EP2244848B1 - Verfahren zur reinigung eines wärmetauschers - Google Patents

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EP2244848B1
EP2244848B1 EP08871095.9A EP08871095A EP2244848B1 EP 2244848 B1 EP2244848 B1 EP 2244848B1 EP 08871095 A EP08871095 A EP 08871095A EP 2244848 B1 EP2244848 B1 EP 2244848B1
Authority
EP
European Patent Office
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deposits
cleaning solution
cleaning
heat exchanger
secondary chamber
Prior art date
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Not-in-force
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EP08871095.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2244848A2 (de
Inventor
Ursula Hollwedel
Franz Ammann
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Areva GmbH
Original Assignee
Areva GmbH
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Publication date
Application filed by Areva GmbH filed Critical Areva GmbH
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Publication of EP2244848B1 publication Critical patent/EP2244848B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/023—Cleaning the external surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto
    • B08B9/08—Cleaning containers, e.g. tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/48—Devices or arrangements for removing water, minerals or sludge from boilers ; Arrangement of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers
    • F22B37/483—Devices or arrangements for removing water, minerals or sludge from boilers ; Arrangement of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers specially adapted for nuclear steam generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning the secondary space of a heat exchanger, in particular a steam generator of a nuclear installation.
  • a method for cleaning the secondary space of a heat exchanger in particular a steam generator of a nuclear installation.
  • a heat exchanger has a primary and a secondary space, which are flowed through in each case by a primary or secondary coolant.
  • the primary coolant heated while releasing a portion of its heat flowing through the secondary chamber secondary coolant.
  • a special heat exchanger is the steam generator of a nuclear installation. In a pressurized water reactor, the primary coolant heated in the reactor core is supplied to a steam generator. With the help of the steam generator, a secondary coolant is heated or evaporated, with which in turn a generator is operated to generate electricity.
  • the container and support of the heat exchanger tubes are usually made of carbon steel or other low alloy steels.
  • Corrosion products mainly magnetite (Fe 3 O 4 )
  • magnetite Fe 3 O 4
  • These deposits and deposits mainly consist of magnetite, but also contain copper, nickel, zinc, chromium and other elements as well as their compounds.
  • the primary or tube side of a heat exchanger so the inside of the heat exchanger tubes, is relatively easy to achieve on the primary side water chamber, and therefore relatively easy to clean from any existing deposits.
  • the secondary space of a heat exchanger is relatively poorly accessible and therefore more difficult to clean.
  • a tube bundle of heat exchanger tubes extends into the secondary space.
  • the outer or shell sides of the heat exchanger tubes cover each other. On the shell side existing deposits are therefore difficult to remove.
  • other fixtures and brackets for mounting the heat exchanger tubes in the secondary chamber. Between the heat exchanger tubes and such support there are a variety of hard to reach cracks and gaps in which deposits can accumulate.
  • the deposits present in the secondary space involve various technical problems.
  • the deposits present on the surface of the heat exchanger tubes lead to a deterioration of the heat transfer between the primary and the secondary coolant.
  • the deposits cause various damage mechanisms. For example, these can accelerate the corrosion of the affected components.
  • the secondary chamber of the heat exchanger is cleaned and freed as far as possible from the deposits.
  • a so-called maintenance cleaning can be carried out in addition to a complete cleaning.
  • the aim of the maintenance cleaning is to remove the coverings to the extent that approximately the amount is removed from the steam generator, which has formed there since the last maintenance cleaning.
  • the state of the steam generator can be maintained or possibly slightly improved.
  • the DE 102 38 730 A1 discloses such a chemical cleaning method.
  • the steam generator is filled with a cleaning solution containing a complexing agent for the dissolution of iron-containing deposits, and treated at pressures between 6 and 10 bar, and at temperatures of about 140 ° C.
  • a cleaning solution containing a complexing agent for the dissolution of iron-containing deposits
  • For mixing of the cleaning solution of the steam generator is subjected to sudden pressure reliefs.
  • the cleaning solution is drained from the steam generator. If the deposits additionally contain copper or copper compounds, these are then treated with an alkaline cleaning solution in the presence of an oxidizing agent and a complexing agent dissolved.
  • US 6,523,502 B1 relates to a method for a nuclear plant that makes it its task to avoid clogging of the primary-side U-tubes of a steam generator by chipped magnetite-containing deposits. These magnetite-containing deposits develop internal stresses during cooling of the heat exchanger and therefore burst from the surface of the tubes. So that clogging of the U-shaped tubes can be avoided, they are acted upon during the cooling process with compressed air, so that the falling flakes are blown out of the pipes.
  • the object of the present invention is to provide an alternative purification process which operates with improved efficiency and, accordingly, with reduced use of chemicals.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • the inventive method for cleaning the secondary chamber of a heat exchanger of the type mentioned includes the following steps: deposits present in the secondary chamber are dried, wherein the secondary space of the secondary coolant is mostly emptied. Subsequently, a cleaning solution is introduced into the secondary chamber.
