DE3244104A1

DE3244104A1 - Hot-fluid pipeline with external cooling

Info

Publication number: DE3244104A1
Application number: DE19823244104
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 5300 Bonn Stausebach
Original assignee: INTERNATOM INTERNATIONALE ATOMREAKTORBAU GmbH; Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1982-11-29
Publication date: 1984-05-30

Abstract

For pipelines which are intended for the transportation of a hot fluid under pressure (for example of the helium used as the coolant in high-temperature nuclear-power systems) and which have an outer pipe (2) which is intended for enclosure of the pressure but does not have sufficient strength at the temperature of the fluid, external cooling is proposed which consists of sectors (5) which rest tightly against the pipeline and in which cooling channels (3) are integrated which run in a meandering shape and are connected via connections (4) to an external cooling device. In order to avoid weakening of the outer pipe (2) by welding and the like, but nevertheless to make this accessible when required for inspection purposes, the sectors (5) are placed loosely on the pipe and are attached by means of clamping strips (6, 7). In order to improve the heat transfer, it is proposed that the inside of the sectors (5) have as little heat reflectivity as possible. <IMAGE>

Description

Heißfluidrohrleitung mit AußenkühlungHot fluid pipeline with external cooling

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrleitung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Sie ist insbesondere zur Verwendung in Hochtemperatur-Kernenergieanlagen vorgesehen, kann jedoch auf anderen Gebieten der Technik Verwendung finden in denen Fluide bei hoher Temperatur unter Druck in Rohrleitungen geführt werden müssen. Ein solches Fluid ist z.B. das als Kühlmittel in den genannten Kernenergieanlagen vor-0 gesehene Helium, das Temperaturen bis zu 950 C erreicht und im Normalbetrieb unter einem Druck von bis zu 40 bar steht. Da zur Zeit keine für Großanlagen in Betracht kommenden Werkstoffe bekannt sind, die sowohl der genannten Temperatur als auch diesem Druck widerstehen können, ist bereits früher vorg-eschlagen worden, die Rohrleitung in Form eines Doppelrohres aufzubauen mit einem äußeren, dem Druckeinschluß dienenden me- -tallischen Rohr und einem inneren, nicht druckdichten, aber warmfesten Rohr, beispielsweise aus einer Keramik.The present invention relates to a pipeline according to the preamble of the first claim. It is particularly for use in high temperature nuclear power plants provided, but may find use in other areas of technology in which Fluids have to be guided in pipelines at high temperature under pressure. Such a fluid is, for example, that used as a coolant in the above-mentioned nuclear power plants before-0 seen helium, which reaches temperatures up to 950 C and in normal operation is under a pressure of up to 40 bar. Since there is currently no for large systems in Considerable materials are known that both the said temperature as well as being able to withstand this pressure has been suggested earlier, to build the pipeline in the form of a double pipe with an outer, the pressure enclosure metal tube and an inner, not pressure-tight, but heat-resistant Tube, for example made of a ceramic.

Der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr wird dabei mit einer Isolierung gefüllt, die sicherstellt, daß die hohe im Inneren des Innenrohres herrschende Temperatur radial nach außen auf einen Wert Mon z.B.The space between the inner and outer pipe is thereby covered with a Insulation filled, which ensures that the high prevailing inside the inner tube Temperature radially outwards to a value Mon e.g.

0 300 C) abgebaut wird, bei dem Stahl noch eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt. Bei Rohrleitungen, die große Mengen an heißem Fluid transportieren, wird die erforderliche Isolierung so dick, daß der Außendurchmesser der Rohrleitung das erwünschte Maß erheblich überschreitet. Es erscheint daher vorteilhaft, eine aktive Kühlung des Außenrohres vorzunehmen. Dabei ist zu beachten, daß aus Sicherheitsgründen und um Wiederholungsprüfungen zu ermöglichen, die feste Verbindung des Außenrohres mit der Xühleinrichtung vermieden werden soll. 0 300 C) is degraded, with the steel still a sufficient mechanical Has strength. For pipelines that transport large quantities of hot fluid, the required insulation is so thick that the outside diameter of the pipeline significantly exceeds the desired level. It therefore seems advantageous one make active cooling of the outer tube. It should be noted that for security reasons and to enable repeat tests, the fixed connection of the outer tube should be avoided with the cooling device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine heißfluidrohrleitung der beschriebenen Art mit einer Kühlung des Außenrohres, die keine feste Verbindung mit dem Rohr aufweist und die leicht montierbar und demontierbar ist.The object of the present invention is a hot fluid pipeline of described type with a cooling of the outer tube, which no fixed connection with the pipe and which is easy to assemble and disassemble.

