DE2024995A1

DE2024995A1 - Nuclear reactor pressure - vessel insulation - from tubes stacked to close off convective paths

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Publication number: DE2024995A1
Application number: DE19702024995
Authority: DE
Priority date: 1970-05-22
Filing date: 1970-05-22
Publication date: 1971-12-02

Abstract

Pressure vessel made from prestressed concrete is protected from convective thermal loading by a system of tubes stacked horizontally, sealed both ends and filled with gas or evacuated, or partly filled with solid insulating medium. The tubes can vary in diameter so that small tubes fill out the gaps between the large tubes. The tubes are pref. overlapped in the ring space round the vessel so as to close off vertical convective paths. All thermal stress, expansion and contraction movements are accommodated by the tubes which are simple to install, last longer than conventional slab or plating.

Description

Thermische Innenisolierung für Druckbehälter Bei dickwandigen Druckbehältern für flüssige Medien höherer Temperatur ist die innenseitige Wärmeisolierung zum Schutz der Behälterwände oder bestimmter Zonen vor Übertemperaturen oder zu schnellen Temperaturänderungen sehr wesentlich. Dies gilt insbesondere für Spannbetondruckbehälter, bei denen die Wandtemperatur an keiner Stelle 70°C überschreiten darf.Thermal inner insulation for pressure vessels For thick-walled pressure vessels for liquid media at a higher temperature, the internal thermal insulation is used for Protection of the container walls or certain zones from excess temperatures or too rapid Temperature changes very significant. This applies in particular to prestressed concrete pressure vessels, where the wall temperature must not exceed 70 ° C at any point.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolierung für derartige Druckbehälter zu schaffen, die eine sichere Abschirmung der Behälterwandung bewirkt und alle Wärmedehnungen und Beanspruchungen bei Druckabsenkung sicher aufnimmt.The invention is therefore based on the object of providing thermal insulation for such pressure vessels to create a secure shielding of the vessel wall and safely absorbs all thermal expansions and stresses when the pressure drops.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß zwischen Prozeßraum und Druckbehälterinnenwandung im Bereich stagnierenden Betriebsmediums zahlreiche druck- und gasdicht verschlossene und als Konvektionssperren dienende Hohlkörper aus einem druckfesten Material angeordnet sind.The invention consists in that between the process space and the inner wall of the pressure vessel in the area of the stagnant operating medium, numerous pressure- and gas-tight seals and arranged as convection barriers serving hollow bodies made of a pressure-resistant material are.

Diese Hohlkörper sollen bei möglichst kleiner Wärmeleitung und entsprechender Anordnung den konvektiven Wärmetransport durch das Betriebsmedium in den Zwischenspalten ausschließen.These hollow bodies should with the lowest possible heat conduction and corresponding Arrangement of the convective heat transport through the operating medium in the intermediate gaps exclude.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Hohlkörper aus an beiden Enden dicht verschlossenen Isolierrohren bestehen. Diese Isolierrohre können in mehreren Reihen nebeneinander und mehreren Schichten übereinander horizontal verlaufend angeordnet sein.It when the hollow body is made at both ends is particularly advantageous tightly sealed insulating pipes exist. These insulating tubes can be in several Rows next to one another and several layers on top of one another running horizontally be.

Die Isolierrohre selbst können mit einem Gas gefüllt oder auch weitgehend evakuiert sein.The insulating tubes themselves can be filled with a gas or also largely be evacuated.

Die Vorteile einer derartigen Rohrisolierung liegen darin, daß an Stelle großflächiger Isolierschalen Isoliereinheiten kleinerer Abmessung treten, die frei sind von Wärmespannungen als Folge des radialen Temperaturabbaues. Die Wärmespannungen führten bei den bisherigen Konstruktionen zu Rissen an den Schweißnähten. Die Abdichtung und Prüfung dieser Rohre ist problemlos, weil die einzelnen Rohre nur an den Enden dichtgeschweißt werden müssen. Die Dichtheit kann auf lange Zeit garantiert werden und Wärmedehnungen und Beanspruchungen bei Druckabsenkungen bereiten keine Schwierigkeiten. Selbst für den Fall der Undichtheit eines Rohres ist weder die Isolierung noch die Reinheit des Kühlmittels gefährdet noch ein Bersten bei Druckabsenkung zu erwarten. Die Isolierrohre können dabei z.B. aus austenitischem Material hergestellt sein, so daß für viele Fälle auch das Korrosionsproblem gelöst ist.The advantages of such pipe insulation are that on Replace large-area insulating shells with insulating units of smaller dimensions, which are free from thermal stresses as a result of the radial temperature reduction. the In previous designs, thermal stresses led to cracks in the weld seams. The sealing and testing of these pipes is easy because the individual pipes only need to be welded tightly at the ends. The tightness can last for a long time guaranteed and cause thermal expansion and stress when pressure drops no difficulties. Even in the event of a leak in a pipe, neither is the insulation nor the purity of the coolant still jeopardizes bursting Pressure drop to be expected. The insulating tubes can be made of austenitic, for example Material be made so that in many cases the corrosion problem is also solved is.

