DE2440532A1

DE2440532A1 - Verfahren und vorrichtung zum orten eines dampflecks in einem roehrenwaermetauscher

Info

Publication number: DE2440532A1
Application number: DE2440532A
Authority: DE
Inventors: Alain Brachet
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1975-03-06
Also published as: US3975943A; DE2440532B2; DE2440532C3; GB1472445A; IT1046937B

Description

410-23.O98P

2J. August I974

ELECTRICITE DE FRANCE (Service National) Pari s (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung ■ zum Orten eines Dampflecks in einem Röhrenwärmetauscher

Das Patent 2 059 370 betrifft ein Verfahren, in einem Röhrenwärmetauscher, in welchem flüssiges Alkalimetall, insbesondere Natrium, als Primärflüssigkeit dient und zwecks Wärmeabgabe in Berührung mit den Außenwänden der Wärmetauschrohre umgewälzt wird und als wärmeaufnehmendes Sekundärfluid Wasser flüssig oder dampfförmig oder als Dampf-Wasser-Gemisch innerhalb der Wärmetauschrohre umgewälzt wird, ein etwa leck" gewordenes Wärmetauschrohr zu ermitteln.

Jenes Verfahren, das mehr zur Ermittlung ej.nes "MikroLecks" - nach der im Hauptpatent gegebenen und -im folgenden

4iO-(B5OO7.4)-Bgn-r (8)

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wiederholten Definition - geeignet ist, zeichnet sich dadurch, aus, daß sein erster Schritt darin besteht, das Leck zu entdecken, insbesondere die Leckmenge abzuschätzen, so daß man weiß, ob' es zur Größenordnung der Mikro-Lecks gehört, ferner daß ein zweiter (oder gleichzeitiger) Verfahrensschritt darin besteht, aus allen Wärmetauschrohren nach einem gegebenen Verfahren eine Gruppe von Wärmetaaschrohren herauszufinden, die dasjenige Rohr enthält, in welchem das Mikro-Leck entstanden ist, damit man dann das lecke Rohr aus dieser Rohr-Gruppe und aus allen Wärmetauschrohren herausfinden kann, und daß schließlich ein dritter Verfahrensschritt darin besteht, dieses lecke Rohr abzupfropfen, d. h. es durch Absperren seiner Enden außer Betrieb zu nehmen.

Nach dem Hauptpatent wird das Rohr oder werden die Rohre, in dem bzw. in denen ein Mikro-Leck entstanden ist, dadurch ermittelt, daß zuerst in die verschiedenen Rohre des Wärmetauschers oder der vorermittelten Gruppe nacheinander ein geeignetes wasserstoffhaltiges Anzeigefluid (z. B. Wasser oder Wasserdampf oder gasförmiger Wasserstoff) zugeführt wird und dann, wenn dieses zugeführte Fluid in das lecke Rohr und danach durch das Leck in das Natrium eintritt, das Vorhandensein von Wasserstoff im Natrium festgestellt wird.

Das Feststellen von Wasserstoff im Natrium geschieht vorzugsweise durch Ausnutzen der physikalischen Erscheinung, daß Wasserstoff durch eine Membran aus geeignetem Metall (z. B. aus Nickel) hindurchdiffundiert, und durch Verwendung eines Analysators, wie z. B. eines Massenspektrometers.

In einer französischen Zusatzpatentschrift (Nr. EN-71 26978) sind gewisse Verbesserungen zum Gegenstand jenes Hauptpatentes offenbart worden, darunter insbesondere ein

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eigens erdachtes Verfahren, welches (zusammen mit dem Gerät zum Entdecken von Wasserstoff) aus allen Wärmetausehrohren eine Rohre-Gruppe heraussucht, in welcher sich das leck gewordene Rohr befindet, und zwar unter den im Hauptpatent angegebenen Bedingungen, nämlich daß der Betriebszustand des Wärmetauschers nicht spürbar geändert wird.

Das oben genannte französische Zusatzpatent betrifft insbesondere diejenige Bauart von Wärmetauschern, bei der die Wärmetauschrohre an mindestens einem ihrer Enden in einer Rohrplatte befestigt sind, die an ihrer den Rohren zugewandten Seite von flüssigem Natrium bespült wird.

Sowohl dem Hauptpatent wie dem französischen Zusatzpatent zufolge müssen zur endgültigen Ortung desjenigen Rohres, in dem sich das Mikro-Leck befindet, erstens das Wasser oder der Dampf aus allen Rohren abgelassen und zweitens alle genannten Rohre mit Ausnahme eines einzigen Rohres oder einiger weniger Rohre, falls es sich um eine Rohre-Gruppe handelt, in das bzw. in die das wasserstoffhaltige Anzeigefluid eingeführt wird, mit Inertgas gefüllt werden; dieses Verfahren führt freilich tatsächlich zu ausgezeichneten Ergebnissen, ist aber nicht ohne Nachteile. So nimmt z. B. die Entleerung der Wasserrohre und ihre Füllung mit inertem Druckgas ziemlich viel Zeit in Anspruch und verlängert die Dauer des Stillstarides der Anlage. Überdies gibt es im Laufe des Entleerungsvorganges (selbst wenn dieser nur kurze Zeit dauert) die Gefahr, daß das Leck sich vorübergehend schließt, wenn sich in ihm ein Pfropfen aus Produkten der chemischen Reaktion von Wasser mit Natrium (Oxyde oder Soda) bildet. Deshalb kann, wenn das vorher lecke Rohr mit dem Anzeigefluid unter Druck gefüllt wird, das Leck zufällig, weil es in solcher Art durch den genannten Pfropfen ge-

