DE2812766C2

DE2812766C2 - Heat exchangers for liquid metals

Info

Publication number: DE2812766C2
Application number: DE19782812766
Authority: DE
Inventors: Johannus J. Breskens Broodman
Original assignee: SCHELDE NL
Current assignee: SCHELDE NL
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1986-01-23
Also published as: NL170459C; NL170459B; NL7713021A; FR2410240A1; FR2410240B1; DE2812766A1; GB1597450A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für flüssige Metalle, wie Natrium, bei dem das sekundäre flüssige Natrium durch parallele Rohre eines oder mehrerer Rohrbündel fließt, bei dem die Rohre zwischen Rohrplatten oder Halteteilen angeordnet sind und bei dem das primäre flüssige Metall längs der Rohre an deren Außenseite fließt, oder umgekehrt.The invention relates to a heat exchanger for liquid metals, such as sodium, in which the secondary liquid Sodium flows through parallel tubes of one or more tube bundles with the tubes between tube plates or holding parts are arranged and in which the primary liquid metal along the tubes at their Outside flows, or vice versa.

Wärmeaustauscher der genannten Art sind beispielsweise aus der FR-PS 2! 32 8!7 bekannt. Solche Wärmeaustauscher, wie sie vorzugsweise in Schnellen Brütern verwendet werden, dienen zur Übertragung von Wärme von einem primären Natriumsystem zu einem sekundären Natriumsystem. Das primäre System kühlt den Reaktor und das sekundäre System überträgt die Wärme auf die Dampfgeneratoren, die mittels Turbinen und Generatoren Strom erzeugen. Das Medium im primären und sekundären System besteht zwar meist aus Natrium, jedoch sind auch andere flüssige Metalle, wie Natrium-Kalium, anwendbar. Wärmeaustauscher dieser Bauart, die auch Zwischen-Wärmeaustauscher genannt werden, sind in getrennten Behältern oder in einem gemeinsamen Bassin oder Behälter angeordnet, bei dem die Trennung zwischen primärem und sekundärem Metall durch eine große Zahl paralleler Rohre erfolgt. Das Rohrsystem kann in der verschiedensten Form ausgeführt sein,Heat exchangers of the type mentioned are for example from FR-PS 2! 32 8! 7 known. Such heat exchangers, as they are preferably used in fast breeders, serve to transfer heat from a primary sodium system to a secondary sodium system. The primary system cools the reactor and the secondary system transfers the heat to the steam generators using turbines and generators Generate electricity. The medium in the primary and secondary system consists mostly of sodium, however, other liquid metals such as sodium-potassium are also applicable. Heat exchangers of this type, which are also called intermediate heat exchangers, are in separate tanks or in one common Basin or container arranged in which the separation between primary and secondary metal is through a large number of parallel tubes takes place. The pipe system can be designed in the most varied of forms,

z. B. in der Form gerader Rohre, Rohre mit örtlichen Vorkehrungen zur Expansion, U-förmiger oder schlangenförmig gev'^rckelter Rohre.z. B. ^'r in the form of straight tubes, tubes with local arrangements for expansion, U-shaped or serpentine gev ckelter pipes.

Bei allen bekannten Ausführungen für den genannten Anwendungsfall bestehen die Rohrbündel, die Rohrplatten oder die anderen Haiteteile sowie die anderen Bauteile des Wärmeaustauschers aus einer Konstruktion aus nichtrostendem Stab*.In all known designs for the application mentioned, there are tube bundles, the tube plates or the other holding parts as well as the other components of the heat exchanger from one construction made of stainless rod *.

