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Dokumentenidentifikation DE102004014822A1 20.10.2005
Titel Verfahren zum Reinigen der Rohre eines Wärmetauschers mit Hilfe eines Strahlmittels und dafür geeignete Vorrichtung
Anmelder Framatome ANP GmbH, 91058 Erlangen, DE
Erfinder Krämer, Georg, 91346 Wiesenttal, DE;
Meier-Hynek, Konrad, 91074 Herzogenaurach, DE
Vertreter Mörtel & Höfner, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 24.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004014822
Offenlegungstag 20.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.10.2005
IPC-Hauptklasse F28G 1/16
Zusammenfassung Verfahren zum Reinigen der Rohre eines Wärmetauschers (54), bei dem an das eine Ende eines Rohres (56) eine Strahldüse angesetzt und ein ein Strahlmittel enthaltender Luftstrom durch das Rohr geblasen wird, wobei eine drosselfreie Strahldüse (22) verwendet wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Wärmetauschers mit Hilfe eines Strahlmittels und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Wärmetauscherrohre müssen von Zeit zu Zeit von Ablagerungen gereinigt werden. Zwar stehen eine Vielzahl von chemischen Reinigungsverfahren zur Verfügung, die sich aber bei der großen Anzahl von Wärmetauscherrohren und einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen und mit einem größeren technischen Aufwand realisieren lassen. Daher werden Austauschrohre in erster Linie mechanisch gereinigt. Neben der Reinigung mit Bürsten werden vielfach Strahlverfahren angewandt, bei denen mit Hilfe einer an ein Rohrende angesetzten Strahldüse ein Strahlmittel durch ein Rohr hindurchgeblasen wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in DE 195 46 788 A1 beschrieben. Als Strahlmittel kommen beispielsweise Stahl- oder Korundpartikel zum Einsatz. Die aus dem jeweils anderen Rohrende austretenden Partikel werden durch eine Auffangvorrichtung gesammelt und dem Strahlmittelkreislauf zugeführt. Eine solche Auffangvorrichtung ist in DE 198 37 683 C2 beschrieben. Bei einem herkömmlichen Reinigungsverfahren werden, wie in 1 gezeigt, zwei an einem Träger 1 fixierte Strahldüsen 2 beispielsweise an die Eintrittsseite 3 eines Wärmetauschers 4 angesetzt. Die Strahldüsen 2 sind an ihrem in Strahlrichtung 5 weisenden Ende zu einem zylindrischen Stutzen 6 verengt, der in das Rohrende 7 eingeführt ist. An ihrem gegen die Strahlrichtung 5 weisenden Ende tragen die Strahldüsen 2 eine mit einem Förderschlauch 8 verbundene Eintrittsöffnung 9. Zwischen der vom Vorderende des Stutzens 6 umschlossenen Austrittsöffnung 10 und der Eintrittsöffnung 9 ist eine Venturidüse 12 mit einer Drosselstelle 13 angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren und eine alternativ gestaltete Vorrichtung zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens anzugeben, mit denen insbesondere eine effizientere Reinigung eines Wärmetauschers möglich ist.

Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 dadurch gelöst, dass eine drosselfreie Strahldüse, vorzugsweise eine solche verwendet wird, deren Austrittsöffnung gleich groß oder geringfügig kleiner ist als die Innenquerschnittsfläche des Rohres. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, ein zu reinigendes Rohr mit einem großen Strahlenmittelstrom zu beaufschlagen. Bei herkömmlichen Strahldüsen ist dies nicht in diesem Ausmaß möglich. Dort wird die in einem mit der Strahldüse verbundenen Förderschlauch vorliegende Geschwindigkeit des Strahlmittelstromes durch eine relativ klein bemessene Engstelle in einer Venturi-Düse stark erhöht. Die Folgen sind, dass Strahlpartikel mit hoher kinetischer Energie ausgestoßen werden. Diese Partikel werden aber bereits innerhalb eines relativ kurzen Rohrstückes abgebremst. Dann steht für die Rohrreinigung nur noch ein Strahlmittelstrom mit geringer Partikelkonzentration zur Verfügung. Anders ist dies bei der Erfindung. Hier liegt aufgrund einer fehlenden Drosselung bzw. Engstelle in der Strahldüse ein Strahlmittelstrom mit sehr hoher Partikelkonzentration und einer damit einhergehenden hohen Abrasivität vor. Eine Ausgestaltung, die große Austrittsöffnungen zulässt, sieht vor, dass die Strahldüse mit einer die Austrittsöffnung umfassenden Anlagefläche an eine Stirnseite eines Rohrendes gepresst wird. Im Gegensatz dazu wird beim Stand der Technik ein verengter Stutzen in ein Rohrende eingeführt, wobei die Austrittsöffnung des Stutzens zumindest um ein seiner Wandstärke entsprechendes Maß gegenüber der Querschnittsfläche des Rohres verringert sein muss.

Der Zeitaufwand für das Reinigungsverfahren kann dadurch verringert werden, dass mehrere Rohre gleichzeitig gereinigt werden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass mehrere Strahldüsen eingesetzt werden, die an einem Träger im Rohrraster des Wärmetauschers gehalten sind. Während bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen eine Lagefixierung der Strahlendüsen dadurch erfolgt, dass sie mit einem verengten Stutzen in ein Rohrende eingeführt werden, ist erfindungsgemäß ein in Strahlrichtung abstehender Fixierbolzen vorgesehen, der bei der Reinigung in ein Rohrende eingesteckt wird. Dies ist problemlos möglich, wenn der Fixierbolzen am Träger an einer dem Rohrraster entsprechenden Position angeordnet ist.

Eine drosselfreie Strahldüse wird dadurch bewerkstelligt, dass die Strahldüse von einem von einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung begrenzten Strömungskanal durchsetzt ist, wobei der Strömungskanal eine im wesentlichen gleichbleibende, etwa der Größe der Austrittsöffnung entsprechende Querschnittsfläche aufweist. Wie weiter oben ausgeführt, ist die Austrittsöffnung der Strahldüse von einer Anlagefläche umfasst, die während der Durchführung des Verfahrens an die Stirnseite des zu reinigenden Rohres gepresst wird. Vorzugsweise ist diese Anlagefläche von einem radial außen angeordneten, axial vorstehenden Kragen umfasst. Die Anlagefläche und der Kragen bilden dabei eine Aufnahme für ein Rohrende. Diese Ausgestaltung ermöglicht zum einen eine bessere Abdichtung des Rohrendbereiches und zum anderen eine zusätzliche Lagefixierung der Vorrichtung am Wärmetauscher. Eine Verdrehung eines mehrere Strahldüsen tragenden Trägers um den Fixierbolzen als Drehachse ist dadurch verhindert. Zur Erhöhung der Abdichtung zwischen Rohrende und Strahldüse ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der die Aufnahme und die Austrittsöffnung beinhaltende Bereich aus einem Elastomer besteht. Außerdem können dadurch Toleranzen und Unebenheiten im Stirnseitenbereich eines Rohrendes kompensiert werden. Als mechanischer Schutz und um zu verhindern, dass durch den unter Druck stehenden Strahlmittelstrom der den Stirnseitenbereich eines Rohres umfassende Kragen aufgeweitet wird, ist dieser von einer Versteifungshülse aus festem Material, beispielsweise aus einem Metall, umgriffen. Der Elastomerbereich ist vorzugsweise von einem mit der Strahldüse formschlüssig verbundenen rohrabschnittförmigen Endstück gebildet.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine herkömmlich, an einem Wärmetauscher positionierte Vorrichtung in Längsschnittdarstellung,

2 eine Abbildung entsprechend 1 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

3 die Vorrichtung nach 2 in vergrößerter ausschnittsweiser Darstellung,

4 einen Ausschnitt aus 3,

5 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung von 2.

