EP0489192B1 - Water-cooled condenser - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a water-cooled condenser, in which the condenser tubes made of titanium are rolled and / or welded at their ends into a tube sheet and in which the condenser jacket and the water chamber jacket are each provided with a welded-on flange, between which the titanium tube sheets are arranged in a sealed manner and are provided with a screw connection, the capacitor jacket made of sheet steel being provided with a titanium explosive plating at the junction with the tube sheets, which is welded watertight to the tube sheets on the steam chamber side.
- a water-cooled condenser is known with a steel condenser jacket, in which titanium tubes penetrate and are rolled into a steel tube sheet and are welded with their ends in a special titanium plate in front of the tube sheet.
- This configuration solves the problem of the otherwise usual welded pipe / tube sheet connection.
- the titanium plate itself is screwed directly to the water chamber and screwed to the tube sheet via spacers. The latter is also screwed to the capacitor jacket. Since a steel tube plate is thus to be connected to a steel condenser jacket, there are no difficulties in terms of material technology, even if in the case shown, air ingress into the vapor space of the condenser may be expected due to the mere screwing.
- Explosion-plated titanium 8 is arranged on the flange 1 'on the side facing the steam chamber 6. Explosive plating or explosive welding is a process that can be used to produce metal combinations that are not possible by fusion welding.
- the titanium sheet is placed over the flange 1 'to be coated at a small distance.
- the explosive distributed on the titanium sheet is detonated on one side, whereupon the detonation zone runs over the titanium at high speed and accelerates it onto the flange. This creates very high pressures in the collision zone, which are to flow Metal boundary layers and thus lead to a large-area welding.
- the cladding 8 is completely sealed with a weld 9 after the assembly of the tube sheets with the capacitor jacket.
- the steam chamber 6 is thus secured against air ingress.
- precautions have been taken against the previously possible penetration of cooling water - which could emerge from the water chamber 7 as a result of a leaky protective coating 3 and could penetrate into the vapor space 6 via the holes 11 and a leaky weld 9.
- These precautions can be seen in the shape of the flanges 1 'and 2'. These are designed such that the screw connections 10 and thus the through holes 11 in the tube sheet 4 are located outside the actual sealing surface between the flange 1 'and tube sheet 4.
- the sealing point designated X in the drawing between the tube sheet 4 and flange 1 ' is readily accessible for inspection, regardless of whether the flange 1' is an annular flange (in the case of round capacitors) or are flat flanges (in the case of rectangular capacitors). If, on the occasion of such a check, it is determined that the weld seam 9 is actually leaking, and this leads to air ingress into the vapor space, the point designated by X can be sealed in the simplest manner to the required length or entirely with, for example, liquid silicone rubber.
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Description
Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Kondensator, bei welchem die Kondensatorrohre aus Titan an ihren Enden in jeweils einen Rohrboden eingewalzt und/oder eingeschweisst sind und bei welchem der Kondensatormantel und der Wasserkammermantel jeweils mit einem aufgeschweissten Flansch versehen sind, zwischen denen die Rohrböden aus Titan abgedichtet angeordnet und mit einer Verschraubung versehen sind, wobei der Kondensatormantel aus Stahlblech an der Verbindungsstelle mit den Rohrböden mit einer Titan-Sprengplattierung versehen ist, welche dampfraumseitig mit den Rohrböden wasserdicht verschweisst ist.The invention relates to a water-cooled condenser, in which the condenser tubes made of titanium are rolled and / or welded at their ends into a tube sheet and in which the condenser jacket and the water chamber jacket are each provided with a welded-on flange, between which the titanium tube sheets are arranged in a sealed manner and are provided with a screw connection, the capacitor jacket made of sheet steel being provided with a titanium explosive plating at the junction with the tube sheets, which is welded watertight to the tube sheets on the steam chamber side.
Derartige Kondensatoren, die am sogenannten kalten Ende von Kraftmaschinen angeordnet sind und zum Zwecke haben, durch Erzeugung eines grösstmöglichen Vakuums beispielsweise einer Dampfturbine ein grösseres Druck- und Wärmegefälle zu geben, sind bekannt. Sind bei diesen Kondensatoren die Wasserkammern über Flansche mit den Rohrböden und der Kondensatorschale verbunden, herrschen folgende Probleme vor:
- Die Bearbeitung der ausserordentlich grossen Flansche für die heutigen Grosskondensaoren gestalten sich auf der Baustelle sehr aufwendig;
- es besteht grundsätzlich die Gefahr, dass durch die grossen Flansche Luft in den Dampfraum des Kondensators eindringen kann;
- undichte Flansche können nachträglich nur sehr behelfsmässig und schwierig abgedichtet werden.
