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An einer druckführenden Rohrleitung
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angebrachte Schutzvorrichtung Die Erfindung betrifft eine an einer
druckführenden Rohrleitung angebrachte Vorrichtung zum Schutz in der Umgebung befindlicher
Objekte vor mechanischen Rohrbrucheffekten.
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Bei Bruch einer druckführenden Rohrleitung treten in der Nähe des
Störfallortes große mechanische Kräfte auf, die zur Besch§-digung oder gar Zerstörung
von in der Umgebung befindlichen Objekten führen können. Selbst wenn beim Versagen
einer druckführenden Rohrleitung ein vollständiger Rundriß aufgrund niedriger Werkstoffspannung
sowie hoher Fertigungs- und Werkstoffqualität ausgeschlossen werden kann, muß noch
bei Leckquerschnitten 4 1/10 des Rohrleitungsquerschnittes mit einem Auslenken der
Rohrleitung sowie mit Strahl- und Reaktionskräften in einer solchen Größenordnung
gerechnet werden, daß die Umgebung der Leckstelle stark gefährdet ist. Sind in der
Umgebung Objekte angeordnet, deren Versagen sicherheitstechnisch unzulässig ist,
so müssen diese vor den Folgen eines an der druckführenden Rohrleitung auftretenden
Störfalls geschützt werden, insbesondere, wenn es sich um Komponenten kerntechnischer
Anlagen handelt.
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In der Praxis wird die Unzulässigkeit von Störfalleffekten oft erst
bei weit fortgeschrittener Planung erkannt. Die daraufhin zu treffenden Schutzmaßnahmen
(wie z.B. der Nachweis erhöhter Qualität, eine Abschottung, Umrüstung oder Umplanung)
sind sehr zeit- und kostenintensiv.
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Stand der Technik ist es, eine innen an einem gewölbten Deckel angebrachte
thermische Isolierung vor den Folgen eines Rohrreißers an durch den Deckel verlegten
Dampfrohren zu schützen. Wie in der DE-OS 30 27 510 beschrieben, sind die Dampfrohre
innerhalb eines Stützgerüstes angeordnet, das sich unterhalb des Deckels befindet,
und in dem Bereich zwischen dem gewölbten Deckel und dem Stützgerüst ist jedes Dampfrohr
von einem Schutzrohr umgeben. Der zwischen Dampfrohr und Schutzrohr vorhandene Ring
spalt steht mit dem von dem Stützgerüst umschlossenen Raum in Verbindung. Die Schutzrohre
können durch ein Gabelstück an dem zugehörigen Dampfrohr befestigt sein.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine druckführende Rohrleitung, bei der ein vollständiger Rundriß nicht
unterstellt wird, mit einer Schutzvorrichtung zu versehen, durch welche die Störfalleffekte
eines Rohrleitungsbruches kompensiert oder so weit abgemindert werden, daß keine
unzulässigen Folgeschäden an in der Nähe befindlichen zu schützenden Objekten entstehen.
Ferner soll die Vorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar und zwecks Inspektion
der Rohrleitung leicht demontierbar sein.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rohrleitung im
Bereich eines zu schützenden Objektes in an sich bekannter Weise unter Bildung eines
Ringspaltes von einem Hüllrohr umgeben ist, daß das Hüllrohr an beden Enden offen
ist und/oder über die Rohrlänge verteilt annähernd radialsysmmetrisch angeordnete
Druckentlastungsbohrungen aufweist und daß sich das Hüllrohr durch in dem Ringspalt
vorgesehene, nicht den gesamten Ringspaltquerschnitt abdeckende Abstandshalter auf
der Rohrleitung abstützt.
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Das durch eine Leckstelle aus der Rohrleitung austretende Medium kann
in dem Ringspalt zwischen Rohrleitung und Hüllrohr nach beiden Seiten abfließen
und durch die offenen Enden des Hüllrohres und/oder die Druckentlastungsbohrungen
ausströmen. Die dabei auftretenden Strahl- und Reaktionskräfte wirken auf das Hüllrohr
selbst ein. Die Größe und Richtung der Kräfte läßt sich durch die Dimensionierung
und Anordnung der Druckentlastungsbohrungen im Hüllrohr beeinflussen. Bei radialsymmetrischer
Anordnung werden die Impulskräfte vollständig oder zumindest nahezu kompensiert.
Da das Hüllrohr an der Rohrleitung selbst befestigt ist, treten praktisch keine
Außeren Reaktionskräfte auf.
