DE2735450A1

DE2735450A1 - Dampferzeuger fuer kernkraftwerke, insbesondere fuer druckwasserreaktoren

Info

Publication number: DE2735450A1
Application number: DE19772735450
Authority: DE
Inventors: Heinz Grimm; Martin Dr Ing Sawitzki; Zvonimir Dipl Ing Sterk
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1977-08-05
Publication date: 1979-02-15
Also published as: JPS5428902A; FR2399716A1; IT7826483A0; US4200061A; JPS6017966B2; BR7804772A; IT1097666B; IN149153B; CH640625A5; FR2399716B1; BE869483A; ES472374A1; SE7808160L

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 77? 9 35 7 BRD

-V

Dampferzeuger für Kernkraftwerke, insbesondere für Druckwasserreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger für Kernkraftwerke, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit einem zylindrischen Gehäuse und einem vom Gehäuse umschlossenen Rohrbündel zur Führung des Primärmediums, sowie mit mindestens einer Rohrplatte, in welcher das Rohrbündel gefaßt ist, wobei die Rohrplatte zusammen mit einem vorzugsweise halbkugelförmigen Boden Ein- und/oder AuslaBkammern für das Primärmedium bildet und wobei zum Ein- und Ausbau des Rohrbündels beidseits der Rohrplatte gelegene Gehaueeabschnitte des Dampferzeugers mittels lösbarer Flanschverbindung dichtend miteinander verbunden sind.

Ein solcher Dampferzeuger ist durch das DT-GM 7 312 164 bekannt. Er ist reparaturfreundlich, da nach Lösen einer ersten unteren Flanschverbindung der halbkugelförmige, die Prlmärkammer begrenzende Boden abgenommen werden kann und somit eine gute Zugänglichkeit zum Rohrboden besteht, ferner kann dann auch ein den Rohrboden mit U-Rohrbündel umfassender Gehäuseabschnitt durch Lösen einer zweiten Flanschverbindung demontiert werden. Es ergibt sich jedoch das Problem der Dichtigkeit der Flanschverbindungen. Das Primärkühlmittel steht unter einem Druck von rund 160 bar bei einer Eintrittstemperatur von ca, 323° C, das Sekundärmedium auf der Sekundärseite des Dampferzeugers unter einem Druok von rund 60 bar bei einer Kühlmitte]

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bei einer Kühlmittelaustrittstemperatur von ca. 280° C. Die

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Flanschverbindung miß nicht nur druckdicht, sondern auch den Tenperaturwechselbeanspruchungen beim Anfahren, Abfahren und bei Laständerungen gewachsen sein. Die Planschschrauben werden beim Aufheizvorgang einer verstärkten Zugspannungsbelastung ausgesetzt, da sie sich zeitverzögert aufheizen und deshalb in bezug auf die übrigen Dampferzeugerteile eine nachlaufende Wärmedehnung haben. Hierbei kann es leicht zu überdehnungen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flanschverbindung bei einem Dampferzeuger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die geschilderten Schwierigkeiten vermieden sind, d.h., die Flanschverbindung auch bei Temperaturwechselbeanspruchung ihrer Flanschschrauben im Rahmen der üblichen Betriebsbedingungen auf Jeden Fall ihre Dichtigkeit beibehält. Eine Unteraufgabe besteht darin, die gute Zugänglichkeit zur Flanschverbindung zwecks leichter Montier- und Demontierbarkeit und damit die Reparaturfreundlichkeit zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Dampferzeuger der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Flanschverbindung als StiftSchraubenverbindung ausgeführt ist. Auf diese Weise sind die WärmeUbergangsflächen zwischen den Flanschschrauben und dem Flansch erheblich vergrößert, so daß auch der Wärmestrom ohne nennenswerte Drosselwirkung von den Flanschen in die Flanschschrauben fließen kann. Eine Zeitverzögerung beim Temperaturverlauf der Flanschschrauben in bezug auf die übrigen Flanschteile ist damit praktisch vermieden. Die Flanschschrauben können nicht überdehnt werden, und die Flanschverbindung behält ihre Dichtigkeit bei. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn zwischen einander zugekehrten Dichtflächen der Flansche eine Lippendichtung eingefügt ist, deren nach außen vorstehende Lippen miteinander und in ihrem Wurzelbereich auch mit den Flanschen mittels umlaufender Rundnähte dichtend verschweißt sind. Ausgehend von einer Flanschverbindung, bei der die Teilfuge zwischen einem Rohrplattenflansch und einem Gegenflansch des halbkugelförmigen Gehäusebodens angeordnet ist, besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, daß die Stiftschrauben Durch-

