DE2909024A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausspuelen eines sehr engen spalts - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ausspuelen eines sehr engen spaltsInfo
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Description
Mitsubishi Jucfogvo Kabushiki Kaisha,
Möhlstraße 37 Tokio, Japan D-8000 München
TeL: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkjd
Telegramme: ellipsoid
- 8. März
2313
Verfahren und Vorrichtung zum Ausspülen eines
sehr engen Spalts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausspülen eines sehr engen, am einen Ende geschlossenen
Spalts zwischen eineia ersten Bauteil mit einer Bohrung und einem zweiten Bauteil, der unter Befestigung in die Bohrung
eingesetzt ist.
Bei vielen Geräten und Vorrichtungen bilden häufig zwei miteinander
verbundene Elemente zwischen sich einen Spalt oder Zwischenraum, in den im Normalbetrieb des Geräts sehr oft
mikrofeine Staubteilchen oder andere Stoffe eindringen. Wenn diese Stoffe zu einer Korrosion führen können und daher für
die Bauteile schädlich sind, müssen die Fremdstoffe periodisch entfernt werden, um das Innere des Zwischenraums sauberzuhalten.
Wenn der Spalt oder Zwischenraum jedoch sehr eng ist und eine kleine öffnung besitzt, erwies sich die Austreibung
der Schadstoffe beispielsweise durch Ausspülen bisher al f. äußerst schwierig.
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Bei einem Wärmetauscher mit Mantel und Rohren ist beispielsweise der eine Endteil jedes Wärmetauscherrohrs in eine
Bohrung in einem dicken Rohrboden eingesetzt und unter Abdichtung an letzterem befestigt. Diese dichte Anbringung
des Rohrs am Rohrboden erfolgt im allgemeinen durch Aufweiten oder Anschweißen des Rohrendes, wobei ein sehr enger,
tiefer Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Rohr und dem Rohrboden entsteht.
Normalerweise werden dem über die Außenseiten der Wärmetauscherrohre
fließenden Strömungsmittel (normalerweise Sekundärströmungsmittel, d.h. Wasser im Fall eines Dampferzeugers
o.dgl.) verschiedene Chemikalien als Rostschutzmittel oder als Kesselspülmittel zugesetzt.
Diese Chemikalien können dabei in den Spalt eindringen und darin stagnieren und kondensieren. Andererseits kann auch bei
der Strömung des Strömungsmittels entstehender Schlamm und dgl. in den Spalt eindringen und sich darin absetzen.
Da das Wärmetauscherrohr im Hinblick auf den Wärmeaustauschwirkungsgrad
und dgl. sehr dünnwandig ist, besteht die Gefahr für einen Rohrbruch unter der Korrosionswirkung der
kondensierten Chemikalien, des Schlamms o.dgl. im Spalt.
Bei einem Wärmetauscher, bei dem das Vermischen eines die Rohre durchströmenden Primärströmungsmittels mit einem durch
eine Trommel oder einen Kessel an der Außenseite der Wärmetauscherrohre fließenden Sekundärströmungsmittel sehr ungünstig
ist, beispielsweise im Fall eines Druckwasserreaktor-Kernkraftwerks,
bei dem ein Eindringen des Primärkühlwassers in das Sekundärwasser unbedingt verhindert werden
muß, ist es zur Verhinderung eines Wärmetauscherrohrbruchs durch Korrosionswirkung erforderlich, das Innere des Spalts
auszuspülen und diesen Spalt sauber, d.h. frei von Ablage-
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rungen und dgl. zu halten. Bisher ist jedoch kein Verfahren
und keine Vorrichtung bekannt, die im Hinblick auf Arbeitszeit- und Kostenaufwand als zufriedenstellend
angesehen werden könnten.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum wirksamen und wirtschaftlichen
Ausspülen von z.B. Schadstoffen aus einem solchen Spalt oder Zwischenraum mit einem Mindestmaß an Zeitaufwand.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spalt
mit einem nit einer Spülflüssigkeit gefüllten Raum in Ver-.
bindung gebracht wird, daß die Spülflüssigkeit unter Druck gesetzt wird und daß das geschlossene Ende des Spalts örtlich
erwärmt wird.
