DE3336465A1 - Module for a high-temperature gas line - Google Patents

Module for a high-temperature gas line

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Abstract

For high-temperature gas lines, for example for nuclear-power installations which are operated with helium at 950 DEG C and 40 bars, a design is proposed which has adequate thermal elasticity, allows rapid pressure equalisation in the event of a pressure loss as a result of a defect, avoids locally occurring destruction of the insulation (5), which is in the form of fibre, as a result of fulling caused by temperature fluctuations, and prevents the origination of relatively large convection flows, by splitting the insulation by means of separating walls (41, 42). The structure consists of a pressure-tight outer tube (1), an inner tube (2) which is essentially constructed from folding bellows compensators (21, 22) which in some circumstances may be perforated, and thermo-sleeves (3) which connect the two parts together. The flow is guided by means of a special tube (8) which is mounted on the inner tube on only one side. The fabric layers (61) with a large and (62) with a small mesh size, which cover the outside of the compensators, prevent the discharge of insulating fibres, while at the same time facilitating the gas flow which results in the pressure equalisation. The module of length X is connected to other pipelines of this type, of any desired length. <IMAGE>

Description

Modul für Hochtempe#atur-GasleitungModule for high temperature gas line

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.The present invention relates to a module according to the preamble of the first claim. Gas lines in which e.g. helium at temperatures up to circulated at 950 C, are intended for nuclear power plants that are equipped with a high-temperature reactor, for example of the pebble bed type. The use of the presented here However, the invention is not limited to this application. Metallic materials, which allow the inclusion of pressures at the temperatures mentioned, which for the operation of a system of the type mentioned may be required (e.g. 40 bar) not available. The structure of such previously proposed pipelines (see DE-A-29 05 614) therefore usually has a composite of individual shots, non-pressure-tight inner tube made of a high-temperature-resistant material, usually a ceramic, and this cor.-centrically surrounding, pressure-tight Outer tube, the distance between the two tubes as well as the type and amount of the space in between between the pipes filling insulation can be chosen so that that in the inner pipe The high temperature prevailing in the insulation is reduced to such an extent that the The outer tube only needs to withstand a temperature (e.g. of 3000 C) the metallic material of the outer tube still has sufficient strength having. Previous attempts have shown that this goal can be achieved and thus the safety of the pipeline is crucial depends, that no significant convection currents are formed in the insulation, through which hot strands of gas could reach the outer tube. This is already previously proposed, the space between the inner and outer tube through Partition walls so that smaller cells are formed in which such Currents cannot occur.

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.Because of the different end temperatures of the inner pipe and the outer pipe and the partition dividing the insulation there is a risk that as a result of when starting up and shutting down the system or in the event of malfunctions, the different expected Worm expansion unacceptably high stresses occur, especially in the inner pipe. Therefor has already been proposed earlier, in the inner tube particularly affected by this to install a bellows compensator that provides the necessary length compensation.

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.This causes the compensator to continue working transfers to the insulation located in the same cross-sectional plane and this only here is subjected to increased alkaline work, which it does through destruction can quickly render their fiber structure unusable; a distribution of strain and contraction of the insulation along its entire length is caused by the from the Prevents the necessary partition walls for the reasons mentioned above.

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.The present invention has for its object to necessarily provide one individual modules or sections of limited length (e.g. of 6 m) to be set up to the effect that the expansion compensation in the insulation on their distributed over the entire length and the flexing work acting on them is reduced. Furthermore the hot gas pipeline should be able to if necessary to withstand high rates of pressure change (e.g. of more than 5 bar / s), as they are conceivable in the event of accidents in a plant of the type mentioned.

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.The solution to this task is carried out by the in the characterizing part of the first claim specified means. The use of compensator bellows is distributed the compression and expansion of the fibrous insulating material to a greater extent Route. The arrangement of the cross-sectionally V-shaped rings (this construction is also known under the designation # "Thermosleeve") is suitable for the high temperature differences between the inner and outer pipe. Have the required funds the task of forming channels between the expansion joint and the outer fabric layer, due to the flow required for pressure equalization to discharge quickly enough; # can get.

Zur Beherrschung hoher Druckänderungsgeschwindigkeiten dient die im zweiten Anspruch vorgeschlagene besondere Ausgestaltung der Erfindung.The im Second claim proposed special embodiment of the invention.

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.The embodiment of the invention proposed in the third claim serves to keep the inner pipe parts of the individual modules already under a certain Build in preload to avoid gaps between them, through which insulating material could be discharged through the gas flow.

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.The latter also serves the purpose proposed in the fourth claim Embodiment of the invention. The relief openings can then vary in size can be dimensioned independently of e.g. the fiber length of the insulation.

