DE2909024A1

DE2909024A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausspuelen eines sehr engen spalts

Info

Publication number: DE2909024A1
Application number: DE19792909024
Authority: DE
Inventors: Kenji Abe; Yasuhiko Hirao; Kaiichi Hori; Masamichi Isono; Hyogo Kobe; Ayao Tsuge
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1979-09-13
Also published as: FR2419118A1; DE2909024C3; SE7901760L; JPS5652234B2; FR2419118B1; SE430474B; BE874660A; JPS54120449A; DE2909024B2; US4257819A

Description

Mitsubishi Jucfogvo Kabushiki Kaisha,

Möhlstraße 37 Tokio, Japan D-8000 München

TeL: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkjd Telegramme: ellipsoid

- 8. März

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Verfahren und Vorrichtung zum Ausspülen eines sehr engen Spalts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausspülen eines sehr engen, am einen Ende geschlossenen Spalts zwischen eineia ersten Bauteil mit einer Bohrung und einem zweiten Bauteil, der unter Befestigung in die Bohrung eingesetzt ist.

Bei vielen Geräten und Vorrichtungen bilden häufig zwei miteinander verbundene Elemente zwischen sich einen Spalt oder Zwischenraum, in den im Normalbetrieb des Geräts sehr oft mikrofeine Staubteilchen oder andere Stoffe eindringen. Wenn diese Stoffe zu einer Korrosion führen können und daher für die Bauteile schädlich sind, müssen die Fremdstoffe periodisch entfernt werden, um das Innere des Zwischenraums sauberzuhalten.

Wenn der Spalt oder Zwischenraum jedoch sehr eng ist und eine kleine öffnung besitzt, erwies sich die Austreibung der Schadstoffe beispielsweise durch Ausspülen bisher al f. äußerst schwierig.

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Bei einem Wärmetauscher mit Mantel und Rohren ist beispielsweise der eine Endteil jedes Wärmetauscherrohrs in eine Bohrung in einem dicken Rohrboden eingesetzt und unter Abdichtung an letzterem befestigt. Diese dichte Anbringung des Rohrs am Rohrboden erfolgt im allgemeinen durch Aufweiten oder Anschweißen des Rohrendes, wobei ein sehr enger, tiefer Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Rohr und dem Rohrboden entsteht.

Normalerweise werden dem über die Außenseiten der Wärmetauscherrohre fließenden Strömungsmittel (normalerweise Sekundärströmungsmittel, d.h. Wasser im Fall eines Dampferzeugers o.dgl.) verschiedene Chemikalien als Rostschutzmittel oder als Kesselspülmittel zugesetzt.

Diese Chemikalien können dabei in den Spalt eindringen und darin stagnieren und kondensieren. Andererseits kann auch bei der Strömung des Strömungsmittels entstehender Schlamm und dgl. in den Spalt eindringen und sich darin absetzen.

Da das Wärmetauscherrohr im Hinblick auf den Wärmeaustauschwirkungsgrad und dgl. sehr dünnwandig ist, besteht die Gefahr für einen Rohrbruch unter der Korrosionswirkung der kondensierten Chemikalien, des Schlamms o.dgl. im Spalt.

Bei einem Wärmetauscher, bei dem das Vermischen eines die Rohre durchströmenden Primärströmungsmittels mit einem durch eine Trommel oder einen Kessel an der Außenseite der Wärmetauscherrohre fließenden Sekundärströmungsmittel sehr ungünstig ist, beispielsweise im Fall eines Druckwasserreaktor-Kernkraftwerks, bei dem ein Eindringen des Primärkühlwassers in das Sekundärwasser unbedingt verhindert werden muß, ist es zur Verhinderung eines Wärmetauscherrohrbruchs durch Korrosionswirkung erforderlich, das Innere des Spalts auszuspülen und diesen Spalt sauber, d.h. frei von Ablage-

