DE2329549C3 - Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauschern - Google Patents
Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Flüssigmetall-Wasser/DampfwärmetauschernInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren /ur
Dichtigkeitsprüfung von Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauschern vor deren Inbetriebnahme, wie sie in
mit Flüssigmetall, vorzugsweise mit Natrium gekühlten Kernenergieanlagen Verwendung finden. In derartigen
Wärmetauschern kommt es bereits bei kleinen Lecks infolge der heftigen Reaktion zwischen Wasser bzw.
Dampf und Natrium auch bei rechtzeitigem Ansprechen der Sicherheitsvorrichtungen zu Beschädigungen
des Wärmetauschers durch die korrosive und erosive Wirkung der Reaktion bzw. ihrer Produkte, so daß mit
langen Stillstandszeiten gekoppelte aufwendige Reparaturen und genaue Untersuchungen der Wärmetauscher
auf Folgeschäden der Reaktion nötig werden. Darüber hinaus führt ein solcher Unfall zu Verunreinigungen
der Wärmetauscher dutch die Reaktionsprodukte, was umständliche Reinigungsarbeitcn nötig
macht.
Es ist bekannt, Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauscher vor der Inbetriebnahme entsprechend der im
Kessel- und Behälterbau seit langem üblichen Methode dadurch auf Undichtigkeiten zu prüfen, daß der Warmetauscher
bei Umgebungstemperatur mit Druckwasser beaufschlagt wird, wobei der Wasserdruck üblicherweise
etwa das l,3fache des Auslegungsdruckes beträgt; die Auslegungsdrücke betragen bei Dampfanlügen
zumeist 80 bis 200 bar je nach Verwendungszweck Diese Wasserdruckprobe selbst kann zur Bildung feinster
Risse im Wärmetauscher führen, so daß es bekanntermaßen zweckmäßig ist. den Wärmetauscher anschließend
einem Heliumlecktest zu unterziehen, indem der Wärmetauscher vorzugsweise wasserseitig mit Heliumgas
gefüllt wird, das unter einem geringen Überdruck steht. Das Auftreten von Helium auf der anderen
Seite des Wärmetauschers, das gaschromatographisch mit Hilfe heliumspezifischer Lecksucher nachgewiesen
werden kann, soll Rückschlüsse auf die Unversehrtheit der Wärmetauscherflächen zulassen. Aus der DT-OS
20 59 370 ist ein Verfahren bekannt, das /ur Ortung von
Wasscrdampf-Mikroleckagen bei bereits in Beirieb befindlichen Natrium/Wasser-Wärmetauschern dient.
Dort wird vom Vorhandensein von Wasser in der AnIage ausgegangen und beim Auftreten von Leckagen
(d. h., wenn bereits die oben geschilderte schädliche Reaktion im Gange ist) vorgeschlagen, den Druck auf der
Dampfseitc fast auf denjenigen des Natriums .ib/.usenken,
den Wasserdampf unter Umständen durch ein Incrtgas zu ersetzen und nacheinander jedes schadensverdächtige
Rohr mit einem wasserstoffhalligLMi Fluid zu beaufschlagen; der auf der Natriumseite nachgewiesene
Wasserstoff dient zur Ortung des schadhaften Rohres. Eine verbesserte Überprüfungsmöglichkeit für
Natrium/Wasser-Wärmetauscher vor deren Inbetriebnahme
wird in dieser Schrift nicht angegeben. In der DT-OS 15 73 799 wird zur Feststellung eines Locks in
einem Wärmetauscher vorgesehlagen, diesen auf beiden Seiten mit je einem unterschiedlichen Gas zu füllen
und das Gas aus den einzelnen Rohren abzusaugen, so daß eine durch Lecks verursachte Verunreinigung dieses
Gases durch dasjenige außerhalb der Rohre festgestellt werden kann. Eine Untersuchung unter wirklichkeitsnahen
Druck- und Temperaturbedingungen ist so nicht möglich. Darüber hinaus ist es bekannt. Wärmetauscher
mit Hilfe von Röntgenstrahlen oder elektroinduktiven Meßgeräten auf das Vorhandensein von Rissen
im Material zu untersuchen.
Die Betriebserfahrungen mit Flüssigmeiall-Wasser/Dampfwärmetauschern
haben nun gezeigt, daß sich Schadensfälle vorzugsweise innerhalb der ersten tausend
Betriebsstunden ereignet haben. Dies ist sicher zum größten Teil darauf zurückzuführen, daß vor der
Inbetriebnahme vorhandene Fehler im Werkstoff irot/ der Anwendung der eben beschriebenen Prüfverfahren
nicht entdeckt wurden. Die Ursachen hegen dann. daß
die Prüfungen sämtlich bei Umgebungstemperatur erfolgen, so daß Fehler im Werkstoff, die erst bei den
hohen Betriebstemperaturen (beispielswe se im Bereich von 700 bis 800 K) zu Undichtigkeiten (uhren, unenideckt
bleiben. So können feinste Haarn>se sich unter dem Einfluß der Wärmedehnung derart lufweiten. daß
ein Leck entsteht. Der an sich sehr emplindliche Hell
umlecktest führt deshalb nicht zu dem erwünschten Er gcbnis. weil bei dem geringen Überdruck (in der Größenordnung
von 2 bar), das bei der vorhergehenden Druckwasserprüfung in Risse eingedrui gene Wasser
nicht mit Sicherheit verdrängt wird und keine durch Überdruck hervorgerufene Aufweiturig auftreten.