  • the method according to the invention is based on the following considerations: It has been found that the deposits present in the secondary space of the heat exchanger are mechanically destabilized by drying. As a result, they at least partially burst from the surfaces of the secondary space.
  • the existing on the shell side of the heat exchanger tubes deposits are mainly solved and fall on the tubesheet. In this way, at least a portion of the deposits present on the surfaces of the secondary space can be removed without the use of chemicals.
  • the deposits removed in this way accumulate on the tubesheet of the heat exchanger.
  • the deposits still present on the surfaces are then at least partially removed with the aid of the cleaning solution introduced into the secondary chamber.
  • the method according to the invention is therefore a combined physico-chemical cleaning method.
  • the chemicals used to dissolve the deposits can be dispensed more sparingly for the following reasons.
  • the cleaning chemicals can be metered in substoichiometrically based on the mass of impurities present in the secondary space.
  • the accumulated on the tubesheet of the heat exchanger deposits offer, based on their mass, the cleaning solution to a relatively small surface.
  • the deposits still present on the surfaces of the secondary space have a comparatively large surface area, based on their mass.
  • the total surface area of the deposits present on the surfaces of the secondary space will generally be many times greater than the surface area of the deposits piled up on the tubesheet.
  • the cleaning solution used for cleaning the secondary chamber of the heat exchanger must therefore not completely dissolve the deposits and impurities present in the secondary space, and can therefore be metered under the stoichiometric amount, based on the total mass of the deposits.
  • it is merely waited until the deposits which are still present on the surfaces of the secondary space of the heat exchanger are dissolved.
  • the accumulated on the tube plate deposits are removed after draining the cleaning solution, for example by means of a mechanical cleaning process from the secondary chamber of the heat exchanger.
  • it can, for example, be rinsed (tube sheet lancing).
  • the physical drying step upstream of the dry cleaning which can be done, for example, by introducing hot air or inert gas, also causes the water contained in the surface pores and channels of the deposits to be removed.
  • pores present in the deposits may still be filled with water, so that, on the one hand, the penetration of cleaning solution is severely hindered, and, on the other hand, due to the presence of water, a local dilution which reduces the cleaning action takes place.
  • the cleaning solution Due to the upstream physical drying, the cleaning solution can penetrate practically undiluted into the pores and channels of the deposits. The cleaning solution is thus used more effectively than is possible with conventional methods. In a cost-saving manner, the cleaning can thus go faster and with less use of cleaning chemicals.
  • the drying of the deposits present in the secondary space is effected by evacuating the secondary space.
  • To support the evaporation of water drying takes place both by negative pressure, as well as in a further embodiment at elevated temperatures, for example by utilizing an operational residual heat.
  • the cleaning effect of a after the drying step filled cleaning solution is particularly high, if it is maintained in the secondary space existing vacuum during the entire filling phase.
  • the cleaning solution can penetrate more easily under vacuum into the evacuated cracks and pores than is possible under atmospheric pressure.
  • the cracks and pores contain virtually no gas, which otherwise has to be displaced by the cleaning liquid. The cleaning solution can thus more easily penetrate into the pores and cracks.
  • Another advantageous effect is that a part of the cleaning solution evaporates when it is introduced into the still hot and additionally subjected to negative pressure secondary chamber.
  • the gaseous cleaning solution condenses on the coverings and precipitates preferentially in the pores and cracks (capillary condensation).
  • the drying of the deposits causes them to be mechanically destabilized and at least partially flake off the surface of the secondary space.
  • This effect can be enhanced by boiling the cleaning solution introduced into the secondary chamber according to another embodiment.
  • the cleaning solution present in the pores and cracks of the deposits also begins to boil.
  • the resulting in the pores and cracks, so in the interior of the deposits, overpressure leads to a mechanical destabilization of the same.
  • the heating of the cleaning solution can be effected or assisted by introducing superheated steam into the secondary chamber.
  • the introduced into the cleaning solution hot steam causes in addition to the heating that it is mixed.
  • the deposits which form in operation on the surfaces of the secondary space of a heat exchanger or steam generator, contain mainly iron oxide (magnetite), but partly also metallic copper and copper compounds.
  • cleaning solutions can be used, as described in the publications mentioned above DE 102 38 730 A1 .
  • the drying step according to the invention is carried out at least once, namely before the steam generator is filled with the cleaning solution.
  • a procedure is for example when using cleaning chemicals after DE 198 57 342 A1 in which the steam generator is not emptied between magnetite and copper removal.
  • the cleaning solution is discharged, such as in the DE 102 38 730 A1 provided, another optional drying step can be carried out after draining the first cleaning solution.
  • an intermediate drying step can also be carried out in a method in which first the copper and then the magnetite is removed, as for example from the EP 0 198 340 A1 evident.
  • the cleaning solutions used are particularly effective at a temperature between 40 ° C and 160 ° C.
  • the dissolved deposits are removed by draining the cleaning solution from the secondary chamber of the heat exchanger.
  • the unresolved deposits, which have accumulated predominantly at the bottom of the heat exchanger, are removed by mechanical cleaning, for example by rinsing, from the heat exchanger.
