DE2306582A1

DE2306582A1 - Druckkessel

Info

Publication number: DE2306582A1
Application number: DE2306582A
Authority: DE
Inventors: Knut Bratland; Stig Rutger Kaerker
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1973-08-30
Also published as: JPS4898418A; NO137063B; GB1426581A; NO137063C; SE360769B; FR2173276B1; US3818935A; FR2173276A1

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath _D__{62 WIESBADEN} s'. "Feb. 1973

Dr. Dieter Weber Dipi.-Fnys. Waubeiftert

Teicgramaudressei WIUfATEKT PATENTANWÄLTE

Aktiebolacret ^tomenergi, Liljeholms-32, Stockholm, Schvreden

Druckkessel

Priorität: Schvredische Patentanmeldung τϊγ. 2312/72 vom 24. Februar 1972

Die Erfindung betrifft einen Druckkessel mit einer Außenwand, beispielsweise aus Beton, die innen mit einem Futter derart ausgekleidet ist, daß es dem Kessel gut angepaßt ist und auch einen Ablauf auf v/eist. Im einzelnen betrifft die Erfindung eine neue Konstruktion des Ablaufes aus einem solchen Druckkessel. Solche Druckkessel sind unter anderem in J'ernkraftv/erken anzutreffen. Bisher sind in solchen Druckkesseln die Abzugseinrichtuneon für Wasser, Gas und Dampf häufig in der Beckenbasis angeordnet worden. Das Dampfrohr bestand j η diesem Zusammenhang aus einer? Rohr, das von der Beckenbasis aufragt und im Innern der Damnfkammer frei endet. Fin Rohr dieser Art hat jedoch

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den Hauptnachteil, daß das in den Tank enthaltene Wasser" m die Dampfleitungen mitgerissen wird und die Turbine usw„ erreicht, falls in dem von dsm Wasser umgebenen Rohrteil eine Undichtigkeit auftritt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen-Druckkessel zu schaffen, durch den der vorstehend erwähnte Mangel beseitigt wird. Der Ablauf für dan Druckkessel gemäß der Erfindung ist derart eingerichtet, daß der Innenkessel, der gewöhnlich eine relativ dünne T*⁷and aufweist, in der Lage ist, sich gegenüber der Hauptwand und ihrer Auskleidung in allen Richtungen schwach zu bewegen, d.h. der Ablauf ist in der Lage, normaler Wärmedehnung zu widerstehen. Sollte trotzdem der Ablauf reißen, so ist die Konstruktion so getroffen, daß ein nennenswerter Austritt von Gas oder Flüssigkeit verhindert ist.

Der Druckkessel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf den Kessel in Form eines Innenrohres verlängert, das einen ersten sich von dem Kessel aus erstreckenden geraden Abschnitt und einen zweiten von ersten im wesentlichen rechtwinkligen geraden Abschnitt aufweist, daß ferner die Auskleidung sich in Form eines gegen Außendruck widerstandsfähigen Rohres erstreckt, das zu dem ersten und zweiten geraden Abschnitt des Innenrohres koaxiale erste und zweite gerade Abschnitte aufweist oder stattdessen nur einen geraden Abschnitt aufweist, der mit den zweiten geraden Abschnitt des Innenrohres koaxial ist, so daß ein Doppelrohr gebildet wird, das einen ersten und einen zweiten geraden Abschnitt oder einen zweiten geraden Abschnitt aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen Innen-·

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und Außenrohr solche Größe hat, daß die auftretende größte Bewegung frei vor sich gehen kann, unc! daß Innen- und Außenrohr miteinander unter Bilduna eines einsigen Rohres jenseits desjenigen Teiles des Doppelrohres verbunden sind, der den zweiten geraden Abschnitt des Innenrohres enthält.

fl einer Ausführungsform der Erfindung ist der Knick in dem Doppelrohr außerhalb der Wand des Druckkesse.ls gebildet, d.h. der erste gerade Abschnitt des Doppelrohres geht durch die ^T7and, während der zweite gerade Abschnitt ausserhalb derselben liegt.

