DE3336465A1

DE3336465A1 - Modul fuer hochtemperatur-gasleitung

Info

Publication number: DE3336465A1
Application number: DE19833336465
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Stausebach
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1985-04-18

Description

Modul für Hochtempe#atur-Gasleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Gasleitungen, in 0 denen z.B. Helium bei Temperaturen bis zu 950 C zirkuliert, sind für Kernenergieanlagen vorgesehen, die mit einem Hochtemperaturreaktor, beispielsweise des Kugelhaufentyps betrieben werden. Die Verwendung der hier dargestellten Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Metallische Werkstoffe, die bei den genannten Temperaturen den Einschluß von Drücken gestatten, die für den Betrieb einer Anlage der genannten Art gefordert sein können (z.B. 40 bar) stehen nicht zur Verfügung. Der Aufbau solcher bereits früher vorgeschlagener Rohrleitungen (vergl. DE-A-29 05 614) weist daher üblicherweise ein aus einzelnen Schüssen zusammengesetztes, nicht druckdichtes Innenrohr aus einem hochtemperaturbeständigen Werkstoff auf, üblicherweise einer Keramik, und ein dieses kor.-zentrisch umgebendes, druckdichtes Außenrohr, wobei der Abstand der beiden Rohre sowie Art und Menge der den Zwischenraum zwischen den Rohren ausfüllenden Isolierung so gewählt werden, daß die im Innenrohr herrschende hohe Temperatur in der Isolierung soweit herabgesetzt wird, daß das Außenrohr nur noch einer Temperatur (z.B. von 3000 C) zu widerstehen braucht, bei der der metallische Werkstoff des Außenrohres noch eine ausreichende Festigkeit aufweist. Die bisherigen Versuche haben gezeigt, daß die Erreichung dieses Zieles und damit die Sicherheit der Rohrleitung entscheidend davon abhängt, daß in der Isolierung keine nennenswerten Konvektionsströme ausgebildet werden, durch die heiße Gassträhnen an das Außenrohr gelangen könnten. Dazu ist bereits früher vorgeschlagen worden, den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr durch Trennwände so aufzuteilen, daß kleinere Zellen gebildet werden, in denen solche Strömungen nicht auftreten können.
Wegen der unterschiedlichen Endtemperaturen von Innenrohr, Außenrohr und die Isolierung unterteilenden Trennwände besteht die Gefahr, daß infolge der beim An- und Abfahren der Anlage oder bei Störfällen zu erwartenden unterschiedlichen Würmedehnung unzulässig hohe Spannungen, insbesondere im Innenrohr auftreten. Hierfür ist bereits früher vorgeschlagen worden, in das hiervon besonders betroffene Innenrohr einen Faltenbalgkompensator einzubauen, der für den nötigen Längenausgleich sorgt.
Dies bewirkt, daß sich das fortlaufende Arbeiten des Kompensators auf die in der gleichen Querschnittsebene gelegene Isolierung überträgt und diese nur hier einer verstärkten N.alkarbeit unterworfen wird, die sie durch Zerstörung ihrer Faserstruktur schnell unbrauchbar machen kann; eine Verteilung der Dehnung und Zusammenziehung der Isolierung auf deren gesamte Länge wird durch die aus den oben erwuhnten Gründen erforderlichen Trennwände verhindert.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine notwendigerweise aus einzelnen Modulen oder Schüssen begrenzter Länge (z.B. von 6 m) aufzubauende Heißgasleitung dahingehend zu verbessern, daß der Dehnungsausgleich in der Isolierung auf deren gesamte Länge verteilt und die auf sie einwirkende Walkarbeit vermindert wird. Darüberhinaus soll die Heißgasrohrleitung in der Lage sein, erforderlichenfalls hohen Druckänderungsgeschwindigkeiten (z.B. von mehr als 5. bar/s) zu widerstehen, wie sie bei Störfällen in einer Anlage der genannten Art denkbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Mittel. Die Verwendung von Kompensatorbälgen verteilt die Kompression und Ausdehnung des faserförmigen Isoliermaterials auf eine größere Strecke. Die Anordnung der im Querschnitt V-förmigen Ringe (diese Konstruktion ist auch unter der Bezeichnung# "Thermosleeve" bekannt) ist geeignet, die hohen Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenrohr zu beherrschen. Die weiter geforderten Mittel haben die Aufgabe, zwischen Kompensator und äußerer Gewebelage liegende Kanäle zu bilden, durch die die zum Druckausgleich nötige Strömung rasch genug zu Entla5tungsöf;# nungen gelangen kann.
Zur Beherrschung hoher Druckänderungsgeschwindigkeiten dient die im zweiten Anspruch vorgeschlagene besondere Ausgestaltung der Erfindung.
Die im dritten Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung der Erfindung dient dazu, die Innenrohrteile der einzelnen Module bereits unter einer gewissen Vorspannung einzubauen, um das Entstehen von Spalten zwischen ihnen zu vermeiden, durch die durch die Gasströmung Isoliermaterial ausgetragen werden könnte.
Dem letzteren Zweck dient auch die im vierten Anspruch vorgeschlagene Ausgestaltung der Erfindung. Die Entlastungsöffnungen können dann in ihrer Größe unabhängig z.B. von der Faserlänge der Isolierung bemessen werden.
Eine besondere Ausführungsform wird im fünften Anspruch definiert, wobei die dort geforderte äußere Gewebelage die Rückhaltung des Isoliermaterials bewerkstelligt.
Im sechsten Anspruch wird angegeben, wie die an sich bekannten, die Isolierung unterteilenden Trennwände bei dieser Konstruktion besonders günstig anzuordnen sind, um neben einer ausreichenden Widerstandsfähigkeit gegen Temperatur- und Drucktransienten eine erleichterte Montage zu ermöglichen.
Die Ausführungsform nach dem siebenten Anspruch ist für Rohrleitungen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bestimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 im halben Längsaxialschnitt ein sich über den mit X bezeichneten Bereich erstreckendes Modul im eingebauten Zustand zusammen mit den angrenzenden Teilen der benachbarten, gleichen Module und Fig. 2 in vergrößertem Maßstab die Einzelheit Y der Fig. 1.
Ein druckdichtes Außenrohr 1 ist aus den entsprechenden an ihren Enden miteinander verschweißten Teilen der einzelnen Module aufgebaut. Ein Innenrohr 2 besteht im wesentlichen aus zwei Faltenbalgkompensatoren 21, 22, die an ihren Enden über Zwischenstücke 23 mit im Querschnitt V-förmigen, am Außenrohr 1 angeschweißten, unterschiedliche Wärmedehnungen gut ausgleichenden Ringen 3 verbunden sind. Einseitig ist daran ein Strömungsführungsrohr 8 befestigt, das sich am anderen Ende mittels Nocken 81, z.B. aus Aluminiumoxid, verschieblich auf demselben abstützt. An den Ringen 3 ist einseitig auch eine Trennwand-Konstruktion 4 zur Unterteilung der den Zwischen- raum zwischen Außenrohr 1 und Innenrohr 2 ausfüllenden Isolierung 5 aus einer Mineralfaser befestigt. Die Konstruktion 4 besteht aus einem Hohlzylinder 41 aus dünnem und daher gegen Temperaturschocks recht unempfindlichem Blech mit daran befestigten, sich in radialer Richtung erstreckenden Flächen 42. Durch die Unterteilung der Isolierung 5 wird das Entstehen größerer Konvektionsströmungen in axialer, radialer und umfangsmäßiger Richtung (von der Unter- zur Oberseite der Heißgasleitung) verhindert. Ein Endstück 24 des Innenrohres 2 wird durch die Federwirkung des Kompensators 22 an das entsprechende Teil 23 des benachbarten Moduls gepreßt und dichtet diese Verbindung bei allen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und der Betriebstemperatur von 0 z.B. 950 C ab. Dabei kann in Kauf genommen werden, daß das Endstück 24 in einer Heliumatmosphäre dieser Temperatur möglicherweise mit dem benachbarten Teil 23 reibverschweißt. Auf ihrer Außenseite sind die Faltenbalgkompensatoren 21, 22 mit zwei hier übertrieben dick dargestellten Gewebelagen.61, 62 bedeckt. Die Gewebelagen, die vermöge ihrer Biegsamkeit den Bewegungen der Kompensatoren ohne weiteres folgen, sind aus Draht hergestellt und unterscheiden sich in Stärke und Maschenweite. Während die erste Lage 61 beispielsweise bei einer Drahtstärke von 1 mm eine Maschenweite von 2 mm aufweist, wodurch Kanäle geschaffen werden, mit deren Hilfe ein rascher Druckausgleich (bei Druckänderungsgeschwindigkeiten von 5 bar/s und höher) über in den Kompensatoren 21, 22 angelegten Entlastungsöffnungen 211 erfolgen kann, ist die zweite Lage z.B. aus Draht von 0,25 mm Stärke mit einer Maschenweite von 0,315 mm hergestellt, um den Austrag von Isolierfaser über eben diese Entlastungsbohrungen zu verhindern. Für den Einschluß der Isolierung 5 an den Enden der Rohrleitung können besondere, ringförmige Dekkel 7 vorgesehen werden.
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Claims