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schlossen worden ist, zeitweilig nicht zu entdecken und da-' her nicht zu orten sein, zumindest nicht nach dem Verfahren des Hauptpatentes oder nach jedem anderen Verfahren, das auf einem Durchfluß von Fluid durch das Leck beruht.

Die Erfindung soll die oben genannten Nachteile ausschließen, und zwar dadurch, daß das normalerweise in den Wärmetauschrohren vorhandene Wasser-Dampf-Gemisch als Anzeige-Fluid verwendet wird und alle Rohre oder Rohre-Gruppen einzeln nacheinander mit Intertgas gefüllt werden.

Das vorübergehende Fehlen jeder Anzeige von Wasserstoff im Natrium ist in der Tat ein Anzeichen, welches das lecke Rohr zu ermitteln ermöglicht.

Ebenso wie das Hauptpatent und das französische Zusatzpatent betrifft auch diese Zusatz-Erfindung die sog. "MikroLecks". Diese lassen sich durch folgende Merkmale bestimmen:

a) Ihre Durchflußmenge ist groß genug, die Lecks mittels eines empfindlichen Verfahrens (z. B. Entdecken von Wasserstoff im Natrium nach dem Verfahren der Diffusion durch eine Membran) während des normalen Betriebes der Anlage zu entdecken;

b) ihre Durchflußmenge ist aber nicht so groß, daß die benachbarten Bauteile durch beschleunigte Korrosion zerstört werden könnten, selbst wenn solche Mikro-Lecks einige Zeit lang vorhanden sind, oder daß der Leckstrom selbst sich verschlimmern könnte, wie das bei einem großen Leckstrom der Fall sein würde, weil dieser die Lecköffnung schnell erweitern würde;

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c) sie entstehen aus Fehlern (z. B. aus Rissen oder Löchern), die nicht ausgedehnt genug sind, zu plötzlichem Bruch des Rohres führen zu können, sondern wahrscheinlich nur dann ein großes Leck entstehen lassen, wenn mechanische Beanspruchungen vorhanden sind.

Es ist aus dem praktischen Betrieb bekannt, daß" solche Lecks vorkommen und die unvermeidliche Ursache der meisten größeren Lecks sind. Ihre Durchflußmenge beträgt etwa einige wenige Milligramm Wasser pro Sekunde; solche Menge läßt sich nach dem Verfahren der Wasserstoff-Entdeckung mittels Diffusions-Membran entdecken.

Diese Zusatzerfindung betrifft das Verfahren zum Orten eines Dampf-Mikrolecks in einem Wärmetauscher, dessen Wärmetauschrohre von einem flüssigen Alkali-Metall, z. B. Natrium, umspült werden, nach Patent 2 059-370· Sie besteht darin, daß man das normale Betriebs-Fluid des Wärmetauschers, insbesondere Wasser, als das wasserstoffhaltige Ortungs-Fluid benutzt, daß man ferner nacheinander in Rohr-Gruppen, die mindestens ein Wärmetauschrohr enthalten, inertes Gas einführt und die Anzeigen des Leck-Entdeckers, der auf der Messung von Wasserstoff, insbesondere in Natrium, beruht, beobachtet, bis eine das lecke Rohr anzeigende Nullanzeige beobachtet wird.

Das in die Wärmetauschrohr-Gruppe einzuführende inerte Gas ist vorzugsweise eines der seltenen Gase oder Stickstoff.

Eine mögliche Eigenart der Erfindung besteht darin, daß die Wasserstoff-Messung nicht in dem wärmeübertragenden Natrium, sondern in dem oberhalb des Natriums befindlichen Gas - das ist üblicherweise Argon - ausgeführt wird.

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Solche Verbesserung ermöglicht, die Ortung vorzunehmen, ohne daß das Natrium abgelassen werden müßte und - wichtiger noch - ohne daß das Wasser und der Wasserdampf aus den Wärmetauschrohren und den ihnen angeschlossenen Rohrleitungen abgelassen zu werden braucht.

Dieser Zusatzerfindung zufolge braucht nicht mehr während des Ortungs-Vorganges Dampf abgelassen zu werden, es sei denn, dies wäre aus irgendwelchem bestimmten Grund dringend erwünscht, z. B. wenn das Leck sich in gefährlicher Weise entwickelt, etwa wenn die durch das Leck fließende

Leckmenge zunimmt. Solche Entwicklung kann jederzeit aufge- «

halten werden, da die Einrichtung zum Entdecken von Wasserstoff das Leck während des Ortungs-Vorganges ständig kontrolliert.