Die Wahl dieses Materials erfolgt aufgrund der Korrosionsbeständigkeit, der Festigkeits- und Kriecheigenschaften auch bei langer Betriebsdauer, z. B. 300000 Betriebsstunden, der Stabilität der Legierung in der entsprechenden Umgebung unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen usw. Die Erfahrung mit nichtrostendem Stahl wurde in lOjähriger Forschung in Testanlagen gewonnen, die in verschiedenen Ländern erstellt worden sind,The choice of this material is based on its corrosion resistance, strength and creep properties even with long operating times, e.g. B. 300,000 hours of operation, the stability of the alloy in the corresponding Environment under the intended operating conditions, etc. Experience with stainless Steel was obtained in ten years of research in test facilities that had been set up in various countries are,

Die bekannten experimentellen Bauarten von Reaktoren der schnellen Brüter haben immer noch eine begrenzte Leistung und verwenden Wärmeaustauscher mit einer Leistung von etwa 100 MW; das bedeutet, daß für ein großtechnisches Kraftwerk der Bauart, wie es in Kaikar errichtet wird, neun Wärmeaustauscher mit je 85 MW erforderlich sind.The known experimental designs of fast breeder reactors still have one limited capacity and use heat exchangers with a capacity of about 100 MW; It means that for a large-scale power plant of the type being built in Kaikar, nine heat exchangers with 85 each MW are required.

Es steht zu erwarten, daß für zukünftige Kraftwerke mit einem Leistungsbereich von 1200 bis 2000 MW die Leistung der Wärmeaustauscher erhöht wird, weil Anlagen mit einer sehr großen Zahl von Anlagenteilen, z. B. 60 Wärmeaustauschern und/oder 120 Dampfgeneratoren aus wirtschaftlichen Gründen und aus betrieblichen Gründen außer Frage stehen. Obgleich eine Leistungserhöhung solcher Anlagenteile offensichtlich erscheint, entstehen bereits schwerwiegende Probleme bei einer Hochstufung von 300 auf 1000 MW, besonders für Flüssigmetall-Wärmeaustauscher. Die Probleme liegen im speziellen Verhalten dieser Reaktorbauart, bei derIt is to be expected that for future power plants with a power range of 1200 to 2000 MW the The performance of the heat exchanger is increased because systems with a very large number of system parts, e.g. B. 60 heat exchangers and / or 120 steam generators for economic and operational reasons Reasons are beyond question. Although an increase in the performance of such system components appears obvious, Serious problems arise with an upgrade from 300 to 1000 MW, especially for liquid metal heat exchangers. The problems lie in the special behavior of this type of reactor, in which

so schnelle Temperaturwachsel schneller auf die Anlagenteile übertragen werden, als das in der normalen Technologie üblich ist, und es können erhebliche Wärmestöße auftreten.such rapid temperature growths can be transferred to the system components more quickly than in normal technology is common, and significant thermal shocks can occur.

Es läßt sich nicht vermeiden, daß die Dimensionen von Wärmeaustauschern herkömmlicher Bauart aus nichtrostendem Stahl mit der Leistung größer werden. Wegen der relativ schlechten Wärmeleitung von nichtrostendem Stahl im Vergleich zum Wärmeübergang zwischen dem flüssigen Metall und der Rohrwand kann die Fläche, die für eine bestimmte Leistung und unter bestimmten Betriebsbedingungen eingebaut werden muß,It can not be avoided that the dimensions of heat exchangers of conventional design made of stainless Steel grows with performance. Because of the relatively poor thermal conductivity of stainless Steel compared to the heat transfer between the liquid metal and the pipe wall can reduce the Area that must be built in for a specific performance and under specific operating conditions,

durch konstruktive Änderungen kaum beeinflußt werden, beispielsweise durch Änderung des Querschnitts der eingesetzten Rohre oder durch eine Erhöhung der Natriumdurchflußgeschwindigkeiten in den Rohren und/ oder um die Rohre herum.are hardly influenced by design changes, for example by changing the cross-section of the pipes used or by increasing the sodium flow rates in the pipes and / or around the pipes.

