DE7434344U

DE7434344U - Fluessigmetall/wasser-waermetauscher mit auswechselbaren rohrbuendeln

Info

Publication number: DE7434344U
Application number: DE7434344U
Authority: DE
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1974-10-14
Filing date: 1974-10-14
Publication date: 1976-07-08

Description

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11 . 10. Ι'Γ/4

2 4.277.9

INTHRATOM

Internationale Atomreak torbau Gmbli 506 Bensberg

Flüssigmetall/U'assei -Wärmetauscher mi t auswechselbaren

Rohrbündeln

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigmetall/ Wasser-Wärmetauscher, hei dem zahlreiche Wasser bzw. Dampf von hohem Druck enthaltende Rohre in einem mit Flüssigmetall von niedrigerem Druck gefüllten Behälter angeordnet sind. Dieser Wärmetauscher ist besonders geeignet als Zwangsdurchlaufdampferzeuger für Kernenergieanlage]!.

iei Wärmetauschern dieser Art mufi auch bei sorgfältiger Fertigung und Betriebs führung mit kleinen Undichtigkeiten gerecnnet werden, die infolge der oft heftigen exothermen Reaktion zwischen aem heißen Flüssigmetall und Wasser zu größeren Schaden führen, wenn sie nicht schnellstens festgestellt und die betreffenden Rohrleitungen verschlossen werden.

Bisher wurde, wenn am Austritt eines Flüssigmet al l/l.'asser-Wär::i2tauschers Hydride oder Oxide des betreffenden Flüssigmetalls festgestellt wurden, cL· r ganze Wärmetauscher abgestellt, entleert, geöffnet und mit sehr langwierigen und mühseligen Vorfahren das schadhafte Rohr lokalisiert und verschlossen. Dieses Vorgehen ist noch nicht be Γ ie-

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digend. Schilden an einem Rohr füh reu oft später zu weiteren Scnäden an benachbarten Rohren oder sogar an der Behälterwand. Wenn nach längerer lic t r i ebs ze i t zahlreiche Rohre ausgefallen sind, die, wie besen rieben, nur provisorisch verschlossen wurden, muß der l);.;ipfer:euj;ür im ganzen ausgewecnse 11 oder repariert werden. Diese i.epnraturen verursachen lan.ere Betriebsunterbrechungen· Der Daiiipferzeiifcr muß abgekühlt, entleert und gereinigt werden. Die scnadliaftcn und verschlossenen Ron rc sind teilweise i::i t I-'lüäs ί,ςιιι^ t a'I 1 und teilweise mit dessen Reaktionsprodukten gefüllt, was bei der Reinigung besondere Schwieri gke i ten verurs ach t.

Aufbaue der vorliegenden Lrfin.iwr.g ist ein Flüssigmetall/ lVasser-V,ä n-iet auscnor, bei den die zur Beseitigung eines Sciiadenfalles an einei;: Warn.etausciierroiir benötigte Betriebs· unterbrechung möglichst kurz ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wild ein Il üss i grne tal 1 /Wasser-V.'ärr.eta scher, bei dein zahlreiche V.asser bzw. Da;apf vor. ho;ie;r, Druck enthaltende Rohre in einem oder iiichreren mit Fluss ign'.j tal 1 von niedrigerer.: Druck gefüllten Behältern angeordnet sind, vorgeschlagen, bei dem ein oder mehrere senkrechte Rohrbündel, die von einen oben und unten offenen Mantel ungeben sind, im Behälter nach oben auswechselbar angeordnet sind und der freie Querschnitt zwischen Be η ä 1 te rinnen'.·.· and und Mantel außenwand zumindes tens annänernd abgedichtet ist. Diese Anordnung setzt voraus, daß der Behälter in üblicher Weise an seinem oberen bzw. seinem unteren Lnde einen Zu- bzw. Abfluß für Flüssigmetall aufweist. Da die einzelnen Rohrbündel zur Strömlings führung jeweils von einem oben und unten offenen Mantel umgeben sind und dieser Mantel zur Behälterinnenwand hin zumindestens annähernd abgedichtet ist, fließt das Flüs-