Irgendweich unerwarteter Verschluß des Lecks während der Ortungs-Vorgänge hat wenig Einfluß auf den Betrieb des Wärmetauschers; in solchem Fall genügt es, den Wärmetauscher wieder in Betrieb zu setzen, und dies ist eine einfache Sache, da das Arbeitsfluid nicht aus dem Wärmetauscher abgelassen worden ist. Aber während des weiteren Betriebes des Wärmetauschers ergibt sich aus der Kenntnis, die während des unterbrochenen Ortungs-Vorganges gewonnen worden ist, ein Vorteil; z. B. weiß man, daß der Wärmetauscher ein Mikro-Leck hat, das in jedem Augenblick von seiner Verstopfung frei werden und daher wiederum zu lecken anfangen kann. So ist es möglich, den Wärmetauscher in normalem Betrieb genauer zu beobachten, insbesondere durch Aufspüren von Wasserstoff im flüssigen Natrium. Außerdem ist, wenn das Leck von seinem Pfropfen frei und wieder auffindbar geworden ist, es ausreichend, die Ortungs-Arbeiten in derjenigen Phase,, in der sie unterbrochen worden sind, wie-

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der aufzunehmen; dadurch wird die Möglichkeit, das Orten zum Ende zu bringen und den Stillstand'zu "verkürzen, verbessert.

Das Ablassen von Wasser" und Wasserdampf, das den Wärmetauscher für lange Zeit stillzusetzen zwingt, braucht nicht zu geschehen, ehe die Ortungs-iArbeiten beendet sind. Dieser Stillstand soll das Verstöpseln der Rohre, in denen sich ein Leck gebildet hat, erleichtern.

Bei Wärmetauschern, deren Wärmetauschrohre getrennt voneinander durch den mit Natrium gefüllten Behälter hindurchgehen, ist die dieser Zusatzerfindung gemäße Vorrichtung derart, daß jedes Wärmetauschrohr mit einer Rohrleitung für die Zufuhr inerten Gases verbunden ist, die mit einem zugehörigen Steuerventil versehen und an eine Inertgas-Quelle angeschlossen ist.

Eine abgewandelte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß mehrere Rohrleitungen für Inertgas-Zufuhr aus der Inertgas-Quelle zu einer Gruppe zusammengefaßt und strom-. oberhalb der ihnen zugehörigen Steuerventile an ein ihnen, gemeinsames Steuerventil angeschlossen sind, durch das die Zufuhr des Inertgases zu ihnen gleichzeitig geregelt wird.

Diese Ausführungsform ist von besonderem Interesse und erfordert nur einfache Änderungen bei Wärmetauschern, deren Wärmetauschrohre voneinander gesondert in den natriuihgefüllten Behälter hineingehen (z. B. am Wassereinlaß), d.· h. bei solchen Wärmetauschern, deren Wärmetauschrohre auf einem Teil ihrer Länge, z. B. zwischen einem Wasser-, oder Dampf-Einlaßverteiler und dem natriumgefüllten Behälter, jedes einzeln der Umgebungsluft ausgesetzt sind.

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In solchem Fall ist es viel leichter, eine etwaige Vorausortung einer Gruppe von Rohren, unter denen sich das lecke Rohr befindet, vorzunehmen und schließlich dieses, das lecke Rohr, zu orten. Zunächst wird eine Gruppe von Rohren, in der sich das zu ermittelnde lecke Rohr befindet, geortet, und danach wird dieses, das lecke Rohr, unter den Rohren dieser Gruppe nach demselben Verfahren ermittelt, d. h. durch Peststellen desjenigen Augenblickes, in welchem die Anzeige von Wasserstoff im Natrium aufhört, wodurch sich das Leck anzeigt, wenn die Rohrgruppen einzeln nacheinander oder die Rohre der vorgewählten Gruppe einzeln nacheinander mit Inertgas gespeist werden. -

Bei Wärmetauschern, deren Wärmetauschrohre (an ihrem dem Einlaß von Wasser in den Wärmetauscher entsprechenden Ende) mit einer Rohrplatte verbunden sind, die von dem wärmeübertragenden flüssigen Natrium oder von dem über dem Natrium befindlichen Gas (ζ. B. Argon) berührt wird, ist die dieser Zusatzerfindung entsprechende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie an dem oben genannten Einlaß Wärmetauschrohre aufweist und daß an der Wasser- oder Dampfseite der Rohrplatte eine Vorlageplatte angeordnet ist. Diese Vorlageplatte ist mit Bohrungen, die mit den die Wärmetauschrohre enthaltenden Bohrungen der Rohrplatte fluchten, und mit Längsnuten versehen, deren jede sowohl durch eine mit Ventil versehene Rohrleitung mit einer Quelle inerten Druckgases als auch durch Quernuten, welche diese Längsnuten mit den Wärmetausehrohren verbinden, mit diesen Wärmetauschrohren verbunden ist.