Druckprüfungen mit einem Gas unter hohem Druck werden im Kessel- und Behälterbau kaum vorgenommen,
da befürchtet wird, daß im Schadensfall durch die
plötzlich frei werdende Energie des Druckgases zusätzliche Schaden hervorgerufen werden können. Gegenüber
den bei einer Natrium-Wasser-Reaktion mit Sicherheil zu erwartenden Schaden sind erstcrc jedoch
unei heblich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Prüfverfahren für Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauscher
vor deren Inbetriebnahme, das unter Bedingungen abläuft, die möglichst weitgehend den im späteren
Betrieb zu erwartenden entsprechen, so daß die infolge von Werkstoff- oder Vcrarbeilungsfehlern im
Wärmetauscher vorhandenen Undichtigkeiten mit Sicherheit erkannt werden können, und wobei die im Betrieb
in einem solchen Fall zu erwartenden Beschädigungen des Wärmetauschers und sonstigen nachteiligen
Folgeerscheinungen einer Natrium-Wasser-Reaktion vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Wärmetauscher vor Inbetriebnahme auf der Wasscr/Dampf-Seite
ohne Wasser/Dampf aber mit einem Prüfgas unter Prüfdruck und auf der Flüssigmetall-Seite
mit heißem Flüssigmetall beaufschlagt werden und daß die Schutzgasatmosphäre auf der Fliissigiiietallseite auf
das Auftreten des auf der Wasser/Dampl-Seilc vorhandenen
Prüfgases überwacht wird. Da eine solche Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, im
Wärmetauscher selbst nicht vorhanden ist. hütte diese Überwachung in einem anderen Teil des Flüssigmetall-
kreislaufes zu erfolgen, beispielsweise in einem Ausgleichsbehälter.
Das Auftreten des Prüfgases, beispielsweise von Stickstoff, in einer Argonatmosphäre läßt
sich in bekannter Weise mit Hilfe eines 'Gaschromatographen nachweisen, wodurch ein hinweis auf vorhandene
Undichtigkeiten gegeben wäre. Da das Flüssigmetall in solchen Wärmetauschern nur unter verhältnismäßig
geringem Druck steht (beispielsweise 5 bis 10 bar), der erzeugte Dampf jedoch unter einem wesentlich
höherem Druck (beispielsweise 80 bis 200 bar), wird beim Vorhandensein eines Lecks das an Stelle des
Dampfes getretene Prüfgas in das Flüssigmetall übertreten, wobei die Wasser/Dampf-Seile des Wärmetauschers
vor Verunreinigungen durch das Flüssigmetall bewahrt bleibt und das Material des Wärmetauschers
keinen zusätzlichen Abtragungen unterliegt. Mit diesem Verfahren lassen sich die Betriebsbedingungen des
Wärmetauschers, insbesondere seine thermische und mechanische Beanspruchung weitgehend naturgetreu
nachahmen, mit Ausnahme des Wärmestroms durch die Wärmetauscherfläehen und der axialen Temperaturgradienten.
Selbstverständlich kann vor Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens die übliche Wasserdruckprobe stattfinden. Das zur Druckprobe verwendete
Wasser muß dann vor Beginn der erfindungsgemäßen Dichtigkeitsprüfung restlos aus dem Wärmetauscher
entfernt werden.
In der Zeichnung ist als Beispiel schematisch eine typische
Flüssigmetall-Wasser/Dampf-Wärmetauscheranlage dargestellt, und zwar der Sekundärkreislauf
einer natriumgekühlten Kernenergieanlage.