In der Praxis werden bei Wärmeaustauschern mit sehr großer Leistung die Rohrlänge und der Rohrdurchmesser vergrößert und die Zahl der Rohre verringert, da die Gesamtkosten der Wärmeaustauscher mit der Vergrößerung des Durchmessers steigen. Der Grund dafür sind die hohen Kosten von Schmiedestücken, beispielsweise Rohrplatten erheblicher Dicke mit einem großen Durchmesser. Wärmeaustauscher mit einer Leistung von 300 MW haben Bündel mit einer Länge von 10 bis 12 m und mit einem Querschnitt bis zu 3 m. Die Gesamtlänge von Wärmeaustauschern dieser Bauart einschließlich des Oberteils und des Bodens überschreitet 20 bis 25 m.In practice, the pipe length and the pipe diameter are very large in heat exchangers increases and the number of tubes decreases, as the total cost of the heat exchanger increases with the increase increase in diameter. The reason for this is the high cost of forgings, for example Tube plates of considerable thickness with a large diameter. Heat exchanger with a capacity of 300 MW have bundles with a length of 10 to 12 m and with a cross section up to 3 m. The total length of heat exchangers of this type, including the top and bottom, exceeds 20 to 25 m.

Größere Längen sind wirtschaftlich nicht mehr vertretbar. Es werden Lösungen in Erwägung gezogen, bei denen mehrere Bündel in einem Bassin aufgenommen werden. Bauarten dieser Art haben einen Durchmesser von 6 bis 7 m, und die Herstellung ist nur für begrenzte Drücke wirtschaftlich. Auch ist die Verfügbarkeit von Materialten für solche Abmessungen relativ begrenzt.Greater lengths are no longer economically viable. Solutions are being considered at which several bundles are accommodated in one basin. Types of this type have a diameter from 6 to 7 m, and the production is only economical for limited pressures. Also is the availability of Materials relatively limited for such dimensions.

Der Erfindung liegt mitfiin die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der eingangs gena nnten Art, der insbesondere für hohe Leistungen speziell über 300 MW ausgelegt ist, zu verkleinem.The invention is based on the task of providing a heat exchanger of the type mentioned at the outset, the is specially designed for high powers above 300 MW to reduce.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens die Rohre der Rohrbündel aus Molybdän, Tantal oder Niob oder Grundlegierungen von diesen bestehen und daß die Rohre einen Außendurchmesser von 6 bis 16 mm haben. Der Durchmesser der Rohre liegt vorzugsweise zwischen 8 und 12 mm und der Abstand zwischen den Außenwänden der Rohre zwischen 2 und 5,5 mm.According to the invention this object is achieved in that at least the tubes of the tube bundle made of molybdenum, Tantalum or niobium or base alloys consist of these and that the tubes have an outside diameter from 6 to 16 mm. The diameter of the tubes is preferably between 8 and 12 mm and the distance between the outer walls of the pipes between 2 and 5.5 mm.

In der Zeitschrift »Metall«, 31. Jahrgang, Heft 7,1977, Aufsatz Prof. Dr. G. Jangg u. a., sind Einsatzgebiete für die Metalle Niob, Tantal und Vanadin angegeben. Bezüglich Tantal wird in diesem Aufsatz auf einige Grenzgebiete hingewiesen, wo die Kosten von Tantal nicht wesentlich ins Gewicht fallen. Dabei wird unter anderem auch beschrieben, daß sich Tantal im Hinblick auf seine hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Festigkeit auch zur Herstellung von Wärmeaustauschern eignet. Dabei handelt es sich aber um herkömmliche Anwendungsgebiete von Wärmeaustauschern in der chemischen Industrie, nicht aber um Wärmeaustauscher für flüssige Alkalimetalle, wie sie insbesondere bei Kernreaktoren Anwendung finden. Molybdän wird in dem Aufsatz nicht erwähnt. Niob wird in Verbindung mit anderen Anwendungsgebieten beschrieben. Beispielsweise wird auf den geringen Neutroneneinfangquerschnitt hingewiesen und somit seine Anwendbarkeit in der Kerntechnik als besonders vorteilhaft herausgestellt. Femer ist es aus der DE-OS 1601196 bekannt, bei flüssigen Alkalimetallkühlsystemen bestimmte Strukturteile aus Niob herzustellen, um Korrosionsprobleme zu beherrschen.In the magazine "Metall", 31st year, issue 7.1977, article by Prof. Dr. G. Jangg et al., Are areas of application for the metals niobium, tantalum and vanadium are specified. With regard to tantalum, this article refers to some border areas pointed out where the cost of tantalum is not of major importance. Among other things also described that tantalum is also used in view of its high thermal conductivity and high strength Manufacture of heat exchangers is suitable. However, these are conventional areas of application of heat exchangers in the chemical industry, but not of heat exchangers for liquid alkali metals, as they are used in particular in nuclear reactors. Molybdenum is not mentioned in the article. Niobium is described in connection with other fields of application. For example, on the low Neutron capture cross-section pointed out and thus its applicability in nuclear engineering as special turned out to be advantageous. It is also known from DE-OS 1601196 for liquid alkali metal cooling systems to produce certain structural parts from niobium in order to control corrosion problems.