Bei einer in der Praxis häufig vorkommenden und im vorliegenden Fall besonders geeigneten Ausführungsform sind die Wärmetauschrohre in rechtwinkligen Gittern angeordnet und

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die Längsnuten jede einzeln mit je einer Reihe von Wärmetauschrohren durch die oben genannten Quernuten verbunden.

Gemäß dieser Erfindung geschieht die Zufuhr des Inertgases zu den Längsnuten entweder durch Rohrleitungen, die in den Wärmetauscher durch die genannte Rohrplatte eingeführt sind, oder durch Rohrleitungen, die in den Wärmetauscher durch die Behälterwand in einen Raum geführt sind, der sich unterhalb der Rohrplatten befindet und das Arbeitsfluid enthält, welches Wasser in flüssiger Form oder in Dampfform sein kann.

Für die schließliche Ortung des lecken Rohres soll das Verfahren nach dem Hauptpatent, demzufolge die Wärmetauschrohre der vorgewählten Reihe gesondert einzeln nacheinander mit wasserstoffhaltigem Fluid gespeist werden, angewendet werden, wenn nicht der Wärmetauscher auf der Natriumseite die Vorrichtung nach der französischen Patentschrift aufweist oder wenn das Leck sich im Rohr an irgendeiner anderen Stelle als dort befindet, wo das Wärmetauschrohr mit der Rohrplatte verbunden ist.

Aber wenn der Wärmetauscher mit der oben genannten Vorrichtung versehen ist, dann ist das im Hauptpatent angegebene Verfahren (demzufolge jedesmal, wenn das Leck am Ort der Befestigung des Wärmetauschrohres in der Rohrplatte auftritt, Wasser und Dampf abgelassen werden müssen) entbehrlich. .

In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so gestaltet, daß Natrium durch Zellen geführt wird, die von der Rohrplatte, von einer zu ihr parallelen Vorlageplatte und von Trennwänden begrenzt werden, welche rechtwinklig zu

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diesen beiden Platten und ebenfalls rechtwinklig zu den das inerte Gas zuführenden Längsnuten angeordnet sind. Ferner enthält jede von diesen Trennwänden gebildete Zelle nur eine.einzige Reihe von Wärmetauschrohren, so daß jedes dieser Wärmetauschrohre, das zu einer bestimmten Zelle gehört, durch je eine gesonderte Längsnut mit Inertgas gespeist wird.

Das durch eine gegebene Zelle strömende Natrium wird gemäß dieser Zusatzerfindung entnommen, damit daraus die Menge des im Natrium gelösten Wasserstoffes ermittelt werden kann.

Diese Vorrichtung ist nur dann anzuwenden, wenn das Leck in dem innerhalb einer solchen Zelle befindlichen Teil des Wärmetauschrohres auftritt. Dies ist meistens der Fall, da die störanfälligen Teile der Wärmetauschrohre nahe den Rohrplatten-Schweißungen liegen.

So wird, wenn diejenige Längsnut, die zu dem zu ortenden Wärmetauschrohr führt, geortet ist, die zweite Koordinate des gesuchten Rohres festgestellt, indem aus den zu den Längsnuten senkrechten Zellen nacheinander Natrium entnommen worden ist, bis diejenige Zelle, in welcher sich das Leck befindet, durch Anzeige von Wasserstoff im Natrium (oder in dem oberhalb des Natriums befindlichen Gas) festgestellt ist.

Der Schnitt jener Zelle mit jener Längsnut zeigt das lecke Rohr an.

Bei Wärmetauschern, deren Wärmetauschrohre gesondert voneinander in den Natriumbehälter eintauchen, geschieht die Zufuhr inerten Gases gemäß der Erfindung stromunter-

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- ΛΑ -

halb der Drosselbohrung (die im übrigen dazu dient, die hydrodynamische Stabilität des Wärmetauschrohres sicherzustellen) , falls solche Drosselbohrung vorhanden ist. Besser noch ist, das Inertgas stromunterhalb eines einstellbaren Rückschlagventils einzuführen; dieses Rückschlagventil -schließt sich infolge des Druckes des Inertgases (und hindert dadurch das Wasser, in das Wärmetauschrohr einzudringen) und wirkt dank seinem verringerten Querschnitt auch als Durchflußregler auf die Dampf-Zirkulation und verbessert so die hydrodynamische Stabilität des Wärmetauschers.

Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung ersichtlich. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch einen Röhren-Wärmetauscher, dessen Rohre von außenher getrennt zugänglich sind,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Röhren-Wärmetauscher mit Rohrplatten, in den das Inertgas durch Nuten geführt wird, und eine Einrichtung zum Abziehen von Natrium aus'senkrecht zu diesen Nuten angeordneten Zellen,

Fig. 3 in von oben gesehenem Querschnitt diese Einrichtung zur Entnahme von Natrium aus den Zellen sowie die allgemeine Anordnung der äußeren Natrium-Rohrleitung, aus der im wesentlichen die Einrichtung zur Probeentnahme und zum Entdecken von Wasserstoff besteht,

Fig. k eine Einrichtung zur Zufuhr von Inertgas in die Längsnuten durch die "Wand des Wärmetauscher-Behälters hindurch,

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Fig. 5 ein Grundsatz-Bild einer Einrichtung für die Zufuhr von Inertgas in die einzelnen Wärmetauschrohre bei einem Wärmetauscher, dessen Wärmetauschrohre gesondert voneinander zugänglich sind,

Fig. 6 ein Grundsatz-Bild einer Einrichtung für die Zufuhr inerten Gases für einen Wärmetauscher mit frei zugänglichen Wärmetausehrohren mit Einstell-Drosseldüse, und in

Fig. 7 die Vorrichtung zum Einführen inerten Gases in die frei zugänglichen Wärmetauschrohre mit einem Rückschlagventil, welches auch wie ein Durchflußregler zur hydrodynamischen Einstellung zum Zweck der Stabilisierung des betroffenen Rohres wirkt.

Wie vorher bemerkt, soll durch das den Gegenstand dieser Zusatz-Patentanmeldung bildende Verfahren dasjenige Rohr, in welchem ein Mikro-Leck entstanden ist, gefunden werden, um sodann durch einen Pfropfen verschlossen zu werden. Das in Frage kommende Leck ist von geringer Größe; natürlich können größere Lecks leicht auch durch andere Verfahren (z. B. durch Endoskopie, durch Geräuschmessung, durch Helium-Dichtheitsprüfungen) entdeckt und geortet werden; aber es ist natürlich darauf hinzuweisen, daß solche bekannten Verfahren eine langdauernde Stillegung der Anlage und weitgehenden Ausbau von Teilen des Wärmetauschers erfordern, nämlich sowohl für die Durchführung jener Ortungs-Verfahren als auch für die Durchführung von Reparaturen, welche gewöhnlich sehr umfangreich sind, da größere Lecks größere Schäden als die oben so genannten Mikro-Lecks verursachen.

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Die Erfindung besteht darin, als Spurensuch-Flüssigkeit entweder das Wasser des Dampfes, der im normalen Betrieb längs der Wärmetauscherrohre fließt, zu verwenden ■ und in jedes Rohr oder - bei Vor-Untersuchung - in jede Rohrgruppe ein Inertgas geeigneten Druckes einzuführen.

Das Orten des zu suchenden Rohres geschieht, sobald man (nach Einführen des inerten Gases- in die jenes Rohr enthaltende Gruppe) das Leck auf der Natrium-Seite nicht mehr bemerkt. In diesem Augenblick nämlich strömt durch das Leck nicht mehr Wasser oder Dampf, sondern Inertgas, und dieses läßt sich mit dem üblichen Prüfverfahren, bei dem man es durch eine Membran diffundieren läßt, nicht feststellen; denn dieses Verfahren entdeckt nur Wasserstoff, denn nur dieser kann durch eine heiße Nickel-Membran diffundieren.

Genauer gesagt: Das Verfahren gemäß dieser Zusatz-Patentanmeldung besteht aus folgenden Schritten:

A) Wenn man in normalem Betrieb des Wärmetauschers das Leck entdeckt hat, schätzt man seine Größe, um festzustellen, ob es ein "Mikro-Leck" ist.

B) Wenn dies der Fall ist, verringert man, soweit möglich, die Wärmetauscher-Belastung (d. h. seine Leistung und seinen Wasserdruck und Dampfdruck) auf eine Höhe, bei der

a) das Leck immer noch spürbar ist,

b) die Gefahr von Rohrschaden (insbesondere Rohrbruch) kleiner ist (denn der Druck innerhalb des Rohres ist wesentlich unterhalb des Außenluftdruckes) und

c) die Bedienungsschritte bequemer sind und der Gasverbrauch

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geringer ist (weil das Inertgas bei niedrigerem Druck zugeführt wird).

C) Sodann führt man in jede einzelne Rohre-Gruppe oder jedes einzelne Rohr für genügende Zeitdauer Inertgas ein, um ggf. das Aufhören von Wasserstoff-Zustrom (auf der Natrium-Seite) feststellen zu können. Diese Zufuhr muß etwa genauso lange dauern, wie die Zeit, die man braucht, das Aufhören von Wasserstoff-Zustrom aus dem im Wärmetauscher ungünstigst gelegenen Leck festzustellen; hierbei muß man die Strömungsgeschwindigkeit des Natriums in der Anlage berücksichtigen, da diese Geschwindigkeit die Zeitdauer der Signal-Bewegung vom Ort des Lecks zum Prüfgerät bestimmt.

