DE2124530C3 - Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauseherrohre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauscherrohre innerhalb des Bereiches der Rohrboden unter Verwendung der Explosionsschweißtechnik mit einem in das abzudichtende Rohr einzuführenden metallischen, eine zentrale Bohrung aufweisenden Verschlußstopfen mit einer Sprengladung und einer Zündkapsel.

In Kernkraftwerksanlagen werden zur Dampferzeugung und für andere Zwecke Wärmetauscher eingesetzt, die vom Primärkühimittel der betreffenden ^₀ Reaktoranlage durchströmt werden. Es laßt sich nicht verhindern, daß dieses Primärkühlmittel im Laufe der Zeit radioaktiv verseucht wird und daß sich radioaktive Teilchen auch im Bereich der Wärmetauscher ablagern. Andererseits besteht auch die Gefahr, daß Wärmetau scherrohre zu Bruch gehen, so daß dann eint direkte Verbindung zwischen Primär- und Sckundärkühlmiltel auftritt. Dies hat zunächst zur Folge, daß Radioaktivität in den Sekundärkreislauf übertreten kann, was aber unbedingt vermieden werden muß. Da eine Reparatur derartiger Störstellen wegen der Unzugänglichkeit ihrer Lage praktisch nicht möglich ist, ist es zweckmäßig, einfach das betreffende Wärmetauscherrohr stillzulegen, d. h. an seinen beiden Enden in der Rohrplatte des Wärmetauschers wasserdicht zu verschließen. Dies könnte beispielsweise durch Schweißen geschehen, wozu die Sammeikammern über die vorgesehenen Mannlöcher betreten werden müßten. Wegen der starken radioaktiven Strahlung innerhalb dieser Behälter ist die zulässige Aufenthaltsdauer für das Reparaturpersonal so gering, daß die Durchführung der Dichtschweißung von Hand praktisch nicht möglich ist. Ein wesentliches Abklingen der Radioaktivität kann jedoch nicht abgewartet werden, da sonst das gesamte Kraftwerk zu lange stillstehen müßte.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Schweißverfahren zu finden, das bei Gewährleistung reproduzierbarer Dichtigkeit eine großflächige Verschweißnng zwischen Verschlußstopfen und Rohrinnenwand ermöglicht und mit einem möglichst geringen Zeitaufwand verbunden ist. Ein solches Verfahren wurde im Explosionsschweißverfahren gefunden, das darin besteht, daß die zwei zu verbindenden Materialien durch eine Detonationsschockwelle miteinander verschweißen. Dieser Vorgang findet z. B. auch beim Explosionsplattieren statt. Auch für das Verschließen von Wärmetauscherrohren im Bereich der sogenannten Rohrboden wurde die Explosionsschweißtechnik bereits vorgeschlagen, siehe z.B. die französische Patentanmeldung 20 18 520 und die US-PS 35 55 656. Die dort vorgeschlagenen Verschlußstopfen haben dabei eine solche äußere Formgebung — Zentrierwülste und stufenförmige Durchmesserverringerungen, daß eine großflächige echte Verschweißung mit der umgebenden Rohrinnenwand nicht mit Sicherheit herstellbar ist. Es handelt sich dort vielmehr wenigstens teilwe: e um ein bloßes Anliegen, wobei außerdem noch korrosionsanfällige Ringspalten verbleiben. Dauerhafte dichte Rohrverschlüsse — wie sie insbesondere bei der Kernkraftwerkstechnik gefordert werden müssen — benötigen aber zuverlässig herstellbare, gleichmäßige und großflächige Schweißzonen, ohne verbleibende korrosionsanfällige Restspalte.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung besteht erfindungsgemäß darin, daß in die Bohrung des Verschlußstopfens eine Hülse aus Kunststoff oder Pappe eingesetzt ist, in der die Zündkapsel auf der dem geschlossenen Ende der Bohrung zugewandten Teil und die Sprengladung in ihrem mittleren Teil angeordnet ist und deren anderes Ende aus der Bohrung des Verschlußstopfens herausragt, konisch erweitert sowie mit Schlitzen zum Einklemmen im Wärmetauscherrohr versehen ist und daß der in seinem Durchmesser dem Rohr angepaßte Verschlußstopfen über die Länge der in seiner Bohrung befindlichen Sprengladung nach seinem offenen Ende zu konisch verjüngt ist. Die Zünddrähte der auf elektrischem Wege auszulösenden Zündkapsel sind dabei in Nuten der Hülse aus dem offenen Ende des Stopfens herausgeführt. Das Verschließen eines Wärmetauscherrohres mit einer solchen Einrichtung wird anhand der F i g. 1 —3 näher erläutert.