  • the heat exchanger is the steam generator of a nuclear installation.
  • the deposits consist mainly of magnetite.
  • the steam generator can be freed from magnetite-containing coverings in the context of a so-called maintenance cleaning (maintenance cleaning) with the method according to the invention.
  • the steam generator 2 in the lower region of the secondary chamber 6 supplied, now heated or evaporated secondary refrigerant is removed from this in the upper area, and used to operate a generator.
  • deposits 12 are formed in the secondary chamber 6. These form in the region of the holders 8, but especially on the outer or shell sides of the U-tubes 4 themselves.
  • Fig. 2 shows a section of the Fig. 1
  • a U-tube 4 through which primary coolant flows is shown, which is held by a holder 8 and opens a bottom plate 10 piercing into the primary region 5.
  • deposits are 12 available.
  • the quantitatively predominant part of the deposits 12 is on the surface of the U-tubes 4 itself.
  • the cleaning solution used to dissolve the magnetite coatings contains a complex-forming acid, for example ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), an alkalizing agent, for example ammonia, morpholine or a mixture of the substances mentioned, and a reducing agent, for example hydrazine.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • alkalizing agent for example ammonia, morpholine or a mixture of the substances mentioned
  • a reducing agent for example hydrazine.
  • other well-known cleaning solutions may also be used.
  • the cleaning solution is heated to a temperature in the range of 40 ° C to 160 ° C. This is preferably done by introducing superheated steam into the steam generator.
  • the cleaning solution is heated by means of the main coolant pump via the primary circuit of the nuclear facility. Will the cleaning solution heated to the extent that it boils, this leads to a thorough mixing of the cleaning solution.
  • inert gas is pressed into the steam generator for thorough mixing of the cleaning solution. Spent and unconsumed cleaning solution are mixed, in particular unused cleaning solution in places where still deposits 12 are present, so that they can be resolved.
  • the deposits 12 are additionally removed mechanically by the boiling cleaning solution from the surfaces of the steam generator.
  • the magnetite deposits dissolved by the cleaning solution are removed by draining the cleaning solution from the secondary chamber 6.
  • the remaining, not solved by the cleaning solution magnetite deposits, which are piled on the tube sheet 10 are removed mechanically, for example by rinsing the tube sheet 10, from the secondary chamber 6.
  • the copper-containing deposits 12 are dissolved by forming water-soluble complexes of the copper compounds.
  • a complexing agent for example, ethylenediamine (EDA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) in amoniakalischer solution under oxidizing conditions is suitable. Oxidizing conditions are achieved, for example, by metering in hydrogen peroxide and / or blowing in, air or oxygen. After dissolution of the copper-containing deposits 12, the cleaning solution is drained from the steam generator 2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung des Sekundärraumes eines Wärmetauschers, insbesondere eines Dampferzeugers einer kerntechnischen Anlage. Mit einem solchen Verfahren, welches beispielsweise aus der EP 0 198 340 A1 hervorgeht, werden in einem Dampferzeuger sekundärseitig vorhandene Ablagerungen entfernt, die sich während des Betriebs dort gebildet haben.
  • Ein Wärmetauscher verfügt über einen Primär- und einen Sekundärraum, welche im Betrieb jeweils von einem Primär- bzw. Sekundärkühlmittel durchströmt sind. Das Primärkühlmittel erhitzt dabei unter Abgabe eines Teils seiner Wärme das durch den Sekundärraum fließende Sekundärkühlmittel. Ein spezieller Wärmetauscher ist der Dampferzeuger einer kerntechnischen Anlage. Bei einem Druckwasserreaktor wird das in dem Reaktorkern erhitzte Primärkühlmittel einem Dampferzeuger zugeführt. Mit Hilfe des Dampferzeugers wird ein Sekundärkühlmittel erhitzt bzw. verdampft, mit welchem wiederum ein Generator zur Erzeugung von Elektrizität betrieben wird.
  • Während die Wärmetauscherrohre selbst üblicherweise aus korrosionsfesten Legierungen bestehen, sind der Behälter und die Halterung der Wärmetauscherrohre normalerweise aus C-Stahl oder anderen niedriglegierten Stählen hergestellt. Im Betrieb des Kernkraftwerkes unterliegen diese Teile der Korrosion. Korrosionsprodukte, hauptsächlich Magnetit (Fe3O4), setzen sich als Beläge auf den Oberflächen des Sekundärraumes des Wärmetauschers ab. Diese Beläge und Ablagerungen bestehen hauptsächlich aus Magnetit, enthalten aber auch Kupfer, Nickel, Zink, Chrom und andere Elemente sowie deren Verbindungen.
  • Die Primär- oder Rohrseite eines Wärmetauschers, also die Innenseite der Wärmetauscherrohre, ist verhältnismäßig einfach über die primärseitige Wasserkammer zu erreichen, und daher relativ einfach von ggf. vorhandenen Ablagerungen zu reinigen. Der Sekundärraum eines Wärmetauschers ist vergleichsweise schlecht zugänglich und daher auch schwieriger zu reinigen.