D) Darauf läßt man nach diesem Vorgang der Ortung allmählich das Wasser und den Dampf aus den Wärmetauschrohren ausströmen, um diese Rohre dann mit Inertgas zu füllen, und erhält in dem lecken Rohr in dem Rohrbündel, zu dem dieses lecke Rohr gehört, einen Strom inerten Gases aufrecht; dies ergibt völlige Sicherheit auch für den möglichen Fall, daß sich das Leck bis zu einer gefährlichen Größe erweitert. Vor oder gleichzeitig'mit diesem letztgenannten Schritt läßt man das Natrium auf eine mäßige Temperatur, z. B. zwischen 150 und 200 C, abkühlen; dieses Abkühlen dauert nur kurze Zeit, da das Kühlmittel das Wasser selbst ist, während das Abkühlen, besonders bei einem großen Wärmetauscher, viel Zeit nimmt, wenn (was beim Verfahren nach dem Hauptpatent der Fall ist) Wasser und Dampf gleich zu Beginn des Ortungsschrittes abgelassen werden.

E) Wenn die Natrium-Temperatur jenen Bereich von 150 bis 200 C erreicht, beginnt man, das lecke Rohr oder die lecken Rohre zu verstopfen; hierzu kann es nötig werden,

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das Natrium abzulassen, wie bei den im normalen Betrieb solcher Anlage vorgesehenen Bedienungsschritten.

Während des Ortungs-Schrittes liefert der Wärmetauscher Dampf, der zu gewissem.Grade mit inertem Gas beladen ist. Es gibt verschiedene Verfahren, die Lage zu meistern. Z. B. führt man den verunreinigten Dampf zum Entgaser, mit dem der Wasserkreislauf der Turbine üblicherweise ausgerüstet ist, oder durch die Turbine oder um die Turbine herum zum Kondensator; in diesem letzten Fall wird das Inertgas durch die Luftpumpe beseitigt.

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher mit frei zugänglichen Wärmetauschrohren, mit einem Natrium-Einlaß 2 und mit einem Natrium-Auslaß k und mit flüssigem Natrium im Behälter

Die Wärmetauschrohre 8 haben einen von außen zugänglichen Teil 9 und sind an einen Einlaßverteiler 10 angeschlossen. Im normalen Betrieb fließt in diesen Rohren Wasser, Dampf oder ein Dampf-Wasser-Gemisch.

In dem von außen zugänglichen Teil 9 sind an die Wärmetauschrohre Rohre 12 für das Einführen inerten Gases angeschlossen; jedes dieser Rohre enthält ein Absperrventil Eine Gruppe von Inertgas-Rohren kann mit einem ihnen gemeinsamen Absperrventil 16 versehen werden, mit dem man schnell eine ganze Gruppe von Wärmetauschrohren, in der sich das zu ortende lecke Rohr befindet, voraus-orten kann. Der Einlaß von Wasser oder Dampf ist bei 18 dargestellt (der Auslaß ist nicht gezeigt).

Fig. 2 ist ein perspektivisches Bild' eines Wärmetauschers mit Rohrplatten. Der Wärmetauscher-Behälter 6 ist

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von flüssigem Natrium berührt, in das Wärmetauschrohre 20 eintauchen.

Diesen Rohren wird inertes Gas durch Rohrleitungen 22 zugeführt, welche durch den Vorderteil der Rohrplatte 2k hindurchgehen und in Längsnuten 26 münden; den Wärmetauschrohren einer gegebenen Reihe wird das Inertgas aus einer gemeinsamen Längsnut durch kleine Quernuten 28 zugeführt. Die Längsnuten 26 sowohl wie die kleinen Quernuten 28 sind in eine Vorlageplatte 30 eingefräst, die an der Haupt-Rohrplatte 2k anliegt; diese Vorlageplatte 30 weist zylindrische Bohrungen 3^ auf, welche mit den Wärmetausehrohren fluchten und Wasser von dem unterhalb der Vorlageplatte befindlichen (mit Wasser oder Dampf gefüllten) Raum 32 zu den Wärmetauschrohren 20 führen. Mit dem Bezugszeichen 36 sind Trennwände bezeichnet, welche die vom flüssigen Natrium durchströmten Zellen begrenzen. Natrium strömt in jede einzelne Zelle durch je eine am einen Ende der Zelle angeordnete prismatische Öffnung 38 ein und aus der Zelle durch je eine an das andere Ende der Zelle angeschlossene Rohrleitung 40 aus, so daß, sobald das Natrium in eine gegebene Zelle eingeströmt ist, alle durch diese Zelle hindurehgehenden Wärmetauschrohre von ihm berührt werden, bevor es in die Rohrleitung k0 ausströmt, wobei dieses Natrium eine gewisse Menge Wasserstoff, der von irgendeinem etwa vorhandenen Mikro-Leck in irgendeinem der durch die Zelle hindurehgehenden Wärmetauschrohre herkommt, mit sich führt.

Der Durchmesser der zylindrischen Bohrungen 3k der Vorlageplatte braucht nicht gleichgroß wie der Durchmesser der Bohrungen der Rohrplatte zu sein und ist vorzugsweise kleiner, damit die Bohrungen der Vorlageplatte wie Drosseldüsen zur Verbesserung der hydrodynamischen Stabilität dienen.