- The processing of the extraordinarily large flanges for today's large condensers is very complex on the construction site;
- there is basically a risk that air can penetrate into the vapor space of the condenser through the large flanges;
- leaking flanges can only be sealed with makeshift measures afterwards.
Heute werden von Kraftwerksbetreibern extreme Dichtheiten gegen Kühlwassereinbruch in Kondensatoren verlangt. Die zulässigen Leckraten sind kaum messbar, was dazu führt, dass die bisher angewandte Technik des Einwalzens der Rohre ergänzt wird durch Einschweissen der Rohre. Darüber hinaus gelangen heute extrem korrosionsbeständige Titanrohre zur Anwendung.Power plant operators are now required to have extreme tightness against the ingress of cooling water in condensers. The permissible leakage rates are hardly measurable, which means that the previously used technique of rolling in the pipes is supplemented by welding the pipes. In addition, extremely corrosion-resistant titanium tubes are used today.
Bei der genannten Flanschverbindung besteht nun die Möglichkeit, die Titanrohre auch in Titan-Rohrböden einzuwalzen und/oder einzuschweissen. Dies ist insbesondere deshalb naheliegend, weil sich Titan praktisch nur mit Titan verschweissen lässt. Zur Verschraubung des Titanrohrbodens mit den Flanschen sowohl des Wasserkammermantels als auch des Kondensatormantels müssen entsprechende Dichtungen vorgesehen werden. Zwischen Wasserkammermantel und Rohrboden hat man deshalb die ohnehin benötigte Gummischicht des Schutzüberzuges angeordnet, während zwischen Rohrboden und Flansch des Kondensatormantels eine Weichdichtung eingelegt wurde. Nach längerer Betriebszeit kann eine derartige Lösung indessen sowohl zu einem Kühlwasser- als auch zu einem Lufteinbruch in den Dampfraum führen, da die Dichtungen wegen der unterschiedlichen Dehnungen zwischen Rohren und Kondensatorschale sehr hoch beansprucht sind.With the flange connection mentioned, it is now possible to also roll and / or weld the titanium tubes into titanium tube sheets. This is particularly obvious because titanium can practically only be welded with titanium. Appropriate seals must be provided to screw the titanium tube base to the flanges of both the water chamber jacket and the condenser jacket. The rubber layer of the protective coating, which is required anyway, has therefore been arranged between the water chamber jacket and the tube sheet, while a soft seal has been inserted between the tube sheet and the flange of the capacitor jacket. After a long period of operation, however, such a solution can lead to both cooling water and air ingress into the steam space, since the seals are subject to very high stresses due to the different expansions between the pipes and the condenser shell.
Aus der US-A-4,252,182 ist ein wassergekühlter Kondensator bekannt mit einem stählernen Kondensatormantel, bei dem Titanrohre einen stählernen Rohrboden durchdringen und in diesen eingewalzt sind und mit ihren Enden in einer speziellen, dem Rohrboden vorgelagerten Titanplatte eingeschweisst sind. Durch diese Konfiguration wird die Problematik der sonst üblichen Schweissverbindung Rohr/Rohrboden gelöst. Die Titanplatte selbst ist mit der Wasserkammer direkt verschraubt und über Abstandsglieder mit dem Rohrboden verschraubt. Letzterer ist ebenfalls mit dem Kondensatormantel verschraubt. Da somit ein Stahlrohrboden mit einem Stahlkondensatormantel zu verbinden ist, sind materialtechnisch keine Schwierigkeiten vorhanden, wenn auch im dargestellten Fall infolge der blossen Verschraubung eventuell mit Lufteinbrüchen in den Dampfraum des Kondensators zu rechnen ist.From US-A-4,252,182 a water-cooled condenser is known with a steel condenser jacket, in which titanium tubes penetrate and are rolled into a steel tube sheet and are welded with their ends in a special titanium plate in front of the tube sheet. This configuration solves the problem of the otherwise usual welded pipe / tube sheet connection. The titanium plate itself is screwed directly to the water chamber and screwed to the tube sheet via spacers. The latter is also screwed to the capacitor jacket. Since a steel tube plate is thus to be connected to a steel condenser jacket, there are no difficulties in terms of material technology, even if in the case shown, air ingress into the vapor space of the condenser may be expected due to the mere screwing.