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rungen und dgl. zu halten. Bisher ist jedoch kein Verfahren und keine Vorrichtung bekannt, die im Hinblick auf Arbeitszeit- und Kostenaufwand als zufriedenstellend angesehen werden könnten.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum wirksamen und wirtschaftlichen Ausspülen von z.B. Schadstoffen aus einem solchen Spalt oder Zwischenraum mit einem Mindestmaß an Zeitaufwand.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spalt mit einem nit einer Spülflüssigkeit gefüllten Raum in Ver-. bindung gebracht wird, daß die Spülflüssigkeit unter Druck gesetzt wird und daß das geschlossene Ende des Spalts örtlich erwärmt wird.

In abgewandelter Ausführungsform kennzeichnet sich dieses Verfahren weiterhin dadurch, daß das geschlossene Ende des Spalts örtlich erwärmt wird und daß sodann der Druck der Spülflüssigkeit verringert wird.

In weiterer Ausgestaltung kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß während der örtlichen Erwärmung des geschlossenen Spaltendes die Spülflüssigkeit abwechselnd unter Druck gesetzt und im Druck reduziert wird, um die Spülwirkung zu verbessern.

Die Erfindung sieht auch die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vor_y die gekennzeichnet ist durch einen mit dem Spalt in Verbindung stehenden oder bringbaren Behälter zur Aufnahme einer Spülflüssigkeit, durch eine Einrichtung zur örtlichen Erwärmung des geschlossenen Endes des Spalts, durch eine an den Behälter angeschlossene Einrichtung, um die SpülflüssigJceit unter Druck zu setzen, und durch eine Einrichtung zum Umwälzen der Spülflüssigkeit.

Da bei dem vorstehend umrissenen Verfahren die Spülflüssigkeit ausreichend tief in den sehr engen Zwischenraum, in dem sich Schadstoffe abgesetzt haben, eindringen kann und das verschlossene Ende des Zwischenraums erwärmt wird, so daß die Temperatur der Spülflüssigkeit in diesem Zwischenraum ansteigt und Dampfblasen entstehen, wird durch die Ausdehnung der Spülflüssigkeit und die Dampfblasen eine Austreibwirkung auf die Fremdstoffe ausgeübt, während die Spülflüssigkeit aufgrund des Austritts der Dampfblasen durch neue, frische Spülflüssigkeit ersetzt wird, so daß das Innere des engen Spalts wirksam von Schad- und Fremdstoffen befreit werden kann.

Da bei diesem Verfahren zudem ggf. der Druck der unter Druck gesetzten Spülflüssigkeit verringert wird, wodurch das vorstehend geschilderte Verhalten der Spülflüssigkeit im Spalt oder Zwischenraum begünstigt wird und sich der Blasenentstehungspunkt im Spalt von einer tiefgelegenen Stelle zur öffnung hin verlagert, läßt sich nicht nur das Ausspülen des Zwischenraums vollständiger und in kürzerer Zeit durchführen, vielmehr kann auch der Heizenergieaufwand verringert werden, woraus sich eine Kostensenkung für den Spülvorgang ergibt.

Die oben umrissene Vorrichtung erweist sich für die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als äußerst zweckmäßig.

Im folgenden sind bevorzugte Ä^sfünrungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Dampferzeugers mit ü-förmigen Wärmetauscherrohren in Verbindung mit einer schematischen Darstellung einer Vorrichtung zum Ausspülen der sehr engen

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Zwischenräume zwischen den Wärmetauscherrohren und einem Rohrboden des Dampferzeugers und

Fig. 2 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung des in Fig. 1 von der Linie A umschlossenen Bereichs.

Gemäß Fig. 1 sind die beiden Enden mehrerer lotrecht verlaufender, (umgekehrt) U-förmiger Wärmetauscher-Rohre 1 so in Bohrungen in einem Rohrboden 2 eingesetzt, daß sie in Wasserkammern 4 und 5 einmünden, die durch den Rohrboden 2 und eine Stirnplatte 3 festgelegt werden.