In abgewandelter Ausführungsform kennzeichnet sich dieses
Verfahren weiterhin dadurch, daß das geschlossene Ende des Spalts örtlich erwärmt wird und daß sodann der Druck der
Spülflüssigkeit verringert wird.
In weiterer Ausgestaltung kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß während der örtlichen Erwärmung
des geschlossenen Spaltendes die Spülflüssigkeit abwechselnd unter Druck gesetzt und im Druck reduziert wird,
um die Spülwirkung zu verbessern.
Die Erfindung sieht auch die Schaffung einer Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens vory die gekennzeichnet
ist durch einen mit dem Spalt in Verbindung stehenden oder bringbaren Behälter zur Aufnahme einer Spülflüssigkeit,
durch eine Einrichtung zur örtlichen Erwärmung des geschlossenen Endes des Spalts, durch eine an den Behälter angeschlossene
Einrichtung, um die SpülflüssigJceit unter Druck zu setzen,
und durch eine Einrichtung zum Umwälzen der Spülflüssigkeit.
Da bei dem vorstehend umrissenen Verfahren die Spülflüssigkeit ausreichend tief in den sehr engen Zwischenraum, in
dem sich Schadstoffe abgesetzt haben, eindringen kann und das verschlossene Ende des Zwischenraums erwärmt wird, so
daß die Temperatur der Spülflüssigkeit in diesem Zwischenraum ansteigt und Dampfblasen entstehen, wird durch die Ausdehnung
der Spülflüssigkeit und die Dampfblasen eine Austreibwirkung auf die Fremdstoffe ausgeübt, während die Spülflüssigkeit
aufgrund des Austritts der Dampfblasen durch neue, frische Spülflüssigkeit ersetzt wird, so daß das Innere
des engen Spalts wirksam von Schad- und Fremdstoffen befreit werden kann.
Da bei diesem Verfahren zudem ggf. der Druck der unter Druck gesetzten Spülflüssigkeit verringert wird, wodurch das vorstehend
geschilderte Verhalten der Spülflüssigkeit im Spalt oder Zwischenraum begünstigt wird und sich der Blasenentstehungspunkt
im Spalt von einer tiefgelegenen Stelle zur öffnung hin verlagert, läßt sich nicht nur das Ausspülen
des Zwischenraums vollständiger und in kürzerer Zeit durchführen, vielmehr kann auch der Heizenergieaufwand verringert
werden, woraus sich eine Kostensenkung für den Spülvorgang ergibt.
Die oben umrissene Vorrichtung erweist sich für die praktische
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als äußerst zweckmäßig.
Im folgenden sind bevorzugte Ä^sfünrungsbeispiele der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische, teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Dampferzeugers mit ü-förmigen Wärmetauscherrohren
in Verbindung mit einer schematischen Darstellung einer Vorrichtung zum Ausspülen der sehr engen
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Zwischenräume zwischen den Wärmetauscherrohren und einem Rohrboden des Dampferzeugers und
Fig. 2 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung
des in Fig. 1 von der Linie A umschlossenen Bereichs.
Gemäß Fig. 1 sind die beiden Enden mehrerer lotrecht verlaufender,
(umgekehrt) U-förmiger Wärmetauscher-Rohre 1 so in Bohrungen in einem Rohrboden 2 eingesetzt, daß sie
in Wasserkammern 4 und 5 einmünden, die durch den Rohrboden 2 und eine Stirnplatte 3 festgelegt werden.
Die Wasserkammern 4 und 5 sind durch eine Abschirm- oder Trennplatte 6 voneinander getrennt, wobei sie mit einem
Einlaß und einem Auslaß (nicht dargestellt) für Primärflüssigkeit in Verbindung stehen.