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sigmetall zwangsläufig und ohne wesentliche Nebenströme im (j'cgens troin durch das Dampf bzw. Wasser führende Rohrbündel. Die einzelnen auswechselbaren Rohrbündel sind jeweils nur -an ihrem oberen Ende mit einem Flansch auf einem entsprechenden Flansch im Behälterdeckel befestigt und können sich in senkrechter Richtung nach unten frei aus de linen. Iip Schadensfall werden nur die Dampf bzw. Wasser enthaltenden Rohrleitungen oberhalb des Rohrbündels unterbrochen, die Flanschverbindung wird gelöst und das ganze Rohrbündel nach oben aus dem Behälter herausgehoben. Zweckr.iäßigerweise wird das ganze Rohrbündel in eine besondere Wechselvorrichtung hineingezogen, die während dieser Handhabung dicht auf dem Behälterdeckel befestigt ist. Wenn in dem Behälter am oberen Ende ein Schutzgasraum vorgesehen ist, kann die Flanschverbindung zwischen dem oberen Ende des Behälters und dem Wärmetauscherbündel in konventioneller Weise abgedichtet sein. Ein Ablassen des Flüssigmetalls oder gar die Unterbrechung von Flüssigmetall enthaltenden Rohrleitungen ist vor oder während der Auswechselung eines Rohrbündels nicht notwendig.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der oben und unten offene Mantel des Rohrbündels ebenfalls auswechselbar gestaltet ist. Bei dieser Anordnung kann das Rohrbündel wesentlich schneller ausgewechselt werden, weil es durch diesen Mantel gegen Beschädigen beim Auswechseln geschützt ist. Außerdem kann der Abstand zwischen den äußeren Rohren des Rohrbündels und der Innenwand dieses Mantels wesentlich geringer sein, so daß der nicht am Wärmeaustausch teilnehmende Nebenstrom des Flüssigmetalls innerhalb des Mantels geringer wird. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, daß bei einem Schaden an einem äußeren Rohr des Rohrbündels auch dieser Mantel beschädigt wird. Daher sollte eine Inspektion dieses Mantels bei jedem Wechsel des Rohrbündels durchgeführt werden können,

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der oben und unten offene Mantel des Rohrbünciu Is an seinem unteren linde trichterförmig verengt ist. Diese trienter for in ige Verengung, die selbstverständlich auch mit einem abgerundeten Übergang zum eigentlichen Mantel versehen sein kann, erleichtert nicht nur die Montage beim Einsetzen des Rohrbundeis in den Behälter, sondern führt auch das aus dem Rohrbündel austretende Flüssigmetall zusammen, so daß an dieser Stelle eine geeignete Sonde zum Nachweis von Undichtigkeiten am Rohrbündel angeordnet werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wire' vorgeschlagen, daß in der Mitte des Rohrbündels ein Zentralrohr vorhanden ist, das an seinei:. unteren Ende verschlossen ist und ein oder mehrere Fallrohre für das kalte Speisewasser enthält. Ein solches Zentralrohr ist nicht nur sehr zweckmäßig als Kern bei wende] förmigen Rohrbündeln, sondern es schützt auch die kalten Speisewasser rohre vor dem direkten Kontakt mit der; heißen Flüssigmetall. Ua diese Fallrohre oft einen wesentlich größeren Durchmesser haben als die eigentlichen l\'ärme tauscherrohre , würde bei Führung im Flüssigmetall ein Leck an einem solchen Fallrohr einen wesentlich größeren Schaden verursachen, als ein Leck an einem Wärmetauscherrohr. Die kalten Fallrohre werden an ihrem oberen Ende zweckmäßigerweise nur gleitend gegen das Zentralrohr abgestützt, um Wärmespannungen zwischen den kalten Fallrohren und dem v/armen Zentralrohr zu vermeiden. Der Zwischenraum zwischen den Fallrohre; und dem Zentralrohr kann in üblicher Weise mit einem Inertgas gefüllt sein oder sogar mit der Außenluft in Verbindung stehen. Außerdem können die Zentralrohre benutzt werden zur Anordnung von Leck- oder Schwingungsdetektions systemen.

