DE2120332A1

DE2120332A1 - Spulen in Metallstruktur zur Wärmeisolierung der Zuleitungsrohre für Gas von hoher Temperatur

Info

Publication number: DE2120332A1
Application number: DE19712120332
Authority: DE
Inventors: Flaviano Mailand Farfaletti-Casali (Italien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1970-04-22
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1971-11-11
Also published as: GB1283329A; CA934677A; US3747646A; NL7105459A; BE765753A; LU62996A1; FR2090003A5

Description

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PATENTANWALT DIPL-ING. R. MOLLER-BDRNER PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY

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TEL. 0311 . 762907 ■ TELEGR. PROPINDUS . TELEX 0184057 _TEL, 0811 . 225585 . TELEGR. PROPlNDUS . TELEX 0524244

Berlin, den 21. April 1971

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM), Earopazentrum Kirchberg / Luxemburg

Spulen in Metallstruktur zur Wärmeisolierung der Zuleitungsrohre für Gas von hoher Temperatur

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmeisoliersystem für Gasleitungen, insbesondere Rohre mit rundem Querschnitt, beruhend auf der Verwendung von Isolierspulen, die aus Metallstrukturen von gewelltem und geschweisstem Blech bestehen.

Dieses System beruht auf der Verwendung einer Folge innerhalb der Leitung aufeinandergestapelter Isolierspulen, beispielsweise in Zuführungsleitungen für Gas von hoher Temperatur und hohem Druck in gasgekühlten Kernreaktoren. Das vom Reaktor kommende Gas hat eine Temperatur von etwa 800 G und wird zu den Wärmeaustauschern geleitet, wo es nach Abgabe eines Teils der Wärme mit ι
Reaktor zurückkehrt.

Teils der Wärme mit einer Temperatur von etwa 300 C zum

Entsprechend einer bekannten Anordnung erfolgt der Hin- und Rückfluss des Gases in zwei konzentrischen Rohren, und zwar strömt im inneren Rohr das Gas mit hoher Temperatur, während im Zwischenraum zwischen Innen- und Aussenrohr das Gas mit niedriger Temperatur zurückfliesst.

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Es erhebt sich daher das Problem, das Gaszuleitungsrohr auf der Strecke Reaktor - Wärmeaustauscher zu isolieren durch ein Isoliersystem, welches in das Rohr selbst zu verlegen ist, um zu vermeiden, dass die Wandungen dieses Rohres sich in zu hoher Temperatur befinden.

In Anbetracht der hohen Geschwindigkeiten und der hohen Drücke, welchen das Gas unterliegt, erheben sich grosse Probleme, um eine Isolierung zu schaffen, welche das Eindringen von Strömen unter Druck innerhalb des Isoliersystems fc verhindert und ferner die schnelle Herabsetzung des Gasdruckes selbst ermöglicht, ohne mechanische Veränderungen zu erfahren.

Um diese Nachteile zu beseitigen, bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Isoliersystems, welches aus einer Folge von Isolierspulen besteht, die in der Zu- oder Förderleitung des Gases aufeinander gestapelt und getrennt mittels Schweissen an die Leitung selbst befestigt sind. Jede Spule ist somit von den benachbarten Spulen unabhängig, iiinslchtlich welcher sie mit einem axialen Spiel versehen xsl;, welches die der Länge nach auftretenden Wärmeausdehnungen absorbieren kann.

P Die zwischen desi verschiedenen Spulen bestehenden Unterbrechungen werdsa ausgenutzt, um schnelle Druckherabsetzungen im Isoliersystem zu ermöglichen, und sind so beschaffen, dass der Gasumlauf nicht verändert und das Eindringen von Gas strömen in die Spulen vermieden wird.

Bei dem erfindungsgemässen Isoliersystem sind die Spulen so strukturiertj, da3s schnelle DrtacMierabsetzttngen des Gases (normale und zufällige) bis zu einer Geschwindigkeit der

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Druckherabsetzung der Grössenordnung von 100 atm/sec. möglich sind, ohne dass ein Schaden für die Spulen entsteht.

Zu diesem Zwecke ist der Innenaufbau der Spulen durchgeführt worden, indem zahlreiche parallele Zellen, eine jede so lang wie die Spule und mit geschlossenem Ende, um das Eindringen der Gasströmung zu vermeiden, und einem offenen Ende zur Ermöglichung schneller Herabsetzung des Druckes, einander genähert wurden.

