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Mit dem Kühl gas eines Kernreaktors beheizter
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Dampferzeuger Die Erfindung betrifft einen mit dem Kühlgas eines
Kernreaktors beheizten und in einer Kaverne des Reaktordruckbehälters angeordneten
Dampferzeuger mit einem Geradrohrbündel ringförmigen Querschnitts, das außen von
einem zylindrischen Mantel umgeben ist, mit zwei in den Dampferzeuger eintretenden
horizontalen Kühlgaskanälen für die Zuführung des Heißgases und die Abführung des
Kaltgases, mit einer zentral in dem Dampferzeuger angeordneten Frischdampfleitung
und mehreren Speisewasserleitungen, die in einen mit einem Rohrboden abgeschlossenen
Speisewasserverteiler eintreten.
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Aus der Auslegungsschrift 24 59 472 ist ein Dampferzeuger für eine
Kernreaktoranlage bekannt, dessen von dem Kühlgas durchströmte Heizflächenelemente
in einem zylindrischen Außenmantel innerhalb einer Druckbehälterkaverne angeordnet
sind und eine Vorwärmezone, eine Verdampfzone sowie eine Überhitzerzone umfassen.
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Der letzte Teil der Überhitzerzone (Endüberhitzer) ist als Geradrohrbündel
ausgebildet und befindet sich im zentralen Bereich des Dampferzeugers, während die
übrigen Heizflächenelemente aus einem kompakten Helixbündel mit ringförmigem Querschnitt
bestehen. Dieses ist konzentrisch um den Endüberhitzer angeordnet. Der bekannte
Dampferzeuger weist noch einen als U-Rohrbündel ausgebildeten Zwischenüberhitzer
auf, der unterhalb der übrigen Heizflächenelemente installiert ist.
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Das Heißgas wird unten seitlich in den Dampferzeuger eingeleitet;
die Abfuhröffnung für das abgekühlte Gas befindet sich an der oberen Stirnseite
des Dampferzeugers. Die Zufuhrleitungen für das zu verdampfende Medium und die Abfuhrleitungen
für den Frischdampf sind an der unteren Stirnseite des Dampferzeugers vorgesehen.
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In der Offenlegungsschrift 28 13 808 wird ein Dampferzeuger für eine
Kernreaktoranlage beschrieben, dessen Heizflächenelemente ebenfalls aus einem kompakten
Helix-Rohrbündel mit ringförmigem Querschnitt und einem zentral in dem Helix-Rohrbündel
angeordneten Geradrohrbündel bestehen, das den Endüberhitzer bildet. Um den unteren
Teil des Geradrohrbündels ist eine Einströmhaube vorgesehen, die an die seitlich
unten in die Dampferzeuger-Kaverne eintretende Heißgaszufuhrleitung angeschlossen
ist. Die Rohrbündel werden von einem Tragrost getragen, der sich seinerseits über
einen Stützmantel auf dem Boden der Dampferzeuger-Kaverne
abstützt.
In dem Stützmantel befinden sich mehrere Öffnungen für den Austritt des abgekühlten
Gases.
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Die Speisewasserleitungen und die zentral verlegte Frischdampfleitung
werden nach unten aus dem Dampferzeuger herausgeführt.
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Ein weiterer mit dem Kühl gas eines Kernreaktors beheizter Dampferzeuger
ist in der Offenlegungsschrift 28 13 809 dargestellt. Auch hier sind Vorwärmer,
Verdampfer und mindestens eine erste Überhitzerzone als Helix-Rohrbündel mit ringförmigem
Querschnitt ausgebildet; dieses ist von einem inneren und einem äußeren Leitmantel
umgeben. Eine zweite Überhitzerzone (Endüberhitzer) wird von einem Geradrohrbündel
gebildet, das unterhalb des Helix-Rohrbündels im Zentrum des Dampferzeugers installiert
ist. Das Kühl gas wird seitlich unten in den Dampferzeuger eingeleitet und seitlich
oben wieder aus diesem abgeführt. Ehe es in den Endüberhitzer eintritt, strömt es
zunächst durch einen als Geradrohrbündel ausgebildeten Zwischenüberhitzer, der konzentrisch
um den Endüberhitzer angeordnet ist.