Ge~".ciP einer anderen bevorzugten Ausführungsf orm liegt der erste gerade Abschnitt des Innenrohres innerhalb der ^T>Tanä (Futter) iss Druckgefäßes, während sein zweiter gerader Abschnitt sich koaxial mit dem Außenrohr erstreclct, das nunmehr lediglich aus einen einzigen geraden, durch diese Fand gehenden Abschnitt besteht.

le-.ir'ß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsf orm der Erfindung ist der ^aum zwischen den beiden Rohren dicht außerhalb äer Ansatzstelle des Außenrohres an dem Druckkesselfutter ir.it einer biegsamen Einschnürung versehen, die einerseits innerhalb dieses Pairaes zwischen den beiden Rohren das heiße Gas von dem kalten Gas in der. Raum zwischen Futter unc, Innenkessel trennt und andererseits den Leckverlust von diesem letzteren Raun im Falle eines Bruches des Außenrohres begrenzt.

Vorzugsweise ist das Innenrohr an dem Übergangspunkt zu der Stelle, v/o das iußenrohr an dein Futter befestigt ist, mit einer Drosselöüse ausgerastet, um das Entweichen von Dampf aus dem

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Kessel im Falle eines Bruches des Doppelrohres oder seiner Verlängerung zu begrenzen.

Das Außenrohr kann ferner in üblicher Weise an seiner Anbrin- · gungsstelle an dem Futter mit einer beweglichen Einschnürungseinrichtung oder einem Element versehen sein, das Leckverlust aus dem Raum zwischen Futter und Kessel im Falle eines Bruches des Außenrohres beschränkt, weil unter hohem Druck die biegsame Einschnürung im Falle eines Risses allgemein keinen angemessenen Flußbegrenzungseffekt hat.

Sfachstehend wird die Erfindung in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die Zeichnung in bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.

Fig. l ist ein Axialschnitt durch eine Ausführungsform des Druckkessels nach der Erfindung,

Fig. 2 ist ein vergrößerter Axialschnitt durch einen der Abläufe gemäß Fig, I,

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform des Ablaufes.

Fig. 1 erläutert den dickwandigen Betondruckkessel eines Kernkraftwerkes, bei dem der Beton vorzugsweise vorgespannt ist, wie durch die sich horizontal und vertikal erstreckenden Vorspannkabel 47 und 48 schematisch angezeigt ist. Die Wand 1 ist mit einem Stahlfutter 2 versehen, und innerhalb des letzteren befindet sich ein dünnwandiger Kessel 3, dessen unterer Teil den spaltbaren Brennstoff in Form von Brennstoffelementen 37 und das als Kühlmittel für den Brennstoff benutzte Wasser 36

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enthält, während der obere Teil den von dem siedenden Wasser erzeugten Dampf enthält. Zur Regelung der Intensität der Ket tenreaktion dienen Kontrollstäbe, die in Führungsrohren 38 glei ten und je nach den» Ausmaß ihrer Einschiebung zwischen den Brennstoffelementen 37 in mehr oder weniger starkem Maße die bei der Reaktion freigesetzten Neutronen absorbieren. Die Lage der Kontrollstäbe in dem sogenannten Reaktorkern, d.h. der Platz, wo sich die Brennstoffelemente 37 befinden, wird mittels der Treibeinrichtungen 39 geregelt. Zur Umwälzung des Wassers 36 durch den Kern dienen Umwälzpumpen 41, von denen eine in Fig. l gezeigt ist. Diese werden mittels Motoren 42 betrieben. Aus der Zeichnung ist auch ersichtlich, daß der Druckkessel mit einem VerschluSdeckel 34 versehen ist, der durch Streben 45 und Klinken 46 in seiner Lage gehalten wird.

