DE2835584A1

DE2835584A1 - Verfahren zum zusammenbauen der teile eines waermeaustauschers sowie auf diese weise aufgebauter waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2835584A1
Application number: DE19782835584
Authority: DE
Inventors: Klaas Buit
Original assignee: Neratoom BV
Current assignee: Neratoom BV
Priority date: 1977-08-17
Filing date: 1978-08-14
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB2002658A; US4202086A; GB2002658B; NL172896C; NL7709088A; FR2400682A1; DE2835584C2; FR2400682B1

Description

__ DR SOLF & ZAPF PATENTANWÄLTE

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DR.-ING. DIPL.-ING. A. SOLF _ 3 - DIPL.-ING. CHR. ZAPF

Wall 27/29 56OO Wuppertal 1 Postfach 13O219

l/p/1128

B.V. Neratoom

' s-GRAVENHAGE, Niederlande

Verfahren zum Zusammenbauen der Teile eines Wärmeaustauschers sowie auf diese Weise aufgebauter Wärmeaustauscher,

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbauen der Teile eines Wärmeaustauschers, wobei man ein Rohrbündel mit Zu- und Abfuhrleitungen in ein oben offenes Gefäss absenkt, bis ein vorspringender Wandteil des Rohrbündelsystems auf einem hochstehenden Wandteil des Gefässes aufruht, worauf man beide Wandteile durch Schweissen aneinander befestigt.

Ein solches Verfahren wird oft bei der Wiederherstellung eines schadhaften Wärmeaustauschers angewendet. Das Gefäss, d.h. die Umhüllung, eines Wärmeaustauschers, der in den Primärkühlkreis eines Kernreaktors aufgenommen ist, ist normalerweise in eine Oeffnung im Betonboden eines Raumes im Reaktorgehäuse eingelassen. Unter dem Betonboden laufen die Leitungen des Primärkreises zu und von dem Gefäss. Im Gefäss ist ein Rohrbündelsystem mit Zu- und Abfuhrleitungen angeordnet, durch welches System Kühlmittel vom Sekundärkühlkreis geführt wird.

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Wenn im Wärmeaustauscher ein Mangel, z.B. ein Leck in einem der Rohre des Rohrbündelsystems auftritt, -wird die Verbindung, die am oberen Gefässende Zwischen der Gefässwand und der Wand des Rohrbündelsystems besteht, aufgehoben, z.B. mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges, und wird das Bündel in seinem Ganzen aus dem Gefäss herausgehoben. Nach der Beseitigung des Mangels oder nach dem Ersatz des Bündels durch ein neues Bündel senkt man das Bündel wieder in das Gefäss ab, bis die betreffenden Wandteile sich wieder berühren, worauf eine Schweissverbindung zwischen den betreffenden Wandteilen hergestellt wird.

Bei Wärmeaustauschern, die zwischen das Primärsystem und das Sekundärsystem eines Kernreaktors aufgenommen sind, sind die obengenannten Arbeiten mittels Fernbetätigung durchzuführen, da, solange die Verbindung zwischen Rohrbündelsystem und Gefäss aufgehoben ist, eine offene Verbindung zwischen dem Primärsystem und dem Raum ausserhalb des Wärmeaustauschers besteht. Solange eine solche offene Verbindung besteht, ist es dem Bedienungspersonal 6Us Sicherheitsgründen nicht gestattet, den betreffenden Raum zu betreten.

Wenn bei der Anordnung der Schweisse, nachdem das Rohrbündel wieder in das Gefäss eingesetzt worden ist, eine Störung in der fernbetätigten Anlage auftritt, oder wenn ein Riss in der Schweissnaht entstanden ist, besteht immer noch die offene Verbindung zwischen dem Primärsystem und dem Raum ausserhalb des Wärmeaustauschers, wodurch es nach wie vor unmöglich ist, diesen Raum zu betreten.