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Die Speisewasserzuführung für das Helix-Rohrbündel und den Endüberhitzer
erfolgt von oben durch eine Anzahl von durch den Deckel der Reaktorkaverne verlegten
Rohrleitungen; der erzeugte Dampf wird unten aus dem Dampferzeuger herausgeführt,
und zwar durch eine Vielzahl zentral verlegter Leitungen. Die Zu- und Abfthrungsleitungen
für den Dampf des Zwischenüberhitzers sind ebenfalls nach unten aus dem Dampferzeuger
verlegt,
wobei sie in drei Lochplatten zusammengefaßt werden.
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Das Geradrohrbündel des Zwischenüberhitzers ist aus einer Vielzahl
von Einzelelementen zusammengesetzt, die jeweils mehrere aufwärts und abwärts führende
Heizflächenrohre umfassen.
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Aus der Offenlegungsschrift 26 59 093 ist ein Hilfswärmetauscher für
einen gasgekühlten Kernreaktor bekannt, der innerhalb eines mit einem Liner ausgekleideten
Pods in dem Reaktordruckbehälter installiert ist.
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Seine Wärmetauscherflächen werden von im Grundriß im Sechseckgitter
angeordneten Boxen gebildet, die mit Sammlern und Verteilern versehen sind. Die
Zuführung der Kühl flüssigkeit zu den Boxen und ihre Abführung erfolgt durch Hauptverteiler
und Hauptsammler, die oberhalb des Hilfswärmetauschers installiert sind.
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Die die Hauptverteiler und Hauptsammler mit den Boxen verbindenden
Rohrleitungen weisen zwei Kompensationsbereiche auf, in denen die Rohrleitungen
wendelartig am Umfang des Hilfswärmetauschers verlegt sind. Dabei wird in jedem
Bereich ein halber Wendelgang ausgeführt.
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Ein im Aufbau ähnlich gestalteter weiterer Hilfswärmetauscher wird
in der Offenlegungsschrift 27 39 342 beschrieben. Seine von Geradrohren gebildeten
Wärmetauschflächen sind bündelweise in Einzel sammler und -verteiler eingesetzt,
die durch Rohrleitungen mit oberhalb des Hilfswärmetauschers angeordneten Hauptsammlern
und
-verteilern verbunden sind. Auch diese Rohrleitungen weisen je zwei Kompensationsbereiche
auf.
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Zum Stand der Technik gehört noch ein aus der Offenlegungsschrift
28 54 499 bekannter Dampferzeuger für eine Kernreaktoranlage mit einem Geradrohrbündel
ringförmigen Querschnitts und einer zentral durch den Dampferzeuger verlegten Frischdampfleitung.
Das Rohrbündel ist aus einer Vielzahl von Einzelelementen zusammengesetzt, die jeweils
mehrere Rohre sowie einen Speisewasser-Verteiler umfassen. Die Verteiler sind jeweils
durch eine Kompensationsleitung mit einem Hauptverteiler verbunden. Die oberen Enden
der Rohre sind in den Rohrboden eines Frischdampfsammlers eingeschweißt.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs beschriebenen Bauart zu schaffen, der
einen möglichst einfachen Aufbau zeigt, für hohe Temperaturen eingesetzt werden
kann und der ohne vorherige Demontage die Durchführung von Wiederholungsprüfungen
an allen druckführenden Teilen zuläßt.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
der Dampferzeuger einen von Kühlgasströmung freien Bereich aufweist, der auf der
einen Seite durch
den Rohrboden gegen den Speisewasserverteiler
abgedichtet und auf der anderen Seite von einer an dem Dampferzeugermantel angebrachten
Führungsplatte begrenzt ist, die auf der Rückseite mit Kaltgas beaufschlagt ist,
daß in dem Rohrboden eine Vielzahl von Einzelrohren eingesetzt ist, die durch die
Führungsplatte sowie alle Wärmeaustauschzonen (Vorwärmer, Verdampfer, Überhitzer)
als durchgehende Geradrohre verlegt und in dem strömungsfreien Bereich als Kompensationsleitungen
ausgebildet sind, und daß die Einzelrohre mit ihren anderen Enden in einem zweiten
Rohrboden eingesetzt sind, der einen Frischdampfsammler gasdicht gegen die Wärmeaustauschzonen
abschließt.
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Der erfindungsgemäße Dampferzeuger zeichnet sich durch einen klaren
geometrischen Aufbau aus; seine Montage ist sehr einfach, und es braucht nur wenig
Rohrbiegearbeit geleistet zu werden. Die Wärmeaustauschzonen (Vorwärmer, Verdampfer,
Überhitzer) werden von einer Vielzahl von Einzelrohren gebildet, die jeweils unmittelbar
in einen Dehnungsbogen übergehen, der der Kompensation von Wärmebewegungen dient.