Die Wasserkammern 4 und 5 sind durch eine Abschirm- oder Trennplatte 6 voneinander getrennt, wobei sie mit einem Einlaß und einem Auslaß (nicht dargestellt) für Primärflüssigkeit in Verbindung stehen.

Ein Mantel 7 mit einem nicht dargestellten Einlaß für Sekundärflüssigkeit, d.h. Speisewasser, ist mit seinem unteren Ende wasserdicht am Rohrboden 2 so befestigt, daß er die Wärmetauscher-Rohre 1 umschließt. Außerdem ist der Mantel 7 an seinem oberen Ende mit einem Dampfauslaß 8 versehen.

Während der Auslaß 8 des Mantels 7 mit einer nicht dargestellten Turbine verbunden ist, wird er bei dem noch näher zu erläuternden Spülvorgang mittels eines nicht dargestellten Elements verschlossen.

Die Relativanordnung zwischen dem Rohr 1 und dem Rohrboden 2 ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 2 dargestellt, die einen Endabschnitt 11 des Rohrs 1 zeigt, der aufgeweitet und unter Abdichtung im Rohrboden 2 befestigt ist.

Zwischen dem Rohrboden 2 und dem Wärmetauscher-Rohr 1 ist ein sehr enger Spalt bzw. Zwischenraum 10 festgelegt.

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i INSPECTED

Wenn die Weite des Spalts 10 mit d und die Dicke des Rohrbodens 2 mit 1 bezeichnet werden, beläuft sich das Verhältnis 1/d häufig auf etwa 2000. An der Unterseite des Rohrbodens 2 ist in der Nähe des Endabschnitts 11 des Rohrs 1 eine Heizeinheit 12 angeordnet.

An den Auslaß 8 des Mantels 7 ist eine Druckerzeugungseinrichtung in Form eines Luftverdichters 13 über eine Leitung 15 mit einem Umschaltventil 14 angeschlossen. Die Leitung 15 steht über ein Ablaßventil 16 mit der Außenluft in Verbindung, wobei das Ablaßventil 16 und das Umschaltventil 14 an eine Umschaltsteuervorrichtung 17 angekoppelt sind.

Die Primärflüssigkeit im Wärmetauscher-Rohr 1 und in den Wasserkammern 4 und 5 sowie das Speisewasser (Sekundärflüssigkeit) im Mantel 7 werden, wie erwähnt, vollständig abgeführt, während die im Spalt 10 eingeschlossene Flüssigkeit nicht entweichen kann und im Spalt verbleibt.

Beim Spülen wird anstelle des Rostschutzmittel und dgl. enthaltenden Speisewassers Frischwasser 18, das keine schädlichen Stoffe enthält, z.B. gereinigtes (pure) Wasser, in einer vorbestimmten Menge in den Mantel 7 eingeführt. Anstelle von Frischwasser (18) kann selbstverständlich auch eine andere Spülflüssigkeit, etwa ein organisches Lösungsmittel benutzt werden, sofern dieses keine schädlichen Wirkungen, wie Korrosion, hervorruft.

In bevorzugter Ausführungsform wird zum Ausspülen des Inneren des Spalts 10 das Frischwasser 18, das anstelle des Speisewassers in den Mantel 7 eingeführt worden ist, unter einen vorbestimmten Druck von z.B. 3 bar gesetzt, was mittels des Luftverdichters 13 durch öffnen des Umschaltventils 14 erfolgen kann. Während dieser Druckbeaufschlagung ist das Ablaßventil 16 geschlossen.

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Da das Frischwasser 18 auf diese Weise unter Druck gesetzt ist, tritt es in den Spalt 10 ein. Infolgedessen füllt sich der Innenraum des Spalts 10 mit kondensierten Rostschutzmitteln oder Kesselspülmitteln (im folgenden einfach als "Kondensat" bezeichnet^ mit Schlamm o.dgl. Stoffen, die sich im Betrieb im Spalt 10 abgesetzt haben, sowie mit dem Frischwasser 18.