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Das Hüllrohr ist auf eine von innen auftreffende Belastung aus Druck
und Strahlkraft ausgelegt. Der nur geringe Abstand zwischen Hüllrohr und Rohrleitung
ist so gewählt, daß einerseits das an der Bruchstelle freiwerdende Medium durch
die Entlastungsöffnungen ausströmen kann, ohne daß der Druck im Hüllrohr unzulässig
hoch ansteigt, und daß andererseits der Schlagweg und damit die Schlagenergie der
berstenden Rohr leitung klein bleibt und somit die Gesamtauslenkung des Systems
Rohrleitung/ Hüllrohr die zulässigen Grenzen nicht überschreitet. Es erübrigen sich
daher andere Schutzeinrichtungen wie Rohrausschlagsicherungen oder Schutzwände.
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Durch Versuche wurde nachgewiesen, daß beim Bersten von unter hohem
Innendruck stehenden Druckbehältern auch unter ungünstigen Verhältnissen die Brucheffekte
durch Anordnung eines Schutzmantels um den Druckbehälter bei weitem beherrscht werden.
Ein solcher Schutzmantel, der den Druckbehälter mit geringem Abstand umgibt, ist
in der DE-OS 30 49 015 beschrieben. Analog zu diesen Versuchsergebnissen lassen
sich Aussagen über die Wirksamkeit
der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtungen
machen, und es kann als sicher gelten, daß die bei einem Rohrleitungsbruch atiftretenden
Strahl- und Reaktionskräfte durch Anbringen eines Hüllrohres auf zulässige Werte
abgemildert oder die zu schützenden Objekte durch die Strahl- und Reaktionskräfte
nicht betroffen werden.
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Das Hüllrohr bietet den Vorteil, daß es bei Betrieb der druckführenden
Rohrleitung unbelastet ist, daß aber bei Auftreten eines Lecks die Reaktionskräfte
der Rohrleitung bereits im Entstehen, wenn also die Schlagenergie noch gering ist,
abgefangen werden. Weiter zeichnet sich das Hüllrohr durch sein geringes Eigengewicht
gegenüber der Rohrleitung aus, da es nur in den Bereichen vorgesehen ist, in denen
sich sicherheitstechnisch relevante Komponenten befinden. Zudem sind Herstellung
und Montage des erfindungsgemäßen Hüllrohres wesentlich kostengünstiger als die
Anwendung anderer Schutzmaßnahmen. Auch bei weit fortgeschrittener Planung einer
Anlage läßt sich das Hüllrohr ohne oder mit nur geringfügigen Anderungen an der
Rohrleitung nachträglich anbringen. Seine Einsatzmöglichkeiten beschränken sich
nicht nur auf gerade Rohrleitungen, sondern es kann mit gleicher Wirksamkeit auch
bei Rohrbögen verwendet werden.
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Vorteilhafterweise wird das Hüllrohr durch Befestigungsmittel auf
der Rohrleitung gehalten, die im Bereich der Abstandshalter zwischen Hüllrohr und
Rohrleitung vorgesehen ist. Die Abstandshalter sind in diesem Fall elastisch ausgebildet.
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Die Befestigung des Hüllrohres auf der Rohrleitung kann aber auch
durch radialsymmetrisch angeordnete Stellschrauben und Muttern bewerkstelligt sein,
wobei die Stellschrauben gleichzeitig als Abstandshalter dienen. Für an der Rohrleitung
vorzunehmende wiederkehrende Prüfungen werden die Stellschrauben gelöst, worauf
sich das Hüllrohr verschieben läßt.
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Es können ungeteilte oder geteilte Hüllrohre zur Anwendung kommen,
was sich je nach den konstruktiven Möglichkeiten richtet.
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So kann das Hüllrohr zwar in seiner Länge ungeteilt, aber aus mindestens
zwei Teilschalen zusammengefügt sein, oder es kann in seiner Länge in zylinderartige
Teilstücke unterteilt sein.
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Es sind auch kombinierte Teilungen möglich, z.B. Hüllrohr aus mindestens
zwei Teilschalen, die ihrerseits in ihrer Länge unterteilt sind. Bei der zuletzt
genannten Variante kann es aus Gründen einer größeren Festigkeit und Stabilität
von Vorteil sein, die Stücke der einen Teilschale gegen die der anderen Teilschale
in axialer Richtung gegeneinander versetzt anzuordnen.
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Das Zerlegen des Hüllrohres in mehrere Teile erleichtert die Montage
und Demontage vor allem bei längeren Rohrleitungen.
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Die einzelnen Teilstücke werden an der Rohrleitung zusammengefügt
und mit geeigneten lösbaren Befestigungsmitteln zusammen-und an der Rohrleitung
gehalten.
