K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ

Transkript

1 e s f o w / ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A (19) K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ (22) Přihlášeno (21) (PV ) (11) (Bl) (51) Int. Cl.* G 21 D 1/02 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (4D) Zveřejněno (45) Vydáno (53) MDT (75) Autor vynálezu Ing. DALIBOR SÝKORA, PRAHA (54) Technologické zařízení, zejména spojovací potrubí teplosměnných okruhů jaderné elektrárny s rychlým reaktorem chlazeným tekutým kovem, s vnějším ohřevem 1 Vynález se týká technologického zařízení, které pracuje s tekutými látkami, které jsou však tekuté jen za vyšších teplot vůči běžným teplotám oko'ií. Významným představitelem takových látek je například sodík, používaný jako teplonosné médium v jaderné energetice, reprezentované rychlými reaktory chlazenými tekutým kovem. Technologickým zařízením pracujícím se sodíkem a vyžadujícím proto občasný dlouhodobý vnější ohřev jsou výměníky tepla, oběhová čerpadla, parní generátory, zásobní a vypouštěcí nádrže a hlavně spojovací potrubí, včetně armatur pro svoji štíhlost, členitost a celkovou rozsáhlost. Vynález je založen na použití nekonvenčních prvků tepelné techniky, z nichž je sestaven příslušný ohřívací systém, který je naprosto nezbytným pomocným systémem, podmiňujícím provoz hlavního technologického zařízení. Dnešní technika předehřívání technologického zařízení před jeho plněním tekutým sodíkem i technika udržování zadané teploty u zařízení naplněných tekutým sodíkem v době, kdy neexistují provozní zdroje tepla, spočívá především v elektrickém ohřevu, popřípadě v ohřevu horkým plynem. Ohřev horkým plynem má uplatnění na těch technologických zařízeních, resp. na těch čás tech celých teplosměnných okruhů, které z bezpečnostních důvodů mají vnější hermetické oplášťování. Elektrický ohřev je buď odporový, nebo indukční. Zařízení pracující se i sodíkem jsou převážně z nerezových vysokolegovaných ocelí, které nejsou tak vhodné pro elektrický indukční ohřev jako ocele uhlíkaté. Mimoto elektrický indukční ohřev je vhodný jako ohřev lokální. Z těchto důw vodů je dnes nejrozšířenější elektrický ohřev odporový. Jeho hlavní součástí jsou izolované elektrické odporové vodiče, různým způsobem navinuté nebo přiložené na ohřívané is 2 technologické zařízení, pod jeho tepelnou izolací. Zpočátku se pro tento ohřev používaly jen běžné elektrické odporové vodiče, na nichž byly navlečeny izolační keramické korálky, kterými se ovinovaly povrchy zařízení, opatřené předtím obvykle dvojitou ]0 elektrickou izolací. Později se také užívaly speciální trubičkové elektrické odporavé ohříváky. Nyní se rozšiřuje používání elektrických topných pásů a kabelů, které jsou výhodné i pro 35 složitější tvary zařízení. Topné pásy jsou zhotoveny například ze skelné tkaniny, v níž jsou uloženy elektrické odporové vodiče. V praxi se ukazuje, že jejich nejporuchovějšími místy jsou elektrické vývody a že topné so pásy nesnášejí přeložení nebo překřížení.