Die bei der Kettenreaktion freigesetzte Energie bringt das Was ser 36 zum Sieden. Der gebildete Dampf wird durch Wasserdampf- Separatoren 43 und Dampftrockner 44 geleitet. Der aus diesen kommende trockene Dampf wird dann durch die Dampfauslasse 4,5 abgezogen, die seitlich durch den oberen Teil der Betonwanc? 1 geführt sind. Der in oberen rechten Teil der Fig. 1 gezeigte Auslaß stellt die Ausführungsform dar, bei welcher der Knick in dem Doppelrohr außerhalb der Wand des Druckkessels ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Der links oben in Fig. 1 gezeigte Ablauf ist wiederum identisch mit den ersterwähnten Ablauf auf der rechten Seite, obgleich in diesem Fall der Knick in dem Rohr nicht dargestellt ist.

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Der durch die Dampfauslasse entfernte Dampf wird in mindestens einer nicht dargestellten Turbine ausgenutzt und in kondensierter Form zum Druckkessel über mindestens ein Wasserzulaufrohr zurückgeführt (siehe Fig. 1) . Wenn aus irgendwelchen Gründen die gesamte Wärmeenergie in Form von Dampf nicht durch den zur Turbine führenden Ablauf aufgenommen wird oder nicht aufgenommen werden kann, so kann raan ein oder mehrere JTiederkühlrohie benutzen, durch die heißes Wasser aus dem Reaktor abgezogen und über die Wasserzulaufrohre 35 wieder zurückgeführt wird. Falls der Reaktor in unzureichender Weise mit Speisewasser durch das Rohr 35 beliefert wird, sind auch ein oder mehrere Rohre zur Notkühlung des Kernes vorhanden. In der Zeichnung ist kein solches Rohr gezeigt, aber es kann grundsätzlich in derselben Weise wie das Rohr 40 ausgeführt sein. ?71e oben erwähnt, werden im allgemeinen mehr als ein Rohr jeder Art, z.B. vier Wasserzulaufrohre, zwei Rohre zur Miederkühlung und vier Rohre für Notkühlung, benutzt.

Fig. 2 erläutert in größerer Darstellung einen der Abläufe der Fig, 1. Die in ihrem oberen Teil dargestellte Betonwand 1 ist mit einem Stahlfutter 2 versehen. In dessen Inneren befindet sich der Kessel 3, der dünnwandig sein kann, weil- er keine Belastungen aufzunehmen hat. Der Spalt 10 zwischen dem Futter 2 und dem Kessel 3 ist mit kaltem Gas von praktisch demselben Druck wie der Dampf im Kessel 3 gefüllt. Das Gas im Spalte 10 kann ständig ziemlich kühl gehalten werden, indem man den Kessel 3 mit einer Außenisolierung 13 versieht. Um den Beton des Druckkeesels gegen Aufheizung zu schützen, sind ferner Kühlkanä-

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le 15 an der Außenseite des Futters 2 vorgesehen. Der Dampfaustritt (Auslaß, Abzug usw.) ist dadurch gebildet, daß das Stahlfutter 2 unter Bildung eines gegen Außendruck widerstandsfähigen Rohres 4A und 4B und der Kessel 3 unter Bildung eines Innenrohres 5A und 5B ausgezogen sind. Das Innenrohr ist mit dem Außenrohr koaxial,und der Spielraum zwischen beiden reicht zur Anpassung an die größstmögliche auftretende Bewegung aus. Damit die Rohre 4 und 5 sich sowohl axialer als auch radialer Bewegung zwischen Futter 2 und Kessel 3 anpassen können, erstreckt sich jedes Rohr in Form eines ersten geraden Abschnittes 4A bzw. 5A von dem Futter 2 bzw. dem Kessel 3 und darauf in Form eines anderen geraden Abschnittes 4B bzw. 5B im wesentlichen rechtwinklig zu den ersten Abschnitten 4A und 5A. Die beiden koaxialen Rohre 4 und 5 sind unter Bildung eines einzigen Rohres 6 jenseits der zweiten geraden Abschnitte 4B und 53 zusammengefaßt. Gemäß der zeichnerischen Darstellung ist das Doppelrohr in diesen Fall außerhalb der Wand 1 umgebogen.