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Wo es die örtlichen Gegebenheiten erlauben, kann das Hüllrohr auch
in seiner Länge geschlitzt und in dieser Form auf der druckführenden Rohrleitung
montiert sein.
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Sind die Platzverhältnisse in der Umgebung der druckführenden Rohrleitung
sehr eingeschränkt, so kann das Hüllrohr in zylinderartige Teilstücke unterteilt
sein, die unterschiedliche Durchmesser besitzen, und zwar sind die Durchmesser so
festgelegt, daß sich die einzelnen Teilstücke teleskopartig. ineinanderschieben
lassen. Auf diese Weise kann eine wiederkehrende Prüfung der druckführenden Rohrleitung
auch bei engem Raum durchgeführt werden. Die Befestigung der einzelnen Teil stücke
auf der Rohrleitung erfolgt zweckmäßigerweise mittels der bereits erwähnten Stellschrauben
und Muttern, die das Lösen und Verschieben der Teilstücke auf einfache Art gestatten.
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Das Hüllrohr ist vorzugsweise bis dicht an eine in dem zu schützenden
Bereich vorgesehene Rohrleitungshalterung herangeführt, Um sicherzustellen, daß
beim 8ruch der Rohrleitung außerhalb des Hüllrohres die Reaktionskräfte von der
Rohrleitungshalterung aufgenommen werden und somit eine unzulässige Belastung der
zu schützenden Objekte durch Auslenken oder Schlagen der Rohrleitung oder durch
Strahlkräfte vermieden wird.
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Falls erforderlich, kann das Hüllrohr auch in eine in dem zu schützenden
Bereich vorhandene Rohrleitungshalterung mit einbezogen und darüber hinausgeführt
sein.
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Um einen Rohrbruch möglichst frühzeitig erkennen zu können, ist es
vorteilhaft, in dem Ringspalt zwischen Hüllrohr und Rohrleitung Einrichtungen zur
Leckageüberwachung vorzusehen. Solche Einrichtungen können z.B. Feuchtigkeits- oder
Wasserstandsmelder oder Drucküberwachungseinrichtungen sein. Da ein Leck langsam
bis zu seiner werkstoff- oder geometrieabhängigen kritischen Rißlänge wächst (bei
deren Oberschreitung es erst zum Aufreißen auf den vollen Leckagequerschnitt kommt),
kann ein Leck bei Erfüllung bestimmter Kriterien, die die Qualität des Werkstoffs,
die Rißwachstumsgeschwindigkeit, die Leckagemenge usw. betreffen, sicher erkannt
werden, bevor es seine kritische Rißlänge erreicht.
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Sind in dem Ring spalt Leckageüberwachungseinrichtungen vorgesehen,
so sind die Druckentlastungsbohrungen des Hüllrohres zweckmäßigerweise mit dünnen
Berstmembranen verschlossen, In einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann das Hüllrohr aus zwei Halbschalen bestehen, die mit Rohrschellen
zusammengefügt und im Bereich elastischer Abstandshalter auf der Rohrleitung befestigt
sind.
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Die Montage eines derartigen Hüllrohres kann auch mit Hilfe von Spannhülsen
vorgenommen sein, mit denen die beiden Halbschalen über elastische Abstandshalter
an die Rohrleitung geklemmt sind.
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Die Spannhülsen können selbsthemmend ausgeführt oder durch andere
Maßnahmen gesichert sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, ebenfalls mit einem aus zwei
Halbschalen bestehenden Hüllrohr, sind die beiden Längskanten der Halbschalen so
ausgebildet, daß sie in einen Flansch münden. Durch Verschrauben der Flansche sind
die beiden Halbschalen zusammengehalten und über elastische Abstandshalter auf die
Rohrleitung geklemmt, so daß sie ihre Position nicht verändern können. Die Anzahl
der Schrauben in den Flanschen hängt von der Größe der auftretenden Kräfte ab. Der
einfacheren Montage und Demontage wegen können die Teilschalen noch in ihrer Länge
unterteilt sein. Wie bereits erwähnt, lassen sich Festigkeit und Stabilität einer
solchen Hüllrohrkonstruktion dadurch verbessern, daß die Halbschalen gegeneinander
versetzt montiert sind.
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Das eben beschriebene Ausführungsbeispiel kann dahingehend variiert
sein, daß die eine Längskante jeder Halbschale in einen Flansch und die andere Längskante
in eine Aufbördelung mündet.