Die Isolierrohre können auch unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Um die Gesamtrohrzahl zu verringern, können Rohre mit relativ großem Durchmesser eingesetzt werden und die größeren Zwischenräume durch entsprechend kleinere Rohre ausgefüllt werden. Ferner können die Isolierrohre ovalen Querschnitt aufweisen und mit einem festen Isolierstoff zur Druckentlastung vollständig oder teilweise gefüllt sein.The insulating tubes can also have different diameters. In order to reduce the total number of tubes, tubes with a relatively large diameter can be used are used and the larger gaps through correspondingly smaller pipes fill out. Furthermore, the insulating tubes can have an oval cross-section and completely or partially filled with a solid insulating material to relieve pressure be.

Zur besseren Unterbindung des Konvektionswärmetransportes in den Spalten zwischen den einzelnen Isolierrohren ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Rohrreihen jeweils um etwa einen Rohrradius zur Abdeckung der Rohrspalten der vorhergehenden Reihe verschoben sind. Eine optimale Konvektionssperre bilden die Rohre bei horizontaler Anordnung auch im Ringraum, da die konvektionsbegünstigenden durchgehenden vertikalen Spalte wegfallen.For better prevention of convection heat transport in the crevices between the individual insulating tubes, it is advantageous if the individual rows of tubes each by about a pipe radius to cover the pipe gaps of the previous one Row are shifted. The pipes form an optimal convection barrier when they are horizontal Arrangement also in the annulus, as the convection-promoting continuous vertical ones Drop out column.

Zum leichteren Einbau'kann der Isolierringraum durch radiale Zwischenwände in Sektoren unterteilt sein, die ihrerseits jeweils mit entsprechenden Rohrgruppen besetzt sind.For easier installation, the insulating ring space can be provided with radial partitions be subdivided into sectors, each with its own tube groups are occupied.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise einer thermischen Isolierung nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil der Druckbehälterwandung mit innenliegender Isolierung, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen meil der Rohrisolierung nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Rohrende mit entsprechender Abdichtung.A schematic drawing shows the structure and mode of operation a thermal insulation according to the invention explained in more detail. Fig. 1 shows a longitudinal section through part of the pressure vessel wall with an interior Insulation, Fig. 2 shows a cross section through a meil of the pipe insulation according to Fig. 1 and 3 show a longitudinal section through a pipe end with a corresponding seal.

Nach Fig. 1 ist die Isolierung aus horizontal verlaufenden Isolierrohren 1, die in einzelnen Reihen und mehreren Schichten übereinander angeordnet sind, selbst dabei in einem Ringspalt 2 zwischen dem eigentlichen Prozeßraum 3 und der Druckbehälterwandung 4 - in diesem Falle ein Spannbetondruckbehälter - angeordnet. Zweckmäßigerweise werden dabei die Isolierrohre 1 am Außenumfangvon einem geschlossenen zylindrischen Mantel 5 umgeben, der mit dem Druckbehälter 4 einen Ringspalt 6 für das Kühlmedium bildet, das zweckmäßigerweise unter dem gleichen Druck wie das eigentliche Kühlmittel steht. Die Begrenzung auf der Innenseite der Isolierrohre 1 kann durch eine gelochte Zylinderwand 7 gebildet sein, die die Entspannung des heißen Druckmediums in radialer Richtung zum Zentrum hin ermöglicht.According to Fig. 1, the insulation is made of horizontally extending insulating tubes 1, which are arranged in individual rows and several layers on top of each other, even in an annular gap 2 between the actual process space 3 and the Pressure vessel wall 4 - in this case a prestressed concrete pressure vessel - arranged. The insulating tubes 1 are expediently closed on the outer circumference surrounding cylindrical shell 5, which with the pressure vessel 4 an annular gap 6 for the cooling medium forms, which is expediently under the same pressure as the actual Coolant is standing. The limitation on the inside of the insulating tubes 1 can through a perforated cylinder wall 7 can be formed, which relaxes the hot pressure medium in the radial direction towards the center.

Die Lochung ist dabei so optimiert, daß auch bei maximal möglicher Druckabsenkung keine Beschädigung der Innenwand auftritt und andererseits die Stagnation des Betriebsmittels in den Spalten nicht gestört wird.The perforation is optimized so that even with the maximum possible Pressure drop does not damage the inner wall and on the other hand stagnation of the equipment in the columns is not disturbed.

Der isolierende Ringraum kann nach Fertigungs- und Montage--gesichtspunkten in nicht näher dargestellte Sektoren aufgeteilt sein, die jeweils durch radiale Trennwände voneinander getrennt sind. In diese Sektoren wird dann jeweils ein Paket von Isolierrohren 1 eingesetzt. Die einzelnen Rohrlagen erstrecken sich dabei über die volle zylindrische Höhe des Behälters 4.The insulating annular space can be based on manufacturing and assembly considerations be divided into sectors not shown, each by radial Partitions are separated from each other. A package is then placed in each of these sectors of insulating pipes 1 used. The individual pipe layers extend extends over the full cylindrical height of the container 4.

