DE3503788C1 - Verschluß zum Blindschließen eines Rohres - Google Patents

Description

• Dies ist insbesondere von Vorteil für Wärmetauscher mit Rohrbündeln, vor allem für solche, bei denen eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im innenraum des Wärmetauschergehäuses und dem Druck in den Wärmetauscherrohren besteht. Sind die Wärmetauscherrohre an einem ihrer heißen Enden mit Verschlußkörpern und Verschlußringen versehen, so werden die Wär- metauscherrohre, falls sie undicht werden, durch Druckänderung im Rohr bei Auftreten des Defektes und der damit ausgelösten Verschiebung des Verschlußkörpers ohne einen äußeren Eingriff und ohne eine Betriebsunterbrechung selbsttätig blind verschlossen. Ein derartig selbsttätiger Verschluß ist beispielsweise für Wärmetauscher von Kernreaktoranlagen von erheblicher Bedeutung.
• Für solche Rohre, in denen Medien mit einer Temperatur oberhalb von 6000 C strömen, werden für die Dichtfläche am Verschlußkörper und die Auflage am Verschlußring miteinander diffusionsverschweißbare Metalle eingesetzt. Die Auswahl der Metalle erfolgt je nach Betriebstemperatur und bei dieser Betriebstemperatur gegebenen Eignung der Metalle für ein Verschweißen. Übliche Temperaturen beim Diffusionsschweißen liegen bei 0,5-0,7 TsTs = Schmelztemperatur des Metalles oder der Legierung in Kl der auftretende Druck beschleunigt das gasdichte Verschmelzen.
• Um ein einwandfreies Verschmelzen zu erreichen, ist dafür Sorge zu tragen, daß die eingesetzten Metalle bei Berührung mit dem in den Rohren geförderten Medium keine das Verschweißen behindernde Beschichtungen bilden. Insbesondere kommt es darauf an, Korrosions-und Oxidschichten zu vermeiden. Günstiges Verhalten zeigen Nickel oder Nickelbasislegierungen, Patentanspruch 3.
• Es ist ausreichend, wenn die Dichtfläche des Verschlußkörpers und die Auflage am Verschlußring als gesonderte Einlagen in anderen Werkstoffen eingebettet sind, aus denen die übrigen Teile von Verschlußkörper und Verschlußring bestehen. Die Metalle für die Dichtfläche und die Auflage lassen sich somit allein nach ihrer Eignung zum Blindverschweißen der Rohre auswählen. Dabei sind die Abstandhalter am Verschlußkörper aus einem Material zu fertigen, das sich während des normalen Betriebes beim Abstützen des Verschlußkörpers am Sockel mit diesem nicht verbindet Der Verschlußkörper muß - soll er seine gewünschte Funktionsfähigkeit beibehalten - im Rohr stets frei beweglich bleiben. Abstandhalter und Sockel bestehen deshalb aus nicht selbstverschweißenden Werkstoffpaarungen.
• Die Abstandhalter lassen sich nach Patentanspruch 4 bevorzugt aus keramischen Werkstoffen ausbilden, insbesondere aus Sinterkeramik, beispielsweise Porzellan.
• Für den Sockel kann dann bei höheren Betriebstemperaturen ein hochwarmfester Stahl eingesetzt werden.
• Gemäß Patentanspruch 5 wird der Verschlußkörper bevorzugt vertikal eingesetzt, um die zentrale Lage des Verschlußkörpers im Rohr zu stabilisieren.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung ist ein Rohrverschluß schematisch dargestellt.
• Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht der Rohrverschluß aus einem gesonderten Rohrstück 1, das auf ein Rohr 2 aufgesetzt im Ausführungsbeispiel angeschweißt ist. Das Rohr 2 ist Teil eines Rohrbündels, das in einem Behälter mit Behälterwand 3 verläuft Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Wärmetauscher mit Wärmetauscherrohren. Die Zeichnung zeigt somit nur einen Ausschnitt mit einem die Behälterwand 3 durchstoßenden Rohrende. Es ist das heiße Rohrende eines der Wärmetauscherrohre.
• Im Rohrstück 1 befindet sich ein Verschlußkörper 4, der in Richtung der Rohrachse 5 im Rohrstück beweglich gelagert ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Rohrstück 1 vertikal angeordnet. Der Verschlußkörper 4 stützt sich über Abstandshalter 6 auf einem Sockel 7 im Rohrstück 1 ab. Die Abstandshalter 6 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Sinterkeramik, der Sockel 7 aus hochwarmfestem Stahl. Auf der den Abstandshaltern 6 entgegengesetzten Seite weist der Verschlußkörper eine Dichtfläche 8 auf, die sich bei einer Verschiebung des Verschlußkörpers in Richtung der Rohrachse 5 gegen einen Verschlußring 9 mit Auflage 10 abstützt. Ein gegen den Verschlußring 9 verschobener Verschlußkörper ist in der Zeichnung strichliniert dargestellt.