Mit den sehr gut wärmeleitenden Materialien wie Molybdän, Tantal und Niob werden bemerkenswerte und unerwartete Ergebnisse erzielt. Ausgehend von den bekannten Wärmeaustauschern mit dem gleichen Rohrdurchmesser und der gleichen Wanddicke kann durch die Verwendung dieser Materialien aufgrund ihrer besseren Wärmeleitfähigkeit, die warmeausiäuscherfläche auf 60 bis 70% verringert werden. Eine selche Verkleinerung erlaubt jedoch noch nicht die wirtschaftliche Verwendung der Materialien. Erst durch die Verringerung des Rohrdurchmessers kann der Wärmeaustauscher so stark verkleinert werden, daß der Einsatz der teuren Materialien vorteilhaft ist. So läßt sich die Fläche bei gleichem übertragenem Wärmestrom durch Verringerung des Rohrdurchmessers von 20 oder 25 mm auf 10 oder 12 mm auf 25 bis 30% der Fläche eines herkömmlichen Wärmeaustauschers verkleinem; bei gleichem Teilkreis-Durchmesserverhältnis der Rohre.With the very good heat conductive materials like molybdenum, tantalum and niobium are remarkable and achieved unexpected results. Based on the known heat exchangers with the same tube diameter and the same wall thickness can be achieved by using these materials because of their better Thermal conductivity, the heat exchanger area can be reduced to 60 to 70%. Such a reduction however, does not yet allow the materials to be used economically. Only by reducing the The pipe diameter of the heat exchanger can be reduced so much that the use of expensive materials is advantageous. So the area can be with the same heat flow transferred by reducing the Pipe diameter from 20 or 25 mm to 10 or 12 mm to 25 to 30% of the area of a conventional one Reduce the size of the heat exchanger; with the same pitch circle diameter ratio of the pipes.

Das bedeutet, daß der Durchmesser des Rohrbündels quadratisch verkleinert werden kann. Durch die erhebliche Verkleinerung des Wärmeaustauschers verringern sich die Herstellungskosten trotz der Verwendung eines sehr teuren Werkstoffes. Auch könnsn Anlagenteile für einen Leistungsbereich von 530 bis 1000 MW hergestellt werden, ohne daß die erwähnten Probleme bei der Verwendung von Wärmeaustauschern aus nichtrostendem Stahl auftreten.This means that the diameter of the tube bundle can be reduced squarely. Through the significant downsizing of the heat exchanger reduces the manufacturing cost in spite of its use a very expensive material. Plant components for a power range from 530 to 1000 MW can also be used can be produced without the problems mentioned when using heat exchangers made of stainless Steel occur.