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Fig. 3 zeigt den Wärmetauscher der Fig. 2 im waagerechten Schnitt, von oben gesehen; die Wärmetauschrohre, die Trennwände zwischen den Natriumdurchströmten Zellen und die Rohrleitungen für die Abfuhr von Natrium aus den einzelnen Zellen sind mit den Bezugszeichen 20 bzw. 36 bzw. 40 versehen. ·

Die Rohrleitungen 40 sind mit Steuerventilen 42 versehen, die ihrerseits von Steuerventilen 44 gesteuert werden, die zur Steuerung einer ganzen Gruppe von Natrium-Abführrohrleitungen eingerichtet sind. Das Natrium wird in einem Wärmetauscher 46 erwärmt oder gekühlt und geht dann durch den Wasserstoff-Entdecker 48 hindurch; es sammelt sich danach in einem Mischer 50 und wird mittels einer elektromagnetischen Pumpe 52 in den Haupt-Natriumkreislauf zurückgeführt.

Ferner sind Rohrleitungen 40' vorhanden. Das sind Umgehungsleitungen kleinen Durchmessers, in denen ständig Natrium von den einzelnen Zellen abströmt; sie sollen ständigen Ablauf aus den Zellen auch dann bewirken, wenn die Steuerventile 42 oder 44, um die Proben nacheinander zum Wasserstoff-Entdecker zu leiten, geschlossen sind.

Im normalen Betrieb, nämlich solange kein Mikro-Leck entdeckt ist, werden die Ventile 42 ständig offengehalten und die Ventile 44 abwechselnd geöffnet und geschlossen, so daß der Wasserstoff-Entdecker abwechselnd eine Natrium-Probe, die die eine Hälfte der in der Rohrplatte befestigten Rohre 20 bespült hat, und eine Natrium-Probe, die die andere Hälfte der Rohre 20 bespült hat, erhält.

Wenn bei einer dieser Proben die Wasserstoffmenge zu-

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genommen hat, zeigt dies ein Leck in der zugehörigen Hälfte des Rohres 20 an.

Fig. 4 zeigt eine andere Art, das Inertgas in die Nuten der Vorlageplatte einzuführen. Dies geschieht dort durch den Behälter 6 hindurch, und zwar durch denjenigen Teil des Behälters hindurch, in dem dieser vom Wasser oder Dampf berührt wird. Solche Anordnung empfiehlt sich, weil sie nicht die Rohrplatte schwächt, die bei der vorigen Bauart notwendigerweise kleine Löcher für die Verbindung der das Inertgas zuführenden Leitungen 22 mit den Längsnuten 26 haben muß. Bei dieser neuen Ausführungsform wird das Inertgas in die einzelnen Längsnuten durch je ein Rohr 5k zugeführt, das durch eine Öffnung 56 hindurchgeführt ist. Jedes dieser Rohre 54 ist mit einem Steuerventil 58 versehen.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung zum Einführen inerten Gases in das an den Einlaßverteiler 60 angeschlossene Rohr an einem Wärmetauscher wie demjenigen der Fig. 1, d. h. einem Wärmetauscher mit gesondert zugänglichen Wärmetauschrohren.

Das Inertgas wird durch ein Steuerventil 62 eingeführt mit einem Druck, daß das Wasser in dem Verteiler 60 zurückgedrängt wird und nicht in das Wärmetauschrohr eintritt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 6, die nach demselben Betriebsverfahren arbeitet, ist zusätzlich eine Drosseldüse 64 angeordnet» deren normale Wirkung ist, das Sieden des Wassers gleichmäßig zu machen und die hydrodynamische Stabilität der Anlage zu verbessern. Diese Drosseldüse hilft, das Wärmetauschrohr bei der Lecksuche mit Druck zu füllen, da sie den Abfluß inerten Gases in dem Verteiler beschränkt.

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Fig. 7 zeigt eine verbesserte Abwandlung der Einrichtung. Das stabilisierende Durchflußregelventil verstellt sich selbsttätig je nach der Durchflußmenge und wirkt beim Leck-Orten wie ein Rückschlagventil.

-In Fig. 7 ist ein Inertgas-Einlaß 68 und ein Wasser-Einlaß 70 gezeigt; sobald, das Ventil entlastet ist, strömt wieder Wasser in das Wärmetauschrohr 72 ein. Das Rückschlagventil 71 wird, wenn das Wärmetauschrohr mittels Inertgases mit Druck gefüllt wird, in die strichpunktiert gezeichnete Stellung niedergedrückt, so daß es den Einlaß zum Wärmetauschrohr sperrt. Die Vorrichtung nach Fig. 7 eignet sich ebenso wie die Vorrichtungen nach Fig. 5 und Fig. 6 nur für Wärmetauscher mit gesondert zugänglichen Wärmetausehrohren, d. h. für solche Wärmetauscher, bei denen das. Inertgas die einzelnen Rohre in Stromrichtung hinter dem Wassereinlaß erreichen kann.