Ein Mantel 7 mit einem nicht dargestellten Einlaß für Sekundärflüssigkeit,
d.h. Speisewasser, ist mit seinem unteren Ende wasserdicht am Rohrboden 2 so befestigt, daß er die
Wärmetauscher-Rohre 1 umschließt. Außerdem ist der Mantel 7 an seinem oberen Ende mit einem Dampfauslaß 8 versehen.
Während der Auslaß 8 des Mantels 7 mit einer nicht dargestellten Turbine verbunden ist, wird er bei dem noch näher zu
erläuternden Spülvorgang mittels eines nicht dargestellten Elements verschlossen.
Die Relativanordnung zwischen dem Rohr 1 und dem Rohrboden 2 ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 2 dargestellt, die einen
Endabschnitt 11 des Rohrs 1 zeigt, der aufgeweitet und unter Abdichtung im Rohrboden 2 befestigt ist.
Zwischen dem Rohrboden 2 und dem Wärmetauscher-Rohr 1 ist ein sehr enger Spalt bzw. Zwischenraum 10 festgelegt.
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i INSPECTED
Wenn die Weite des Spalts 10 mit d und die Dicke des Rohrbodens 2 mit 1 bezeichnet werden, beläuft sich das Verhältnis
1/d häufig auf etwa 2000. An der Unterseite des Rohrbodens 2 ist in der Nähe des Endabschnitts 11 des Rohrs 1 eine
Heizeinheit 12 angeordnet.
An den Auslaß 8 des Mantels 7 ist eine Druckerzeugungseinrichtung in Form eines Luftverdichters 13 über eine Leitung
15 mit einem Umschaltventil 14 angeschlossen. Die Leitung 15 steht über ein Ablaßventil 16 mit der Außenluft in
Verbindung, wobei das Ablaßventil 16 und das Umschaltventil 14 an eine Umschaltsteuervorrichtung 17 angekoppelt sind.
Die Primärflüssigkeit im Wärmetauscher-Rohr 1 und in den
Wasserkammern 4 und 5 sowie das Speisewasser (Sekundärflüssigkeit)
im Mantel 7 werden, wie erwähnt, vollständig abgeführt, während die im Spalt 10 eingeschlossene Flüssigkeit
nicht entweichen kann und im Spalt verbleibt.
Beim Spülen wird anstelle des Rostschutzmittel und dgl. enthaltenden Speisewassers Frischwasser 18, das keine schädlichen
Stoffe enthält, z.B. gereinigtes (pure) Wasser, in einer vorbestimmten Menge in den Mantel 7 eingeführt. Anstelle
von Frischwasser (18) kann selbstverständlich auch eine andere Spülflüssigkeit, etwa ein organisches Lösungsmittel
benutzt werden, sofern dieses keine schädlichen Wirkungen, wie Korrosion, hervorruft.
In bevorzugter Ausführungsform wird zum Ausspülen des Inneren
des Spalts 10 das Frischwasser 18, das anstelle des Speisewassers in den Mantel 7 eingeführt worden ist, unter
einen vorbestimmten Druck von z.B. 3 bar gesetzt, was mittels des Luftverdichters 13 durch öffnen des Umschaltventils
14 erfolgen kann. Während dieser Druckbeaufschlagung ist
das Ablaßventil 16 geschlossen.
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Da das Frischwasser 18 auf diese Weise unter Druck gesetzt ist, tritt es in den Spalt 10 ein. Infolgedessen füllt
sich der Innenraum des Spalts 10 mit kondensierten Rostschutzmitteln oder Kesselspülmitteln (im folgenden einfach
als "Kondensat" bezeichnet^ mit Schlamm o.dgl. Stoffen, die
sich im Betrieb im Spalt 10 abgesetzt haben, sowie mit dem Frischwasser 18.
Unter Aufrechterhaltung des Drucks wird die Heizeinrichtung
12 betätigt, um das geschlossene untere Ende des Spalts 10
zu erwärmen.
