DE2725877A1 - Waermetauscher fuer aggressive medien - Google Patents
Waermetauscher fuer aggressive medienInfo
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Description
- 2 - 24.342.6
Go/Fe 06.06.1977
INTERATOM
Internationale Atomreaktorbau GmbH 5060 Bergisch Gladbach 1
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kompakten Wärmetauscher- bzw. Dampferzeuger-Behälter, der mehrere, nach
oben ausbaubare senkrechte Wärmetauscher- bzw. Dampfer zeuger- Rohrbündel enthält für aggressive Medien, wie
z- B. flüssiges Metall oder auch verschiedene organische Stoffe, die auch bei hohen Temperaturen nur geringe
Drücke und/oder gute wärmetechnische Eigenschaften haben,
aber beim Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft oder auch mit Wasser sehr heftig reagieren können und daher sehr
sorgfältig eingeschlossen werden müssen. Eventuelle Undichtigkeiten oder sonstige Schadensfälle an solchen
Behältern sollen daher möglichst vermieden werden. Daher ist es von besonderer Bedeutung, daß solche Behälter und
deren Rohrbündel in regelmäßigen Abständen und mit möglichst geringem Zeitverlust geprüft werden können. Ein
wesentliches Anwendungsgebiet für diese Erfindung sind mit Natrium gekühlte Kernenergieanlagen.
In der deutschen Offenlegungsschrift 24 48 832 wird bereits ein Dampferzeuger-Behälter für Natrium/Wasser
vorgeschlagen, bei dem mehrere senkrechte Rohrbündel auswechselbar in einem Behälter angeordnet sind. Jedes
dieser Rohrbündel enthält in der Mitte ein zentrales Rohr, in dem u. a. die nach unten führenden Speisewasser-
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rohre enthalten sind, und in denen Leck- oder Schwingungsdetektionssysteme
angeordnet sein können. Die Anordnung von Überwachungssystemen in jedem einzelnen Rohrbündel
ist natürlich mit einem erheblichen Aufwand verbunden und kann auch nur zur überwachung dieses einen Rohrbündels
verwendet werden. Wenn der Behälter selbst überwacht oder inspiziert werden soll, muß man entweder
zusätzliche Systeme anordnen oder eines oder mehrere dieser Rohrbündel entfernen, damit dieser Behälter
von innen inspiziert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese bekannten Nachteile zu vermeiden. Ein Wärmetauscher- bzw. Dampferzeuger-Behälter
für aggressive Medien, der mehrere ausbaubare Wärmetausche- bzw. Dampferzeuger-Rohrbündel
enthält, soll mit möglichst geringem Aufwand und Zeitverlust von innen prüfbar sein und soll an seiner Wand
auch möglichst wenig Stutzen oder sonstige Schweißverbindungen enthalten, die einerseits die Festigkeit gefährden
und andererseits die Prüfbarkeit mit den bekannten Ultraschall- oder Wirbelstromverfahren erschweren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Behälter nach dem 1. Anspruch vorgeschlagen. Dieses zentrale, unten
geschlossene und nach oben ausbaubare Inspektionsrohr ist von wesentlich geringerem Durchmesser als eines der
Wärmetauscher-Rohrbündel und kann daher für Inspektionszwecke wesentlich leichter ausgebaut werden. Bei der bisherigen
Anordnung war man, wenn man Rohrbündel von gleichem Durchmesser in einem zylindrischen Behälter verwenden
wollte, aus Platzgründen auf eine Anzahl von 7 Rohrbündeln festgelegt. Durch die vorgeschlagene Anordnung eines
zentralen Inspektionsrohres von wesentlich geringerem
Durchmesser kann man jetzt Durchmesser und Anzahl der
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Rohrbündel nahezu beliebig auswählen. Dieses Inspektionsrohr soll nicht nur im Schadensfall gegen ein Beobachtungsoder Manipulator-Rohr ausgewechselt werden, sondern es
soll auch im Betrieb Meß-.und Überwachungsgeräte enthalten, die ihrerseits nach Ausbau des Rohres geprüft
und überwacht werden können. Bei natriumgekühlten Kernenergieanlagen kann man dieses Inspektionsrohr zweckmäßigerweise
genauso wie die Rohrbündel in eine allseits geschlossene und mit einem Inertgas gefüllte Wechselflasche
hineinziehen, so daß das ausgebaute Inspektionsrohr nicht mit der Umgebungsluft in Berührung kommt.