Die Erfindung soll nunmehr ein Verfahren schaffen, bei dem sich der vorgeschriebene Nachteil nicht ergibt. Dieser Zweck wird durch ein Verfahren erreicht, bei dem man um das Rohrbündelsystem im Bereich des oberen Endes, aber unter dessen vorspringendem Wandteil oder auf einem nach innen ragenden Rand der Gefässwand, vor der Anordnung des Rohrbündels im Gefäss, ©inen Dichtungsring anbringt, der solche Abmessungen aufweist, das die Gehlitzfönnige Oeffnung zwischen dem Rohrbündelsystem und der Gefässwand n&eh Anordnung des Rohrbündelsystems im Bereich des Dichtungsringes hermetisch abgedichtet ist.

Vorzugsweise wird erfindungsgemäss bei einem Wärmeaustauscher, in dem i&ihdestens das Primärmedium flüssiges Natrium ist, ein Dichtungsring aus

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erstarrtem Natrium angewendet. Ein solcher Dichtungsring kann, bevor das Rohrbündel wieder in das Gefäss eingesetzt wird, an der einschlägigen Stelle dadurch gebildet werden, dass mit Hilfe einer Folie ein ringförmiger Behälter um das Rohrbündelsystem herum oder auf einem nach innen ragenden Rand der Gefässwand angeordnet wird, in den Behälter flüssiges Natrium eingegossen wird, worauf man das flüssige Natrium erstarren lässt und die Folie beseitigt. Auch kann der Dichtungsring an der einschlägigen Stelle dadurch gebildet werden, dass ein Band oder drahtförmiges festes Natrium um das Rohrbündelsystem gewickelt wird. Bei der Anordnung eines Ringes aus festem Natrium muss selbstverständlich in einer Atmosphäre gearbeitet werden, die nicht mit dem Natrium reagiert. Eine Argonatmosphäre kann beispielsweise angewendet werden.

Bei Anwendung eines Ringes aus festem Natrium mit ausreichenden Abmessungen füllt das Natrium den ganzen Raum zwischen dem Rohrbündelsystem und der Gefässinnenwand an der einschlägigen Stelle und bewirkt es eine gute Abdichtung. Nachdem festgestellt worden ist, dass die Schweissverbindung zwischen dem Rohrbündelsystem und dem Gefäss den gestellten Anforderungen entspricht, kann der Wärmeaustauscher wieder in Betrieb gesetzt werden. Dabei wird heisses flüssiges Natrium in das Gefäss in dem Raum zwischen der Gefässwand und dem Rohrbündel einströmen. Das feste Natrium des Dichtungsringes wird schmelzen und in das heisse Primärnatrium aufgenommen werden. Falls gewünscht, kann man den Dichtungsring aus festem Natrium schon eher entfernen, indem man dem Ring in anderer Weise Wärme zuführt, wodurch dieser schmilzt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen darin:

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe im Querschnitt eines Wärmeaustauschers, bei dem das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar ist,

Fig. 2 eine Wiedergabe im Querschnitt eines für das erfindungsgemässe Verfahren wesentlichen Teiles des Wärmeaustauschers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Wiedergabe im Schnitt eines Teiles des Rohrbündelsystems mit um dieses befindlichem Dichtungsring und eines Teiles des Gefässes des Wärmeaustauschers, abgebildet, bevor das Rohrbündelsystem an seine Stelle gebracht worden ist, und ₉₀g_813/0708

Fig. k eine entsprechende Wiedergabe, nachdem das Bündel an die richtige Stelle geLracht worden ist.

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In Fig. 1 ist/Wärmeaustauscherj bei dem das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar ist, schematisch wiedergegeben. Der Wärmeaustauscher umfasst ein äusseres Gehäuse oder Gefäss 1, das mit einer Zufuhrleitung 2 zum Zuführen von heissem Kühlmittel versehen ist, das beispielsweise aus dem Kern eines Kernreaktors kommt, wo es erhitzt worden ist. Weiter ist das Gefäss 1 mit einer Abfuhrleitung 3 versehen, durch welche das Kühlmittel wieder aus dem Wärmeaustauscher abgeführt wird, nachdem es im Wärmeaustauscher Wärme an ein anderes, durch den Wärmeaustauscher geführtes Kühlmittel abgegeben hat (Sekundärkreis). Das Gefäss 1 ist oben mit einem Flansch U versehen. Mit diesem Flansch h r^iht das Gefäss auf dem Rand eines Betonbodens 5 auf. Der Rand des Bodens 5 begrenzt eine Oeffnung im Boden, In der das Gefäss 1 angeordnet ist. Das Gefäss 1 befindet sich also grössenteils im Raum unter dem Boden 5- Zwischen dem Flansch h und dem Boden 5 ist normalerweise eine gute Abdichtung vorgesehen, so dass der Raum unter dem Boden 5₃ wo die Leitungen für den Primärkuhlkreis (zu und von dem Kernreaktor) laufen, nicht mit dem Raum über dem Boden 5 in Verbindung steht, wo sich die Leitungen für den Sekundärkühlkreis befinden.