  • Üblicherweise erstreckt sich ein Rohrbündel aus Wärmetauscherrohren in den Sekundärraum hinein. Bei einem solchen Rohrbündel verdecken sich die Außen- oder Mantelseiten der Wärmetauscherrohre gegenseitig. Auf der Mantelseite vorhandene Ablagerungen sind daher schwer zu entfernen. Außer dem Rohrbündel befinden sich weitere Einbauten und Halterungen zur Befestigung der Wärmetauscherrohre in dem Sekundärraum. Zwischen den Wärmetauscherrohren und solchen Halterung existiert eine Vielzahl von schwer zugänglichen Ritzen und Spalten, in denen sich Ablagerungen ansammeln können.
  • Die in dem Sekundärraum vorhandenen Ablagerungen bringen verschiedene technische Probleme mit sich. Die auf der Oberfläche der Wärmetauscherrohre vorhandenen Ablagerungen führen zu einer Verschlechterung des Wärmeüberganges zwischen dem Primär- und dem Sekundärkühlmittel. Außerdem rufen die Ablagerungen verschiedene Schädigungsmechanismen hervor. Beispielsweise können diese die Korrosion der betroffenen Bauteile beschleunigen.
  • Um diesen technischen Problemen zu begegnen, wird der Sekundärraum des Wärmetauschers gereinigt und soweit wie möglich von den Ablagerungen befreit. Bei Dampferzeugern in kerntechnischen Anlagen kann neben einer vollständigen Reinigung eine sogenannte Wartungsreinigung (maintenance cleaning) durchgeführt werden. Bei einer solchen Wartungsreinigung wird lediglich ein Teil der vorhandenen Beläge entfernt. Ziel der Wartungsreinigung ist es, die Beläge soweit zu entfernen, dass in etwa diejenige Menge aus dem Dampferzeuger entfernt wird, die sich seit der letzten Wartungsreinigung dort gebildet hat. So kann der Zustand des Dampferzeugers gehalten oder ggf. geringfügig verbessert werden.
  • Mechanische Reinigungsverfahren zur Entfernung der Ablagerungen, wie beispielsweise eine Spülung des Rohrbodens, sind nur begrenzt wirksam oder aufgrund der schlechten Zugänglichkeit des Innenraums des Dampferzeugers nur begrenzt einsetzbar. Zur Entfernung der Ablagerungen und Beläge werden daher vornehmlich chemische Reinigungsverfahren eingesetzt.
  • Die DE 102 38 730 A1 offenbart ein solches chemisches Reinigungsverfahren. Der Dampferzeuger wird mit einer Reinigungslösung gefüllt, die einen Komplexbildner zur Auflösung von eisenhaltigen Ablagerungen enthält, und bei Drücken zwischen 6 und 10 bar, sowie bei Temperaturen von etwa 140°C behandelt. Zur Durchmischung der Reinigungslösung wird der Dampferzeuger plötzlichen Druckentlastungen unterworfen. Nachdem die eisenhaltigen Beläge aufgelöst worden sind, wird die Reinigungslösung aus dem Dampferzeuger abgelassen. Enthalten die Ablagerungen zusätzlich Kupfer oder Kupferverbindungen, so werden diese im Anschluss mit einer alkalischen Reinigungslösung bei Anwesenheit eines Oxidationsmittels und eines Komplexbildners aufgelöst.
  • Ein weiteres Reinigungsverfahren geht aus der EP 0 198 340 A1 hervor. Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Reinigungsverfahren werden bei diesem zuerst die Kupferverbindungen und anschließend die eisenhaltigen Beläge (Magnetit) aufgelöst.
  • Es sind außerdem Verfahren bekannt, bei denen sowohl Magnetit, als auch Kupfer mit einer Reinigungslösung, d.h. ohne zwischenzeitliches Ablassen und erneutes Befüllen des Dampferzeugers, entfernt werden. Die in dem Dampferzeuger vorhandene Reinigungslösung wird nach Auflösen des Magnetits verändert, so dass anschließend Kupfer und Kupferverbindungen aufgelöst werden können. Ein solches Verfahren geht beispielsweise aus der DE 198 54 342 A1 hervor.
  • Aus der Druckschrift US 3,013,909 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Primärseite eines Dampferzeugers behandelt wird. Der Dampferzeuger wird nach dem Ablassen des Kühlmittels zunächst mit einer Reinigungslösung gefüllt. Erst nach Ablassen dieser Reinigungslösung werden die Ablagerungen getrocknet. Anschließend werden diese Ablagerungen mit einer weiteren Reinigungslösung behandelt.
  • US 6,523,502 B1 betrifft ein Verfahren für eine nukleartechnische Anlage, dass sich zur Aufgabe macht, ein Zusetzen der primärseitigen U-Rohre eines Dampferzeugers durch abgeplatzte magnetithaltige Ablagerungen zu vermeiden. Diese magnetithaltigen Ablagerungen entwickeln beim Abkühlen des Wärmetauschers innere Spannungen und platzen daher von der Oberfläche der Rohre ab. Damit ein Zusetzen der U-förmigen Rohre vermieden werden kann, werden diese während des Abkühlvorgangs mit Druckluft beaufschlagt, so dass die herunterfallenden Flocken aus den Rohren ausgeblasen werden.