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Die Aufbördelungen der beiden Halbschalen sind ineinandergefügt, und
durch Verschrauben der beiden Flansche wird das Hüllrohr über die elastischen Abstandshalter
auf der Rohrleitung in seiner Position gehalten.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht das Hüllrohr aus ungeteilten
oder aus Teilschalen zusammengesetzten zylinderartigen Teil stücken, deren äußere
Stirnkanten mit einer Aufbördelung bzw. einem Absatz versehen sind. Die Aufbördelungen
bzw.
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Absätze zweier aneinanderstoßender zylinderartiger Teil stücke
sind
jeweils im Bereich elastischer Abstandshalter durch eine Klammer oder dergleichen
zusammengespannt, wodurch das Hüllrohr auf der Rohrleitung gehalten wird. Die Länge
der zylinderartigen Teil stücke richtet sich nach den konstruktiven Gegebenheiten
und den jeweiligen Platzverhältnissen.
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Wie die beschriebenen Ausführungsbeispiele erkennen lassen, ist eine
leichte Herstellung des Hüllrohres aus handelsüblichem Halbzeug möglich, und seine
Montage bzw. Demontage gestaltet sich sehr einfach. Daher können an der druckführenden
Rohrleitung ohne Schwierigkeiten Wiederholungsprüfungen vorgenommen werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch drgestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen: Figur 1 eine
gerade druckführende Rohrleitung, teilweise im Längsschnitt, mit einem Hüllrohr
aus zwei Halbschalen, Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 in
vergrößertem Maßstab, Figur 3 eine gebogene druckführende Rohrleitung, teilweise
im Längsschnitt, mit einem Hüllrohr aus zwei Halbschalen, Figur 4 einen Schnitt
nach der Linie IV-IV der Figur 3 in vergroßertem Maßstab, Figur 5 einen Abschnitt
einer geraden druckführenden Rohrleitung mit einem Hüllrohr aus zwei Halbschalen,
geschnitten nach der Linie V-V der Figur 6, Figur 6 einen Schnitt nach der Linie
VI-VI der Figur 5,
Figur 7 einen Abschnitt einer weiteren geraden
Rohrleitung mit einem Hüllrohr aus zwei in der Länge geteilten und gegeneinander
versetzten Halbschalen, geschnitten nach der Linie VII-VII der Figur 8, Figur 8
einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Figur 7, Figur 9 einen Abschnitt einer
weiteren geraden Rohrleitung mit einem aus zwei Halbschalen bestehenden Hüllrohr
nach den Ansichten A und B der Figur 10, Figur 10 einen Schnitt nach der Linie X-X
der Figur 9, Figur 11 einen Abschnitt einer weiteren geraden Rohrleitung mit einem
Hüllrohr aus zwei mehrfach in der Länge geteilten Halbschalen nach der Ansicht A
sowie teilweise im Schnitt'nach der Linie XI-XI der Figur 12, Figur 12 einen Schnitt
nach der Linie XII-XII der Figur 11, Figur 13 einen Abschnitt einer weiteren geraden
Rohrleitung mit einem ungeteilten Hüllrohr nach der Ansicht A sowie teilweise im
Schnitt nach der Linie XIII-XIII der Figur 14, Figur 14 einen Schnitt nach der Linie
XIV-XIV der Figur 13.
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In den Figuren 1 und 2 ist eine gerade druckführende Rohrleitung l
dargestellt, die in mehreren Rohrhalterungen 6 gehaltert ist.
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In der Rohrleitung 1 strömt Wasser, das durch ein Gasdruckpolster
unter einem Druck von ca. 150 bar gehalten wird. Auf der Rohrleitung 1 ist ein Hüllrohr
7 angeordnet, wobei zwischen Rohrleitung und Hüllrohr ein Ringspalt 3 freigelassen
ist. Das Hüllrohr 7 ist aus zwei Halbschalen 11 und 12 zusammengefügt.
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Es ist an seinen beiden Enden, die bis direkt an die Rohrhalterungen
6
herangeführt sind, offen und weist zudem - auf seine Länge verteilt - eine Anzahl
von radialsymmetrisch angeordneten Druckentlastungsbohrungen 2 auf. Im Ringspalt
3 sind elastische Abstandshalter 4 vorgesehen, auf denen sich das Hüllrohr 7 abstützt.
Die Befestigung des Hüllrohres 7 auf der Rohrleitung 1 ist mit Rohrschellen 5 vorgenommen,
wobei die Rohrschellen 5 jeweils im Bereich der Abstandshalter 4 auf dem Hüllrohr
7 angebracht sind.
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In den weiteren Figuren sind gleiche Details mit denselben Bezugsziffern
bezeichnet wie in den Figuren 1 und 2.