Modul für Hochtemper#tur-Gas leitung Patentansprüche 1. Modul für eine Hochtemperatur-Gasleitung mit einem äußeren Druckrohr (1), einem inneren Gasführungsrohr (2) und in dem Zwischenraum zwischen beiden angeordneter Wärmeisolierung (5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Innenrohr (2) im wesentlichen aus einem oder mehreren Faltenbalgkompensatoren (21, 22) besteht, die mit dem Außenrohr (1) über im Querschnitt V-förmige Ringe (3) verbunden und an ihrer Außenseite mit Mitteln (6) versehen sind, durch die zwischen Faltenbalgkompensator und Wärmeisolierung (5) durch das Gas durchströmbare Kanäle gebildet werden.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltenbalgkompensatoren (21, 22) mit Entlastungsöffnungen (211) versehen sind.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende (24) des Innenrohres (2) im nicht eingebauten Zustand über das Ende des Außenrohres (1) hinausragt.
4. Modul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoren (21, 22) auf ihrer Außenseite mit Mitteln (62) versehen sind, die ein Durchtreten von Fasern der Wärmeisolierung (5) durch die Entlastungsöffnungen (211) verhindern.
5. Modul nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoren (21, 22) mit zwei oder mehr Gewebelagen (61, 62) umhüllt sind, von denen. die äußere (62) eine zur Rückhaltung der Fasern ausreichend kleine und die innere (61) eine größere Maschenweite aufweist.
6. Modul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum durch sich zwischen den Ringen (3) erstreckende, in radialen Ebenen angeordnete Trennwände (42) in einzelne Kammern unterteilt ist, die an einem am einen Ende an einem der Ringe (3) angebrachten Hohlzylinder (41) befestigt sind.
7. Modul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig am Innenrohr (2) befestigtes Strömungsführungsrohr (8) vorhanden ist.