  • Ein Nachteil der genannten chemischen Verfahren ist vor allem der hohe Verbrauch an Reinigungschemikalien.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Reinigungsverfahren anzugeben, welches mit verbesserter Effizienz und dementsprechend mit verringertem Chemikalieneinsatz arbeitet.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung des Sekundärraumes eines Wärmetauschers der eingangs genannten Art umfasst die folgenden Schritte: In dem Sekundärraum vorhandene Ablagerungen werden getrocknet, wobei der Sekundärraum von dem Sekundärkühlmittel überwiegend entleert ist. Anschließend wird eine Reinigungslösung in den Sekundärraum eingebracht.
  • Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen dabei die folgenden Überlegungen zu Grunde: Es konnte herausgefunden werden, dass die in dem Sekundärraum des Wärmetauschers vorhandenen Ablagerungen durch eine Trocknung mechanisch destabilisiert werden. In Folge dessen platzen diese zumindest teilweise von den Oberflächen des Sekundärraums ab. Die auf der Mantelseite der Wärmetauscherrohre vorhandenen Ablagerungen werden überwiegend gelöst und fallen auf den Rohrboden. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil der auf den Oberflächen des Sekundärraumes vorhandenen Ablagerungen ohne Einsatz von Chemikalien entfernt werden. Die auf diese Weise entfernten Ablagerungen häufen sich auf dem Rohrboden des Wärmetauschers an. Die noch auf den Oberflächen vorhandenen Ablagerungen werden im Anschluss mit Hilfe der in den Sekundärraum eingeleiteten Reinigungslösung zumindest teilweise entfernt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich also ein kombiniertes physikalischchemisches Reinigungsverfahren.
  • Im Vergleich zu konventionellen Reinigungsverfahren können erfindungsgemäß die zur Auflösung der Ablagerungen verwendeten Chemikalien aus den folgenden Gründen sparsamer dosiert werden. Insbesondere können die Reinigungschemikalien bezogen auf die in dem Sekundärraum vorhandene Masse an Verunreinigungen unterstöchometrisch dosiert werden. Die auf dem Rohrboden des Wärmetauschers aufgehäuften Ablagerungen bieten, bezogen auf ihre Masse, der Reinigungslösung eine vergleichsweise kleine Oberfläche an. Die noch auf den Oberflächen des Sekundärraumes vorhandenen Ablagerungen weisen hingegen, bezogen auf ihre Masse, eine vergleichsweise große Oberfläche auf. Auch im absoluten Vergleich wird in der Regel die Gesamtoberfläche der auf den Oberflächen des Sekundärraumes vorhandenen Ablagerungen um ein vielfaches größer sein, als die Oberfläche der auf dem Rohrboden aufgehäuften Ablagerungen. Die noch auf den Oberflächen des Sekundärraumes, insbesondere auf den Mantelseiten der Wärmetauscherrohre vorhandenen Ablagerungen bieten der Reinigungslösung also eine vergleichsweise große Angriffsfläche. Aus diesem Grund werden die nach wie vor auf den Oberflächen des Sekundärraumes des Wärmetauschers vorhandenen Ablagerungen um ein vielfaches schneller aufgelöst, als diejenigen Ablagerungen, welche aufgehäuft auf dem Rohrboden liegen.
  • Die zur Reinigung des Sekundärraumes des Wärmetauschers verwendete Reinigungslösung muss die im Sekundärraum vorhandenen Ablagerungen und Verunreinigungen also nicht vollständig auflösen, und kann daher, bezogen auf die Gesamtmasse der Ablagerungen, unterstöchometrisch dosiert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren wird lediglich abgewartet, bis die noch auf den Oberflächen des Sekundärraumes des Wärmetauschers vorhandenen Ablagerungen aufgelöst sind. Die auf dem Rohrboden aufgehäuften Ablagerungen werden nach Ablassen der Reinigungslösung beispielsweise mit Hilfe eines mechanischen Reinigungsverfahrens aus dem Sekundärraum des Wärmetauschers entfernt. Zur Entfernung der auf dem Rohrboden des Wärmetauschers liegenden Ablagerungen kann dieser beispielsweise gespült werden (tube sheet lancing).
  • Die physikalische Trocknung der Ablagerungen führt außerdem dazu, dass diese rissig werden. Diese Risse vergrößern die Oberfläche der Ablagerungen, folglich bieten diese der Reinigungslösung eine größere Angriffsfläche. Außerdem ermöglichen die Risse einen leichteren Zutritt der Reinigungslösung in das Innere der Ablagerungen. Innerhalb der Ablagerungen ggf. vorhandene Einschlüsse oder Poren werden durch die Risse für die Reinigungslösung zugänglich. Im Vergleich zu konventionellen Reinigungsverfahren werden die Ablagerungen von der Reinigungslösung wirkungsvoller angegriffen.