• Im Ausführungsbeispiel besteht die als konisch geformter Ring gefertigte Auflage 10 des Verschlußringes 9 und der Verschlußring 9 selbst aus Reinstnickel. Aus dem gleichen Material besteht auch die Dichtfläche 8 des Verschlußkörpers 4, die in den aus Edelstahl bestehenden Verschlußkörper eingesetzt ist. Der Verschlußkörper und der mittels der Abstandshalter 6 gebildete Strömungskanal 11 zwischen Verschlußkörper und Rohrwand sind so gestaltet, daß für das Medium, das das Rohrstück 1 in Richtung 12 durchströmt, ein geringer Strömungswiderstand vorhanden ist.
• Im Ausführungsbeispiel weist das im Rohr strömende Medium eine Temperatur oberhalb von 6000 C auf. Zwischen Innenraum 13 des Behälters und dem Medium innerhalb des Rohres 2 besteht eine Druckdifferenz. Im Ausführungsbeispiel herrscht im Innenraum 13 ein höherer Druck als innerhalb des Rohres. Die Druckdifferenz ist so groß, daß der Verschlußkörper 4 beim Auftreten einer Undichtigkeit im Rohr und infolge des sich dann im Rohr ändernden Druckes gegen den Verschlußring gedrückt wird. Bei einer Leckage des Rohres innerhalb des Behälters hebt sich somit der Verschlußkörper 4 unmittelbar nach Auftreten der Undichtigkeit vom Sockel 7 ab und wird gegen den Verschlußring 9 verschoben. Bei der herrschenden Temperatur im Rohrstück verschweißen die Nickelflächen von Verschlußkörper und Verschlußring und schließen den Strömungskanal 11 gasdicht ab. Dichtfläche 8 und Auflage 10 verbinden sich miteinander durch Diffusionsschweißen. Für Nickel reicht hierfür eine Temperatur von 5500C aus.
• Ein Verschließen eines Rohrendes, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, läßt sich auch durch eine von außerhalb des Wärmetauschers im Rohr eingeleitete Druckänderung und Aufbringen eines Druckes erreichen, der zum Verschieben des Verschlußkörpers gegen den Verschlußring ausreichend ist. Ein Verschluß ist also auch ohne Leckwerden des Rohres erzielbar. Ein derartiges Verschließen kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn wegen eines Defektes an einer anderen Stelle des Rohrleitungssystems der Durchfluß im Rohr aus Sicherheitsgründen geschlossen werden muß, beispielsweise wegen Kontaminationsgefahr beim Ausströmen des geförderten Mediums.
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Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verschluß zum Blindschließen eines heiße Medien führenden Rohres mit einem innerhalb des Rohres (1, 2) unter Ausnutzung einer Druckänderung bis zur Auflage auf einen Verschlußring (9) verschiebbaren und in der Schließstellung arretierbaren Verschlußkörper (4), dadurch gekennz e i c h n e t, daß Verschlußkörper und Verschlußring sich bei ihrer Auflage berührende Flächen (8, 10) aus Materialien aufweisen, die bei der im Rohr (1, 2) herrschenden Temperatur beim Aneinanderlegen der Flächen (8, 10) verschweißen.
2. 2. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper sich in Strömungsrichtung des Mediums gesehen gegen einen am Rohr (1) angebrachten Sockel (7) über Abstandshalter (6) unter Ausbildung eines Strömungskanals (11) abstützt und in Richtung der Rohrachse (5) verschiebbar gelagert ist, wobei der Verschiebeweg einerseits durch den Sockel (7), andererseits durch den im Rohr (1) befestigten Verschlußring (9) begrenzt ist, der für den Fall des Abhebens des Verschlußkörpers (4) vom Sockel (7) eine Auflage (10) für eine Dichtfläche (8) am Verschlußkörper (4) aufweist, wobei Auflage (10) und Dichtfläche (8) aus dem sich beim Anlegen der Flächen verbindenden Material bestehen.
3. 3. Verschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (10) und die Dichtfläche (8) aus Nickel oder einer Nickelbasislegierung bestehen.
4. 4. Verschluß nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6) aus keramischem Werkstoff, insbesondere aus Sinterkeramik bestehen.
5. 5. Verschluß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (4) vertikal eingesetzt ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Verschluß zum Blindschließen eines Rohres, das heiße Medien führt.