Um die thermisch induzierten Bewegungen zwischen den Rohren 4 und 5 bei Tenperaturwechsel im Kessel 3 und dem darin enthaltenen Dampf herabzusetzen,ist der Raum 11 zwischen den Rohren 4 und 5 mit Gas gefüllt, das in der Hauptsache die Dampftemperatur ir· Kessel 3 und Rohr 5 annimmt. D.h. das Rohr 5 ist nicht mit einer Isolierung versehen. Infolgedessen nimmt das Rohr 4 ungefähr dieselbe Temperatur an, wie das Rohr 5, und die Relativbewegungen zwischen den Rohren 4 und 5 aufgrund von Wärmedehnung bleiben gering. Um Wärmeverluste gegen die Umgebung zu vermindern, ist das Rohr 4 mit einer Außenisolierung 14 versehen.

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Im Raum 11 zwischen den beiden Rohren 4A und 5A befindet sich ein biegsamer Ring von Kegelstumpfform, dessen engeres Ende in einer Nut an der Außenseite des Innenrohres 5A eingelassen ist, während sein weiteres Ende frei gegen die Innenwand des Außerirohres 4A anliegt. Dieser Ring 9 dient in erster Linie dazu, die heißen Gase in dem Raum 11 von den kalten Gasen im Raum 10 abzutrennen, er kann aber auch zumindest bei relativ niedrigem Druck da?u dienen, Leckgasaustritt aus dem Raum 10 im Falle eines Bruches im Außenrohr 4 zu begrenzen. Bei einem Rohrbruch ist das weitere Ende des Ringes 9 dem Gasdruck im Raum 10 ausgesetzt und wird noch stärker als gewöhnlich in Kontakt mit dem Rohr 4A getrieben.

Als eine erste Schutzmaßnahme gegen raschen Gasaustritt aus dem Raum 10 bei einem Bruch im Außenrohr 4 ist jedoch dieses Rohr an seiner Ansatzstelle 16 am Futter 2 mit einem axial gleitbaren Ring 12 versehen. Dieser Ring ist in einer Ausnehmung 17 in der Einspannung 16 angeordnet und liegt abdichtend gegen denzweiten Teil 18 des Innenrohres 5A an, der mit seiner Ansatzstelle 17 den Anschluß an den Kessel 3 bildet, während er gleichzeitig in der Lage ist, über diesen verdickten Teil zu gleiten. Bei etwa auftretendem Druckabfall im Raum 11 wird der Ring 12 durch den Gasdruck im Raum 10 gegen eine Anschlagfläche 19 an , der Einspannung 16 getrieben, um eine gute Abdichtung für den Einlaß zum Raum 11 zu liefern.

Um das Entweichen von Dampf auf dem Kesel 3 im Falle eines Risses in dem Doppelrohr 4 und 5 oder seiner Verlängerung 6 zu begrenzen, ist das Rohr 5 an seiner Einspannstelle 7 am Kessel 3

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mit einer Drosseldüse 20 üblicher Bauart ausgerüstet. Die Düse 20 besitzt einen Plansch 8 und ist an dem Innenrohr 5A mittels ihrer Einspannung 7 verflanscht. Da die Einspannung 21, die den Kessel 3 mit dem Innenrohr 5A verbindet, so ausgebildet ist, daß sie zwischen den Flansch 8 und die Einspannung 7 paßt und sich gegen diese legt, dient diese Flanschverbindung auch zur Befestigung zwischen dem Kessel 3 und dem Innenrohr 5A.

Fig. 3 erläutert eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Knick im Innenrohr innerhalb der Außenwand des Druckkessels gebildet ist. Dabei- besteht das Außenrohr lediglich aus einem geraden Abschnitt außerhalb des zweiten geraden Abschnittes des Innenrohres. Soweit die Bezugszeichen mit denen der Fig. 2 übereinstimmen, treffen sie identische Einzelheiten beider Ausführungsformen.