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Die Figuren 3 und 4 lassen eine gebogene druckführende Rohrleitung
1 erkennen, um die ebenfalls - unter Bildung eines- Ringspaltes 3 - ein aus zwei
Halbschalen 11 und 12 zusammengefügtes Hüllrohr 7 angeordnet ist. Das an beiden
Ende offene Hüllrohr 7 ist mit Druckentlastungsbohrungen 2 versehen. Seine Befestigung
auf der Rohrleitung 1 erfolgt ebenfalls mit Rohrschellen 5, die das Hüllrohr 7 über
elastische Abstandshalter 4 auf der Rohrleitung 1 festklemmen. Die Rohrleitung ist
in den Rohrhalterungen 6a, 6b und 6c gehaltert. Das Hüllrohr 7 ist bis dicht an
die Rohrhalterungen 6a und 6c herangeführt, während es in die Rohrhalterung 6b mit
einbezogen ist.
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Die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Rohrleitung 1 ist von einem
Hüllrohr 7 umgeben, das'ebenfalls längsgeteilt ist, d.h.
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aus zwei Halbschalen 11 und 12 besteht. Im Bereich von elastischen
Abstandshaltern 4 ist eine Spannbüchse 8 auf das Hüllrohr 7 aufgesteckt, auf die
eine selbsthemmende oder anders gesicherte Spannhülse 9 aufgeschoben ist, die das
Hüllrohr 7 auf der Rohrleitung 1 festhält.
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Bei der in den Figuren 7 und 8 gezeigten Rohrleitung 1 ist das umgebende
Hüllrohr aus zwei Halbschalen 11 und 12 zusammengesetzt, die ihrerseits in ihrer
Länge in Teilstücke lla, alb,...
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bzw. 12a, 12b... unterteilt sind. Die Halbschalen 11 und 12 sind so
ausgebildet, daß ihre Längskanten in Flansche 1D münden. Die Flansche 10 sind an
beiden Seiten der Halbschalen 11 und 12 mittels Schrauben 13 zusammengespannt, wobei
die Halbschalen über die elastischen Abstandshalter 4 auf die Rohrleitung 1 geklemmt
werden. Die Teilstücke lla, alb,... der einen Halbschale sind gegenüber den Teilstücken
12a, 12b,... der anderen Halbschale versetzt angeordnet, wodurch Festigkeit und
Stabilität des Hüllrohres 7 erhöht werden.
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Die Figuren 9 und 10 lassen ein um die druckführende Rohrleitung 1
montiertes, längsgeteiltes Hüllrohr 7 erkennen, bei dem die eine längskante der
beiden Halbschalen 11 und 12 ebenfalls in einen Flansch 10 mündet, während die andere
Längskante jeder Halbschale- 11, 12 in eine Aufbördelung 14, 15 mündet. Die Aufbördelungen
14 und 15 sind ineinandergefUgt und die Flansche 10 mittels der Schrauben 13 zusammengespannt.
Durch die eingeklemmten elastischen Abstandshalter 4 wird das Hüllrohr 7 in seiner
Position gehalten.
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In den Figuren 11 und 12 ist das Hüllrohr 7 für die druckfthrende
Rohrleitung 1 in mehrere zylinderartige Teilstücke-16, 17, usw. unterteilt, die
ihrerseits je aus zwei Halbschalen 16a, b und 17a, b bestehen. An den äußeren Stirnkanten
besitzen die Halbschalen 16a, b und 17a, b eine Aufbördelung 18 oder dergleichen,
die sich im Bereich von elastischen Abstandshaltern 4 befinden. Die Aufbördelungen
18 zweier aneinanderstoßender Teilstücke 16, 17 sind mit einer Klammer 19 zusammengespannt,
wobei die Teilstücke 16, 17 über die elastischen Abstandshalter 4 auf
der
Rohrleitung 1 festgehalten werden. Die zweiteilige Klammer 19, deren Teile flanschartig
erweitert sind, wird ihrerseits durch Schraubenverbindungen 20 zusammengehalten.
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In den Figuren 13 und 14 ist eine druckführende Rohrleitung 1 mit
einem ungeteilten Hüllrohr 7 dargestellt, bei dem die Befestigungsmittel gleichzeitig
die Abstandshalter sind. Diese Befestigungsmittel bestehen aus radial symmetrisch
angeordneten Stellschrauben 21, mit deren Hilfe der Ringspalt 3 zwischen Rohrleitung
1 und Hüllrohr 7 eingestellt ist, und aus auf die Stellschrauben 21 geschraubten
Muttern 22. Zur Vornahme von wiederkehrenden Prüfungen an der Rohrleitung 1 können
die Stellschrauben 21 gelöst werden, wonach sich das Hüllrohr 7 verschieben läßt.