   Die Merkmale des Verschlusses, von denen die Erfindung ausgeht, sind im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben. Der Verschluß ist insbesondere zum Blindschließen des heißen Endes von defekt werdenden Wärmetauscherrohren in einem Wärmetauscher vorgesehen, bei denen zwischen dem Druck im Innenraum des Wärmetauschergehäuses und dem Druck in den Wärmetauscherrohren eine Druckdifferenz besteht.

   Bei Wärmetauschern mit Rohrbündeln ist es beim Reißen eines der Rohre notwendig, den gesamten Apparat abzuschalten. Mit Hilfe von Lecksuchgeräten wird das defekte Rohr ermittelt und anschließend an seinen von außen am Behälter zugänglichen Enden gasdicht verschlossen. Dieses Absperren des Durchflusses an einem Rohrende wird Blindschließen genannt. Nach Verschluß des defekten Rohres kann der Behälter wieder in Betrieb genommen werden.

   Derartige Reparaturen von Behältern mit Rohrbündein sind aufwendig. Dies insbesondere dann, wenn beispielsweise in Wärmetauschern von Kernreaktoranlagen Wärmetauscherrohre leck werden. Da die Apparaturen kontaminiert sind, können die defekten Rohre nur mit fernbedienten Spezialanlagen blindverschlossen werden, deren Bedienung erfahrenes, qualifiziertes Personal erforderlich macht.

   Aus US-PS 29 26 690 und US-PS 37 66 940 sind in Abhängigkeit vom Strömungsdruck des Mediums bewegliche Verschlußkörper bekannt, die den Mediendurchgang bei sich erhöhendem Mediendruck verschließen. Nicht in allen Fällen lassen sich jedoch mechanisch aufwendige und raumbeanspruchende Ventile einsetzen. Auch ist insbesondere bei Wärmetauschern, die für Kernreaktoranlagen bestimmt sind, der Kontaminationsgefahr Rechnung zu tragen. Die Verschlüsse müssen derart abdichten, daß auch geringfügige Mengen des primären, strahlungsaktive Stoffe enthaltenden Wärmeträgers nicht in den sekundären Wärmekreislauf gelangen.

   Aufgabe der Erfindung ist es, Rohre unmittelbar nach Auftreten eines Defektes, ohne eine zwangsweise Betriebsunterbrechung hinnehmen zu müssen, in einfacher Weise derart zu verschließen, daß auch ein geringer Mediendurchgang vermieden ist.

   Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den in dem Patentanspruch 1 angegebenen Verschluß gelöst. Verschlußkörper und Verschlußring bestehen zumindest an ihren sich nach ihrer Verschiebung berührenden Flächen aus Materalien, die bei der im Rohr herrschenden Temperatur beim Aneinanderlegen der Flächen miteinander verschweißen und das Rohr verschließen. Der Verschluß erfolgt beim Anlegen der Flächen selbsttätig, das Rohr ist somit bei Auftreten einer Druckdifferenz unmittelbar und auch ohne Hinnahme einer Betriebsunterbrechung blind zu versperren.

   Der Verschlußkörper ist in weiterer Ausbildung der Erfindung nach Patentanspruch 2 in Achsrichtung des Rohres verschiebbar gelagert und stützt sich in Strömungsrichtung des Mediums gesehen gegen einen, im Rohr angebrachten Sockel über Abstandshalter unter Ausbildung eines Strömungskanals für das Medium ab.

   Der durch die Verschiebbarkeit des Verschlußkörpers sich ergebende freie Verschiebeweg ist einerseits durch den Sockel, andererseits durch den Verschlußring begrenzt, der im Rohr befestigt ist. Der über die Abstandshalter offen gehaltene Strömungskanal zwischen Verschlußkörper und Rohrwand ist so gestaltet, daß der Strömungsverlust für das den Verschlußkörper umströmende Medium möglichst gering ist. Der Verschlußring weist eine Auflage für eine Dichtfläche auf, die am Verschlußkörper vorgesehen ist. Die Dichtfläche legt sich an die Auflage am Verschlußring an, wenn sich der Verschlußkörper infolge einer Druckänderung im Rohr vom Sockel abhebt und sich gegen den Verschlußring verschiebt. Lediglich die Auflage des Verschlußringes und die Dichtfläche am Verschlußkörper bestehen aus den vorgenannten Materialien, die sich bei der im Rohr herrschenden Temperatur beim Auflegen der Dichtfläche auf die Auflage miteinander so verbinden, daß der Strömungskanal verschlossen wird. Dichtfläche am Verschlußkörper und Auflage am Verschlußring verbinden sich derart miteinander, daß das Rohr blindgeschlossen werden kann, ohne beispielsweise den Medienfluß in parallel verlaufenden Rohren unterbrechen zu müssen.