Im Gefäss 1 ist das Rohrbündelsystem des Sekundärkühlmittels angeordnet. Dieses System überragt das Gefäss 1 und ist am oberen Ende des Gefässes 1 fest damit verbunden, z.B. mittels einer Schweissverbindung. Das Rohrbündelsystem umfasst ein zentrales Rohr 6, in dem das Sekundärkühlmittel zugeführt wird. Das Rohr 6 mündet in eine untere Sammelkammer, die im vesentlichen aus einem Gefäss 8 besteht, das oben durch eine um die Mündung des Rohres 6 angeordnete Rohrplatte 9 abgeschlossen ist. In die Rohrplatte 9 münden eine Vielzahl von Rohren 10, durch welche Rohre 10 das Sekundärkühlmittel, das der Sammelkammer T durch das Rohr 6 zugeführt worden ist, wieder aus der Sammelkammer abgeführt wird. Die Rohre 10 münden oben in die Rohrplatte 11. Die Rohrplatte 11 bildet die untere Begrenzung der Sammelkammer 12, die sich im oberen Teil des Rohrbündelsystems in das zentrale Rohr 6 befindet. In der Wand 13 der Sammelkammer "befindet sich eine Oeffnung, an welche die Abfuhrleitung lh angeschlossen ist.

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Im Gefäss 1 ist um das Rohrbündel des Rohrbündelsystems ein zylindrischer Schirm 15 angeordnet, der so beschaffen ist, dass an dessen unterem und oberem Ende eine Oeffnung zwischen dem Raum ausserhalb des Schirmes 15 und dem Raum um die Rohre 10 besteht. Zwischen dem Schirm 15 und der Wand des Gefässes 1 befindet sich eine ringplattenförmige Trennwand 16.

Im Betrieb wird primäre, heisse Kühlflüssigkeit (z.B. flüssiges Natrium aus dem Kernreaktor) durch die Zufuhrleitung 2 zugeführt. Im Gefäss 1 bewegt sich dieses heisse Kühlmittel nach oben zwischen der Wand des Gefässes 1 und dem Schirm 15. Durch die Oeffnung über dem'Schirm 15 bewegt das Kühlmittel sich zwischen den Rohren 10 und an ihnen entlang und um sie herum nach unten, wo es durch die Oeffnung unter dem Schirm 15 wieder in den Raum zwischen der Wand des Gefässes 1 und dem Schirm 15 gelangt und schliesslich durch die Abfuhrleitung 3 abgeführt wird. Sekundärkühlmittel (z.B. flüssiges Natrium) wird gleichzeitig durch das Rohr 6 in die Sammelkammer 7 eingebracht, von dort durch die Rohre 10 der Sammelkammer 12 zugeführt und von dort durch die Leitung \K abgeführt. Bei diesem Durchströmen von Kühlmitteln gibt das heisse Primärkühlmittel Wärme an das kühlere Sekundärkühlmittel ab.