Unter Aufrechterhaltung des Drucks wird die Heizeinrichtung 12 betätigt, um das geschlossene untere Ende des Spalts 10 zu erwärmen.

Da die Erwärmung örtlich, d.h. nur am Bodenbereich des Spalts 10 erfolgt, ist die Flüssigkeitstemperatur ersichtlicherweise im Bodenbereich des Spalts am höchsten und an höher gelegenen Stellen niedriger.

Aufgrund des Temperaturanstiegs im Spalt 10 dehnt sich das darin eingeschlossene Kondensat in seinem Volumen aus, um zum Teil über das offene obere Ende des Spalts 10 zur Oberseite des Rohrbodens 2 auszutreten und sich sodann im Frischwasser 18 zu verteilen.

Bei weiterer Erwärmung erreicht das Kondensat am Boden des Spalts 10 eine Sättigungstemperatur entsprechend einem Sättigungsdruck von 3 bar, wenn es zu sieden beginnt. Das im oberen Bereich des Spalts 10 befindliche Kondensat wird in einer Menge entsprechend dem Volumen der entstehenden Gasblasen, ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Austritt von Kondensat, ausgetrieben, um sich im Frischwasser 18 zu verteilen.

Da die Gasblasen außerdem hochsteigen, wird durch die Gasblasen eine Strömung eingeleitet, durch welche Kondensat, Schlamm und dgl. aus dem Spalt 10 ausgetrieben und im Frischwasser 18 dispergiert werden.

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Mit dem Austritt der Gasblasen aus dem Spalt 10 tritt Frischwasser 18 in einem äquivalenten Volumen in den Spalt 10 ein, wodurch das Kondensat verdünnt wird.

Auf diese Weise kann mit fortgesetzter Erwärmung das Innere des Spalts 10 vollständig ausgespült werden. Obgleich die Menge des Frischwassers 18 vorzugsweise so groß sein sollte, daß nach dem vollständigen Austreiben von Kondensat aus dem Spalt die resultierende Verunreinigungskonzentration des Frischwassers vernachlässigbar niedrig ist, läßt sich dann, wenn eine ausreichende Frischwassermenge nicht auf einmal in den Mantel 7 eingeführt werden kann, der angegebene Zweck auch dann zufriedenstellend erreichen, wenn ein Teil des Frischwassers 18 mittels einer nicht dargestellten Wasserzufuhr/abführeinrichtung ersetzt oder das Frischwasser durch Fremdkörpertrenneinrichtungen, wie Filter oder eine Ionenaustauschharzschicht, zur Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit umgewälzt wird.

Auch wenn eine ausreichend große Frischwassermenge zur Verfügung steht, sollte das Frischwasser 18 mittels einer nicht dargestellten Umwälzeinrichtung im Mantel 7 umgewälzt werden, um die genannte Diffusion zu begünstigen.

Zur wirksamen Durchführung des Durchspülens des Spalts 10 mittels der Vorrichtung nach Fig. 1 wird die Temperatur am Boden des Spalts 10 auf eine vorbestimmte Größe von z.B. 120⁰C erhöht, worauf die im Oberteil des Mantels 7 enthaltene Druckluft durch öffnen des Ablaßventils 16 unter der Steuerung der Umschaltsteuervorrichtung 17 zur Außenluft entlassen und dadurch der Innendruck des Mantels 7, d.h. der Druck des Frischwassers 18, erniedrigt wird. Durch diese Drucksenkung wird auch der Druck des Konzentrats im Spalt gesenkt. Da der Sättigungsdruck für eine Temperatur von 120⁰C bei 2 bar liegt, beginnt bei einer Druckabnahme

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auf diesen Wert die Flüssigkeit am Boden des Spalts 10 zu sieden, wodurch Dampfblasen entstehen.

Bei weiterer Drucksenkung verschiebt sich der Punkt, an welchem das Konzentrat den Siedepunkt erreicht, innerhalb des Spalts 10 weiter aufwärts.

