DE4433501C2 - Reparaturhülse und Verfahren zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reparaturhülse und ein Verfahren zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres, insbeson­ dere zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres eines nuklearen Dampferzeugers.

Bei Dampferzeugern kann es im Laufe ihres Betriebs zu Schäden an den Wärmetauscherrohren kommen. Das betroffene Wärme­ tauscherrohr kann dann entweder mit Rohrstopfen verschlossen oder mit einer Reparaturhülse, ein sogenanntes Sleeve, repa­ riert werden. Hierzu wird die Reparaturhülse in das Wärme­ tauscherrohr eingeführt und im Bereich des Schadens an seinen beiden Enden im Wärmetauscherrohr beispielsweise durch ein Walzverfahren befestigt, so daß die schadhafte Stelle von der Reparaturhülse überdeckt wird.

Ein solches Sleeve, bei dem die Enden durch hydraulische Auf­ weitung an das Wärmetauscherrohr angebunden werden, ist bei­ spielsweise aus der EP 0 446 841 A1 bekannt.

Diese bekannten Reparaturhülsen sind starr und haben die Ge­ stalt eines Hohlzylinders, so daß sie nur für gerade Ab­ schnitte eines Wärmetauscherrohres, beispielsweise in der Nä­ he des Rohrbodens, geeignet sind. Für gekrümmte Wärmetau­ scherrohre, beispielsweise im Rohrbogenbereich, sind die be­ kannten Reparaturhülsen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Reparatur­ hülse anzugeben, die sowohl in geraden als auch in gekrümmten Abschnitten eines Wärmetauscherrohres verwendet werden kann. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfa­ ches Verfahren zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres an zu­ geben, das ebenfalls sowohl in geraden als auch in gekrümmten Abschnitten eines Wärmetauscherrohres eingesetzt werden kann.

Die genannten Aufgaben werden jeweils gelöst mit einer Repa­ raturhülse bzw. einem Verfahren mit den Merkmalen der Patent­ ansprüche 1 bzw. 7.

Gemäß Patentanspruch 1 enthält eine Reparaturhülse für ein Wärmetauscherrohr, insbesondere für ein Wärmetauscherrohr ei­ nes nuklearen Dampferzeugers, ein Wellrohr, das an seinen En­ den jeweils mit einer Dichthülse versehen ist, die aus einer Memory-Legierung besteht. Ausgangspunkt für die Erfindung ist dabei die Erkenntnis, daß insbesondere für Reparaturen im ge­ krümmten Bereich eines Wärmetauscherrohres der Einsatz von Reparaturhülsen besonders geeignet ist, bei denen anstelle eines in diesen Bereichen praktisch nicht durchführbaren me­ chanischen Walzprozesses oder einer hydraulischen Aufweitung der sogenannte Memory-Effekt bestimmter metallischer Legie­ rungen ausgenutzt wird.

Aus der US 3,900,939 ist beispielsweise ein Rohrstopfen be­ kannt, bei dem der Memory-Effekt genutzt wird. Dieser Rohr­ stopfen besteht aus Nitinol und geht durch Aufheizen in seine ursprüngliche Form zurück. Dabei legt er sich fest und flüs­ sigkeitsdicht an das Wärmetauscherrohr an. Dieser bekannte Rohrstopfen läßt sich aber nur in geraden Bereichen am Ende des Wärmetauscherrohrs verwenden.

Die aus der EP 0 446 841 A1 bekannte Reparaturhülse enthält an ihren Enden zwar ebenfalls um­ fangsseitig ein Blechband aus einer Memory-Legierung. Dieses Blechband dient aber lediglich dazu, einen nach dem hydrauli­ schen Aufweiten durch Rückfederung möglicherweise entstehen­ den Spalt zu schließen. Auch diese bekannte metallische Hülse kann nur in Geradrohrbereichen verwendet werden.

Die Erfindung beruht nun auf der Idee, daß die Kombination von Konstruktionselementen aus einer Memory-Effekt-Legierung und einem flexiblen Wellrohr die grundsätzliche Möglichkeit eröffnet, auch in gekrümmten Abschnitten eines Wärmetauscher­ rohres eine Reparatur durchzuführen. Durch die Verwendung ei­ nes Wellrohrs wird außerdem eine bei Abkühlung entstehende axiale Schubbelastung an den Verbindungsflächen vermieden. Diese Schubbelastung kann als Folge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und unterschiedlichen Temperaturen der aneinandergrenzenden Werkstoffe entstehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Wellrohr jeweils mit seinem Ende auf den Außenmantel einer Dichthülse aufgeschoben und vorzugsweise durch ein Verfor­ mungsverfahren mit dieser verbunden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Dichthülsen vorgesehen, die jeweils auf einer ihrer Stirnflächen mit einer Ringnut zur Aufnahme eines Endes des Wellrohres versehen sind. Dadurch ist eine besonders stabile und flüssigkeitsdichte mechanische Anbindung des Wellrohres an die Dichthülsen möglich.