Beim Auftreten von Mangeln im Wärmeaustauscher, z.B. beim Auftreten eines Leckes in einem der Rohre 10 wird der Durchfluss von Kühlmitteln durch die Anlage beendigt, wird die Schweissverbindung ziwschen dem Gefäss 1 und dem Rohrbündelsystem aufgelöst und wird das ganze Rohrbündelsystem aus dem Gefäss 1 herausgehoben. Das Durchschneiden der Verbindung zwischen dem Rohrbündelsystem und dem Gefäss und das Herausheben des Bündels aus dem Gefäss erfolgt normalerweise mittels einer fernbetätigten Anlage und in einer inerten Atmosphäre. Nach der Wiederherstellung des Rohrbündelsystems oder nach dessen Ersatz durch ein anderes senkt man das System wieder in das Gefäss 1 ab, worauf das Rohrbündelsystem und das Gefäss wieder miteinander verschweisst werden. Danach kann das Bedienungspersonal, falls erforderlich, den Raum um das obere Ende des Wärmeaustauschers wieder betreten. Wenn jedoch die Schweissverbindung nicht gut hergestellt worden ist, z.B. durch eine Störung in der fernbetätigten Schweissanlage oder durch das Auftreten eines Risses in der Schweissnaht, bleibt eine offene Verbindung zwischen dem Raum über dem Boden 5 und dem Primärsystem bestehen. Der Raum darf dann nicht betreten werden.

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Erfindungsgemäss wird nun "bei der Wiederanordnung des Rohrbündelsystems eine vorübergehende Abdichtung zwischen diesem System und dem Gefäss 1 hergestellt. Bei einem Wärmeaustauscher, in dem flüssiges Natrium das Primär- und das Sekundärkühlmittel ist, besteht diese vorübergehende Abdichtung erfindungsgemäss aus einem Ring aus festem (erstarrtem) Natrium, der im Bereich des oberen Endes um das Rohrbündelsystem angeordnet wird. Beim Einsetzen des Bündels wird dieser Ring durch das Bündelgewicht zusammengedrückt und füllt der Ring dabei die ringschlitzförmige Oeffnung zwischen dem Rohrbündelsytem und der Gefässwand aus, wodurch eine hermetische Abdichtung zustande gekommen ist. Falls gewünscht", kann der vorübergehende Dichtungsring auch auf einem nach innen ragenden Rand der Gefässwand angeordnet werden.

In Fig. 2 ist die Verbindung zwischen der Wand des Gefässes 1 und dem Rohrbündelsystem näher wiedergegeben. Ueber dem Flansch k bildet die Wand des Gefässes 1 einen zylindrisch hochragenden Wandteil 17· In dessen Innern ist ein den Wandteil 17 überragender zylindrischer Schirm 18 angeordnet. Im Innern des Gefässes 1 ist das Rohrbündels'ystem angeordnet. Die Wand der Sammelkammer 12 am oberen Ende des Rohrbündelsystems ist, wie wiedergegeben, im Bereich des oberen Endes des Gefässes 1 mit einem verdickten Teil versehen, der am Aussenumfang mit einem nach unten ragenden zylindrischen Wandteil 20 versehen ist. Der Wandteil 20 passt genau auf den Wandteil und um den zylindrischen Schirm 18. Nach Anordnung des Rohrbündelsystems werden die Wandteile 17 und 20 miteinander verschweisst, so dass die Schweissverbindung 21 dazwischen entstanden ist.

Die Wand 13 am oberen Ende des Rohrbündelsystems verbreitert sich einigermassen auf der Höhe des zylindrischen Schirmes 18 und die Wand des Gefässes 1 ist unter dem Schirm 18 mit einem nach innen ragenden Teil 22 versehen, εο dass auf der Höhe des Schirmes 18 ein ringschlitzförmiger Raum 23 besteht.

In Fig. 3 ist der betreffende, in Fig. 2 abgebildete Teil nochmals wiedergegeben, und zwar in dem Moment, dass das Rohrbündelsystem beinahe an seine Stelle gebracht ist. Um das Rohrbündelsystem ist ein Ring 2k aus erstarrtem Natrium angeordnet. Die Abmessungen des Ringes 2k sind derart, dass dieser den Ringspalt 23 praktisch ganz ausfüllen kann.

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In Fig. k ist die Lage wiedergegeben, in der das Bündel ganz an seine Stelle gebracht ist. Durch das Bündelgewicht ist der Ring 2k zusammengedrückt. Der ringschlitzförmige Raum 23 ist praktisch mit dem zusammengedrückten Ring 2k ausgefüllt. Auf jeden Fall bildet der Ring 2k eine hermetische Abdichtung zwischen dem Gefäss 1 und dem Rohrbündelsystem. Wenn danach, nachdem festgestellt worden ist, dass die Schweissverbindung 21 einwandfrei ist, der Wärmeaustauscher wieder in Betrieb gesetzt wird und die Temperatur darin steigt, wird das Natrium des Ringes 2k schmelzen und wird es aus dem Raum 23 fliessen. Das Natrium des Ringes 2k gelangt dann in das Natrium des Primärkreises. Das bringt selbstverständlich keine Nachteile mit sich.