F i g. I zeigt in schematischer Darstellung einen Wärmetauscher,

F i g. 2 im Schnitt einen Verschlußstopfen und

Fig. 3 im Schnitt ein abgedichtetes Wärmetauscherrohr.

Gemäß Fig. I besteht der Wärmetauscher allgemein aus einem Druckkessel 1, der durch einen Rohrboden 15 in zwei Teile geteilt ist. In diesem Rohrboden 15 münden die U-förmig gebogenen Wärmetauscherrohre 17, die vom Primärkühlmittel durchströmt sind. Der Raum unterhalb des Rohrbodens 15 ist dabei durch eine Querwand 16 nochmals in zwsi Kammern unterteilt, die zur Aufnahme des ein- und ausströmenden Prirr.ärkühlmitiels dienen. Dieses wird über die Stutzen U zu- und 12 abgeführt. Diese Sammelkammern sind weiterhin über Mannlöcher 19 zugänglich. Die Wärmetauscherrohre 17 werden vom Sekundärkühlmittel umströmt, das beispielsweise über die Stutzen 13 ein- und über den Stutzen 14 austritt. Da das Paket der Wärmetauscherrohre 17 außerordentlich eng gepackt ist, ist ein Defekt, z. B. an der Stelle 18, nicht direkt einer Reparatur zugänglicn. Da ein solcher Defekt mit erhöhter Wahrscheinlichkeit in den gekrümmten Partien der Wärmetauscherrohre 17 auftritt, ist auch eine Reparatur mit Hilfe eines Spezialwerkzeuges vom Innern der Rohre her praktisch nicht möglich. Es verbleib: also nur die eine Möglichkeit, das defekte Rohr an seinen beiden Enden, also innerhalb des Bereiches des Rohrbodens 15 zu verschließen, wie es durch die Stopfen 2 in dieser Figur angedeutet ist.

Dieser Stopfen 2 ist nun gemäß F i g. 2 ganz speziell ausgebildet, damit er sich nach dem Prinzip der Explosionsschweißung mit der Innenwandung des defekten Rohres verbindet.

Der Verschlußstopfen besteht aus einem allgemeinen zylindrischen Metallstück 21, das mit einer Zentralbohrung 23 versehen ist. Diese bildet ein Sackloch. Der im allgemeinen zylindrische Verschlußstopfen ist an seinem offenen Ende 22 konisch verjüngt, dieser Verjüngungswinkel λ liegt dabei zwischen 2 und 6°. Zur Vorbereitung der Einschweißung wird in diese Zentralbohrung 23 eine Kunststoff- oder Papphülse 3 eingeführt, die an ihrem vorderen Ende die Zündkapsel 4 und in ihre ι mittleren Teil den Sprengstoff 5 enthält. Die Länge des Sprengstoffes entspricht dabei etwa der Länge des Konus des Endteils 22 des Verschh'ßstopfens 2. Außerhalb des Verschlußstopfens ist die Hülse 3 erweitert und liegt mit einer Schulter 33 am Verschlußstopfen an. Die konische Erweiterung ist mit Schlitzen 31 versehen, wodurch sich die Hülse im abzudichtenden Rohr selbst festklemmt. Die Zünddrähte 41 der Zündkapsel 4 werden beispielsweise in einer seitlichen Nut 35 der Hülse 3 an Zündkapsel und Sprengstoff 5 entlang nach außen geführt.