Die-Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die-im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Mittel. Ein aus mehreren, vorzugsweise drei Sektoren bestehendes HÜllrohr läßt sich um die Rohrleitung herumlegen und ohne unmittelbare Verbindung zu letzterem befestigen, wozu herkömmliche Spannmittel ausreicnen. Eine durch Einschweißungen oder dergleichen mögliche Schwächung des Außenrohres der Rohrleitung wird vermieden, und zugleich wird sichergestellt, daß dieses nach einfachem Abnehmen der Hüllrohrsektoren in seiner vollen Ausdehnung für Prüfungen zugänglich wird. Die Sektoren des Hüllrohres, das ja nur eine geringe Dicke aufzuweisen braucht, kann der Fachmann durch Auswahl geeigneter Mäterialarten und stärken so gestalten, daß eine gewisse Elastizität und Verformbarkeit gewährleistet ist, um einen den Wärmeübergang fördernden innigen Kontakt zum Außenrohr herzustellen. Der oder die Kühlkanäle jedes Sektors sind zweckmäßigerweise getrennt von denen der anderen Sektoren mit einer beliebigen Wärmesenke für die von der Rohrleitung abgegebene Verlustwärme verbunden.This task is solved by the -in the characterizing part of the first claim specified means. One of several, preferably three, sectors existing jacket tube can be placed around the pipeline and without immediate Fasten the connection to the latter, for which conventional clamping devices are sufficient. One possible weakening of the outer pipe of the pipeline by welding or the like is avoided, and at the same time it is ensured that this after simple removal the cladding tube sector in its full extent is accessible for tests. The sectors of the cladding tube, which only needs to have a small thickness, the specialist can design by selecting suitable types of material and strengths in such a way that that a certain elasticity and deformability is guaranteed to one the Establish intimate contact with the outer tube that promotes heat transfer. The one or the other Cooling channels of each sector are expediently separate from those of the other sectors with any heat sink for the heat dissipated by the pipeline tied together.

Um die Zahl der Anschlüsse usw. niedrig zu halten, ist jeder Sektor des Hüllrohres zweckmäßigerweise nur mit einem Kühlkanal versehen, dessen Form entsprechend dem Vorschlag des zweiten Anspruchs gestaltet werden sollte, um eine möglichst günstige Vert:ilung der wårmeaufnehmenden Elemente über die Fläche zu erreichen.In order to keep the number of connections, etc. down, each sector is of the cladding tube is expediently provided with only one cooling channel, the shape of which is accordingly the proposal of the second claim should be designed to be as favorable as possible To achieve distribution of the heat-absorbing elements over the surface.

Die im dritten Anspruch vorgeschlagene Maßnahme dient einer Verbesserung des Wärmeübergangs vom Außen- auf das Hüllrohr und kann z.B. durch einen schwarzen Anstrich der Innenseite der Hüllrohrsektoren erreicht werden.The measure proposed in the third claim serves to improve the heat transfer from the outer to the cladding tube and can e.g. by a black Painting the inside of the cladding tube sectors can be achieved.

Werden der oder die Kühlkanäle jedes Sektors des Hüllrohres wie im vierten Anspruch vorgeschlagen, unabhängig voneinander absperrbar gestaltet, so läßt sich zum einen die unterschiedliche Warmebelastung der einzelnen Sektoren ausgleichen (infolge der nach oben gerichteten natürlichen Konvektion wird die zu kühlende Rohrleitung auf ihrer Oberseite eine etwas höhere Temperatur annehmen als an ihrer Unterseite) und zum anderen wird die Demontage zu Inspektionszwecken sehr erleichtert, indem die Kühlkanäle vor dem Entfernen der einzelnen Sektoren nicht entleert zu werden brauchen.If the cooling channel or channels of each sector of the cladding tube as in Fourth claim proposed, designed independently lockable, so on the one hand, the different heat loads of the individual sectors can be compensated for (as a result of the natural convection directed upwards, the pipeline to be cooled becomes assume a slightly higher temperature on their upper side than on their underside) and on the other hand, dismantling for inspection purposes is made much easier by the cooling channels not to be emptied before removing the individual sectors to need.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Stück (Schuss) einer Hochtemperaturrohrleitung, Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit derselben entsprechend der Linie II-II der-Fig. 1 und Fig. 3 die Verschaltung der Kühleinrichtung.An embodiment of the invention is shown in the drawing namely Fig. 1 shows a perspective view of a piece (section) of a high-temperature pipeline, Fig. 2 shows, on an enlarged scale, a detail of the same according to the line II-II of-Fig. 1 and 3 show the interconnection of the cooling device.

Die Rohrleitung besteht aus einem der Strömungsführung dienenden Innenrohr 1, das in bekannter Weise aus einer Anzahl von keramischen, jewei's einen Sektor ausfüllenden Einzelteilen zusammengesetzt ist. In seinem Inneren kann z.B. auf 9500 C aufgeheiztes Helium strömen, wie es als Wärmeübertragungsmittel in einer Hochtemperatur-Kernenergieanlage verwendet wird. Den Einschluß des Gasdrucks von z.B. 40 bar übernimmt nicht das Innenrohr 1 sondern ein aus metallischen Werkstoffen hergestelltes Außenrohr 2, das unter Beibehaltung eines gewissen Zwischenraumes um das Innenrohr 1 herum angeordnet ist.The pipeline consists of a flow guide serving Inner tube 1, which in a known manner from a number of ceramic, each one Sector filling items is composed. Inside it can e.g. to 9500 C heated helium flow as it is used as a heat transfer medium in a High temperature nuclear power plant is used. The inclusion of the gas pressure of E.g. 40 bar is not taken over by the inner tube 1 but by one made of metallic materials manufactured outer tube 2, while maintaining a certain gap is arranged around the inner tube 1.