Eine besondere Ausführungsform wird im fünften Anspruch definiert, wobei die dort geforderte äußere Gewebelage die Rückhaltung des Isoliermaterials bewerkstelligt.A particular embodiment is defined in the fifth claim, whereby the outer fabric layer required there is the retention of the insulating material accomplished.

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.The sixth claim specifies how those known per se, the Isolation dividing partition walls to be arranged particularly favorably in this construction are, in addition to sufficient resistance to temperature and pressure transients to enable easier assembly.

Die Ausführungsform nach dem siebenten Anspruch ist für Rohrleitungen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bestimmt.The embodiment according to the seventh claim is for pipelines determined with high flow velocity.

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.An embodiment of the invention is shown in the drawing, namely, FIG. 1 shows, in half a longitudinal axial section, an over the designated by X. Area extending module in the installed state together with the adjacent Parts of the adjacent, same modules and FIG. 2 on an enlarged scale Detail Y of 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.A pressure-tight outer tube 1 is made of the corresponding ones at their ends welded together parts of the individual modules built. An inner tube 2 consists essentially of two bellows compensators 21, 22 at their ends Via intermediate pieces 23 with cross-sectionally V-shaped, welded to the outer tube 1, Different thermal expansions well compensating rings 3 are connected. One-sided a flow guide tube 8 is attached to it, which means at the other end Cam 81, for example made of aluminum oxide, is slidably supported on the same. To the Rings 3 is on one side also a partition wall construction 4 to subdivide the Between- fill the space between outer tube 1 and inner tube 2 Insulation 5 attached from a mineral fiber. The construction 4 consists of one Hollow cylinder 41 made of thin and therefore quite insensitive to temperature shocks Sheet metal with attached surfaces 42 extending in the radial direction. The subdivision of the insulation 5 results in larger convection currents in the axial, radial and circumferential directions (from the bottom to the top of the Hot gas line). An end piece 24 of the inner tube 2 is due to the spring action of the compensator 22 pressed against the corresponding part 23 of the adjacent module and seals this connection at all temperatures between room temperature and the operating temperature of 0 e.g. 950 C. It can be accepted that that the end piece 24 may be in a helium atmosphere of this temperature the adjacent part 23 is friction welded. The bellows expansion joints are on their outside 21, 22 covered with two layers of fabric 61, 62 shown here exaggeratedly thick. The fabric layers, because of their flexibility, the movements of the expansion joints readily followed, are made of wire and differ in strength and mesh size. While the first layer 61, for example, in the case of a wire thickness of 1 mm has a mesh size of 2 mm, whereby channels are created, with their help a rapid pressure equalization (at pressure change rates of 5 bar / s and higher) via relief openings in the expansion joints 21, 22 211, the second layer is e.g. made of wire 0.25 mm thick with a Mesh size of 0.315 mm made to allow the discharge of insulating fiber over level to prevent these relief holes. For the inclusion of insulation 5 at Special, annular covers 7 can be provided at the ends of the pipeline.

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Claims (7)

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.Module for high temperature gas line Claims 1. Module for a high-temperature gas line with an outer pressure pipe (1), an inner gas guide pipe (2) and in the space between the two arranged thermal insulation (5), d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the inner tube (2) essentially consists of one or more bellows compensators (21, 22) connected to the outer tube (1) connected via rings (3) with a V-shaped cross-section and with on their outside Means (6) are provided through which between the bellows compensator and thermal insulation (5) channels through which the gas can flow are formed. 2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltenbalgkompensatoren (21, 22) mit Entlastungsöffnungen (211) versehen sind.2. Module according to claim 1, characterized in that the bellows compensators (21, 22) are provided with relief openings (211). 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.3. Module according to claim 1 or 2, characterized in that at least one end (24) of the inner tube (2) in the non-installed state over the end of the Outer tube (1) protrudes. 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.4. Module according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the compensators (21, 22) are provided with means (62) on their outside, the passage of fibers of the thermal insulation (5) through the relief openings (211) prevent. 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.5. Module according to claim 1 and 4, characterized in that the compensators (21, 22) are covered with two or more fabric layers (61, 62), of which. the outer (62) one small enough to hold back the fibers and the inner one (61) one has a larger mesh size. 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.6. Module according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that the space is formed by extending between the rings (3), Partition walls (42) arranged in radial planes are divided into individual chambers, the hollow cylinder (41) attached to one end of one of the rings (3) are attached. 7. Modul nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig am Innenrohr (2) befestigtes Strömungsführungsrohr (8) vorhanden ist.7. Module according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that a flow guide tube fastened on one side to the inner tube (2) (8) is present.
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