Diese als "Kompensationsleitungen bezeichneten Dehnungsbögen befinden sich am kalten
Ende der Einzelrohre, d.h. am Speisewassereintritt, wodurch ihre Beanspruchung niedrig
gehalten wird. Zudem sind sie in einem Raum angeordnet, in dem keine Kühlgasströmung
vorhanden ist;
damit ist ausgeschlossen, daß sie in Vibrationen
versetzt und zusätzlich mechanisch beansprucht werden.
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Die Führung des Kühlgases erfolgt in einfacher Weise ohne unnötige
Umlenkungen. Das Heißgas tritt durch Schlitze -in dem Dampferzeugermantel seitlich
in die Überhitzerzone ein und verläßt den Dampferzeuger -ebenfalls durch Schlitze
in seinem Mantel - am Ende der Vorwärmerzone, die von der Führungsplatte abgeschlossen
wird.
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Da in dem gesamten Dampferzeuger nur durchgehende Rohre vorhanden
sind, können an allen druckführenden Teilen ohne großen technischen Aufwand wiederkehrende
Prüfungen vorgenommen werden. Auch ist es ohne Schwierigkeiten möglich, bei Undichtwerden
eines Einzelrohres dieses abzublinden.
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Bei Dampferzeugern mit enger Rohranordnung können vorteilhafterweise
in dem strömungsfreien Bereich jeweils zwei Rohre zusammengefaßt sein. Dies geschieht
in der Weise, daß in Nähe der Führungsplatte die Rohre paarweise durch ein Gabel
stück zu einer Kompensationsleitung zusammengeführt und die so gebildeten Kompensationsleitungen
in dem Rohrboden des Speisewasserverteilers eingesetzt sind, ohne daß eine Wiederaufzweigung
der Leitungen stattfindet. Es werden also jeweils zwei Rohre mit einem Dehnbogen
kompensiert.
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Ebenso kann eine Zusammenfassung von zwei Einzelrohren mittels eines
Gabel stücks vor dem Eintritt in den Rohrboden des Frischdampfsammlers erfolgen.
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Bei Undichtigkeit wird dann jeweils ein sich in den Wärmeaustauschzonen
zu einem Rohrpaar verzweigendes Einzelrohr abgeblindet.
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Die Einzelrohre bzw. Rohrpaare sind in den Wärmeaustauschzonen vorzugsweise
in einer Kreisteilung oder auch in einer Quadratteilung angeordnet. Bei einer Kreisteilung
läßt sich der Rand gut ausnutzen, was eine kompakte Bauweise des Dampferzeugers
ermöglicht.
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Die Kompensationsleitungen sind vorteilhafterweise als Helix-, Kreis-
oder auch Etagenbögen ausgeführt.
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Der Rohrboden des Speisewasserverteilers, in dem die Enden der Kompensationsleitungen
eingesetzt sind, kann eine Kreisteilung aufweisen.
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Dieser Rohrboden kann mit dem Dampferzeugermantel fest verbunden sein,
während zwischen dem Rohrboden und der zentral durch ihn geführten Frischdampfleitung
zur Vermeidung von Wärmespannungen zweckmäßigerweise eine Schiebeverbindung vorgesehen
ist.
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Der Rohrboden des Frischdampfsammlers kann sowohl mit dem Dampferzeugermantel
als auch mit der Frischdampfleitung fest verbunden sein. Nach der dem Rohrboden
entgegengesetzten
Seite hin ist der Frischdampfsammler vorteilhafterweise mit einem gewölbten Deckel
abgeschlossen, der mit dem Rohrboden und dem Dampferzeugermantel verschweißt ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dampferzeugers schematisch dargestellt.
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Der in einem Längsschnitt gezeigte Dampferzeuger kann z.B. in einem
Kernkraftwerk mit heliumgekühltem Hochtemperaturreaktor eingesetzt werden.
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Wie die Figur erkennen läßt, weist der in stehender Anordnung (in
der Kaverne des Reaktordruckbehälters) montierte Dampferzeuger ein Geradrohrbündel
1 mit ringförmigem Querschnitt auf, das außen von einem zylindrischen Mantel 2 umgeben
ist. Die Geradrohre 3 sind innerhalb der wärmeaustauschenden Zonen, die einen Überhitzer
4, einen Verdampfer 5 und einen Vorwärmer 6 umfassen, in einer Kreisteilung angeordnet.