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steckbohrungen des Gegenflansches durchdringen, mit ihrem Gewindefuß in Gewindebohrungen des Rohrplattenflansches eingeschraubt und an ihren anderen der Rohrplatte abgewandten und aus dem Gegenflansch hervorstehenden kopfseitigen Enden mit Gewinde zum Aufschrauben der Spannmuttern versehen sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Darin zeigen schematisch, unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile:

Fig. 1 im Längsschnitt einen Dampferzeuger des U-Rohrbündel-Typs für eine Kernkraftanlage mit Druckwasserreaktor; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Flanschverbindung im Rohrbodenbereich nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Lippendichtung aus Fig. 2 (Einzelheit Z).

Der in Fig. 1 dargestellte Dampferzeuger ist vom U-Rohr-Typ, ftir eine thermische Leistung von ca. 950 MW+. ausgelegt und für einen Druckwasserreaktor bestimmt, der z.B. in Vier-Loop-Anordnung in seinem Primärkreislauf vier der dargestellten Dampferzeuger aufweist. Der als Ganzes mit DE bezeichnete Dampferzeuger besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 1, einem vom Gehäuse 1 umschlossenen U-Rohrbündel 2, einer mit dem Gehäusemittelstück 1a verschweißten Rohrplatte 3, in welcher das Rohrbündel 2 mit seinem heißen Ende 2a und mit seinem kalten Ende 2b gefaßt ist, sowie aus einem halbkugelförmigen Boden 4 mit Trennwand 5. Durch die Rohrplatte 3 und den Rohrboden 4 mit Trennwand 5 sind eine Einlaßkammer E und eine Auslaßkammer A für das Primärmedium gebildet, dessen Strömungsrichtung durch Pfeile e und a angedeutet 1st. Zum Zwecke der Zu- und Ableitung des Primärmediums, im vorliegenden Falle Wasser, sind in den Rohrboden 4 ein in die Einlaßkammer E mündender Einlaßstutzen E1 und ein in die Auslaßkammer mündender Auslaßstutzen A1 eingeschweißt. Die an diese Stutzen angeschweißten Rohrleitungen sind mit 6 bezeichnet,

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·-*·- 77P 9 35 7 BRD Die beldselte der Rohrplatte 3 gelegenen Gehäuseabschnltte,

und zwar ein MIttelstück 1a und der schon erwähnte Boden 4 sind mittels lösbarer Flanschverbindung 7 dichtend miteinander verbunden· Entsprechend ist eine weitere dichtende Flanschverbindung 8 zwischen dem Gehäuseoberteil 1b und dem Mittelstück 1a angeordnet. Das Gehäusemittelstück 1a umfaßt die als Ganzes mit 9 bezeichnete Vorwärmkammer mit oberer Kammer 9a und unterer Kammer 9b, in die je ein Speisewasserstutzen 1Oa₁ 10b mündet, und zwar über je einen Wasserkasten 11a, 11b. Der Dampferzeuger DE ist ein Naturumlauf-Dampferzeuger mit einem das U-RohrbUndel umgebenden Hemd 12, wobei zwischen dem Hemd 12 und dem Gehäuse ein Fallraum 13 begrenzt ist. Das Hemd 12 ist auf nicht näher dargestellte Weise am Gehäuse 1 befestigt; es dient seinerseits der Befestigung einer in der Rohrgasse 14 angeordneten Zwischenwand 15, welche zusammen mit dem Hemd 12 die gegeneinander versetzt angeordneten Leitwände 16 der Vorwärmkammer 9a, 9b haltert. Die Wasserkästen 11a, 11b, die ebenfalls am Hemd 12 auf nicht näher dargestellte Weise befestigt sind, sind bogenförmig ausgeführt und an ihrem Innenumfang mit einer Perforierung versehen, durch welche das Speisewasser - siehe Strömungspfeile 17 - in die obere und untere Vorwärmkammer 9a, 9b eintritt, von wo es einen Weg in mäanderförmigem Strömungsverlauf gemäß Pfeilen 17 in den Verdampfungsraum 18 nimmt. Die nicht verdampften Wasseranteile, sowie die aus nicht dargestellten oberhalb des Rohrbündels 2 angeordneten Dampfabscheidern austretenden Wasseranteile strömen im Fallraum 13 gemäß Pfeilen 17 nach unten in Richtung auf den Rohrboden 3» von wo sie wiederum aufwärts innerhalb des Verdampfungsraumes 18 geführt werden.