Die Isolierzellen besitzen somit eine weit höhere Längsdimension als die transversale oder diametrale Dimension. Da nun jede Zelle ebenso lang ist wie die Spule, ist es, da Wände oder Trennwände längs der Spule nicht nötig sind, klar, dass dem Abfluss des Gases während der Herabsetzung des Druckes keine Hindernisse entgegenstehen.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung umfasst das Isoliersystem eine Reihe wärmeisolierender Spulen, eine jede bestehend aus metallischen, einen inneren Metallzylinder umhüllenden Verkleidungen, begrenzt von einem äusseren Metallzylinder, der innen längs eines Umfanges an das Rohr geschweisst und an dieser Schweissung geschlossen ist. Das oder die freien Enden sind offen, profiliert und von den anliegenden Spulen so entfernt, dass der freie Abfluss des Gases möglich ist, welches innerhalb der Metallverkleidungen während der vorübergehenden Erscheinungen der schnellen Druckherabsetzung des Systems enthalten ist.

Der beschriebene Aufbau wird in den Zeichnungen veranschaulicht, und es zeigen:

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Fig. 1 einen schematischen Querschnitt der Isolierspulen;

Fig. 2, 3> 4 und 5 verschiedene Ausführungsbeispiele des Füllmaterials und

Fig. 6 eine Variante des Systems.

Unter Bezug auf Fig. 1 wird mit 1 die Isolierspule bezeichnet, welche innerhalb der Leitung 2 mit kontinuierlicher Umfangsschweissung 3 geschweisst ist. Diese Schweissung wird an einem der Spulenenden durchgeführt, nämlich dem Ende, welches sich stromaufwärts des Gasflusses in der Leitung befindet. Der Gasfluss wird durch einen Pfeil gekennzeichnet.

Das Ende der an das Rohr geschweissten Spule besteht aus einem Blech k, welches nach Art einer Stufe profiliert ist und auch den Abschlussteil darstellt, welcher den Durchgang des Gases durch die Spule verhindert. Das Blech 4 ist, wiederum durch Schweissung, mit der zylinderförmigen Innenverkleidung 5 verbunden. Eine weitere zylindrische Verkleidung 6 ist ausserhalb der Spule vorgesehen, auch sie ist durch Schweissung an das Endteil 4 befestigt. Somit liegt die Isolierspule innerhalb der beiden zylinderförmigen Verkleidungen 5 und 6 und ist an einem Ende begrenzt von dem Blech k, während sie am anderen Ende vollkommen frei ist. Der Zwischenraum 7 zwischen den einander folgenden Spulen ermöglicht nicht nur die Entleerung eines während der Erscheinungen der Druckherabsetzung enthaltenen Teils des Gases, sondern auch die axialen Wärmeausdehnungen der Spule.

Der Innenaufbau der vollmetallischen Spule entspricht folgenden Anforderungen! Er besteht aus parallelen

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Isolierzellen 8, deren jede an einem Ende vom Blech k

abgeschlossen ist, während sie am anderen Ende auf den Zwischenraum 7 zu offen istj er hat gute Isoliereigenschaften und begrenzt soweit wie möglich die Wärmeverluste in radialer Richtung durch Ausstrahlung, Fortführung und Ableitung.

Dies wird erreicht, indem zahlreiche konzentrische Metallschichten übereinander gelegt werden, wobei die transversalen Abmessungen der Zellen entsprechend begrenzt werden und zur Ausführung der Spule sehr dünne Bleche in Stärken der Grössenordnung von 0,1 bis 0,2 mm verwendet werden. Der besondere Aufbau sichert darüber hinaus die Aufnahme der differentialen Ausdehnungen in radialer Richtung zwischen der inneren Verkleidung 5> welche hohen Temperaturzyklen ausgesetzt ist, und der Aussenverkleidung 6, welche bei niedrigeren Temperaturen verbleibt.

Ein Vorteil, den die erfindungsgemässe Lösung bietet, ist der Umstand, dass im Handel erhältliche Metallstrukturen verwendet werden können. Es handelt sich um Metallstrukturen aus dünnem Blech, gebogen und geschweisst, die aus nichtrostenden Stählen und Legierungen ausgeführt werden können und normalerweise zu Zwecken verwendet werden, bei welchen der Faktor Gewicht von grosser Bedeutung ist.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieses Strukturmaterials, bestehend aus übereinandergelegten Schichten verschiedener dünner Bleche, die längs der Berührungsabschnitte so gebogen und geschweisst sind, dass sie Zellen oder Wabenhöhlungen von beispielsweise sechseckiger Form umgrenzen.

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Ein anderes Ausführungsbeispiel der metallischen Struktur ist in Fig. 3 gezeigt, wo die Bleche, anstatt gebogen zu sein, lediglich gewellt und miteinander anden Berührungspunkten verschwelest sind.

Die Abmessungen sind nicht beschränkt, so dass Teile in den erforderlichen Dimensionen hinsichtlich Länge, Breite, Stärke auch bei den Abmessungen der Waben, verwendet werden können.

Die Abmessungen der letzteren in den normalerweise im Handel erhältlichen Ausführungen sind so, dass sie einen Kreis von 5 bis 10 mm Durchmesser umschreiben.