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Ιίι weiterer Aus yv. s t ;i 1 t ung tier .'ir ! induii g wird vor re seil lagen, daß der ι,ιίΐ 1 IiI s s i im.;c r .ί 1 1 re fii 1 i te Behälter aus mehreren !'.(.'!κι 1 te rn besteht, die jewe'ls an Lhre;i oberen bzw. unteren ti'i-.len mi. L eine;¹; ;.;<:· ;\e i ns yncn Zu- bzw. Abfluß fur Flüssigmetall verbunden sind. Auf diese Weise werden die Ii '· mis t. :i rke η de- he'ialters sowie das Fluss igme t al 1 volumen im üeiiälter eriieblicn verringert. Die Anordnung¹, mehrerer lieiiiJtei kann beispielsweise auf einem Kreis mit einem zentralen Zu-- bzw. Abfluß oder aber aucii in einer Reihe i.:it einen an diese!" l'.cilu' ent^Ί ankaufenden Zu- bzw. Abfii;!' für das I-1 iiss i ,i;;'.¹1 a 1 1 erfol;;e.i.

i) ι e i-'iiuiren 1 bis 4 zeilen i..ü;^:,liciie Beispiele der l:rf i η J. unr,.

rinir 1 7.(i t jn sche.nat i s ie ι ter Form einen senkrechten l.an s¹,-'· senil 11 ^ durch einen e r fi ndunj'S peniä ßen Wärmetauscher. iialuL wird i:i der linken 1.,'ilfte ein Schnitt durch ein Wende 1 rohrbünde 1 und in der rechten liälfte ein Schnitt durch ein iiradroiirbünde 1 i; i t Rohrboden gezeigt. M Pin· 2 zeip.t einen waa^er^ciiLen Qucrsclinitt durch Figur 1, wobei in diesem Fall sieben Rohrbündel in einem zylindrischen behälter angeordnet sind.

Figur 5 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen er f inuungs pe mäße η Wärmetauscher, der aus mehreren par..Helen Behältern besteht.

Figur 4 zeigt einen waagerechten Schnitt durch Figur 5, wobei in diesem Fall acht Behälter vorhanden sind, die jeweils mit einem zentralen Zu- bzw. Abfluß für Flüssigmetall verbunden sind.

In den Figuren 1 und 2 enthält der Behälter 1 sieben oben und unten offene Mantelrohre, die in diesen Fall je;%^feils an ihrem oberen Ende nit dem Behälterdeckel 3 verschweißt sind und jeweils entweder ein Wendelrohrbündel 4 oder ein Gradrohrbünael S enthalten. Der Behälter 1 hat

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an seinem oberen Lnde mindestens einen Zuflußstutzen 25 für heißes Natrium und aus Sicherheitsgründen mindestens einen weiteren Stutzen ο, der nit einer Berstscheibe 7 ve rsciilossen ist und zu einem nicht näher beschriebenen Abscheider und Samme !raum führt. An seinem unteren Ende enthält der Behälter 1 mindestens einen Abflußstutzen ύ für das abgekühlte Natrium und jeweils unter den Mantelrohren 2 einen Stutzen 9 in denen nicht näher beschriebene Überwachungssonden für das aus den Mantelrohren 2 austretende Natrium angeordnet sein können. Die am oberen Deckel 5 de? Behälters 1 fest eingespannten Mantelrohre 2 sind über mehrere waagerechte Zwischenböden 10 gegeneinander und gegen die Innenwand des Behälters 1 abgestützt. Die Abstützung, zwisenen den Mantelrohren 2 und den waagerechten Boden 10 erfolgt in an sich bekannter Weise gleitend mit geringem Abstand, so daß sich die Mantelrohre 2 frei nach unten ausdehnen können und kein wesentlicher Nebenstrom des heißen Natrium zwischen den Mantelrohren 2 und der Innenwand des Behälters 1 hindurchfließen kann. V. ie weiter oben bereits beschrieben, können die Mantelrohre 2 aucli auswechselbar gestaltet sein. In dem Fall sind die Mantelrohre 2 von weiteren in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellten Stutzen umgeben, die jeweils in den Behälterdeckel 3 eingeschveißt sind. In jedem Fall schützen die Mantelrohre die ÄJehältcrwand vor weiteren Schäden durch .Natrium-V/asser- Reaktionen, venn im Rohrbündel ein Loch entsteht. In der Mitte der Rohrbündel 4 bzw. .S ist jeweils ein Zentralrohr 11 bzw. 12 enthalten und darin wiederum ein oder mehrere kalte Speisewasserrohre 15 bzw. 14. Diese Zentralrohre 11 bzw. 12 sollen die kalten Speisewasserrohre 15 bzw. 11 vor dem direkten Kontakt mit dem heißen Natrium schützen. Im Falle des in der linken Hälfte der Figur 1 dargestellten IVendelrotirbündel'- dient dieses Zentralrohr gleichzeitig als Kern für das aus mehreren parallelen Rohrschlangen

