mantel vorgesehen werden, so daß die radialen Difl'erenzdehniingen über eine koiuisartige Verformung des Innenmantels aufgenommen werden.

Besondere Schwierigkeiten treten jedoch dann auf, wenn der Statische Druck des flüssigen Metalls große

j» Wandstärken für den Innenmantel erfordert. Große Wandstärken sind jedoch vor allem im Hinblick auf das Thcrmoschockverhallen der Konstruktion bzw. die im An- und Abfahrzustand auftretenden Wärinespannungen oft unzulässig.

Γι Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Druckbehälter für Alkalimetalle hoher Temperatur, insbesondere stehende Rauchrohr-Kalium-Dampferzeuger. zu schaffen, die theimoschoekresistent sind. Dies fordert die Anwendung von dünnen Wandstärken. Die Erlin-

4(i dung folgt dem Grundgedanken, daß diese geringen Wandstärken erzielt werden können, wenn der Systemdruck, z. B. der Dampfdruck im Kaliumkessel, von einem kühl gehaltenen Außcnniantel aufgenommen und die hydrostatische Gesamthöhe unterteilt wird und ist j dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Druckbehälter doppelwandig ausgeführt ist, wobe^; zwischen den beiden Wänden des äußeren Druckbehältern eine wärmedämmende Schicht angeordnet ist und der Raum zwischen den beiden Wänden mit dem Gasiaum in

•30 Verbindung steht und dadurch, daß zwischen der Innenwand des Druckbehälter und dem Innenbehälter durch Zwischenwände gebildete konzentrisch zum Innenbehälter angeordnete Ringräume vorgesehen sind, die Alkalimetall enthalten, wobei der Flüssigmetall-

v> spiegel im jeweils inneren Ringraum höher als im danebenliegenden äußeren Ringraum gehalten isl.

Zur Aufrechterhaltung des Flüssigmetallspiegels in ilen Ringräumen können die die Ringräume bildenden zylindrischen Wände Überlauföffnungen aufweisen.

bo deren Flöhcnlage von Wand zi; Wand nach innen fortschreitend zunimmt. Steht der äußerste Ringraum mittels einer Überlauföffnung in der Behälterwand oder einer Ablauföffnung im Roden oder einen Standrohr sowie über eine Speisepumpe mit dem Behälterinneren

bi in Verbindung, so muli der Raum /wischen den beiden Wänden des äußeren Druckbehäliers keine F'inbaulcn und die innere der beiden Wände keine Durchbrechungen aufweisen.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Ki liiidung in einer beispiclsw eisen AiislÜhrungsform schcmaiisch dargestellt. Sie zeigt einen sehematischen Schnitt (.lurch einen siehenden Rauch rohr-Kaliumdampf erzeuger.

Der Dampfer/.euger weist einen allgemein mit I bezeichneten Doppelnuintel mil einer inneren Wand 2 und einer äußeren Wand Ϊ aiii, die bei 4 und 5 miteinander verbunden sind. Der Zwischenraum 6 ist mit einer Isolation versehen, die /. B. aus .Strahlerblechen bestehen kann. Der Dampferzeuger weist ferner Bodenblechc 7,8 auf, in die Rauchrohre 9 eingeschweißt sind. Das heiße Rauchgas strömt vom unteren Raum IO durch die Rohre 9 in den oberen Raum 11. von dem es in geeigneter Weise abgeleitet wird.

Im Dampferzeuger sind ferner Zwischenwände H und 14 vorgesehen, die konzentrisch zur Innenwand 2 angeordnet und mit dem Kesselboden 7 verschweißt sind und den Innenbehälter 12 umgeben. Die Ringwünde sind gleichmäßig von innen nach außen abnehmend gestuft. Die von den zylindrischen Wänden (2 bis 14 und der inneren Behälterwand 2 gebildeten Ringräume 16, 17, 18 einhalten Kalium. Die zylindrischen Wände 12 bis 14 sind je mit mindestens einer Überlauföffnung 19, 20, 21 versehen, deren Höhenlage von Wand zu Wand nach innen fortschreitend gestuft zunimmt. Auch die Behälterwand 2 weist eine Überlauföffnung 22 auf, die über eine nicht dargestellte Rohrleitung und eine Speisepumpe mit dem Behälterinneren in Verbindung steht. Statt der Überlauföffnung 22 kann auch ein Standrohr vorgesehen sein. Durch diese Übcrlaufrcgelung können die Flüssigkeitsspiegel in den einzelnen Ringräumen 16 bis 18 und auch der Kaliumspiegel im Kessclinnc.-en konstant gehalten werden.

Der Rücklauf des Kaliums wird so eingestellt, daß stets ein Überfließen von Kalium aus dem Innenbehälter 12 stufenweise in die Ringräume 16, 17 und 18 erfolgt. Von dort wird das überschüssige Kalium wieder dem Rücklauf zugeführt.