Eine zur Anwendung der erfindungsgemässen Lösung besonders angezeigte Ausführung wäre eine solche, worin die laben eine im Umfang verlängerte Form hätten, d. h. wo die Dimension in Richtung des Umfange grosser wäre als die Dimension in radialer Richtung. Dieses würde die Isoliereigenschaften der Struktur verbessern und ihre Verformbarkeit in radialer Richtung erleichtern.

Das verwendete Material in seinen verschiedenen Ausführungs- W formen hat ferner den Vorteil, dass es wegen der sehr geringen Stärke durch Durchbiegung der ¥abenwände Wärmeausdehnungen in transversaler Richtung zu den Achsen der laben leicht absorbieren kann. Ebenso durch Durchbiegen der ¥ände kann dieses Material leicht gekrümmt werden, wie in Fig. k gezeigt, um zylindrische Oberflächen zu verkleiden.

Die Struktur!erung der zylinderförmigen Isolierspulen ist somit leicht durchführbar, indem zwischen die beiden rohrförmigen Verkleidungen, nämlich die innere 5 und die äussere 6, ein oder mehrere Ausschnitte (Sektoren) eingesetzt werden,

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die aus geeigneten Stärken des in den Fig. 2, 3 und k angegebenen Materials bestehen und entsprechend der vorher bestimmten Krümmung angeordnet werden.

Die Ausschnitte werden an den Enden beschnitten, damit sie sich einerseits dem profilierten Blech k anpassen, und andererseits das Profil der Diskontinuitäten 7 kopieren (Zwischenräume 7)·

Die Berührungsflächen zwischen dem Aufbaumaterial und den rohrförmigen Verkleidungen innen und aussen werden dann aneinander punktgeschweisst oder in kontinuierlicher Weise geschweisst.

Fig. 5 zeigt den Schnitt eines Stückes einer so zusammengesetzten Spule, gesehen von der Seite des für die Druckherabsetzung freien Endes, d. h. von der Seite des Zwischenraumes 7· 9 und 10 sind die Berührungs- und Schweisssteilen zwischen dem Aufbaumaterial und den äusseren Verkleidungsrohren 6 bzw. den inneren 5.

Fig. 6 zeigt eine Variante der Erfindung. Bei dieser Lösung besteht jede Isolierspule aus zwei Hälften 11 und 12 , die rittlings über eine kreisförmige Metallkrone 13 gesetzt sind, welche zwischen den beiden Verkleidungen 5 und 6 angeordnet ist, die als Verschlussteil dient und den Durchfluss von Gas durch die Spule verhindert. Die Druckherabsetzung im System erfolgt somit an den beiden freien Enden Ik und 15 der beiden Halbspulen 11 und 12.

Patentansprüche ι

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Claims

Patentansprüche

M.jWärmeisoliersystem für Leitungen oder Rohre, die von einem Gas von hoher Temperatur und hohem Druck durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Reihe von wärmeisolierenden Spulen umfasst, eine jede bestehend aus einem Ganzen von Metallverkleidungen, die um einen inneren Metallzylinder gewickelt sind und begrenzt werden von einem äusseren Metallzylinder und es sind die Spulen innen an das Rohr längs eines Umfanges geschweisst und an dieser Schweissung geschlossen, während das oder die freien Enden offen sind, profiliert und von den anliegenden Spulen in der Weise entfernt, dass der freie Durchfluss des Gases möglich ist, welches zwischen den Metallverkleidungen während der vorübergehenden Erscheinungen schneller Druckherabsetzung im System enthalten ist.
2. Wärmeisoliersystem für Leitungen oder Rohre entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverkleidung aus konzentrischen Metallschichten besteht.
3. Wärmeisoliersystem für Leitungen oder Rohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverkleidung aus einer Metallspirale besteht, deren Enden an den Innenzylinder bzw. den Aussenzylinder geschweisst sind.

k. Wärmeisoliersystem für Leitungen oder Rohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverkleidung aus Blechschichten besteht, die längs der

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Berührungslinien, geschweisst sind, so dass parallele Wabenhöhlungen begrenzt werden und so lang sind wie die Spule und verschlossen gegenüber dem geschlossenen Ende der Spule und geöffnet gegenüber dem anderen Ende.

¥ärmeisoliersystem für Leitungen oder Rohre nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverkleidung aus gewelltem und längs der Berührungslinien angeschweissten Blechschichten besteht, derart, dass Wabenhöhlungen, parallel verlaufend und von in der Richtung des Umfangs verlängertem Querschnitt begrenzt werden, lang wie die Spule, verschlossen gegenüber dem geschlossenen Ende der Spule und offen gegenüber dem anderen Ende.

Wärmeisolxersystem für Leitungen oder Rohre nach den Ansprüchen 1, k, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierenden Spulen geschlossen sind von einer kreisförmigen Krone in ihrem mittleren Bereich, wobei die Enden offen, profiliert und von den benachbarten Spulen abgesetzt sind.

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