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gewickelte Rohrbündel. Außerdem können in diesen Zentralrohren in nicht näher gezeigter Weise Sonden für den Nachweis von Lecks oder Schwingungen angeordnet werden. Unter diesen Umständen kann auf die Anordnung der schon beschriebenen Stutzen 9 am Boden des Behälters 1 verzichtet werden. Am oberen Ende der Rohrbündel 4 bzw. 5 ist jeweils ein Speisewasserstutzen 15 bzw. 16 und ein Dampfstutzen 17 bzw. 18 vorgesehen. Der in der linken Hälfte der Figur 1 gezeigte Speisewasserstutzen ist an seinem unteren Ende 13 in an sich bekannter Weise verschlossen und über Wärmespannungen ausgleichende Rohrbogen durch das Zentralrohr 11 hindurch mit dem Rohrbündel 4 verbunden. Beim Austritt aus dem Rohrbündel 4 werden die Wendelrohre in ebenfalls an sich bekannter Weise durch einen Deckel 19 zu einem Sammler 2Ö geführt, der mit dem Dampfstutzen 17 verbunden ist. In der rech-' ten Hälfte der Figur 1 wird das untere Ende 14 des Speisewasserrohres 16 in einen Ringrau.n 22 geführt, dessen Überseite einen Rohrboden darstellt für das aus geraden Rohren bestehende Rohrbündel 5. Am oberen Ende dieses Rohrbündels 5 ist wiederum in üblicher Weise ein Rohrboden vorgesehen, der durch die Haube 23 verschlossen und mit dem Dampfstutzen IS verbunden ist.

In den Figuren 3 und 4 sind die Behälter 30 jeweils an ihren oberen und unteren Enden über sternförmige Rohrleitungen 31 bzw. 32 mit einem Zufluß 33 bzw. Abfluß 54 für das Flüssigmetall verbunden. In den Behältern y sind wie in Figur 1 auf der linken Seite aber in nic.it näher gezeigter Weise Wendelrohrbünde 1 enthalten, die ebenfalls einen Speisewasserstutzen 55, einen Sammler 30 und einen Dampfstutzen 37 aufweisen. Aa der Unterseite der Behälter 30 sind jeweils im tiefsten Punkt Stuten 38 vorgesehen, die wie in Figur 1 zur Anordnung von Sonden aber auch als Ablaßöffnung benutzt werden können. Aus dem Vergleich der

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Figuren 1 und 2 einerseits mit den Figuren 3 und 4 andererseits ist ersichtlich, daß die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Anordnung wesentlich weniger Natriuin volumen benötigt. Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Anordnung mehrerer miteinander verbundener Behälter kann anstatt auf einem Kreis auch in einer oder in mehreren parallelen Reihen erfolgen.

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Claims

1 I,10.1974 24.2 77.y S CU UT Z AKS P RLJ Cl IJi

1. Flüssigmetall/Wasser-Wärmetauscher, bei dem zahlreiche Wasser bzw. Dampf von hohem Druck enthaltende Rohre in einem oder mehreren mit Flüssigmetall von niedrigerem Druck gefüllten Behältern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß ein oder mehrere senkrechte Rohrbündel, die jeweils von einem oben und unten offenen Mantel umgeben sind, im Behälter nach oben auswechselbar angeordnet sind und der freie Querschnitt zwischen Behälterinnenwand und Mantelaußenwand zumindestens annähernd abgedichtet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1.
dadurch gekennzeichnet,

daß der oben und unten offene Mantel mit dem Rohrbündel zusammen auswechselbar gestaltet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der oben und unten offene Mantel am unteren Ende trichterförmig gestaltet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß im Inneren des Rohrbündels ein Zentralrohr vorhanden ist, das an seinein unteren Ende verschlossen ist und das ein oder mehrere Fallrohre für das Speisewasser enthält.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Behälter aus mehreren parallelen Behältern besteht, die jeweils an ihren oberen bzw. unteren Enden mit einem gemeinsamen Zu- bzw. Abfluß für Flüssigmetall verbunden sind.

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