2 Pokud jde o elektrické topné kabely, lze konstatovat, že to jsou velmi kvalitní topné elementy, které mohou odlouliodobe pracovat při teplotě až 800 C. Pro tuto teplotu jsou jejich plástové trubičky z nerezové oceli a 5 jejich elektrické odporové vodiče jsou ze slitiny niklu a chrómu; topné kabely nejsou však běžné k dispozici. Na základě mnohaletých provozních zkušeností s elektrickým odporovým ohřevem lze uvést jeho následu- 1D jící nevýhody: nutnost elektrického odizolování topných odporových vodičů od.ohřívaného technologického zařízení, čímž se do přenosu i.-, tepla vkládá značný odpor tepelný, přenos tepla probíhá s velkými teplotními spády, což jc hlavní příčinou častých poruch elektrických odporových vodičů, které se proto instalují se stoprocentní rezervou, topné elektrické odporového vodiče s poměrně nízkou životností jsou pod tepelnou zt> izolací a jsou tedy obtížně přístupné, což" vadí hlavně u radioaktivního technologického zařízení, so 4 Výše uvedené nevýhody dosavadních systémů ohřevu technologického zařízení jsou odstraněny tímto vynálezem, jehož podstata spočívá v tom, že technologické zařízení má so na vnějším povrchu ohřívané stěny pod tepelnou izolací, eventuálně i pod hermetickým oplášťováním přiložena účelně tvarovaná teplovodná tělesa. Jejich kompaktní výparné části, které jsou opatřeny například 56 elektrickými indukčními ohříváky, jsou u- místěny vně tepelné izolace ve snímatelných izolovaných krytech a rozvinuté kondenzační části teplovodných těles jsou v přímém styku s vnějším povrchem. ohřívané steny. co Přitom tento styk je za účelem lepšího přenosu tepla zvětšen kovovými krycími žlábky, nasazenými těsně na kondenzačních částech teplovodných těles. Vytvořením ohřívacích systémů z teplo- 6s vodných.těles s lokálním ohřevem jejich snadno přístupných výparných částí se jednak odstraňují výše uvedené nevýhody elektrického odporového ohřevu, jednak získávají další níže uvedené výhody: or'ontací na nejjednoduší teplovodná tělesa, tj. na tepelné trubice s kruhovým průřezem, se využijí všechny zkušenosti získaná při výrobě vzorků tepelných trubic za účelem jejich výzkumu, průřez tepelných trubic je vždy ve výhodné relaci s průřezem ohřívaného spojovacího potrubí, v5'š ; nou bude možné používat tepelné trubico gravitační, které jsou jednodušší a levnější než tepelné trubice s různými kapilárními soustavami, pro ohřev technologického zařízení pracujícího se sodíkem budou z hlediska výkonových parametrů, pracovních teplot a provozních vlastností zřejmě nejvhodnější tepelné trubice plněné eutektickou slitinou sodíku a draslíku s eventuálním přídavkem inertního plynu; nevyžadují vlastní předehřívání při starech ze studeného stavu, při zkratech elektrických odporových vodičů docházelo i k perforaci stěny ohřívaného technologického zařízení od elektrického oblouku, což představuje velmi vážnou provozní poruchu, i nutnost instalace oddělovacích elektrických transformátorů, které odstraňují možnost vzniku elektrického oblouku při jednoduchých zkratech, ale nemohou toto nebezpečí odstranit při zkratu dvojitém a «nutnost instalace speciální reléové kontroly elektrického odporu mezi systémem elek- 4 trického odporového ohřevu a ohřívaným zařízením. «30 navržený systém ohřevu lze použít i u o- plášfovaných technologických zařízení, neboť tepelné trubice mají velkou životnost, samy jsou hermetické a snesou styk s tekutým sodíkem, který může zaplavit meziprostor při eventuální netěsnosti technologického zařízení. Vznikne tím varianta k dnešnímu plynovému ohřevu u které budou rovnoměrně rozložený zdroje tepla, vyrovnané, resp. programované teploty po celém ohřívaném okruhu, menší průřezy meziprostorů, menší potřebná množství jimi proudovaného plynu a nižší tepelné ztráty do okolí než u dosavadních provedení plynového ohřevu s vnějším elektrickým ohřívákem, do něhož je soustředěn celý ohřívací výkon a program vývoje energetického rychlého reaktoru chlazeného tekutým kovem, v jehož rámci se provádí i výzkum tepelných trubic, poskytuje realizační uplatnění navrženého systému ohřevu už dnes, a to na neaktivních experimentálních zařízeních, jimiž jsou už existující i budované smyčky a stendy. Na výkresech jsou naznačeny některé možnosti instalace teplovodných těles na spojovacím potrubí. Jejich umísťování na nádržích, výměnících apod. bude snadnější než na štíhlých a dlouhých potrubích. Pokud jde o sodíková spojovací potrubí nutno připomenout příznivou skutečnost, že z důvodů dobrého vypouštění a vyprazdňování mívají několikastupňový spád. Teplovodná tělesa s výhodnějšími ale výrobně náročnějšími průřezy, například s průřezem oválným, polo-