0 Das Außenrohr 2 darf nur eine Temperatur von ca. 300 C erreichen, wofür eine auf seiner Rußenseite angebrschte Kühlung sorgt. Diese besteht aus mäanderförmig geführten Kühlkanälen 3, die über Anschlüsse 4 mit einer nicht im einzelnen dargestellten, beliebigen Wärmesenke verbindbar sind. Jeder Kühlkanal 3 ist auf einem Sektor 5 eines das Außenrohr 2 umgebenden Hüllrohres aus einem dünnen Blech befestigt und mit diesem bewegbar. Die Fig. 2 zeigt eine mögliche Konfiguration der Kühlkanäle, die mittels des bekannten Explosions-Aufweitungs-Verfahrens hergestellt werden. Der gesamte Hüllrohrsektor ist biegsam genug, um sich genau der Außenkontur des Außenrohres 2 anzupassen. Die Befestigung der Sektoren 5 geschieht durch um die Rohrleitung herum gelegte Spannbänder 6, die mittels der bekannten Spannschlösser 7 gespannt werden. Da das Außenrohr 2 selbst nicht bearbeitet wird, können hier auch keine möglicherweise zu Bedenken Anlaß gebende Schwachstellen durch die Anbringung der Kühlung geschaffen werden. Nach Lösen der Spannbänder 6 sind die Sektoren 5 darüberhinaus ohne weiteres abnehmbar, worauf die ganze Außenseite des Außenrohres 2 für Inspektionszwecke zugänglich ist. 0 The outer pipe 2 may only reach a temperature of approx. 300 C, which is provided by a cooling system mounted on its soot side. This consists of a meandering shape guided cooling channels 3, which via connections 4 with a not shown in detail, any heat sink can be connected. Each cooling channel 3 is on a sector 5 a cladding tube which surrounds the outer tube 2 and is made from a thin sheet metal movable with this. Fig. 2 shows a possible configuration of the cooling channels, which are produced by means of the known explosion expansion process. The entire cladding tube sector is flexible enough to precisely fit the outer contour of the Outer tube 2 adapt. The attachment of the sectors 5 is done by the Pipeline laid around tightening straps 6, which by means of the known turnbuckles 7 are tensioned. Since the outer tube 2 itself is not processed, here also no weaknesses that might give rise to concern due to the attachment the cooling can be created. After loosening the tensioning straps 6, the sectors 5 moreover easily removable, whereupon the entire outside of the outer tube 2 is accessible for inspection purposes.

Die Fig. 3 zeigt in scheatischer Form die Verbindung der auf den Sektoren 5 angebrachten Kühlkanäle 3 über absperrbare Anschlüsse 4 an die Leitungen 11, 12,die die Zu- bzw. Abfuhr des Kühlmittels besorgen. Dabei ist der Kühlmitteldurchsatz entsprechend den zeitlich und örtlich (entsprechend der Lage der Kühlkanäle 3 auf der Ober- oder Unterseite der Rohrleitung) unterschiedlichen Erfordernissen steuerbar. Diese Steuerung erfolgt für jeden Sektor getrennt durch ein Gerät 14, daß das Ventil entsprechend der in der Leitung 1 2 herrschenden Temperatur mehr oder minder weit öffnet.3 shows the connection in Scheatic form the on the sectors 5 attached cooling channels 3 via lockable connections 4 to the Lines 11, 12, which take care of the supply and discharge of the coolant. Here is the Coolant throughput according to the time and place (according to the location the cooling channels 3 on the top or bottom of the pipeline) different Controllable according to requirements. This control is carried out separately for each sector by a device 14 that the valve according to the prevailing temperature in the line 1 2 opens more or less wide.

Das Kühlmittel wird in den Leitungen 11, 12 mittels einer Pumpe 15 umgewälzt und fließt durch einen Kühler 16, der seinerseits über Zu- 17 bzw. Ableitungen 18 die Wärme nach außen abführt.The coolant is in the lines 11, 12 by means of a pump 15 circulated and flows through a cooler 16, which in turn via feed 17 and discharge lines 18 dissipates the heat to the outside.

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Claims

Hot fluid pipeline with external cooling Claims 1 g pipeline for the transport of a hot, pressurized fluid made of a material, which at the temperature of the fluid does not have sufficient strength to contain pressure shows that there is no indication that on the pipeline (2) two or more sectors. (5) of a cladding tube are attached adjacent but detachably, which are provided with cooling channels (3), - which can be connected to a cooling device (16) are.

2. Pipeline according to claim 1, characterized in that the cooling channels (3) are distributed in a meandering shape over the outside of the cladding tube sectors (5).

3. Pipeline according to claim 2, characterized in that the water reflectivity the inside of the cladding tube sectors (5) is as small as possible.

4. Pipeline according to claim 2 or 3, characterized in that the group of cooling channels (3) of each sector (5) from the cooling circuit (11, 12) - can be shut off.