Insbesondere sind Dichthülsen vorgesehen, die an ihrem Außen­ mantel mit Mitteln, insbesondere einen im Profil dreieckför­ migen Dichtring, zum flüssigkeitsdichten Anbinden an die In­ nenoberfläche des Wärmetauscherrohres versehen sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das auf die Dicht­ hülse aufgeschobene Ende des Wellrohres an seinem Außenmantel mit Mitteln zum flüssigkeitsdichten Anbinden der Reparatur­ hülse an das Wärmetauscherrohr versehen. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Auswahl des zur Anbindung an das Wärmetauscherrohr bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften besonders geeigneten Werkstoffes.

Vorzugsweise sind die Dichthülsen jeweils mit Mitteln zum Zentrieren im Wärmetauscherrohr versehen ist. Dies gewährlei­ stet auch in gekrümmten Bereichen eine möglichst mittige Aus­ richtung auf die Rohrachse.

Ein Verfahren zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres mit ei­ ner Reparaturhülse gemäß der Erfindung umfaßt folgende Ver­ fahrensschritte:

• a) Anordnen der Reparaturhülse auf einer Heizvorrichtung, die wenigstens im Bereich der Dichthülsen jeweils wenigstens ein Heizelement enthält und an ein Schubelement ange­ schlossen ist,
• b) Positionieren der Reparaturhülse in einem schadhaften Be­ reich des Wärmetauscherrohres, sowie
• c) Heizen der Heizelemente zur radialen Expansion der Dicht­ hülsen.

Insbesondere werden die Heizelemente gleichzeitig beheizt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfüh­ rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 eine Reparaturhülse gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt veranschaulicht ist.

Fig. 2 und 3 zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen in einem Teilschnitt. In

Fig. 4 ist eine für das Anbinden der Reparaturhülse an das Wärmetauscherrohr geeignete Vorrichtung schematisch dargestellt.

Fig. 5 zeigt ein Wärmetauscherrohr, das an unterschiedlichen Positionen mit einer Reparaturhülse gemäß der Erfin­ dung versehen ist.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Reparaturhülse zwei Dichthülsen 2, die aus einer Memory-Effekt-Legierung, beispielsweise einer Nickel-Titan-Legierung bestehen. Die Dichthülsen 2 sind an ihren einander zugewandten Stirnseiten 4 an einem ein- oder mehrwandigen metallischen Faltenbalg oder Wellrohr 6 befe­ stigt, das die beiden Dichthülsen 2 miteinander verbindet. Das Wellrohr 6 ist mit seinen hohlzylindrischen Enden 62 auf den Außenmantel der Dichthülsen 2 aufgeschoben und sitzt dort jeweils bündig auf einem ringförmigen Absatz 3 dieser Dicht­ hülse 2 auf. Die Befestigung der Dichthülsen 2 an das Well­ rohr 6 erfolgt dabei vorzugsweise durch Löten, Schweißen oder Verformen. Das Wellrohr 6 besteht vorzugsweise aus Stahl, bei Wärmetauscherrohren eines nuklearen Dampferzeugers insbeson­ dere aus, einer austenitischen Legierung, oder einer Legierung auf Nickelbasis.

Die Dichthülsen 2 sind an ihrem Außenumfang mit Mitteln zum flüssigkeitsdichten Anbinden an das Wärmetauscherrohr, insbe­ sondere einem Dichtprofil 8, beispielsweise ein die Dicht­ hülse 2 ringförmig umgebender, im Profil dreieckförmiger Dichtring, versehen, die bei radialer Expansion der Dicht­ hülse 2 für eine flüssigkeitsdichte und kraftschlüssige Ver­ ankerung der Reparaturhülse im Wärmetauscherrohr sorgen.

Zusätzlich sind die Dichthülsen in ihrem dem Wellrohr 6 zuge­ wandten Bereich mit Mitteln zum Abstützen und Zentrieren in­ nerhalb des Wärmetauscherrohres, beispielsweise mehreren, insbesondere vier, voneinander in Umfangsrichtung beabstande­ ten Erhebungen 10, versehen.

Um eine Zentrierung der Dichthülse 2 im Wärmetauscherrohr zu gewährleisten, sind das Dichtprofil 8 und die Erhebungen 10 vorzugsweise an den Enden der Dichthülse 2 angeordnet.

Anstelle der Erhebungen 10 kann auch ein zusätzliches Dicht­ profil vorgesehen sein, das dann ebenfalls eine zentrierende Wirkung hat.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine Dichthülse 20 vorgesehen, die an ihrer Stirnfläche 22 eine Ringnut 24 zur Aufnahme des zylindrischen Endes 62 des Wellrohres 6 enthält.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 3 ist eine Dichthülse 26 vorgesehen, die eine ring­ förmig umlaufende Erhebung 82 enthält, über die das zylindri­ sche Ende 62 des Wellrohres 6 geschoben wird. Durch einen Walzvorgang mit einem geeigneten Werkzeug ist das Wellrohr 6 im Bereich dieser Erhebung 82 auf die Dichthülse 26 aufge­ walzt. Durch eine entsprechende Formgestaltung des Werkzeuges wird auf der Außenmantelfläche des Wellrohres 6 ein im Profil dreieckförmiger Dichtring 64 gebildet, der bei radialer Aus­ dehnung der Dichthülse 26 für die flüssigkeitsdichte Veranke­ rung der Reparaturhülse im Wärmetauscherrohr sorgt.