3 kruhovým, trojúhelníkovým nejsou zatím předpokládána, avšak nejsou z aplikací vyloučena. Totéž se samozřejmě týká i teplovodných těles s kapilárními soustavami, která mohou zajistit ještě širší uplatnění těchto nekonvenčních prvků tepelné techniky. Na všech níže popsaných vyobrazeních je číselné značení příslušných součástí jednotné. Na obr. 1 je znázorněno jednak celkové umístění gravitačních jednostranných teplovodných těles 3 na povrchu ohřívané stěny 1 na spojovacím potrubí, které může mít dostatečně velký spád, který bývá okolo 15, jednak detailní uložení teplovodných těles 3 na připojených zvětšených příčných řezech. V tepelné izolaci 2 jsou pomocí snímatelných izolovaných krytů S vytvořeny uzavřené prostory, ve kterých jsou umístěny na výparných koncích teplovodných tělese 3 elektrické indukční ohříváky 4. Kondenzační části teplovodných těles 3 jsou v přímém styky s povrchem ohřívané stěny 1. Zlepšení přenosu tepla i ochranu kondenzační části teplovodného tělesa 3 před mechanickým poškozením v průběhu montážních prací poskytuje kovový krycí žlábek B. Tepelná izolace 2 je zde znázorněna jako dělená a snímací, přestože to teplovodná tělesa 3 nevyžadují vzhledem k jejich dlouhodobé životnosti. Na obr. 2 a 3 je naznačeno uspořádání gravitačních dvoustranných teplovodných těles 3 na povrchu stěny 1 u málo spádovaného spojovacího potrubí. Využití gravitace pro pohyb kapalné fáze náplně teplovodného tělesa 3 umožňuje prohnutí jeho kondenzačních částí do tvaru prostorové křivky, ležící na válcové stěně 1 a mají- cí všude požadovaný spád. Na obr. 4 je ukázán princip různých instalací gravitačních teplovodných těles 3 za účelem vyhřívání plynového meziprostoru a ohřevu stěny 1 technologického zařízení, například náxo doby vertikálního výměníku tepla, které má u bezpečnostní vnější hermetické oplášťování 7. V meziprostoru, vyplněném za normálního provozu inertním plynem, jsou kondenzační části gravitačních teplovodných těles 3. Jejich výparné části jsou dole, vně tepelné izolace 2, která je však až na hermetickém oplášťování 7. Elektrické indukční ohříváky 4 obklopují výparné části teplovodných těles 3 a společně jsou ve snímatelných izo- 10 lovanýrh krytech 5. Možnost využití vnějšího ohřevu technologického zařízení podle tohoto vynálezu je mnohem širší, než ukazuje výše popsaná aplikace z oboru sodíkové technologie v ja- 11 děrné energetice. Například v chemických provozech, kde se pracuje s kapalinami, které mají za normálních teplot příliš velkou viskozitu, mnohou také existovat účelná využití zde uvedeného systému ohřevu. Jako K konkurenční nutno ale uvažovat i ohřevy parou nebo horkou vodou, které však u zařízení pracujících s alkalickými tekutými kovy jsou z bezpečnostních důvodů vyloučeny. PREDMET VYNALEZU Technologické zařízení, zejména spojovací potrubí teplosměnných okruhů jaderné elektrárny s rychlým reaktorem chlazeným tekutým kovem, s vnějším ohřevem napájeným většinou ze zdroje elektrické energie, vyznáčené tím, že má na vnějším povrchu ohřívané stěny (1J pod tepelnou izolací (2J nebo pod hermetickým oplášťováním (7) přiložena tvarovaná teplovodná tělesa (3), jejichž kompaktní výparné části, které jsou opatře- a ny ohříváky, například elektrickými indukčními ohříváky (4), jsou umístěny vně tepelné izolace (2), ve snímatelných izolovaných krytech (5) a rozvinuté kondenzační části teplovodných těles (3) jsou v přímém styku s vnějším povrchem ohřívané stěny (1J, přičemž tento styk je za účelem lepšího přenosu tepla zvětšen kovovými krycími žlábky (6), nasazenými těsně na kondenzačních částech teplovodných těles [3). 2 listy výkresů Severografia, n. p., provozovna 32, Most

4 c-c * 2 4 Obr. 2 K 3 1 N? s 2^ \ í Obr. 3

5 D-D Obr. 4