Wegen ihrer geringen Abmessungen können die Anlagenteile auch für wesentlich höhere Drücke ausgelegt werden, ohne daß eine nennenswerte Kostenerhöhung eintritt. Wärmeaustauscher sind so dimensioniert, daß sich ein Optimum zwischen Druckverlust und Wärmeübergang ergibt. Verringert man den Rohrdurchmesser und will dieses Optimum bewahren, so muß bei Verwendung von nicht rostendem Stahl als Rohrmaterial die Bündeliage bei gleicher P»ohrzah! fast proportional verringert werden. Demgegenüber hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von gutleitenden Materialien wie Molybdän, Tantal oder Niob die Bündellänge fast quadratisch zum Rohrdurchmesser verringert werden kann.Because of their small dimensions, the system components can also be designed for significantly higher pressures without a significant increase in costs. Heat exchangers are dimensioned so that there is an optimum between pressure loss and heat transfer. If you reduce the pipe diameter and if stainless steel is used as the pipe material, the Bundle position with the same number of hours! can be reduced almost proportionally. In contrast, it has been found that when using highly conductive materials such as molybdenum, tantalum or niobium, the bundle length is almost square can be reduced to the pipe diameter.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß der Gesamtdruckverlust bei einem Wärmeaustauscher nur zum Teil durch den Druckverlust am Bündel bestimmt wird und die übrigen Verluste beim Ein- und Ausströmen des Mediums vom Bündel hervorgerufen werden. Da die B6udelabmessungen erheblich verkleinert werden, können bei einem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher die Abmessungen der Vorkehrungen für den Zufluß zum Abfluß vom Bündel großzügig bemessen sein und dennoch kann ein vergleichsweise kleinen Apparat hergestellt werden. Durch Verringerung der Zufluß- und Abfluß-Strömungsverluste kann der Druckveriust des Rohrbündels erheblich höher als bei gängigen Wärmeaustauschern sein, und die genannten Strömungsgeschwindigkeiten können noch weiter vergrößert werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Gesamtdruckverlust der Vorrichtung überhöht wird. Durch diese Vorkehrung wird der Wirkungsgrad und der Betrieb des Wärmeaustauschers noch weiter verbessert. Die Auswahl des Rohrdurchmessers wird einmal durch den Druckveriust und zum anderen durch die Schwierigkeiten bei der Herstellung bestimmt. Der Außendurchmesser der Rohre im Wärmeaustauscher nach der Erfindung liegt zwischen ca. 6 und 16 mm. Unter 6 mm wird die homogene Strömungsverteilung über die Rohre des Bündels beeinträchtigt, was zu ineffektiven Rohroberflächen führt, über 16 mm ist die Wärmeaustauscherfische nicht klein genug, um die hohen Kosten des Materials und der Konstruktion zu rechtfertigen.It should also be taken into account that the total pressure loss in a heat exchanger is only partially is determined by the pressure loss at the bundle and the remaining losses during the inflow and outflow of the Medium caused by the bundle. Since the bundle dimensions are reduced considerably, can, in a heat exchanger according to the invention, the dimensions of the provisions for the inflow be generously dimensioned to drain from the bundle and yet a comparatively small apparatus getting produced. By reducing the inflow and outflow flow losses, the pressure drop of the Tube bundle can be considerably higher than with conventional heat exchangers, and the flow velocities mentioned can be increased even further without the risk of the total pressure loss the device is excessive. By doing this, the efficiency and operation of the Heat exchanger even further improved. The choice of the pipe diameter is determined by the pressure loss and on the other hand, determined by the difficulties in manufacturing. The outside diameter of the Pipes in the heat exchanger according to the invention is between about 6 and 16 mm. The homogeneous Flow distribution across the tubes of the bundle is impaired, resulting in ineffective tube surfaces leads, over 16 mm, the heat exchanger fish is not small enough to take the high cost of the material and to justify the construction.

Der Abstand zwischen den Rohren von Außenwand zu Außenwand liegt allgemein zwischen 2 und 5,5 mm; die Wanddicke der Rohre liegt zwischen 0,5 und 1 mm.The distance between the tubes from outer wall to outer wall is generally between 2 and 5.5 mm; the wall thickness of the tubes is between 0.5 and 1 mm.

Aufgrund der höheren Korrosionsbeständigkeit des Materials kann die Dicke der Rohrwand, die vom Druck und von der Korrosion abhängt, bei Verwendung kleiner Rohrdurchmesser verringert werden. In der Reihenfolge der Präferenz werden die folgenden Materialien, die gute Wärmeübergangseigenschaften zwischen dem nüssigen Metall und dem Rohrmaterial haben, in Betracht gezogen; Molyt Jan, Tantal, Niob und Legierungen daraus.Due to the higher corrosion resistance of the material, the thickness of the pipe wall can be affected by the pressure and depends on the corrosion, can be reduced when using small pipe diameters. In this order The preference will be the following materials that have good heat transfer properties between the Nutty metal and the pipe material have been considered; Molyt Jan, tantalum, niobium and alloys from it.