Fig. 3 erläutert einen Druckkessel mit einer dicken Außenwand 22, die in diesem Fall in eine Seitenwand 22A und einenDeckel 22B aufgeteilt ist. Die Seitenwand 22A und der Deckel 22B sind im Innern mit einem Futter 23 ausgekleidet, das in ein durch die Seitenwand 22A geführtes äußeres druckfestes Rohr 25 übergeht. Inseitig vom Futter 23 befindet sich der eigentliche Kessel 24 für Gas oder Flüssigkeit. Dieser Kessel ist nach oben in Form eines Innenrohres 26 verlängert, das in die Wand 22 des Druckkessels umbiegt. Der zweite gerade Abschnitt 26B 1st koaxial zu dem Außenrohr 25, so daß ein Doppelrohr gebildet ist. Das Innenrohr 26 läßt sich inseitig von der Wand 22 in Form des geraden Abschnittes 26A ausführen, weil in dem Deckel 22B eine Ausnehmung 27 ausgebildet ist. Dies bedeutet unter anderm, daß das

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Gasvolumen in dem Raum 29 zwischen dem isolierten Innenkessel 24 und dem Futter 23 vergrößert ist. Ferner muß der ganze Teil des innenrohres 26, der innerhalb der Wand 22 liegt, mit einer Isolierung 28 versehen sein, um das Gas in dem Raum 29 und Ausneh- mung 27 kühl zu halten. Dieser erste gerade Abschnitt 26A geht dann in einen zweiten geraden Abschnitt 26B über, der mit dem ersten geraden Abschnitt einen Winkel von 90° bildet und mit dem Außenrohr 25 koaxial ist, das durch die Seitenwand 22A führt. Die beiden Rohre 25 und 26 sind unter Bildung eines einzigen Rohres 30 außerhalb der Seitenwand 22A zusammengefaßt.

In dem Raum 31 zwischen dem Außenrohr 25 und dem zweiten geraden Abschnitt 26B des Innenrohres befindet sich ein biegsamer Ring 9, dessen Aussehen und Wirkungsweise denen des entsprechenden Ringes in Fig. 2 entsprechen. Dasselbe gilt für den axial gleitbaren Ring 12, der in der Einspannung 32 angebracht ist, die das Außenrohr 25 an dem Futter 23 festlegt.

Zur Begrenzung des Leckverlustes aus dem Kessel 24 im Falle eines Bruches im Doppelrohr 25 und 26E oder dessen Verlängerung 30 ist das Innenrohr 26 wie im Fall des Innenrohres der Fig. 2 mit einer Drosseldüse 33 ausgerüstet. In diesem Fall ist jedoch . die Einschnürungs- oder Drosseldüse an der Verbindung zum zweiten geraden Abschnitt 26B des Innenrohres, d.h. zentrisch an der Verbindungsstelle 32 des Außenrohres 25 mit dem Futter 23 angeordnet.

Obgleich die vorstehende nähere Beschreibung des Druckkessels nach der Erfindung auf einen Auslaß oder ABzug zur Dampfabführung

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aus einem Betonkessel in einem Atomkraftwerk Bezug nimmt, ist die Erfindung in keiner Weise hierauf beschränkt. Sie läßt sich natürlich auf jeden Austritt, Auslaß oder Abzug für irgendwelche Strömungsmittel aus einem Druckkessel der in den Ansprüchen angegebenen Art anwenden. Ferner können die Ausführung der Außen- und Innenrohre und die Anschlußstelle zwischen Futter und Außenrohr wie zwischen Kessel und Innenrohr von der Darstellung in der Zeichnung abweichen, ohne daß die vorstehend dargelegten Vorteile verloren gehen. So brauchtz.B. der Winkel zwischen dem Kessel und dem ersten Abschnitt des Innenrohres und/oder der Winkel zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Innenrohres nicht genau 90° zu sein, und die relativen Verhältnisse der ersten und zweiten Rohrabschnitte sind in keiner Weise auf die zeichnerische Darstellung beschränkt. Ferner kann das Doppelrohr durch den Deckel des Druckkessels oder sogar durch dessen Boden geführt sein für den Fall, daß der Druckkessel so konstruiert ist, daß keine Gefahr eines Wasserleckverlustes durch die Dampfleitungen und eines Eindringens in die Turbine besteht. In diesen Fällen kann auch der Rohrknick entweder ausseits oder inselts von der Druckkesselwand angeordnet sein. Unter "Wand" ist hier entweder die Seitenwand oder die Decke oder der Boden zu verstehen. Der Grundgedanke der Erfindung ist selbstverständlich ebenso anwendbar auf jede andere Ausführungsform der Einschnürungsanordnung, der Drosseldüse α.dgl. sowie des elastischen und des axial gleitbaren,Ringes im Rahmen des allgemeinen Fachwissens.