  • Der der chemischen Reinigung vorgelagerte physikalische Trocknungsschritt, der beispielsweise durch Einleiten von heißer Luft oder Inertgas erfolgen kann, bewirkt außerdem, dass das in oberflächlichen Poren und Kanälen der Ablagerungen enthaltene Wasser entfernt wird. Bei herkömmlichen Verfahren sind in den Ablagerungen vorhandene Poren ggf. noch mit Wasser gefüllt, so dass zum einen das Eindringen von Reinigungslösung stark behindert ist, und zum anderen aufgrund des vorhandenen Wassers eine die Reinigungswirkung verringernde lokale Verdünnung erfolgt. Durch die vorgelagerte physikalische Trocknung kann die Reinigungslösung praktisch unverdünnt in die Poren und Kanäle der Ablagerungen eindringen. Die Reinigungslösung wird somit effektiver genutzt, als dies bei herkömmlichen Verfahren möglich ist. In kostensparender Weise kann die Reinigung somit schneller und unter verringertem Einsatz von Reinigungschemikalien vonstatten gehen.
  • Erfindungsgemäß wird die Trocknung der in dem Sekundärraum vorhandenen Ablagerungen durch Evakuieren des Sekundärraums bewirkt. Zur Unterstützung der Wasserverdunstung erfolgt eine Trocknung sowohl durch Unterdruck, als auch in einer weiteren Ausführungsform bei erhöhten Temperaturen, etwa unter Ausnutzung einer betriebsbedingten Restwärme. Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, dass die Reinigungswirkung einer nach dem Trocknungsschritt eingefüllten Reinigungslösung besonders hoch ist, wenn dabei der im Sekundärraum vorhandene Unterdruck während der gesamten Einfüllphase aufrechterhalten wird. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Reinigungslösung unter Vakuum leichter in die evakuierten Risse und Poren eindringen kann, als dies bei Normaldruck möglich ist. Infolge der Evakuierung enthalten die Risse und Poren praktisch kein Gas mehr, welches ansonsten von der Reinigungsflüssigkeit verdrängt werden muss. Die Reinigungslösung kann somit einfacher in die Poren und Risse eindringen.
  • Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass ein Teil der Reinigungslösung bei Einleiten in den noch heißen und zusätzlich mit Unterdruck beaufschlagten Sekundärraum verdampft. Die gasförmige Reinigungslösung kondensiert an den Belägen, und schlägt sie sich bevorzugt in den Poren und Rissen nieder (Kapillarkondensation).
  • Wie bereits erwähnt, bewirkt die Trocknung der Ablagerungen, dass diese mechanisch destabilisiert werden, und zumindest teilweise von der Oberfläche des Sekundärraumes abplatzen. Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem nach einer weiteren Ausführungsform die in den Sekundärraum eingeleitete Reinigungslösung zum Sieden gebracht wird. Auch die in den Poren und Rissen der Ablagerungen vorhandene Reinigungslösung beginnt zu sieden. Der dadurch in den Poren und Rissen, also im Inneren der Ablagerungen, entstehende Überdruck führt zu einer mechanischen Destabilisierung derselben. Die Erwärmung der Reinigungslösung kann durch Einleiten von Heißdampf in den Sekundärraum bewirkt oder unterstützt werden. Der in die Reinigungslösung eingeleitete Heißdampf bewirkt neben der Erwärmung, dass diese durchmischt wird. Somit gelangt unverbrauchte Reinigungslösung an diejenigen Stellen, an denen vermehrt Ablagerungen vorliegen, die nunmehr aufgelöst werden können.
  • Die Ablagerungen, welche sich im Betrieb auf den Oberflächen des Sekundärraumes eines Wärmetauschers oder Dampferzeugers bilden, enthalten hauptsächlich Eisenoxid (Magnetit), teilweise aber auch metallisches Kupfer und Kupferverbindungen. Zur Auflösung dieser Ablagerungen können Reinigungslösungen verwendet werden, wie sie aus den eingangs genannten Druckschriften DE 102 38 730 A1 , EP 0 198 340 A1 , DE 198 57 342 A1 oder auch aus der EP 0 273 182 A1 hervorgehen.
  • Der erfindungsgemäße Trocknungsschritt wird, abhängig davon welche Chemikalienkombination für die Reinigungslösung verwendet wird, zumindest einmal, nämlich bevor der Dampferzeuger mit der Reinigungslösung befüllt wird, durchgeführt. Ein solches Vorgehen ist beispielsweise bei Verwendung von Reinigungschemikalien nach der DE 198 57 342 A1 , bei dem der Dampferzeuger zwischen der Magnetit- und der Kupferentfernung nicht entleert wird, angebracht. Bei einem Reinigungsverfahren, bei dem zwischen der Magnetit- und der Kupferentfernung die Reinigungslösung abgelassen wird, wie beispielsweise bei der DE 102 38 730 A1 vorgesehen, kann optional ein weiterer Trocknungsschritt nach Ablassen der ersten Reinigungslösung erfolgen. Selbstverständlich kann ein solcher Zwischentrocknungsschritt ebenso bei einem Verfahren durchgeführt werden, bei dem zuerst das Kupfer und anschließend der Magnetit entfernt wird, wie es beispielsweise aus der EP 0 198 340 A1 hervorgeht.