Die im 2. Anspruch vorgeschlagene Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn innerhalb der Medien mit einem plötzlichen
Druckanstieg, beispielsweise durch chemische Reaktionen zwischen Natrium und Wasser gerechnet werden
kann. Dieses vorgeschlagene Inspektionsrohr kann in
verschiedenen Höhen, zweckmäßigerweise an seinem oberen und an seinem unteren Ende eine oder mehrere Berstscheiben
enthalten, die bei einem Schadensfall schnell und zuverlässig eine große öffnung freigeben, die zu einem
Abscheider oder Entlastungsbehälter führt. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß bei Natrium-Wasser-Reaktionen
der Weg vom Schadensort zur Berstscheibe möglichst kurz sein sollte, damit diese Berstscheibe schnell ansprechen
kann. Aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung der Berstscheiben in einem auswechselbaren Inspektionsrohr kann
man diese mit geringem Aufwand prüfen oder auswechseln und vermeidet entsprechende öffnungen und Rohrleitungen
am Behälter selbst. Außerdem kann man durch Anbringung geeigneter Sonden auf elektrischem Wege diese Berstscheiben überwachen. In der deutschen Offenlegungs-
schrift 20 56 167 ist eine für diesen Zweck geeignete überwachungsvorrichtung beschrieben.
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03~0B~c
VI
Die im 3. Anspruch vorgeschlagene exzentrische Anordnung wurde bisher nicht in Erwägung gezogen, weil man aufgrund
der exzentrischen Anordnung über den Umfang des Behälters ungleichmäßige Temperaturen und damit zusätzliche Beanspruchungen
für den Behälter erwartet. Da aber die im Behälter angeordneten Rohrbündelmäntel und auch das
Pumpengehäuse nur von einem Medium umgeben sind, das seine Wärme bereits an die Rohrbündel abgegeben hat,
werden diese Schwierigkeiten vermieden. Im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Anordnung eines zentralen Inspektionsrohres
von geringem Durchmesser ergibt diese exzentrische Anordnung einer Pumpe, die oft einen erheblich
größeren Durchmesser aufweist, eine sehr raumsparende Anordnung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen zylindrischen Wärmetauscher-Behälter für eine mit Natrium
gekühlte Kernenergieanlage.
Figur 2 zeigt einen waagerechten Querschnitt durch Figur
In den Figuren 1 und 2 ist ein zylindrischer Behälter
an seinem oberen Ende mit einem abgerundeten Deckel 2 und an seinem unteren Ende mit einem abgerundeten Boden
verschlossen. Am oberen Ende des Behälters 1 ist ein waagerechter Zwischenboden 4 und am unteren Ende ein
waagerechter Zwischenboden 5 eingesetzt. Diese waagerechten Zwischenböden 4 und 5 haben mehrere zylindrische öffnungen,
in denen mehrere Wärmetauscher-Rohrbündel 6, ein Inspektionsrohr 7 und ein Pumpengehäuse 8 gleitend, aber nahezu
abgedichtet eingesetzt sind. Wie nur am Beispiel des
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Wärmetauscher-Rohrbündels 6 gezeigt, sind alle diese
Aggregate im oberen Deckel 2 derart dicht eingeschweißt, daß diese Schweißnaht mit geringem Aufwand aufgetrennt
und später wieder zugeschweißt werden kann. Auf diese Weise ist der Behälter absolut dicht, die verschiedenen
Aggregate lassen sich aber dennoch mit geringem Aufwand lösen und nach oben ausbauen. In dem Inspektionsrohr 7
ist jeweils unterhalb des unteren Bodens und oberhalb des oberen Bodens mindestens je eine Berstscheibe angeordnet,
die bei einem Schadensfall, z. B. einer Druck erhöhung infolge einer Natrium-Wasser-Reaktion bei
Schäden an Rohren der Bündel 6, sehr schnell einen großen Querschnitt freigibt und ein Gemisch aus Natrium und