Desweiteren ist aus der US-A-4,562,887 eine Flanschverbindung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher die Stirnseite des mit dem Rohrboden zu verschraubenden Flansches mit einer Sprengplattierung versehen ist. Nach der Montage der Rohrböden mit dem Kondensatormantel wird diese Sprengplattierung mit den Rohrböden verschweisst. Zwar wird bei dieser Lösung die Sprengplattierung ausschliesslich auf Druck beansprucht und kann sich somit nicht vom Flansch ablösen. Indes könnte die Schweissnaht aus irgendeinem Grund beschädigt werden, worauf die Möglichkeit von Lufteinbrüchen und insbesondere von Kühlwassereinbrüchen über undichte Schutzüberzüge und die Schraubenlöcher bestünde.Furthermore, from US-A-4,562,887 a flange connection of the type mentioned is known, in which the end face of the flange to be screwed to the tube sheet is provided with an explosive cladding. After installing the tube sheets with the condenser jacket, this explosive plating is welded to the tube sheets. With this solution, the explosive plating is only subjected to pressure and therefore cannot detach from the flange. However, the weld seam could be damaged for any reason, which would result in the possibility of air intakes and in particular cooling water ingress through leaky protective coatings and the screw holes.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Kondensator der eingangs genannten Art eine kontrollierbare Verbindung des Titan-Rohrbodens mit dem Stahlblech des Flansches/Kondensatormantels zu schaffen.The invention is therefore based on the object to provide a controllable connection of the titanium tube sheet with the steel sheet of the flange / capacitor jacket in a capacitor of the type mentioned.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dass die Sprengplattierung am dampfraumseitigen Teil des Flansches angebracht ist und dass die Flanschverschraubung ausserhalb der Dichtfläche zwischen Flansch und Rohrboden angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved in that the explosive plating is attached to the part of the flange on the steam chamber side and in that the flange screw connection is arranged outside the sealing surface between the flange and the tube sheet.
Der Vorteil der Erfindung ist neben der Tatsache, dass die kritische Stelle bei Flanschkonstruktionen nunmehr mit einer absolut dichten Schweissverbindung versehen ist, insbesondere darin zu sehen, dass selbst im Falle einer undichten Schweissnaht zwischen Sprengplattierung und Rohrboden die Dichtfläche von aussen zu Reparaturzwecken zugänglich ist.The advantage of the invention is, in addition to the fact that the critical point in flange constructions is now provided with an absolutely tight welded joint, in particular that the sealing surface is accessible from the outside for repair purposes even in the event of a leaky weld seam between explosive plating and the tube sheet.
In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Teillängsschnitt einer Flanschverbindung von Wasserkammer, Rohrboden und Kondensatorschale.In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically. The single figure shows a partial longitudinal section of a flange connection of water chamber, tube sheet and condenser shell.
Erfindungsunwesentliche Elemente wie beispielsweise die Ausgestaltung der Wasserkammer und der Rohreintritte sind nicht dargestellt, obschon die korrosive Wirkung des Kühlwassers eine Randbedingung hinsichtlich deren Konstruktion ist. Auch die eigentliche Rohrbefestigung sowie die bündelförmige Konfiguration der Rohre im Dampfraum sind nicht dargestellt, da sich nichts zum besseren Verständnis der Erfindung beitragen. Ferner sei festgehalten, dass die eigentliche Geometrie des Kondensators, seine Grösse und seine Aufstellungsart im vorliegenden Zusammenhang nicht von Bedeutung sind und dass auch die Form der Rohrböden, ob rund oder mehreckig, die Wirkungsweise der Erfindung nicht beeinflusst. All dies führt dazu, dass die Erläuterung der Erfindung anhand einer einfachen Prinzipskizze einer Wasserkammer erfolgen kann.Elements not essential to the invention, such as the design of the water chamber and the pipe inlets, are not shown, although the corrosive effect of the cooling water is a boundary condition with regard to their construction. The actual pipe fastening and the bundle-shaped configuration of the pipes in the steam room are also not shown, since nothing contributes to a better understanding of the invention. It should also be noted that the actual geometry of the capacitor, its size and its type of installation are not important in the present context and that the shape of the tube sheets, whether round or polygonal, does not influence the mode of operation of the invention. All of this means that the explanation of the invention can be made using a simple schematic diagram of a water chamber.