Zur näheren Erläuterung der Flanschverbindung 7 wird im

folgenden auf die Figuren 2 und 3 bezug genommen, in denen gleiche Teile zu Fig. 1 auch die gleichen Bezugszeichen tragen. Fig. 2 zeigt, daß die Flanschverbindung 7 als Stiftschraubenverbindung ausgeführt ist. Im dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist die Teilfuge 19 der Flanschverbindung 7 zwischen einem Rohrplattenflansch 3a und einem Gegenflansch 4a des halbkugelförmigen Gehäusebodens 4 angeordnet. Hierbei durchdringen die Stiftschrauben 20 Durchsteckbohrungen 21 des

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Gegenflansch·8 Aa, sind mit ihrem Gewindefuß 20a in Gewindebohrungen ZZ des Rohrplattenflansches 3a eingeschraubt und sind an ihren anderen, der Rohrplatte 3 abgewandten und aus dem Gegenflansch 4a hervorstehenden kopfseitigen Enden 20b mit Gewinde 20c zum Aufschrauben der Spannmuttern 23 versehen. Die Stiftschraubenverbindung ist nur im rechten Teil der Fig. im Detail dargestellt und im linken Teil nur durch gestrichelte Linien angedeutet, ebenso wie in Fig. 1, wobei die in Fig. 1 dargestellte Flanschverbindung 8 entsprechend der Flanschverbindung 7 ebenfalls als StiftSchraubenverbindung ausgeführt ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei schräg von unten, zueinander praktisch spiegelsymmetrisch an den Boden 4 angeschlossene Einlaß- und Auslaß-Rohrstutzen E1, E2 vorgesehen.

Bei dieser Ausführung sind, wie dargestellt, die Stutzenachsen el, al so zur Gehäuselängsachse m geneigt, daß die Ringzone des Gegenflansches 4a außerhalb der Axialprojektion der Rohrstutzen E1, A1 zu liegen kommt. Auf diese Weise besteht eine gute Zugänglichkeit zum Aufsetzen von hydraulischen Spannvorrichtungen auf die Enden 20b einschließlich der Muttern 23 der Stiftschrauben 20, ebenso wie zum Ansetzen von Schraubwerkzeug. Bei den dargestellten Durchmesser- und Längenabmessungen der Rohrstutzen E1, A1 hat sich ein Neigungswinkel von oo * 30⁰ als günstig herausgestellt; allgemein gesprochen liegt ein günstiger Bereich dieses Neigungswinkels zwischen 40 und 30°. Wenn man wesentlich unter 30° geht, so kommen die Schweißnähte E2 und A2 der Stutzen E1, A1 in eine zu enge Nachbarschaft.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind pro Flanschverbindung 44 Stiftschrauben gleichmäßig über den Umfang verteilt verwendet, Hierdurch ergibt sich ein ausreichender Überschuß an Anpreßkraft für die Stift schrauben, ohne daß die tragenden Gewindegänge überlastet werden. Am Gegenflansch 4a sind vier über den Umfang gleichmäßig verteilte Tragpratzen 24 angeschweißt, von denen in Fig. 2 nur eine ersichtlich 1st. Mit diesen Tragpratzen 24 ruht der Dampferzeuger in seiner Einbaulage auf nicht dargestellten Konsolen des Kernkraftwerk-Containments. Fig. 2 zeigt ferner, daß den den Stiftschraubenfuß 20 aufnehmenden

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. O^ r ¹^- 77Ρ 935 7 BRD Gewindebohrungen 22 gleichachsige Durchgangsbohrungen 25 kleineren Durchmessers zugeordnet sind, die zum Hindurchgreifen von Hebezeug 26 für die Stiftschrauben 20 dienen. Zum Angreifen des Hebezeuges 26 ist der Stiftschraubenfuß 20a mit einem Gewindesackloch 20b versehen, in das eine Tragöse 27 eingeschraubt ist. In die Tragöse 27 ist der Haken 26a des Hebezeuges 26, von dem im übrigen nur ausschnittsweise das Zugseil dargestellt ist, eingehängt. Beim dargestellten Dampferzeuger beträgt das Gewicht einer einzelnen Stiftschraube rund 560 kp.