Da die Erwärmung örtlich, d.h. nur am Bodenbereich des Spalts 10 erfolgt, ist die Flüssigkeitstemperatur ersichtlicherweise
im Bodenbereich des Spalts am höchsten und an höher gelegenen Stellen niedriger.
Aufgrund des Temperaturanstiegs im Spalt 10 dehnt sich das darin eingeschlossene Kondensat in seinem Volumen aus,
um zum Teil über das offene obere Ende des Spalts 10 zur Oberseite des Rohrbodens 2 auszutreten und sich sodann im
Frischwasser 18 zu verteilen.
Bei weiterer Erwärmung erreicht das Kondensat am Boden des
Spalts 10 eine Sättigungstemperatur entsprechend einem Sättigungsdruck von 3 bar, wenn es zu sieden beginnt. Das im
oberen Bereich des Spalts 10 befindliche Kondensat wird in einer Menge entsprechend dem Volumen der entstehenden Gasblasen,
ähnlich wie beim vorstehend beschriebenen Austritt von Kondensat, ausgetrieben, um sich im Frischwasser 18
zu verteilen.
Da die Gasblasen außerdem hochsteigen, wird durch die Gasblasen eine Strömung eingeleitet, durch welche Kondensat,
Schlamm und dgl. aus dem Spalt 10 ausgetrieben und im Frischwasser 18 dispergiert werden.
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Mit dem Austritt der Gasblasen aus dem Spalt 10 tritt Frischwasser
18 in einem äquivalenten Volumen in den Spalt 10 ein, wodurch das Kondensat verdünnt wird.
Auf diese Weise kann mit fortgesetzter Erwärmung das Innere
des Spalts 10 vollständig ausgespült werden. Obgleich die Menge des Frischwassers 18 vorzugsweise so groß sein
sollte, daß nach dem vollständigen Austreiben von Kondensat aus dem Spalt die resultierende Verunreinigungskonzentration
des Frischwassers vernachlässigbar niedrig ist, läßt sich dann, wenn eine ausreichende Frischwassermenge nicht auf einmal
in den Mantel 7 eingeführt werden kann, der angegebene Zweck auch dann zufriedenstellend erreichen, wenn ein Teil
des Frischwassers 18 mittels einer nicht dargestellten Wasserzufuhr/abführeinrichtung ersetzt oder das Frischwasser
durch Fremdkörpertrenneinrichtungen, wie Filter oder eine Ionenaustauschharzschicht, zur Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit
umgewälzt wird.
Auch wenn eine ausreichend große Frischwassermenge zur Verfügung steht, sollte das Frischwasser 18 mittels einer nicht
dargestellten Umwälzeinrichtung im Mantel 7 umgewälzt werden, um die genannte Diffusion zu begünstigen.
Zur wirksamen Durchführung des Durchspülens des Spalts 10
mittels der Vorrichtung nach Fig. 1 wird die Temperatur am Boden des Spalts 10 auf eine vorbestimmte Größe von
z.B. 1200C erhöht, worauf die im Oberteil des Mantels 7
enthaltene Druckluft durch öffnen des Ablaßventils 16 unter der Steuerung der Umschaltsteuervorrichtung 17 zur Außenluft
entlassen und dadurch der Innendruck des Mantels 7, d.h. der Druck des Frischwassers 18, erniedrigt wird. Durch diese
Drucksenkung wird auch der Druck des Konzentrats im Spalt gesenkt. Da der Sättigungsdruck für eine Temperatur
von 1200C bei 2 bar liegt, beginnt bei einer Druckabnahme
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auf diesen Wert die Flüssigkeit am Boden des Spalts 10 zu sieden, wodurch Dampfblasen entstehen.
Bei weiterer Drucksenkung verschiebt sich der Punkt, an welchem das Konzentrat den Siedepunkt erreicht, innerhalb
des Spalts 10 weiter aufwärts.