Im Raum 6 zwischen den Wänden des Doppclmantels 1 wird inertes Gas eingeführt und auf einem Druck gehalten, der dem Dampferzeugerdruck entspricht. Dadurch sind die beiden auf die Innenwand 2 wirkenden Drücke ausgeglichen. Wurden die Ringwände 12, 13, 14 nicht vorhanden sein, so wäre die Innenwand 2 dem statischen Druck des Kaliums ausgesetzt. In den meisten Fällen ist die Dumpferzeugerhöhe beträchtlich und daher der größte statische Druck, der im Bereich des Bodens 7 auftritt, zu groß, um von der Innenwand 2 aufgenommen werden zu können. Werden jedoch die erwähnten Ringwände 12 bis 14 vorgesehen, und die Zwischenräume 16 bis 18 ganz oder teilweise mit Kalium gefüllt, so sinkt die Beanspruchung der Innenwand 2 im dargestellten Beispiel auf ein Viertel des vollen statischen Drucks des Kaliums. Auch die Wände 12, 13, 14 werden nur in der gleichen Höhe statisch belastet. Anstelle der Überlauföffnungen 20 und 21 kann auch der obere Rand der Zylinderwand 13, 14 zur Niveauregelung des Kaiiumspiegels in den zugehörigen Ringräumen benutzt werden. Die Stillung des Kaliumspiegels in den Ringräumen wird vorzugsweise gleichmäßig vorgenommen, doch können auch andere Gesichtspunkte eine Rolle spielen und eine iingleiehmä- -, lüge S>lifting vorgesehen werden. Der äußerste Ringraum 18 kann auch sehr niedrig gehalten werden. Anstelle der Überlauföffnung 22 tritt sodann eine Ablauföffnung im Boden 7. die in der oben beschriebenen Weise über eine Speisepumpe mit dem Dampferzeiigeriiineren in Verbindung steht. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Innenwand 2 keinerlei Durchbrechungen und der Zwischenraum 6 keine Linbiititen aufweisen muß.
Um Wärmedehnungen und Schrumpfungen der

r, Innenwand 2 gegenüber der kühleren Außenwand 3 gefahrlos zu ermöglichen, ist die Innenwand 2 über die Behälterboden 7, 8 hinaus verlängert und der Rand dieser Verlängerungen ist mit der Behälterwand 3 verbunden. Es ist zweckmäßig, hierbei einer der Verlängerungen eine solche von der Zylinderform abweichende Gestalt zu geben, daß sie Längedehnungen aufnehmen kann. Die auch in radialer Richtung auftretenden Längedehnungen werden von diesen Verlängerungen der Innenwand 2 ausgeglichen, indem

v-, sie sich etwas kegelig verformt.

Die Abstufung des vom Alkalimetall im Behällerinncren hervorgerufenen statischen Drucks kann auch dann Anwendung finden, wenn die Abstützung der Innenwand 2 in anderer als in der gezeigten und

jo beschriebenen Weise im Verhältnis zum Systemdruck erfolgt. So ist es i. B. denkbar, daß der Behälter, der Alkalimetall enthält, in einem allseits geschlossenen Überbehälter untergebracht ist, so daß auf der Innenwand 2 innen und außen der gleiche Systemdruck

j-, lastet.

Beispiel

Bei einem stehenden Kaliumdampferzeuger mit z. B. drei Meter Durchmesser, in dem das Kalium fünf Meter hoch steht, wird der statische Druck, den der Kalium umhüllende Mantel unabhängig vom Dampfdruck aufnehmen muß p = <j ■ g · H. Bei einer spezifischen Dichte von Kalium bei 900⁰C von etwa 630 kg/m¹ ergibt das einen Wert von: p = 630 · 9,81 · 5 = 30901,5 Wm².

4-, Mit einer Festigkeit von etwa 2,0 N/mm² der hochwarmfesten Austenite bei 900⁰C wird die erforderliche Manteldicke:

^s==

30 901,5- IQ-⁴ ■ 300 2⁷IOO

= 2,3 cm.

Wird der statische Flüssigkeitsdruck erfindungsgemäß in z. B. vier Druckstufen aufgeteilt beträgt der Differenzdruck, den die einzelnen konzentrischen Ringmäntel aufzunehmen haben, ein Viertel des gesamten Flüssigkeitsdruckes. Die Einzelwandstärke wird daher nur mehr '/-,, d. h. 5,8 mm betragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckbehälter für Alkalimetalle hoher Temperatur, insbesondere stehender Rauchrohr-Kalitim-Dairipfer/.euger, mit einem äußeren Druckbehäller und einem Innenbehälter zur Aufnahme des Alkalimetals, wobei der Raum zwischen den beiden Behältern mit Gas beaufschlagt ist, dessen Druck dem im Innenbehälter herrschenden Druck annähernd gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Druckbehälter doppelwandig ausgefühni ist, wobei zwischen den beiden Wänden (2; 3) des äußeren Druckbehälters eine wärmedämmende Schicht (6) angeordnet ist und der Raum zwischen den beiden Wänden mit dem Gasiaum in Verbindung steht und dadurch, daß zwischen der Innenwand (2) des Druckbenälters und dem Innenbehälter (12) durch Zwischenwände (1.3, 14) gebildete konzentrisch zum Innenbehälter (12) angeordnete Rijigriiume(J6,17,18) vorgesehen sind, die Alkalimetall enthalten, wobei der Flüssigmetallspiegel im jeweils inneren Ringraum höher als im danebenliegenden äußeren Ringraum gehalten ist.

2. Druckbehälter für Alkalimetalle nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechlerhaltung des Flüssigmetallspiegels in den Ringräumen die die Ringräume bildenden zylindrischen Wände Überlauföffnungen (20, 21, 22) aufweisen, deren Höhenlage von Wanci zu Wand nach innen fortschreitend zunimmt.

3. Druckbehälter für Alkalimetalle nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußerste Ringraum mittels einer Überlauföffnung (22) in der Behälterwand oder einci Ablauföffnung im Boden oder einem Standrohr sowie über eine Speisepumpe mit dem Bchälterinneren in Verbindung steht.