In der nachfolgenden Beschreibung wird anhand der Tabelle und der Zeichnungen ein Ausfuhrungsbeispie! der Erfindung beschrieben. Es zeigtIn the following description, a Ausungsbeispie is based on the table and the drawings! of the invention described. It shows

Tabelle Konstruktive Daten von Wärmeaustauschern bei einer Wärmeaustauschleistung von 450 MW,Table design data of heat exchangers with a heat exchange capacity of 450 MW,

Fig. 1 einen Wärmeaustauscher in schematischer Darstellung, undFig. 1 shows a heat exchanger in a schematic representation, and

Fig.2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauscher ;n größerem Maßstab.2 shows a section through the heat exchanger shown in FIG. 1; on a larger scale.

Die Tabelle gibt konstruktive Daten für einige Ausführungsbeispiele im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmeaustauscher nut schlecht leitendem Material an. Es wird darin von der gleichen Leistung von 450 MW auseeeaneen und der Druckverlust in den Rohren auf etwa dem gleichen Wert gehalten.The table gives design data for some exemplary embodiments in comparison with a conventional one Heat exchanger using poorly conductive material. It is in it of the same power of 450 MW auseeeaneen and the pressure drop in the pipes is kept at about the same value.

IOIO

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

5050

5555

6060

In der Tabelle bezeichnet a„ den äußeren WärmeübergangskoefTizienten vom Medium zur Trennwand, a, den inneren Wärmeübergangskoeffi/Jenten von der Trennwand zum Medium in den Rohren und a„ den Wärmeleit-In the table, a denotes the external heat transfer coefficient from the medium to the partition, a denotes the internal heat transfer coefficient from the partition to the medium in the pipes and a denotes the heat conduction

koeffizienten der Trennwand K berechnet sich zucoefficient of the partition wall K is calculated to

I/o; + I/o,,+ I la. I / o; + I / o ,, + I la.

Das linke Beispiel in der Tabelle bezieht sich auf einen herkömmlichen Wärmeaustauscher unter Verwendung von nichtrostendem Stahl, die rechten Spalten beziehen sich auf Wärmeaustauscher unter Verwendung von Molybdän, Tantal und Niob als gut leitende Werkstoffe.The left example in the table refers to using a conventional heat exchanger of stainless steel, the right columns refer to heat exchangers using Molybdenum, tantalum and niobium as highly conductive materials.

Die Gegenüberstellung zeigt deutlich, daß die Wärmeaustauscherfläche bei den Wärmeaustauschern mit den Rohrwerkstoffen nach der Erfindung wesentlich kleiner ist als bei den gängigen Wärmeaustauschern, bei Molybdän beträgt sie ca. 30% der Wärmeaustauscherfläche unter Verwendung von nichtrostendem Stahl. Die Strömungsgeschwindigkeit liegt um ca. '/3 bei Wärmeaustauschern mit Rohrwerkstoffen nach der Erfindung höher.The comparison clearly shows that the heat exchanger surface in the heat exchangers with the Pipe materials according to the invention is much smaller than in the case of conventional heat exchangers Molybdenum makes up approx. 30% of the heat exchanger surface using stainless steel. the Flow rate is around 1/3 in heat exchangers with tube materials according to the invention higher.

Die Tabelle zeigt insbesondere die starke Verringerung der effektiven Rohrlänge unter Verwendung der Rohrwerkstoffe nach der Erfindung gegenüber nichtrostendem Stahl. Die Bündelquerschnittsfläche ist ebenfalls etwas geringer als bei Rohrbündeln aus nichtrostendem Stahl.The table shows in particular the great reduction in the effective pipe length when using the pipe materials according to the invention compared to stainless steel. The bundle cross-sectional area is also slightly lower than with tube bundles made of stainless steel.