Zum Verschweißen eines defekten Warmßtuusrherrohres ist es dann lediglich notwendig, nach öffnung der Mannlöcher 19 das zu verschweißende Rohrende innen zu reinigen und sodann jeweils einen derartig vorbereiteten Verschlußstopfen gemäß Fig. 2 einzuschieben. Die Zünddrähte 41 werden durch die Mannlöcher 19 herausgeführt und der Sprengstoff 5 durch Anschließen derselben an eine Zündmaschine zur Detonation gebracht. Die Schockwelle der Detonation

ίο wird über die Kunststoffhülse auf den Verschlußstopien übertragen, wodurch eine fortschreitende Verformung dieses Stopfens in seinem konisch verjüngten Teil erzitlt wird. Infolge der sehr hohen, nur äußerst kurzzeitig wirksamen Drücke und der Reibung der aufeinandertreffenden Metallpartien tritt eine Verschweißung der zu verbindenden Oberflächenpartien ein. Dabei ist eine starke Erwärmung in einer schmalen Grenzschicht möglich. Restliche Oberflächen-Verunreinigungen sowie Oxidschic hten werdr dabei durch den sich infolge der Formgebung des VjnrhiiißsiGpfenb ausbildenden feinen Strahl von geschmolzenem Metall zerrissen und aus der Verbindungszone gedrängt. Der Mechanismus des Explosionsverschweißens ännelt somit den Vorgängen beim Preß- bzw. Reibschweißen derartige weitgehend.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine derarrige Verschlußstelle. Daraus ist zu ersehen, daß sich der Verschlußstopfen mit seinem Endteil 22 mg an das Rohr 17 innerhalb des Bereiches des Rohrbodens 15 angelegt hat. Metallographische Untersuchungen haben ergeben, daß in diesem Bereich eine einwandfreie Verschweißung, also nicht nur ein Parallelaniegen, stattgefunden hat.

Mit Hilfe derartiger Verschlußstopfen ist also ein außerordentlich rasches Verschließen schadhafter Rohre möglich. Der Einsatz derselben kann selbstverständlich auch durch fernbediente Manipulatoren duschgeführt werden, wenn die Strahlenbelastung innerhalb der Samtnelräume des Wärmetauschers für das Betriebsper onal zu groß sein sollte. Abschließend sei weiterhin darauf hingewiesen, daß ein konventionelles Schweißen durch die Anwesenheit von Borablagerungun — diese rühren vom borsäurehaltigen Primärkühlmitiel her — mit Schwierigkeiten verbunden ist. da sich eine Borinkrustierung ausbilden kann. Diese wiederum könnte zu Undichtigkeiten innerhalb der Schweißnaht selbst führen. Durch die Anwendung der hier geschilderten Technik wird diese Fehlermöglichkeit mit Sicherheit umgangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Verschließen schadhafter Wärmetauscherrohre innerhalb des Bereiches der Rohrboden unter Verwendung der Explosionsschweißtechnik mit einem in das abzudichtende Rohr einzuführenden metallischen, eine zentrale Bohrung aufweisenden Verschlußstopfen mit einer Sprengladung und einer Zündkapsel, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung (23) eine Hülse (3) aus Kunststoff oder Pappe eingesetzt ist, in der die Zündkapsel (4) auf der dem geschlossenen Ende der Bohrung zugewandten Teil und die Sprengladung (5) in ihrem mittleren Teil angeordnet ist und deren anderes Ende aus der Bohrung des Verschlußstopfens herausragt, konisch erweitert sowie mit Schlitzen (34) zum Einklemmen im Wärmetauscherrohr (17) versehen ist und daß der in seinem Durchmesser dem Rohr angepaßte Verschlußstopfen über die Länge der in seiner Bohrung befindlichen Sprengladung nach seinem offenen Ende zu konisch (22) verjüngt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zünddrähte (41) der auf elektrischem Wege auszulösenden Zündkapsel (4) in Nuten (35) der Hülse (3) aus dem offenen Ende des Stopfens (2) herausgeführt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel λ der konischen Verjüngung (22) des Stopfens (2) der Detonationsgeschwindigkeit des verwendeten Sprengstoffes und dem Material der Hülse \3) derart angepaßt ist, daß er mit steigender Detonationsgv-jchwindigkeit größerwird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α wenigstens 2° beträgt und nicht größer als 6° im.

5. Einrichtung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (2) aus gleichem Material wie die zu verschließenden Rohre (17) besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (2) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient gleich jenem des Rohrmaterials ist.