Die geschilderte Austreibwirkung wird also durch die volumenmäßige
Ausdehnung des Frischwassers mit Erzeugung von Dampfblasen, die Frischwasserströmung aufgrund der hochsteigenden
Dampfblasen, den Austausch zwischen Frischwasser 18 und Konzentrat aufgrund des Entweichens von Dampfblasen
und die Aktivierung der Strömung durch Verschiebung der Siedeposition herbeigeführt; diese Wirkungen tragen
gemeinsam zu einem einwandfreiem Durchspülen des Spalts bei. Durch abwechselnde Wiederholung der beschriebenen
Druckbelüftung und Drucksenkung durch abwechselndes öffnen
und Schließen des Umschaltventils 14 und des Ablaßventils 16 unter der Steuerung der Umschaltsteuervorrichtung
17 kann darüber hinaus der Spalt 10 innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne wirkungsvoll gespült werden.
Obgleich sich die beschriebene Ausführungsform auf einen Vertikaldampferzeuger bezieht, ist das erfindungsgemäße
Verfahren gleichermaßen auf einen Horizontaldampferzeuger, bei dem die Wärmetauscherrohre im wesentlichen waagerecht
und der Rohrboden praktisch lotrecht angeordnet sind, anwendbar, weil in dem zwischen dem betreffenden Wärmetauscherrohr
und dem Rohrboden gebildeten Spalt durch Temperaturerhöhung und Dampfblasenerzeugung aufgrund der Erwärmung
ebenfalls eine Volumenvergrößerung der Flüssigkeit gewährleistet wird.
Da bei der beschriebenen Ausführungsform der zwischen einem
Rohrboden und einem Wärmetauscher-Rohr gebildete Spalt 10 gespült werden soll, wird der Mantel 7 des Wärmetauschers
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als Behälter zur Aufnahme des Frischwassers 18 benutzt. Zum Spülen eines sehr engen Spalts bei einer Vorrichtung,
die einen solchen Behälter nicht aufweist, braucht andererseits eine Spülflüssigkeit, wie Frischwasser, lediglich
in einem getrennten Behälter vorgesehen zu werden.
Obgleich vorstehend nur eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, soll
die vorstehende Offenbarung die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls einschränken.
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Claims (4)
1., Verfahren zum Ausspülen eines sehr engen, am einen Ende
geschlossenen Spalts zwischen einem ersten Bauteil mit einer Bohrung und einem zweiten Bauteil, der unter Befestigung
In die Bohrung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit einem mit einer Spülflüssigkeit
gefüllten Raum in Verbindung gebracht wird, daß die Spülflüssigkeit unter Druck gesetzt wird und daß das
geschlossene Ende des Spalts örtlich erwärmt wird.
2. Verfahren zum Ausspülen eines sehr engen, am einen Ende
geschlossenen Spalts zwischen einem ersten Bauteil mit einer Bohrung und einem zweiten Bauteil, der unter Befestigung
in die Bohrung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt mit einem mit einer Spülflüssigkeit
gefüllten Raum in Verbindung gebracht wird, daß die Spülflüssigkeit unter Druck gesetzt wird, daß das geschlossene
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Ende des Spalts örtlich erwärmt wird und daß sodann der Druck der Spülflüssigkeit verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Örtlichen Erwärmung des geschlossenen Spaltendes
die Spülflüssigkeit abwechselnd unter Druck gesetzt und im Druck reduziert wird, um die Spülwirkung zu verbessern.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Spalt (10) in Verbindung stehenden oder bringbaren
Behälter (7) zur Aufnahme einer Spülflüssigkeit (18), durch eine Einrichtung (12) zur örtlichen Erwärmung
des geschlossenen Endes (11) des Spalts (10), durch eine an den Behälter (7) angeschlossene Einrichtung (13),
um die Spülflüssigkeit unter Druck zu setzen, und durch
eine Einrichtung (14 - 17) zum Umwälzen der Spülflüssigkeit.
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