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Claims

Patentansprüche

.JDruckkessel rait einer Außenwand, beispielsweise aus Beton, und einem Innenfutter, das der Kesselinnenseite angepaßt ist und auch einen ,ablauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf sich von dem Kessel (3, 24) in Form eines Innenrohres (5A, 5B, 26A, 2€B) mit eine© ersten geraden Abschnitt (5A, 26A),der von dem Kessel fortführt, und eineia zweiten geraden, im wesentlichen rechtwinklig zum ersten Abschnitt (5B,/26B) erstreckt ,« daß das Futter (2, 23) sich in Fora ei me?? gegen Außendruck widerstandsfähigen Bohres (4A, 4B, 25) fortsetzt, das die ersten und zweiten geraden Abschnitte (4A, 4B) koaxial mit dein ersten und zweitem geraden Abschnitt (5A, 5B) öes laanenrohr-as umfaßt oder stattdessen nur einen geraden Abschnitt (25) umfaßt, der mit dem zweiten geraden Abschnitt (26B) des ünaienrohres koaxial ist, so daß ein Doppelrohr aus eineia ersten xmß. einem zweiten geraden Abschnitt ©der einem zweiten geraden Abschnitt gebildet ist unddas Spiel zwischen dem Innen- und dem Außenrohr von solcher Größe ist, fia® die größsttaogliche auftreteBäe Bewegung frei vor sich gehen kann, und gekennzeichnet dadurch, «JaS Innen- und Außenrohre miteinander unter Bildung eines einzigen üolares (6, 3O) jenseits desjenigen "Steiles des Dqppelrohres vereinigt sind, der den zweiten geraden Abschnitt (5B, 26B) des Iunenrohres enthält.
2. Druckkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr einen ersten und einen zweitem geraden Abschnitt aufweist, daß der erste gerade Abschnitt (4A und 5A) des Doppelrch-

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res durch die Wand (1) geführt sind und daß ein zweiter gerader Abschnitt (4B und 5B) außerhalb von der Wand liegt.

3, Druckkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr einen einzigen geraden Abschnitt aufweist, daß der erste gerade Abschnitt (26A) des Innenrohres einseitig zur Wand (22) liegt und daß das Doppelrohr (25, 26B) durch die Wand geführt ist.

4, Druckkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (11, 31) zwischen dem Außen- (4A, 25) und dem Innenrohr (5A, 26B) dicht außerhalb der Anbringungsstelle (16, 32) des Außenrohres an dem Futter (2, 23 eine biegsame Einschnürung (9) angebracht ist.

5, Druckkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (5, 26) bei Durchführung durch die Anbringungsstelle (16, 32) des Außenrohres an dem Futter (2, 23) eine Drosseldüse (20, 33) trägt, die den Austritt von Strömungsmittel aus dem Kessel im Falle eines Risses des Doppelrohres (4, 5, 25, 26) oder dessen Verlängerung (6, 30) begrenzt.

6, Druckkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (4, 25) an der Stelle seiner Anbringung (16, 32) an dem Futter (2, 23) alt einer beweglichen Einschnürungeelnrichtung (12) ausgerüstet ist» die den Leckverlust aus den Raum (10, 27) «wischen den Futter und dem Kessel Xm TmXX eines Risses in den Außenrohr einschränkt.

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L e e r s e i t e