Die Zeichnung zeigt einen nicht naher beschriebenen Zwischenwärmeiauscher 1, in dem das im nicht gezeigten
Reaktor aufgeheizte Natrium eines Primärkreislaufes 2 seine Warme an das Natrium eines Sekundärkreislaufes
3 abgibt. Das Natrium im Sckundärkreislauf 3 wird mit Hilfe einer Pumpe 4 umgewäl/t. Zum Ausgleich
von temperaturbcdingten Voiumenanderungen des Natriums im Sekundärkreislauf 3 ist ein Ausgleichsbehälter
5 vorgesehen, wobei die in der Pumpe 4 und im Ausgleichsbehälter 5 anstehenden freien Oberflächen
6 durch eine Schutzgasatmosphäre aus Argon abgedeckt sind. Das im Zwischenwärmetaui.cher I erhitzte
Natrium des Sekundärkreislaufes 3 strömt zunächst in Überhitzer 7 und von dort in Verdampfer 8. In den
Verdampfern 8 und den Überhitzern 7 wird das in einem tertiären Wasser/Dampf-Kreislauf zirkulierende
Wasser verdampft, überhitzt und einer hier nicht dargestellten Verbrauchsstelle, beispielsweise einer
Dampfturbine mit nachgeschaltetem Kondensator zugeführt. In üblicher Weise wird das in einem Abscheider
10 dem Dampf entzogene Wasser mit Hilfe einer weiteren Pumpe U erneut dem Wasserkreislauf 9 an
seiner Eintrittsseite zugeführt. Die Überhitzer 7 und die Verdampfer 8 weisen grundsätzlich den gleichen Aufbau
auf, wobei das in geraden, oder wie hier gezeichnet in gewendelten Rohren 12 aufsteigende Wasser des
Tertiärkreislaufes 9 von dem heißen Natrium des Sekundärkreislaufes 3 umströmt, verdampft und schließlich
überhitzt wird. Zur Vermeidung von heftigen Natrium-Wasser-Reaktionen müssen die Wärmetauscherrohre
12 völlig dicht sein.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dichtigkeitsprüfung der Überhitzer 7 und Verdampfer
8 vor deren Inbetriebnahme wird ein Teil des Tertiärkreislaufes 9, der durch Armaturen 13 vom Rest
des Kreislaufes getrennt werden kann, mit Stickstoff aus einem Behälter 14 gefüllt, wobei der Druck des
Stickstoffes mindestens demjenigen des bei Normalbetrieb erzeugten Dampfes entspricht. Der Primärkreislauf
2 und der Sekundarkreislauf 3 werden dabei mit der im Normalbelrieb vorgesehenen Temperatur, wenn
auch mit verminderter Leistung betrieben, da die Wärmeabfuhr über die Überhitzer 7 und Verdampfer 8
stark eingeschränkt ist. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Dichtigkeitsprüfung keine zusätzliche Zeit
beansprucht, vielmehr im Verlaufe der ohnehin erforderlichen Erprobung der Komponenten des Sekundärkreislaufes
3, beispielsweise der Pumpe 4 erfolgen kann. Bei vorhandenen Undichtigkeiten der Wärmetauscherrohre
12 wird bedingt durch das hohe Druckgefälle zwischen dem Stickstoff in dem Tertiüi kreislauf 9
und dem Natrium im Sekundarkreislauf 3, ersiercf in
letzteres übertreten und nach kurzer Zeit in der Argonatmosphärc des Ausgleichsbehälters 5 nachzuweisen
sein, und zwar mit Hilfe eines an diesen angeschlossenen Gaschromatographen 15. Um auch feinste Lecks in
den Wärmetauscherrohren 12 feststellen zu können, ist es zweckmäßig, dem Stickstoff aus einem weiteren Behälter
16 geringe Mengen an Helium beizumischen, dessen Eindringen in den Nairiumkrcislauf ebenfalls
mit Hilfe des Gaschromatographen 15 nachgewiesen werden kann. Ist auf diese Weise in dem Gesamtkomplex
der Überhitzer 7 und Verdampfer 8 ein Leck nachgewiesen
worden, wird zur Eingrenzung des Schadens dem Stickstoff-Helium-Gemisch aus einem weiteren
Behälter 17 Wasserstoff beigemischt, der ebenfalls aus dem Tertiärkreislauf 9 in den Sekundarkreislauf 3 übertreten
wird und für jeden Überhitzer 7 bzw. Verdampfer 8 einzeln mit Hilfe je eines bereits aus anderen
Gründen vorhandenen Wasserstoffnachwcisgeräies 18
nachgewiesen werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauschern vor Inbe- ·.; triebnahme, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (7) und (8) vor Inbetriebnahme auf der Wasser/Dampf-Seite (9) ohne Wasser/Dampf aber mit einem Prüfgas unter Prüfdruck und auf der Flüssigmetall-Seite (3) mit heißem Flüssigmetall beaufschlagt werden und daß die Schutzgasatmosphäre auf der Flüssigmetall-Seite (3) auf das Auftreten des auf der Wasser/Dampf-Seite (9) vorhandenen Prüfgases überwacht wird.«5
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732329549 DE2329549C3 (de) | 1973-06-09 | Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauschern | |
JP6587374A JPS5647475B2 (de) | 1973-06-09 | 1974-06-10 |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19732329549 DE2329549C3 (de) | 1973-06-09 | Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Flüssigmetall-Wasser/Dampfwärmetauschern |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2329549A1 DE2329549A1 (de) | 1975-01-02 |
DE2329549B2 DE2329549B2 (de) | 1976-01-29 |
DE2329549C3 true DE2329549C3 (de) | 1976-09-16 |
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