verschiedenen Reaktionsprodukten zunächst zu einem nicht gezeigten Abscheider und dann zu einem auch nicht gezeigten
Entlastungsbehälter leiten. Diese Berstscheiben sind hauptsächlich für Natrium/Wasser-Dampferzeuger vorgesehen,
können jedoch auch in Natriura-Natriumwärme- tausehern zum Schutz des Behälters bei Leistungsexkursionen
des Reaktors verwendet werden. Bei dem hier gezeigten Wärmetauscher fließt das primäre Natrium durch den
Stutzen 9 in den Raum zwischen dem oberen Zwischenboden und dem Deckel 2, von dort durch seitliche Öffnungen und
durch den Mantel des Wärmetauscher-Rohrbündels 6 nach unten in den Raum zwischen dem unteren Boden 3 und dem
Zwischenboden 5. Von dort wird es durch den Pumpenstutzen angesaugt und in den Raum zwischen den beiden Zwischenböden 4 und 5 gedrückt, von wo es zwischen der Innenwand
des Behälters 1 und einer am oberen Zwischenboden 4 befestigten Schürze 12 hindurch zum Austrittsstutzen 10
fließt. Mit dieser Schürze 12 wird erreicht, daß die Temperatur der Innenwand des Behälters 1 ständig der
kälteren Austrittstemperatur des Natriums entspricht, so daß die Wärmebelastung des Behälters verringert wird.
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Das sekundäre Kühlmittel Natrium oder Wasser/Dampf tritt am oberen Ende des Rohrbündels 6 ein, fließt durch ein
senkrechtes Fallrohr 13 bis zum unteren Ende, kehrt dort seine Strömungsrichtung um und fließt durch zahlreiche
dünnwandige Rohre 14 wieder zum oberen Ende des Rohrbündels, wo es aus dem Stutzen 15 austritt.
Figur 2 zeigt, wie die verschiedenen Aggregate, die Wärmetauscher-Rohrbündel, das Inspektionsrohr und die
Pumpe raumsparend in einem zylindrischen Behälter angeordnet sind. Durch die exzentrische Anordnung der Pumpe
und durch die Anordnung des Inspektionsrohres 7 mit seinem sehr viel kleineren Durchmesser annähernd in der Mitte
des Behälters kann man die Anzahl der Wärmetauscher-Rohrbündel nahezu beliebig wählen. Bei der üblichen
Anordnung von mehreren gleichartigen Wärmetauschern in einem Behälter konnte man bisher nur 7 Rohrbündel und
zwar 6 Rohrbündel als Sechseck angeordnet und 1 zentrales Rohrbündel anordnen. Instrumentierung 17, z. B. Geräte,
die durch Detektion von Siedegeräuschen im Natrium vor sich anbahnenden Schaden an den Wärmetauschern warnen,
oder die dem Lecknachweis oder der Schwingungsmessung dienen, Temperaturmeßgeräte usw. können in dem Inspektionsrohx
7 für die Wartung zugänglich untergebracht werden.
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Le
e r s e i I e
Claims (3)
- 24.342.6Go/Fe06.06.1977INTERATOMInternationale Atomreaktorbau GmbH 5060 Bergisch Gladbach 1Wärmetauscher für aggressive MedienAnsprücheKompakter Wärmetauscher- bzw. Dampferzeuger-Behälter für aggressive Medien, der mehrere, senkrechte, nach oben ausbaubare Wärmetauscher- bzw. Dampferzeuger-Rohrbündel enthält,
dadurch gekennzeichnet,daß dieser Behälter (1) außer den Rohrbündeln (6) ein zentrales unten geschlossenes und nach oben ausbaubares Inspektionsrohr (7) enthält. - 2. Behälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß dieses Inspektionsrohr (7) ein oder mehrere Berstscheiben (16) enthält, die mit einem Abscheider und/oder Entlastungsbehälter verbindbar sind. - 3. Behälter nach Anspruch 1, wobei im Behälter eine auswechselbare Pumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,daß diese Pumpe (8) anstelle eines Rohrbündels (6) in dem Behälter (1) exzentrisch angeordnet ist.•09851/0139
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