  • Die eingesetzten Reinigungslösungen sind bei einer Temperatur zwischen 40°C und 160°C besonders wirkungsvoll. Aus diesem Grund wird, gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in dem Sekundärraum des Dampferzeugers vorhandene Reinigungslösung auf eine Temperatur in dem vorgenannten Bereich erwärmt. Die aufgelösten Ablagerungen werden durch Ablassen der Reinigungslösung aus dem Sekundärraum des Wärmetauschers entfernt. Die nicht aufgelösten Ablagerungen, die sich überwiegend am Boden des Wärmetauschers angesammelt haben, werden durch mechanische Reinigung, beispielsweise durch Spülen, aus dem Wärmetauscher entfernt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Wärmetauscher um den Dampferzeuger einer kerntechnischen Anlage. Bei Dampferzeugern in kerntechnischen Anlagen bestehen die Ablagerungen zum überwiegenden Teil aus Magnetit. Besonders vorteilhaft kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Dampferzeuger im Rahmen einer sogenannten Wartungsreinigung (maintenance cleaning) von magnetithaltigen Belägen befreit werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung eines Wärmetauschers wird im folgenden beispielhaft anhand eines Dampferzeugers einer kerntechnischen Anlage näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung in:
    • Fig. 1 einen stark schematisierten Dampferzeuger in einem Längsschnitt und in
    • Fig. 2 eine Detailansicht eines solchen Dampferzeugers.
  • Das in dem Reaktorkern eines Druckwasserreaktors erhitzte Primärkühlmittel strömt durch den Primärraum 5 des in Fig. 1 angedeuteten Dampferzeugers 2. Im unteren Teil des Dampferzeugers 2 befindet sich eine Vielzahl von U-förmig gebogenen Rohren 4, die auch als Rohrbündel bezeichnet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich zwei U-Rohre 4 dargestellt. Das in den Primärraum 5 eintretende Primärkühlmittel durchströmt die U-Rohre 4 unter Abgabe eines Teils seiner Wärme an ein in dem Sekundärraum 6 vorhandenes Sekundärkühlmittel. Das dem Dampferzeuger 2 im unteren Bereich des Sekundärraums 6 zugeführte, nunmehr erhitzte bzw. verdampfte Sekundärkühlmittel wird diesem im oberen Bereich entnommen, und zum Betrieb eines Generators verwendet. Im Betrieb des Dampferzeugers 2 bilden sich in dem Sekundärraum 6 Ablagerungen 12. Diese bilden sich im Bereich der Halterungen 8, vor allem aber auf den Außen- oder Mantelseiten der U-Rohre 4 selbst.
  • Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des aus Fig. 1 bekannten Dampferzeugers 2 im Bereich der gebogenen U-Rohre 4. Beispielhaft ist ein von Primärkühlmittel durchströmtes U-Rohr 4 dargestellt, das von einer Halterung 8 gehalten ist und eine Bodenplatte 10 durchstoßend in den Primärbereich 5 ausmündet. An den Übergängen zwischen der Halterung 8 und dem U-Rohr 4, sowie an den Übergängen zwischen der Bodenplatte 10 und dem U-Rohr 4, sowie auf der Mantelseite der U-Rohre 4 selbst sind Ablagerungen 12 vorhanden. Dabei befindet sich der mengenmäßig überwiegende Teil der Ablagerungen 12 auf der Oberfläche der U-Rohre 4 selbst.
  • Im Folgenden wird der Ablauf einer zweistufigen Reinigung des Dampferzeugers 2 erläutert, wobei beispielhaft die Ablagerungen zum überwiegenden Teil Eisenoxid (Magnetit) und in geringerem Umfang Kupfer enthalten sollen:
    • Nach Abschalten des Reaktors auf der Primärseite des Dampferzeugers 2, wird zunächst das Sekundärkühlmittel aus dem Dampferzeuger 2 abgelassen. Anschließend wird der Sekundärraum 6 mit einem Unterdruck beaufschlagt bzw. evakuiert. Dabei wird der Unterdruck mindestens so groß gewählt, dass bei der gegebenen Temperatur der Unterdruck ausreichend ist, um das Sekundärkühlmittel, üblicherweise Wasser, zu verdampfen. Alternativ wird der Sekundärraum 6 des Dampferzeugers 2 durch Einleiten von heißer Luft getrocknet. Die Verunreinigungen 12 trocknen unter den beschriebenen Bedingungen sehr schnell, wobei ihre Oberfläche Risse ausbildet. Wie bereits erwähnt, platzen durch den bei der Trocknung auftretenden Volumenverlust die Ablagerungen teilweise von ihrer Unterlage ab. Die abgeplatzten Ablagerungen häufen sich im Bereich des unteren Rohrbodens 10 des Dampferzeugers 2 auf. Der Sekundärraum 6 des Dampferzeugers 2 wird unter Vakuum gehalten, während in diesen die Reinigungslösung eingebracht wird. Dabei wird der Sekundärraum 6 des Dampferzeugers 2 vorzugsweise bis zur Oberkante des Rohrbündels mit Reinigungslösung gefüllt.