Ferner können die Isolierrohre auf gleichem Radius an mehreren Stellen miteinander verbunden sein, da sie gleiche Temperatur besitzen.Furthermore, the insulating tubes can be placed on the same radius in several places be connected to each other because they have the same temperature.

Zur Verkleinerung der Spalte zwischen den Rohren können die Rohre in den einzelnen Schichten jeweils unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, so daß der Konvektionswärmetransport in den einzelnen Spalten zwischen den Rohren besser unterbunden wird.To reduce the gap between the pipes, the pipes each have different diameters in the individual layers, so that the convection heat transport in the individual gaps between the pipes is better is prevented.

In Fig. 2 ist die Lage mehrerer Isolierrohre gleichen Durchmessers zueinander gezeigt, wobei die Spalte zwischen den Rohren weitgehend abgedeckt sind.In Fig. 2, the position of several insulating tubes of the same diameter is shown to each other, the gaps between the tubes are largely covered.

In Fig. 3 ist die Dichtschweißung der einzelnen Rohre 1 gezeigt, wobei jeweils am Rohrende eine Platte 8 eingeschweißt ist, so daß überstehende Kanten vermieden sind, um eine dichte Packung der Isolierrohre zu ermöglichen.In Fig. 3, the sealing weld of the individual tubes 1 is shown, wherein a plate 8 is welded at each end of the pipe, so that protruding edges are avoided in order to enable a tight packing of the insulating tubes.

Zur Erhöhung der Druckfestigkeit der Isolierrohre können diese ferner mit Isolierbeton oder einem anderen festen Isolierstoff gefüllt sein und selbst als Ovalrohre ausgebildet werden. Darüber hinaus ist es möglich, derartige Ovalrohre lediglich mit einem Keramikstab als Innenabstützung über den kleinsten Durchmesser zu versehen.To increase the compressive strength of the insulating tubes, these can also filled with insulating concrete or another solid insulating material and itself be designed as oval tubes. It is also possible to use oval tubes of this type only with a ceramic rod as an internal support over the smallest diameter to provide.

Kit dem beschriebenen Aufbau und der Anordnung von entsprechend geformten Isolierrohren im Isolierspalt zwischen Prozeßraum und Druckbehälterwandung ist es also auf einfache Weise möglich, eine wirksame und bei allen Betriebs zuständen sichere Isolierung zu schaffen, durch die ein Wärmetransport durch Konvektion vom Prozeßraum zur Druckbehälterwandung weitgehend abgebaut werden kann. Dies gilt insbesondere bei der Anwendung für Kernreaktoren, ist jedoch auch für Behälter der chemischen Verfahrenstechnik geeignet.Kit with the structure described and the arrangement of appropriately shaped It is insulating pipes in the insulating gap between the process space and the pressure vessel wall thus possible in a simple way, effective and in all operating conditions to create safe insulation that allows heat to be transported by convection from the Process space can be largely reduced to the pressure vessel wall. This is especially true when used for nuclear reactors, however, it is also used for chemical containers Process engineering suitable.

10 Patentanspsüche 4 Figuren10 patent claims 4 figures

Claims

Claims 1. Internal thermal insulation for pressure vessels in particular of nuclear reactors, characterized in that between the process space (3) and the inner wall of the pressure vessel (4) In the area of the stagnant operating medium, numerous pressure- and gas-tight seals and arranged as convection barriers serving hollow bodies made of a pressure-resistant material are.

2. Thermal inner insulation according to claim 1, characterized in that that the hollow bodies consist of insulating tubes (1) sealed at both ends.

3. Thermal inner insulation according to claim 2, characterized in that that the insulating tubes (1) in several rows side by side and several layers are arranged horizontally one above the other.

4. Thermal inner insulation according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the insulating tubes (1) are filled with a gas.

5. Thermal inner insulation according to claim 2 or 3, characterized in that that the insulating tubes (1) are evacuated.

6. Thermal inner insulation according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the insulating tubes (1) have different diameters.

7. Thermal inner insulation according to claim 2 or 3, characterized in that that the insulating tubes (1) have an oval cross-section and for pressure relief with are at least partially filled with a solid insulating material.

8. Thermal inner insulation according to one of claims 2 to 7, characterized characterized in that the tubes of each layer are each about a tube radius to Covering the pipe columns of the previous row are shifted.

9. Thermal inner insulation according to one of claims 1 to 8 characterized in that the insulating ring space (2) by radial partitions in sectors is divided, which in turn are each occupied with corresponding tube groups.

10. Thermal inner insulation according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that on the inside of the innermost layer of the hollow body (1) a perforated wall (7) is arranged.