Abstandshalter 7 sorgen für eine stabile Halterung des Geradrohrbündels 1.
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In den oberen Bereich des Dampferzeugers tritt ein horizontaler Gaskanal
8 ein, aus dem heißes Helium durch Schlitze 9 in dem Mantel 2 in den Überhitzer
4 strömt. Das Helium wird nach unten geführt, wobei es seine Wärme an das ihm in
den Geradrohren 3 entgegenströmende Sekundärmedium Wasser bzw. Dampf abgibt.
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Durch Schlitze 11 in dem Mantel 2 verläßt das kalte Helium den Vorwärmer
6 und gelangt in einen horizontalen Gaskanal 10.
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Der Vorwärmer 6 ist nach unten von einer Führungsplatte 12 abgeschlossen,
die fest mit dem Mantel 2 verbunden ist. Durch diese Platte sind die unteren Enden
der Geradrohre 3 hindurchgeführt; ihre oberen Enden sind in einen Rohrboden 13 eingesetzt.
Der Rohrboden 13 ist fest mit dem Mantel 2 verbunden. Auf den Rohrboden 13 ist ein
gewölbter Deckel 14 aufgesetzt, der mit dem Rohrboden 13 und dem Mantel 2 verschweißt
ist. Rohrboden 13 und Deckel 14 schließen einen Frischdampfsammler 15 ein. Der Frischdampf
wird durch eine zentral durch den ganzen Dampferzeuger verlegte Frischdampfleitung
16 nach unten-abgeführt. Die Frischdampfleitung 16 ist in den Rohrboden 13 eingeschweißt.
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Der Dampferzeuger ist unten von einem Boden 17 abgeschlossen, durch
den die Frischdampfleitung 16 hindurchgeführt ist. Die Durchführungsstelle ist mit
Dichtelementen 18 abgedichtet. Der Boden 17 begrenzt zusammen mit einem Rohrboden
20, der eine Kreisteilung aufweist, einen Speisewasserverteiler 21. Mit dem Mantel
2 ist der Rohrboden 20 fest verbunden; zwischen Rohrboden 20 und Frischdampfleitung
16 hingegen ist zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen eine Schiebeverbindung
22 vorgesehen.
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Drei Speisewasserleitungen 19, die um 1200 versetzt auf einem Teilkreis
um die Dampferzeuger-Längsachse angeordnet sind, treten unten in den Speisewasserverteiler
21 ein. Die Frischdampfleitung 16 und die Speisewasserleitungen 19 bilden je einen
Fixpunkt für den Dampferzeuger.
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Zwischen der Führungsplatte 12, die auf ihrer Oberseite von dem abgekühlten
Helium beaufschlagt wird, und dem Rohrboden 20 erstreckt sich ein Bereich 23, der
frei von der Strömung des Heliums ist. Durch diesen strömungsfreien Bereich sind
die das Sekundärmedium führenden Rohre verlegt, die als Einzelrohre 25 durch den
gesamten Dampferzeuger verlaufen. Dabei sind sie in den wärmeaustauschenden Zonen
4,5 und 6 sowie beim Durchgang durch die Führungsplatte 12 gradlinig ausgeführt
und bilden die schon erwähnten Geradrohre 3, während sie in dem strömungsfreien
Bereich 23 als Kompensationsleitungen 24 ausgeführt sind. Die Enden der Kompensationsleitungen
24 sind in die Rohre 20 eingesetzt. Bei dem hier dargestellten Beispiel beschreiben
die Kompensationsleitungen 24 jeweils einen Hel ixbogen.
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Jedes Einzelrohr 25 umfaßt somit ein geradliniges Teilstück 3 und
einen Dehnbereich 24, der am kalten Ende des Dampferzeugers und überdies in einem
strömungsfreien Raum angeordnet ist, so daß die thermische und die mechanische Beanspruchung
gering bleiben. Die durch den ganzen Dampferzeuger gehenden Einzelrohre 5 ermöglichen
außerdem die Vornahme von Wiederholungsprüfungen, ohne daß Demontagen erforderlich
sind.
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In der Figur sind der Strömungsverlauf des Heliums sowie der des Wassers
bzw. Dampfes durch Pfeile angedeutet.
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