  • Die zur Auflösung der Magnetitbeläge eingesetzte Reinigungslösung enthält eine komplexbildende Säure, beispielsweise Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), ein Alkalisierungsmittel, beispielsweise Ammoniak, Morpholin oder einer Mischung der genannten Substanzen und ein Reduktionsmittel, beispielsweise Hydrazin. Zur Entfernung der magnetithaltigen Beläge können ebenso andere, allgemein bekannte Reinigungslösungen verwendet werden.
  • Zur Verbesserung der Reinigungswirkung wird die Reinigungslösung auf eine Temperatur im Bereich von 40°C bis 160°C erhitzt. Dies geschieht vorzugsweise durch Einleiten von Heißdampf in den Dampferzeuger. Alternativ wird die Reinigungslösung mit Hilfe der Hauptkühlmittelpumpen über den Primärkreislauf der kerntechnischen Anlage erhitzt. Wird die Reinigungslösung soweit erhitzt, dass diese aufkocht, so führt dies zu einer Durchmischung der Reinigungslösung. Alternativ wird zur Durchmischung der Reinigungslösung Inertgas in den Dampferzeuger gepresst. Verbrauchte und unverbrauchte Reinigungslösung werden gemischt, wobei insbesondere unverbrauchte Reinigungslösung an Stellen gerät, an denen noch Ablagerungen 12 vorhanden sind, so dass diese dadurch aufgelöst werden können. Die Ablagerungen 12 werden durch die aufkochende Reinigungslösung zusätzlich mechanisch von den Oberflächen des Dampferzeugers entfernt.
  • Die von der Reinigungslösung aufgelösten Magnetit-Ablagerungen werden durch Ablassen der Reinigungslösung aus dem Sekundärraum 6 entfernt. Die übrigen, von der Reinigungslösung nicht aufgelösten Magnetit-Ablagerungen, welche aufgehäuft auf dem Rohrboden 10 liegen, werden mechanisch, beispielsweise durch Spülen des Rohrbodens 10, aus dem Sekundärraum 6 entfernt.
  • Bevor anschließend die kupferhaltigen Ablagerungen 12 aus dem Dampferzeuger 2 entfernt werden, wird dieser erneut getrocknet. Dieser weitere Trocknungsschritt führt erneut zu einer physikalischen/mechanischen Destabilisierung der nach dem ersten Reinigungsschritt übrig gebliebenen Ablagerungen 12.
  • Die kupferhaltigen Ablagerungen 12 werden aufgelöst, indem wasserlösliche Komplexe der Kupferverbindungen gebildet werden. Als Komplexbildner ist beispielsweise Ethylendiamin (EDA), Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in amoniakalischer Lösung unter oxidierenden Bedingungen geeignet. Oxidierende Bedingungen werden beispielsweise durch Zudosieren von Wasserstoffperoxid und/oder Einblasen,von Luft oder Sauerstoff erreicht. Nach erfolgter Auflösung der kupferhaltigen Ablagerungen 12, wird die Reinigungslösung aus dem Dampferzeuger 2 abgelassen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Reinigung des im Betrieb von einem Sekundärkühlmittel durchströmten Sekundärraumes (6) eines Wärmetauschers (2) einer kerntechnischen Anlage, von während des Betriebes an und auf den Oberflächen des Sekundärraumes (6) gebildeten Ablagerungen (12) mit den folgenden Schnitten:
    - Ablassen des Sekundärkühlmittels aus dem Sekundärraum (6) des Wärmetauschers (2),
    - Trocknen der Ablagerungen (12) bei von dem Sekundärkühlmittel überwiegend entleertem Sekundärraum (6) und
    - Einbringen einer Reinigungslösung in den Sekundärraum (6), wobei der Sekundärraum (6) zur Trocknung der Ablagerungen (12) mit Unterdruck beaufschlagt wird und die Reinigungslösung in den mit Unterdruck beaufschlagten Sekundärraum (6) eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reinigungslösung auf eine Temperatur zwischen 40°C und 160°C erhitzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reinigungslösung dadurch erhitzt wird, dass Heißdampf in den Sekundärraum (6) eingeleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reinigungslösung in dem Sekundärraum (6) zum Sieden gebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die in dem Sekundärraum (6) vorhandenen Ablagerungen (12) zumindest teilweises durch Spülen, aus diesem entfernt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Sekundärraum (6) des Wärmetauschers (2) von Ablagerungen (12) gereinigt wird, die überwiegend magnetithaltig sind.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Wärmetauscher der Dampferzeuger (2) einer kerntechnischen Anlage gereinigt wird.
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