DE2909024B2

DE2909024B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausspulen eines sehr engen Spalts

Info

Publication number: DE2909024B2
Application number: DE2909024A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hyogo Abe; Yasuhiko Hirao; Kaiichi Hyogo Hori; Masamichi Himeji Hyogo 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: 1980-05-14
Also published as: FR2419118A1; SE430474B; FR2419118B1; SE7901760L; JPS5652234B2; US4257819A; DE2909024C3; BE874660A; DE2909024A1; JPS54120449A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 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.

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 Zwischeni aum jedoch sehr eng ist und eine kleine öffnung besitzt, erwies sich die Austreibung der Schadstoffe, beispielsweise durch Ausspülen, bisher als äußerst schwierig.

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 Abringung 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 Dampferzeuger 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 Ablagerungen 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 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.

In einer vorteilhaften Ausfiihrungsform kennzeichnet sich dieses Verfahren weiterhin dadurch, daß die Verdampfungsphase der Spülflüssigkeit durch Druckverringerung beeinflußt 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, 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 Spülflüssigkeit 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 Spiilflüssigkeit verringert wird, wodurch das vorstehend geschilderte Verhalten der Spiilflüssigkeit im Spalt oder Zwischenraum begünstigt ι 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, in 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 Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Dampferzeugers mit U-förmigen >o Wärmetauscherrohren in Verbindung mit einer schematischen Darstellung einer Vorrichtung zum Ausspulen der sehr engen Zwischenräume zwischen den Wärmetauscherrohren und einem Rohrboden des Dampferzeugers und -">

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

Gemäß Fig. 1 sind die beiden Enden mehrerer lotrecht verlaufender, (umgekehrt) U-förmiger Wärme- J< > tauscher-Rohre 1 so in Bohrungen in einem Rohrboden 2 eingesetzt, daß sie in Wasserkammern 4 un=.l 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 -4» 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 t > 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 F i g. 2 w 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. Zwischen- v> raum 10 festgelegt.

Wenn die Weite des Spalts 10 mit dund die Dicke des Rohrbodens 2 mit /bezeichnet werden, beläuft sich das Verhältnis Ud häufig auf etwa 2000. An der Unterseite des Rohrbodens 2 ist in der Nähe des Endabschnitts 11 ho 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 μ 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 Rostschutzmittels und dgl. enthaltenden Speisewassers Frischwasser 18, das keine schädlichen Stoffe enthält, z. B. gereinigtes (pure) Wasser, in einer vorbestimmten Menge m 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 Druckbeaufschiagung ist das Ablaßventil 16 geschlossen.

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 IO 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.

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/abfuhreinrichtung ersetzt oder das Frischwasser durch Fremdkörpertrenneinrichtungen, -, wie Filter oder eine lonenaustauschharzschicht, zur Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit umgewälzt wird.

Auch wenn eine ausreichend große Frischwassermenge zur Verfügung steht, sollte das Frischwasser 18 m 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 i^ri Temperatur am Boden des Spalts 10 auf eine vorbestimmte Größe von z. B. 120°C erhöht, worauf die im Oberteil des Mantels 7 enthaltene Druckluft durch öffnen des Ablaßventils 16 unter der Steuerung der Umschaltsteuervorrichtung 17 zur Außenluft entlassen jii 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 2-Ί bei einer Druckabnahme 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, jo 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 Konzentral 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 10 bei. Durch abwechselnde Wiederholung der beschriebenen Druckbelüftung und Drucksenkung durch abwechselndes öffnen und Schließen de; Umschaltventils 14 und des Ablaßventils 16 unter dei Steuerung der Umschaltsteuervorrichtung 17 kanr darüber hinaus der Spalt 10 innerhalb einer sehr kurzer Zeitspänne wirkungsvoll gespült werden.

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

Da bei der beschriebenen Ausführungsform dei zwischen einem Rohrboden und einem Wärmetauscher-Rohr gebildete Spalt 10 gespült werden soll, wird dei Mantel 7 des Wärmetauschers als Behälter zui Aufnahme des Frischwassers 18 benutzt. Zum Spüler eines sehr engen Spalts bei einer Vorrichtung, die einer solchen Behälter nicht aufweist, braucht andererseit; eine Spülflüssigkeit, wie Frischwasser, lediglich in einenr getrennten Behälter vorgesehen zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsphase der Spülflüssigkeit durch Druckverringerung beeinflußt 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.