Fig. 1 zeigt einen Wärmeaustauscher, der mit Rohren und Rohrplatten aus Molybdän versehen ist. Die anderen Teile des Wärmeaustauschers bestehen hauptsächlich aus nichtrostendem Stahl.Fig. 1 shows a heat exchanger which is provided with tubes and tube plates made of molybdenum. the other parts of the heat exchanger are mainly made of stainless steel.

Wenn das Bündel 5 eine effektive Rohrlänge von 3,02 m hat, beträgt die Gesamthöhe dieses Wärmeaus-If the bundle 5 has an effective pipe length of 3.02 m, the total height of this heat outlet is

jtiUVIJ IIUI 1 M 111« VtOJ ** t,JUgt,l aiJ UtW t laittl· UWI l^lllgV Ut.l ΙΙΚΙ IVV/IIIKIKVIIWII S^MWUi 4. XiiiW** · * *·*..**■·-**^·—— «-.·-. -jtiUVIJ IIUI 1 M 111 «VtOJ ** t, JUgt, l aiJ UtW t laittl · UWI l ^ lllgV Ut.l ΙΙΚΙ IVV / IIIKIKVIIWII S ^ MWUi 4. XiiiW ** · * * · * .. ** ■ · - ** ^ · —— «-. · -. -

ist. Der Gesamtdurchmesser des Wärmeaustauschers beträgt 2,15 m, und die äußere Wanddicke beträgt 27 mm. Im Bereich des Bündels ist der Durchmesser lediglich 1,77 m bei einer Wanddicke von 22 mm. Die angeschlossene Wärmeaustauscherfläche beträgt hier 513 m², d. h. etwa 'Λ der korrigierten Wärmeaustauscherfläche von 2099 m² eines herkömmlichen Wärmeaustauschers. Das Gewicht des Wärmeaustauschers beträgt ca. 30 Tonnen.is. The overall diameter of the heat exchanger is 2.15 m and the outer wall thickness is 27 mm. In the area of the bundle, the diameter is only 1.77 m with a wall thickness of 22 mm. The connected heat exchanger area is here 513 m ² , ie about 3/4 of the corrected heat exchanger area of 2099 m ^{2 of} a conventional heat exchanger. The weight of the heat exchanger is approx. 30 tons.

Fig.2 ist ein Schnitt durch den Wärmeaustauscher nach F ig. 1 im größeren Maßstab. Die Abmessungen sind in mm angegeben. Der primäre Natriumstrom gelangt bei 1 in das Primärsystem, geht nach unten weiter und passiert eine Öffnung 6, die im Bündel 5 vorgesehen ist, und zwar unmittelbar unter einer Rohrplatte 11, fließt um die Rohre des Bündels 5 herum und verläßt das Bündel 5 durt Leine Öffnung 7, die über einer Rohrplatte 12 vorgesehen ist. Der primäre Natriumstrom verläßt den Wärmeaustauscher durch den Primärauslaß 2, der unten am Wäremaustauscher vorgesehen ist.Fig.2 is a section through the heat exchanger according to F ig. 1 on a larger scale. The dimensions are given in mm. The primary sodium stream enters the primary system at 1, continues down and passes an opening 6 which is provided in the bundle 5, namely directly under a tube plate 11, flows around the tubes of the bundle 5 and leaves the bundle 5 with the line opening 7, which is above a tube plate 12 is provided. The primary sodium stream leaves the heat exchanger through primary outlet 2, the one below is provided on the heat exchanger.

Der Sekundärnatriumstrom fließt in das Sekundärsystem bei 3 und strömt durch ein weiteres Zuflußrohr 8 nach unten. Die Richtung des Natriumstroms wird unten am Boden 9 des Sekundärkreisei umgelenkt, und die Flüssigkeit fließt nach oben durch die Rohre des Bündels 5 und verläßt den Wärmeaustauscher am Auslaß 4.The secondary sodium stream flows into the secondary system at 3 and flows through another feed pipe 8 downward. The direction of the sodium stream is deflected at the bottom 9 of the secondary circuit egg, and the Liquid flows up through the tubes of the bundle 5 and leaves the heat exchanger at outlet 4.