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Claims

Pa tentansprüche

1. Verfahren zum Orten eines Dampf-Mikrolecks in einem Wärmetauscher, dessen Wärmetauschrohre von einem flüssigen Alkali-Metall, z. B. Natrium, umspült werden, nach Patent 2 059 370, dadurch gekennzeichnet, daß man das normale Betriebs-Fluid des Wärmetauschers, insbesondere Wasser, als das wasserstoffhaltige Ortungs-Fluid benutzt, daß man ferner nacheinander in Rohr-Gruppen, die mindestens ein Wärmetauschrohr enthalten, inertes Gas einführt und die Anzeigen des Leck-Entdeckers, der auf der Messung von Wasserstoff, insbesondere in Natrium, beruht, beobachtet, bis eine das lecke Rohr anzeigende Nullanzeige beobachtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Gruppe von Wärmetauschrohren eingeführte Inertgas aus der die Edelgase und Stickstoff enthaltenden Gruppe ausgewählt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff-Messung in dem oberhalb des Natriums befindlichen Gas ausgeführt wird.

(Jl·.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 bei Wärmetauschern, deren Wärmetauschrohre getrennt voneinander durch den natriumgefüllten Behälter hindurchgehen, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Wärmetauschrohr (8; 20; 72) mit einer Rohrleitung (12; 22; 5h; 68) für die Zufuhr inerten Gases verbunden ist, d;Le mit einem zugehörigen Steuer-

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ventil (i4; 58; 62) versehen und an eine Inertgas-Quelle angeschlossen ist (Fig. 1 und 2; Fig. k bis 7)·

5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohrleitungen (12) für Inertgas-Zufuhr aus der Inertgas-Quelle zu einer Gruppe zusammengefaßt und stromoberhalb der ihnen zugehörigen Steuerventile (iV) an ein ihnen gemeinsames Steuerventil (16) angeschlossen sind, durch das die Zufuhr des Inertgases zu ihnen gleichzeitig geregelt wird (Fig. 1).

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 für Wärmetauscher, deren Wärmetauschrohre mit einer Rohrplatte verbunden sind, die vom Natrium oder von dem über dem Natrium befindlichen Gas berührt wird, dadurch gekennzeichnet,-daß an den Einlassen der Wärmetauschrohre (20) eine Vorlageplatte (30) angeordnet ist, die an der Rohrplatte (24) befestigt und die mit Bohrungen (3*0, welche mit den Wärmetauschrohren fluchten, und mit Längsnuten (26) versehen ist, und daß jede dieser Längsnuten (26) sowohl durch eine mit einem Ventil versehene Rohrleitung (22) mit einer Quelle von unter Druck befindlichem Inertgas als auch durch Quernuten (28) mit einer Reihe von Wärmetausehrobren (20) verbunden ist (Fig. 2, Fig. k). .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 für einen Wärmetauscher mit in rechtwinkligem Gitter angeordneten Wärmetausehrohren, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Längsnuten (26) mit je einer Reihe von Wärmetauschrohren (20) durch Quernuten (28) verbunden ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7 ι dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (22), welche das Inertgas den Längsnuten (26) -zuführen, in den Wärmeaustauscher durch die Rohrplatte (2k) hindurchgehen (Fig. 2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (5*0» welche das Inertgas den Längsnuten (26) zuführen, in dem Wärmetauscher durch denjenigen Teil (32) des Behälters (6) geführt sind, der unterhalb der Rohrplatte (2k) liegt und das Arbeitsfluid enthält (Fig. k).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-9» dadurch gekennzeichnet, daß Natrium durch Entnahme-Zellen geführt wird, die von der Rohrplatte (2k), von einer ihr parallelen Vorlageplatte (30) und von Trennwänden (36) begrenzt werden, welche rechtwinklig zu diesen beiden Platten (2k, 30) und ebenfalls rechtwinklig zu den das Inertgas zuführenden Längsnuten (26) angeordnet sind, und die je eine Reihe von Wärmetausehrohren (20) umgeben derart, daß jedes Wärmetauschrohr (20) einer gegebenen Reihe von Wärmetauschrohren (20) durch eine zugehörige Längsnut (26) mit Inertgas gespeist wird, und daß das durch die Zelle strömende Natrium ganz oder teilweise zur Messung des in ihm gelösten Wasserstoffes abgeführt wird (Fig. 2, Fig. 3).

11. Vorrichtung nach Anspruch k oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas in die einzelnen Wärmetauschrohre (72) stromunterhalb eines einstellbaren Rückschlagventils (71) eingeführt wird, welches vom Druck des Inertgases geschlossen wird und dadurch Eindringen von Was-

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ser in das Wärmetauschrohr (72) verhindert und, da es von kleinerem Querschnitt ist, auf den Durchfluß von Wasser oder Dampf wie ein Durchflußregler wirkt und somit die hydrodynamische Stabilität des Wärmetauschers verbessert (Fig. 7). ·

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