Zum Anbinden der Reparaturhülse an ein Wärmetauscherrohr 60 ist gemäß Fig. 4 eine Heizvorrichtung 40 vorgesehen, die zwei Heizelemente 42 enthält, die durch mehrere flexibel miteinan­ der verbundene Abstandselemente 44 entsprechend dem Abstand der Dichthülsen 2 voneinander getrennt sind. Eines der Heiz­ elemente 42 sitzt auf einem flanschartigen Anschlußstück 46 auf, an dem ein Schubelement 48, vorzugsweise ein Schub­ schlauch, zum Transport der Heizvorrichtung 40 angeschlossen ist.

Die Heizelemente 42 umfassen vorzugsweise einen ein- oder mehrteilig ausgebildeten keramischen Grundkörper, in dem ein gestrichelt angedeuteter elektrischer Heizdraht 50 eingebet­ tet ist. Auch die Abstandselemente 44 sind vorzugsweise aus einem keramischen Grundkörper aufgebaut und können ebenfalls beheizt werden. Anstelle einer Widerstandsheizung können auch Heizelemente mit einer Induktionsheizung vorgesehen sein.

Auf die Heizvorrichtung 40 ist die Reparaturhülse 2, 6 auf­ geschoben und sitzt auf dem flanschartigen Anschlußstück 46 auf.

Die Heizvorrichtung 40 wird gemeinsam mit der Reparaturhülse durch Vorschub des Schubschlauches 48 in die zu reparierende Position des Wärmetauscherrohres 70 gebracht, so daß eine Fehlerstelle 72 zwischen den Dichthülsen 2 befindet. Der Heizdraht 50 wird mit einem Strom I beaufschlagt. Durch die dabei entstehende Wärme werden die Dichthülsen 2 expandiert und an das Wärmetauscherrohr 70 angebunden. Durch diese Ex­ pansion wird zugleich der Kontakt zwischen den Heizelementen 42 und den Dichthülsen 2 gelöst, so daß die Heizvorrichtung 40 problemlos zurückgefahren werden kann.

In Fig. 5 ist beispielhaft ein in einem Rohrboden 74 fixiertes Wärmetauscherrohr 70 dargestellt, das in unterschiedlichen Positionen mit einer Reparaturhülse gemäß der Erfindung ver­ sehen ist. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Reparaturhülse ist dabei auch im Rohrbogenbereich 76 des Wärmetauscherrohres 70 möglich, da durch die Flexibilität des Wellrohres 6 eine automatische Anpassung an die Krümmung des Wärmetauscherroh­ res 70 gewährleistet ist.

Claims (8)

1. Reparaturhülse für ein Wärmetauscherrohr, insbesondere für ein Wärmetauscherrohr eines nuklearen Dampferzeugers, mit ei­ nem Wellrohr (6), das an seinen Enden (62) jeweils mit einer aus einer Memory-Legierung bestehenden Dichthülse (2, 20, 26) versehen ist.

2. Reparaturhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr (6) jeweils mit seinem Ende (62) auf den Außenmantel einer Dichthülse (2, 26) aufgeschoben ist.

3. Reparaturhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichthülsen (20) jeweils auf einer ihrer Stirnflächen (42) mit einer Ringnut (24) zur Aufnahme eines Endes des Wellroh­ res (6) versehen sind.

4. Reparaturhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichthülsen (2, 20, 26) an ihrem Außenmantel mit Mitteln (8) zum flüssigkeitsdichten Anbinden an die Innenoberfläche des Wärmetauscherrohres versehen sind.

5. Reparaturhülse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Dichthülse aufgeschobene Ende (62) des Wellrohres (6) an seinem Außenmantel mit Mitteln (64) zum flüssigkeitsdich­ ten Anbinden der Reparaturhülse an das Wärmetauscherrohr ver­ sehen ist.

6. Reparaturhülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichthülse (2, 20, 26) mit Mitteln (10) zum Zentrieren im Wärmetauscherrohr versehen ist.

7. Verfahren zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres mit ei­ ner Reparaturhülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) Anordnen der Reparaturhülse auf einer Heizvorrichtung (40), die wenigstens im Bereich der Dichthülsen (2, 20, 26) jeweils wenigstens ein Heizelement (4, 2) enthält und an ein Schubelement (48) angeschlossen ist,
• b) Positionieren der Reparaturhülse in einem schadhaften Be­ reich (72) des Wärmetauscherrohres (70), sowie
• c) Heizen der Heizelemente (42) zur radialen Expansion der Dichthülsen (2, 20, 26).

8. Verfahren zur Reparatur eines Wärmetauscherrohres nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (42) gleichzeitig beheizt werden.