Der Primäreinlaß 1 sitzt über der oberen Endpartie des Rohrbündels 5, und der Primärauslaß 2 befindet sich in einem niedrigen Bereich, d. h. unter dem unteren Ende des Rohrbündels 5. Der Strom des Primärnatriums um die Rohre herum wird damit wesentlich gefördert und hat den Vorteil eines mittigen Abflusses. Darüber hinaus kann die Pumpleistung verringert werden.The primary inlet 1 sits above the upper end portion of the tube bundle 5, and the primary outlet 2 is located in a low range, i.e. H. under the lower end of the tube bundle 5. The flow of primary sodium around the pipes around it is thus significantly promoted and has the advantage of a central drain. Furthermore the pump output can be reduced.

Die Volumenzunahme des unteren Teils unter der Rohrplatte 12 in Kombination mit dem vergleichsweise großen Anteil des Bündels am Gesamtdruckverlust machen zusätzliche Vorkehrungen am Boden für eine gleichmäßige Verteilung des Natriumstroms über die Einlaßöffnung in der Rohrplatte überflüssig.The increase in volume of the lower part under the tube plate 12 in combination with the comparative Make additional provisions on the ground for a large portion of the bundle in the total pressure drop Uniform distribution of the sodium flow via the inlet opening in the tube plate is unnecessary.

Um das flüssige Natrium aus dem Wärmeaustauscher zu pumpen, ist ein Auslaßrohr 13 vorgesehen.In order to pump the liquid sodium out of the heat exchanger, an outlet pipe 13 is provided. TabelleTabel

Leistungpower RohrgrößePipe size Teilungdivision

Durchschnittliche Primär-StrömungsgeschwindigkeitAverage primary flow velocity

Durchschnittliche Sekundär-StrömungsgeschwindigkeitAverage secondary flow velocity

Anzahl der Rohre Wärmeübergangskoeffizient a„ Wärmeübergangskoeffizient α,,Number of pipes heat transfer coefficient a " heat transfer coefficient α"

bezogen auf Rohrdurchmesser Bündelquerschnittsfläche Rohrmaterialrelated to pipe diameter bundle cross-sectional area pipe material

MWMW

mm mm m/secmm mm m / sec

m/secm / sec

W/m* K W/m² KW / m * KW / m ² K

WärmeleitkoeffizientCoefficient of thermal conductivity

⁶⁵ Wärmeieitkoeffizient 1 ⁶⁵ Coefficient of thermal conductivity 1

K =K = Ma₁ + l/<r„ + Ma. Ma ₁ + l / <r "+ Ma.

W/m* KW / m * K

W/m² KW / m ² K

450450

24 x 1,5 30 3,524 x 1.5 30th 3.5

2 162 53 455 30 1942 162 53 455 30 194

1,69 Nichtrostender Stahl1.69 stainless steel

12 98112,981

7 7607 760

Molybdänmolybdenum

114 267114 267

25 14925 149

450 12 x 1 15 4,2450 12 x 1 15 4.2

4,04.0

7 151 90 882 49 9807 151 90 882 49 980

1,39 Tantal1.39 tantalum

53 02053 020

20 05120 051

Niobniobium

50 27750 277

19 64619 646

Fortsetzungcontinuation

Wärmeaustauscherfläche Effektive Rohrlänge Druckverlust in den RohrenHeat exchanger area Effective pipe length Pressure loss in the pipes

2828 12 76612 766 550,6550.6 690,5690.5 704,8704.8 1 7841 784 2,252.25 2,852.85 2,882.88 mm 12,0412.04 0,380.38 0,460.46 0,470.47 barbar 0,430.43

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger for liquid metals, such as sodium, in which the secondary liquid sodium passes through parallel pipes of one or more pipe bundles flows, in which the pipes between pipe plates or holding parts are arranged and in which the primary liquid metal flows along the tubes on the outside thereof, or vice versa, characterized in that at least the tubes of the tube bundle (5) made of molybdenum, Tantalum or niobium or base alloys consist of these and that the tubes have an outside diameter from 6 to 16 mm.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the diameter of the roll is between 8 and 12 mm.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between the The outer walls of the pipes are between 2 and 5.5 mm