Es wird klar sein, dass die in den Figuren wiedergegebenen Teile nur zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens dienen. Die Erfindung kann genausogut bei Wärmeaustauschern mit anderswie gebildeten Teilen angewandt werden, vorausgesetzt, dass es einen Raum zwischen dem Gefäss und dem Rohrbündelsystem gibt, in dem ein um das Bündel angeordneter Dichtungsring, der, wie schon bemerkt, auch auf einem nach innen ragenden Rand der Gefässwand angeordnet sein kann, zusammengedrückt werden kann und eine hermetische Abdichtung bilden kann.

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Claims

ANSPRUE C HE

1. Verfahren zum Zusammenbauen der Teile eines Wärmeaustauschers, wobei

man ein Rohrbündel mit Zu- und Abfuhrleitungen in ein oben offenes Gefäss absenkt, bis ein vorspringender Wandteil des Rohrbündelsystems auf einem hochstehenden Wandteil des Gefässes aufruht, worauf man beide Wandteile durch Schweissen aneinander befestigt, dadurch gekennzeichnet, dass man um das Rohrbündelsystem im Bereich des oberen Endes, aber unter dessen vorspringendem Wandteil oder auf einem nach innen ragenden Rand der Gefässwand, vor der Anordnung des Systems im Gefäss, einen Dichtungsring anordnet, der solche Abmessungen aufweist, dass die ringschlitzförmige Oeffnung zwischen dem Rohrbündelsystem und der Gefässwand nach der Anordnung des Rohrbündelsystems im Bereich des Dichtungsringes hermetisch abgedichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungsring aus erstarrtem Natrium angewendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring an der einschlägigen Stelle dadurch gebildet wird, dass mit Hilfe einer Folie ein ringförmiger Behälter um das Rohrbündelsystem angeordnet wird, in den Behälter flüssiges Natrium eingegossen, wird, worauf man das flüssige Natrium erstarren lässt und die Folie beseitigt.

k, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring an der einschlägigen Stelle dadurch gebildet wird, dass ein band- oder drahtfÖrmiges festes Natrium um das Rohrbündelsystem gewickelt wird.

5. Wärmetauscher zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus einem oben offenen Gefäß mit Zuführ- und Abfuhrleitungen, in das ein Rohrbündelsystem abgesenkt ist, wobei ein vorspringender Wandteil des Rohrbündelsystems auf einem hochstehenden Wandteil des Gefäßes aufruht und wobei die beiden Wandteile durch Schweißen miteinander verbunden sind, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß zwischen der Wand (13) am oberen Ende des Rohrbündelsystems und der Wand des Gefäßes (1) ein ringschlitzförmiger Raum (23) angeordnet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ringschlitzförmigen Raum (23) ein Ring (24) aus erstarrtem Natrium angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Flansch (4) die Wand des Gefäßes (1) einen zylindrisch hochragenden Wandteil (17) bildet, in dessen Innern ein den Wandteil (17) überragender zylindrischer Schirm (18) angeordnet ist, im Innern des Gefäßes (1) das Rohrbündelsystem angeordnet wird, die Wand (13) der Sammelkammer (12) am oberen Ende des Bündelsystems im Bereich des oberen Endes des Gefäßes (1) mit einem verdickten Teil versehen ist, der am Außenumfang mit einem nach unten ragenden zylindrischen Wandteil (20) versehen ist, der Wandteil (20) genau auf den Wandteil (17) und um den zylindrischen Schirm (18) paßt.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (13) sich am oberen Ende des Rohrbündelsystems verbreitert,und zwar in etwa auf der Höhe des zylindrischen Schirms (18) und die Wand des Gefäßes (1) unter dem Schirm (18) mit einem nach innen ragenden Teil (22) versehen ist, woraus auf der Höhe des Schirms (18) der ringschlitzförmige Raum (23) resultiert.

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