Um Stiftschrauben dieses Gewichts handhaben zu können, zumal unter räumlich beengten Verhältnissen, ist das dargestellte Einhängen der Stiftschrauben an das Hebezeug 26 beim Ein- und Ausschrauben zwecks Gewichtsentlastung der Gewindegänge vorteilhaft.

Die in den Figuren 1 und 2 als Ganzes mit 28 bezeichnete Flanschdichtung ist in Flg. 3 vergrößert herausgezeichnet. Zwischen den einander zugekehrten Dichtflächen 3a1 und 4a1 der Flansche 3a und 4a ist die Lippendichtung 28 eingefügt, die aus den beiden Dichtungsringen 28a und 28b besteht und deren nach außen vorstehende Lippen 28a1, 28b1 miteinander verschweißt sind (Schweißnaht 29) und auch in ihrem Wurzelbereich mit den Flanschen 3a, 4a mittels umlaufender Rundnähte 30 dichtend verschweißt sind. Wie ersichtlich, sind die Flanschdichtflächen 3a1, 4a1 jeweils mit einer austenitisehen Plattierung 31 versehen, wobei die Lippendichtung 28 gleichfalls aus austenitischem Material besteht und mit den von außen zugänglichen Plattierungsringflachen 31a, 31b verschweißt ist (siehe die schon erwähnten Rundschweißnähte 30). Auch die Schweißnaht 29 ist eine umlaufende Rundschweißnaht, so daß beim Lösen der Flanschverbindung 7 und entsprechend der Flanschverbindung 8 ein Aufschneiden,Aufschweißen oder Aufschleifen der genannten Rundschweißnähte auf einfache Welse möglich ist, ebenso wie auch ein Anbringen der Schweißnähte wegen guter Zugänglichkeit ermöglicht ist. Hierzu sind die Flansche 3a, 4a und entsprechend auch die Flansche 1b1, 1a1 der Flanschverbindung 8 (Fig. 1) mit Abschrägungen 32 versehen. Die beiden einander zugeordneten Dichtungsringe 28a, 28b

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bilden, wie ersichtlich, jeweils eine halbkreisförmig vorstehende Lippe 28a1, 28b1, die in ihrem Stoßfugenbereich durch die schon genannte umlaufende Schweißnaht 29 zu einer umlaufenden kreisförmigen Dichtungswulst 33 verschweißt sind. 5

In Fig. 2 ist zur Vereinfachung das U-Rohrbtindel nicht dargestellt. Aus der genannten Figur ist noch die Befestigung der gewölbten Trennwand 5 näher ersichtlich, die mit ihrem oberen Rand zwischen zwei Halteleisten der Unterseite des Rohrbodens 3 bei 33 verschraubt ist und mit ihrem übrigen, der Form des Bodens 4 angepaßten, abgerundeten Rand an den Boden 4 bei 36 dichtend angeschweißt ist.

Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel eines Dampferzeugers mit

Vorwärmkammer 9 ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die zweite Flanschverbindung 8 oberhalb der Vorwärmkammer 9 angeordnet. Auf diese Weise läßt sich nach Lösen der Flanschverbindung 7 und Abtransport des Bodens 4 durch Lösen der zweiten Flanschverbindung 8 das Gehäusemittelstück 1a einschließlich U-Rohrbündel und Vorwärmkammer 9 vom übrigen Dampferzeuger lösen und zu einem Inspektionsort transportieren, zweckmäßigerweise nach Lagerung in einem Abklingbecken und nach Dekontaminierung. Wenn die Erfindung bei einem Geradrohr-Dampferzeuger verwirklicht wird, so sind bei diesem seinen beiden Rohrböden je eine Flanschverbindung zuzuordnen. Sollte dieser Dampferzeuger auch einen Vorwärmer umfassen, der in einem Bereich des Gehäuses befestigt ist, so müßte dieser Bereich durch eine weitere Flanschverbindung lösbar ausgeführt sein, um das Geradrohrbündel vom übrigen Dampferzeuger zu lösen. Durch die Pfeile 37 in Fig. 2 ist noch der Wärmestrom angedeutet, der von der Rohrplatte 3 in die Stiftschrauben 20 fließt, wenn der Dampferzeuger DE aufgeheizt wird. Wie ersichtlich, ist eine ausreichende WärmeUbergangsfläche gegeben, so daß sich die Flanschschrauben 20 ohne nachteilige Verzögerung mit dem Rohrboden 3 aufwärmen und dehnen können. Entsprechendes gilt für den Abkühlvorgang.