Bei der Kondensatorausbildung bestehen sowohl der Kondensatormantel 1 als auch die Wasserkammerwand 2 aus einfachem C-Stahl. Sie sind jeweils mit einem aufgeschweissten Flansch 1' resp. 2' versehen, zwischen denen der Titan-Rohrboden mittels der Verschraubung 10 fest verschraubt wird. Insbesondere wenn Meerwasser als Kühlmittel verwendet wird, ist auf der Wasserseite die Wand 2 vollständig mit einem Schutzüberzug 3 versehen, welcher in der Regel eine Gummischicht ist, jedoch auch ein glasfaserverstärkter Epoxydharzanstrich sein kann. Auf der Wasserseite wird der Schutzüberzug 3 mit in den Flansch 2' einbezogen.In the capacitor design, both the capacitor jacket 1 and the
Der Rohrboden 4 besteht aus reinem Titan. Es ist mit einer Vielzahl von Titanrohren 5 bestückt, die entweder mit ihren Enden eingewalzt, eingeschweisst oder beides sein können. Durch diese Rohre, welche die eigentliche Kühlfläche bilden und die den Dampfraum 6 in ihrer ganzen Länge durchdringen und dabei in nicht gezeigten Stützplatten abgestützt sind, wird das frische Kühlwasser von der ersten Wasserkammer 7 in die nicht dargestellte zweite, gegenüberliegende Wasserkammer gefördert. Im Dampfraum 6 sind die Rohre vom zu kondensierenden Dampf im Querstrom umströmt.The tube sheet 4 is made of pure titanium. It is equipped with a large number of
Am Flansch 1' ist an der dem Dampfraum 6 zugekehrten Seite sprengplattiertes Titan 8 angeordnet. Es handelt sich beim Sprengplattieren oder auch Sprengschweissen um ein Verfahren, mit dem Metallkombination hergestellt werden können, die durch Schmelzschweissen nicht möglich sind. Über den zu beschichtenden Flansch 1' wird mit geringem Abstand das Titanblech gelegt. Der auf dem Titanblech verteilte Sprengstoff wird auf einer Seite gezündet, worauf die Detonationszone mit grosser Geschwindigkeit über das Titan hinwegläuft und dieses auf den Flansch beschleunigt. Dabei entstehen sehr hohe Drücke in der Kollisionszone, die zu fliessenden Metallgrenzschichten und somit zu einer grossflächigen Schweissung führen.Explosion-plated
Die Plattierung 8 wird im Anschluss an die Montage der Rohrböden mit dem Kondensatormantel mit einer Schweissnaht 9 vollständig abgedichtet. Der Dampfraum 6 ist damit gegen Lufteinbrüche gesichert. Aber auch im Fall einer undichten Schweissnaht 9 sind gegen das bisher mögliche Eindringen von Kühlwasser - welches infolge eines undichten Schutzüberzuges 3 aus der Wasserkammer 7 heraustreten könnte und über die Löcher 11 und eine undichte Schweissnaht 9 in den Dampfraum 6 eindringen könnte - Vorkehrungen getroffen. Diese Vorkehrungen sind in der Formwahl der Flansche 1' und 2' zu sehen. Diese sind derart konzipiert, dass die Verschraubungen 10 und damit die Durchgangslöcher 11 im Rohrboden 4 sich ausserhalb der eigentlichen Dichtfläche zwischen Flansch 1' und Rohrboden 4 befinden. Es wird somit deutlich, dass die in der Zeichnung mit X bezeichnete Dichtstelle zwischen Rohrboden 4 und Flansch 1' einer Inspektion ohne weiteres zugänglich ist, und zwar unabhängig davon, ob es sich beim Flansch 1' um einen Ringflansch (im Falle von Rundkondensatoren) oder um flache Flansche (im Falle von Rechteckkondensatoren) handelt. Wird anlässlich einer solchen Kontrolle festgestellt, dass die Schweissnaht 9 tatsächlich undicht ist, und es dadurch zu Lufteinbrüchen in den Dampfraum kommt, so kann die mit X bezeichnete Stelle auf einfachste Weise auf der erforderlichen Länge oder gänzlich mit beispielsweise flüssigem Silikonkautschuk abgedichtet werden.The
Claims (1)
- Water-cooled condenser in which the titanium condenser tubes (5) are rolled and/or welded into a tube plate (4) at each end and in which the condenser casing (1) and the header casing (2) are each provided with a welded-on flange (1', 2'), between which the titanium tube plates (4) are aranged in a sealed manner and are provided with a bolting arrangement (10), the condenser casing of sheet steel being provided with titanium explosion plating (8) at the connection location to the tube plates, which titanium explosion plating (8) is welded in a watertight manner to the tube plates on the steam space side, characterized in that the explosion plating (8) is applied to the steam space side part of the flange (1') and that the flange bolting arrangement (10) is located outside the sealing surface between flange (1') and tube plate (4).
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