Die geschilderte Austreibwirkung wird also durch die volumenmäßige Ausdehnung des Frischwassers mit Erzeugung von Dampfblasen, die Frischwasserströmung aufgrund der hochsteigenden Dampfblasen, den Austausch zwischen Frischwasser 18 und Konzentrat aufgrund des Entweichens von Dampfblasen und die Aktivierung der Strömung durch Verschiebung der Siedeposition herbeigeführt; diese Wirkungen tragen gemeinsam zu einem einwandfreiem Durchspülen des Spalts bei. Durch abwechselnde Wiederholung der beschriebenen Druckbelüftung und Drucksenkung durch abwechselndes öffnen und Schließen des Umschaltventils 14 und des Ablaßventils 16 unter der Steuerung der Umschaltsteuervorrichtung 17 kann darüber hinaus der Spalt 10 innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne wirkungsvoll gespült werden.

Obgleich sich die beschriebene Ausführungsform auf einen Vertikaldampferzeuger bezieht, ist das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen auf einen Horizontaldampferzeuger, bei dem die Wärmetauscherrohre im wesentlichen waagerecht und der Rohrboden praktisch lotrecht angeordnet sind, anwendbar, weil in dem zwischen dem betreffenden Wärmetauscherrohr und dem Rohrboden gebildeten Spalt durch Temperaturerhöhung und Dampfblasenerzeugung aufgrund der Erwärmung ebenfalls eine Volumenvergrößerung der Flüssigkeit gewährleistet wird.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform der zwischen einem Rohrboden und einem Wärmetauscher-Rohr gebildete Spalt 10 gespült werden soll, wird der Mantel 7 des Wärmetauschers

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als Behälter zur Aufnahme des Frischwassers 18 benutzt. Zum Spülen eines sehr engen Spalts bei einer Vorrichtung, die einen solchen Behälter nicht aufweist, braucht andererseits eine Spülflüssigkeit, wie Frischwasser, lediglich in einem getrennten Behälter vorgesehen zu werden.

Obgleich vorstehend nur eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, soll die vorstehende Offenbarung die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls einschränken.

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Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Ausspülen eines sehr engen Spalts Patentansprüche

1., Verfahren zum Ausspülen eines sehr engen, am einen Ende geschlossenen Spalts zwischen einem ersten Bauteil mit einer Bohrung und einem zweiten Bauteil, der unter Befestigung In die Bohrung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit einem mit einer Spülflüssigkeit gefüllten Raum in Verbindung gebracht wird, daß die Spülflüssigkeit unter Druck gesetzt wird und daß das geschlossene Ende des Spalts örtlich erwärmt wird.

2. Verfahren zum Ausspülen eines sehr engen, am einen Ende geschlossenen Spalts zwischen einem ersten Bauteil mit einer Bohrung und einem zweiten Bauteil, der unter Befestigung in die Bohrung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit einem mit einer Spülflüssigkeit gefüllten Raum in Verbindung gebracht wird, daß die Spülflüssigkeit unter Druck gesetzt wird, daß das geschlossene

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Ende des Spalts örtlich erwärmt wird und daß sodann der Druck der Spülflüssigkeit verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Örtlichen Erwärmung des geschlossenen Spaltendes die Spülflüssigkeit abwechselnd unter Druck gesetzt und im Druck reduziert wird, um die Spülwirkung zu verbessern.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Spalt (10) in Verbindung stehenden oder bringbaren Behälter (7) zur Aufnahme einer Spülflüssigkeit (18), durch eine Einrichtung (12) zur örtlichen Erwärmung des geschlossenen Endes (11) des Spalts (10), durch eine an den Behälter (7) angeschlossene Einrichtung (13), um die Spülflüssigkeit unter Druck zu setzen, und durch eine Einrichtung (14 - 17) zum Umwälzen der Spülflüssigkeit.

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