11 Patentansprüche
3 Figuren

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Leerseite

Claims

2?3b4bO - s.- 77P 9 35 7 BRD Patentansprüche

1. Dampferzeuger für Kernkraftwerke, Insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit einem zylindrischen Gehäuse und einem vom Gehäuse umschlossenen Rohrbündel zur Führung des Primärmediums, sowie mit mindestens einer Rohrplatte, in welcher das Rohrbündel gefaßt 1st, wobei die Rohrplatte zusammen mit einem vorzugsweise halbkugelförmigen Boden Ein- und/oder Auslaßkammern für das Primärmedium bildet und wobei zum Ein- und Ausbau des Rohrbündels beidseits der Rohrplatte gelegene Gehäuseabschnitte des Dampferzeugers mittels lösbarer Flanschverbindung dichtend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschverbindung (7, 8) als Stiftschraubenverbindung ausgeführt ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, wobei die Teilfuge der Flanschverbindung zwischen einem Rohrplattenflansch und einem Gegenflansch des halbkugelförmigen Gehäusebodens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiftschrauben (20) Durchsteckbohrungen (21) des Gegenflansches (Aa) durchdringen, mit ihrem Gewindefuß (20a) in Gewindebohrungen (22) des Rohrplattenflansches (3a) eingeschraubt und an ihren anderen, der Rohrplatte (3a) abgewandten und aus dem Gegenflansch (4a) hervorstehenden kopfseitigen Enden (20b) mit Gewinde (20c) zum Aufschrauben der Spannmuttern (23) versehen sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, mit schräg von unten, vorzugsweise zueinander spiegelsymmetrisch, an den halbkugelförmigen Boden angeschlossenen Primärmittel-Einlaß- und -Auslaß-Rohrstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzenachsen (al, el) so zur Gehäuselängsachse (m) geneigt sind, daß die Ringzone des Gegenflansches (4a) außerhalb der Axialprojektion der Rohrstutzen (E1, A1) zu liegen kommt.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechender Durchmesser- und Längenabmessung der Rohrstutzen (E1, A1) ihr Neigungswinkel (o£) kleiner als 40° ist, vorzugsweise 30° beträgt.

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5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-4, mit einer weiteren Flanschverbindung im Rohrbündelbereich des Dampferzeugergehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß auch diese weitere Flanschverbindung (β) als Stiftschrauben-Flanschverbindung ausgeführt ist.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß er ein U-Rohr-Dampferzeuger ist.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß den den Stiftschraubenfuß (20a) aufnehmenden Gewindebohrungen (22) gleichachsige Durchgangsbohrungen (25)» vorzugsweise kleineren Durchmessers, zugeordnet sind, die zum Hindurchgreifen von Hebezeug (26) für die Stiftschrauben (20) dienen, wobei der Stiftschraubenfuß (20a) mit einem Gewindesackloch (20b) zum Einschrauben einer Tragöse (27), eines Traghakens o.dgl. versehen ist.

8. Dampferzeuger nach Anspruch 5 und 6, mit einer Vorwärmkammer la rohrbodennahen Bereich des kalten Schenkels des U-RohrbUndels, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flanschverbindung (8) oberhalb der Vorwärmkammer (9) angeordnet ist.

9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander zugekehrten Dichtflächen (3a1, 4ai) der Flansche (3a, 4a) eine Lippendichtung (28) eingefügt ist, deren nach außen vorstehende Lippen (28a1, 28b1) miteinander und in ihrem Wurzelbereich auch mit den Flanschen mittels umlaufender Rundnähte (29, 30) dichtend verschweißt sind.

10. Dampferzeuger nach Anspruch 9, mit austenitischer Plattierung der Flansch-Dichtflächen, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Lippendichtung (28) aus austenltischem Material besteht und mit von außen zugänglichen Plattierungs-Ringflachen (31a, 31b) verschweißt ist.

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11. Dampferzeuger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander zugeordnete Dichtungsringe (28a, 28b) der Lippendichtung (28) Jeweils eine halbkreisförmig vorstehende Lippe (28a1, 28b1) aufweisen, wobei die Lippen in ihrem Stoßfugenbereich zu einer umlaufenden kreisförmigen Dichtungswulst (33) verschweißbar sind.

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