Die in 2 bis 5 gezeigte Vorrichtung umfasst einen Strahlkopf mit einem Träger 21, in dem zwei Strahldüsen 22 gelagert sind. Denkbar sind natürlich auch Strahlköpfe mit nur einer Strahldüse oder mehr als zwei Strahldüsen. Der Träger ist im wesentlichen von einem hohl- quaderförmigen Gehäuse 23 gebildet. Das Gehäuse 23 ist von zwei parallel zueinander verlaufenden, jeweils eine Strahlendüse 22 aufnehmenden Bohrungen 24 durchsetzt. Eine Strahldüse 22 ist im wesentlichen als ein rohrabschnittförmiges Gehäuse 25 ausgestaltet. Das Gehäuse 25 weist drei unterschiedliche Längsabschnitte auf, wobei ein mittlerer Abschnitt 26 einen größeren Durchmesser als die beiden anderen Abschnitte, nämlich ein vorderer Abschnitt 27 und ein hinterer Abschnitt, 28 aufweist. Den Übergang zwischen dem mittleren Abschnitt 26 und den verjüngten Abschnitten 27, 28 wird jeweils durch eine Radialschulter 29, 30 gebildet. Von der Wand der Bohrungen 24 steht jeweils ein Anschlagflansch 32 radial nach innen vor. Die einem mittleren Abschnitt 26 zugewandte Seite dieses Anschlagflansches wirkt mit der Radialschulter 29 im Sinne einer Axialfixierung des Gehäuses 25 zusammen. Mit der Radialschulter 30 liegt das Gehäuse 25 an einem Deckelteil 33 an, das das Trägergehäuse 23 rückseitig verschließt. Zwischen dem Deckelteil 33 und dem hinteren Abschnitt 28 der Strahldüse 22 ist eine O-Ring-Dichtung 31 angeordnet. In dem sich vom Anschlagflansch 32 weg erstreckenden und den Abschnitt 27 umgreifenden Bereich der Bohrung 24 ist eine den Umfang des Abschnittes 27 umfassende Elastomerdichtung 34 eingelegt. In der vorderen Stirnseite des Strahldüsengehäuses 25 ist eine im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Nut 35 eingebracht, in der ein im wesentlichen rohrabschnittförmiges Endstück 36 aus Elastomermaterial mit seinem einen Ende formschlüssig einliegt.

Der vordere Abschnitt 27 ist von einem Strömungskanal 37 durchsetzt. Die Mittellängsachse 38 des Strömungskanals bildet gleichzeitig die Mittellängsachse des Strahldüsengehäuses 25. Der Strömungskanal 37 wird vorderseits durch eine Austrittsöffnung 39 und an seinem anderen Ende durch eine Eintrittsöffnung 40 begrenzt. Er weist im wesentlichen eine gleichbleibende Querschnittsfläche bzw. einen gleichbleibenden Durchmesser 42 auf. Die Querschnittsfläche bzw. der Durchmesser 42 entspricht der Querschnittsfläche bzw. dem Durchmesser 43 eines mit einem Außengewinde 44 in ein Innengewinde 45 des mittleren Abschnittes 26 eingeschraubten Förderschlauches 46. Der Förderschlauch 46 liegt mit seiner vorderen Stirnseite 47 an einer im Übergangsbereich zwischen Abschnitt 26 und Abschnitt 27 vorhanden Radialschulter 48. Von der Radialschulter 48 steht in Axialrichtung ein die Eintrittsöffnung 40 ringförmig umfassender im Querschnitt keilförmiger Vorsprung 49 vor, der sich in das Material des Förderschlauches 46, ein Elastomermaterial, eingräbt. Dies verbessert die Abdichtung zwischen Förderschlauch 46 und Gehäuseabschnitt 26. Der Durchmesser 50 der Eintrittsöffnung 40 ist geringfügig größer als der Durchmesser 43 des Förderschlauches 46. Die Durchmesserdifferenz ist dabei beispielsweise so bemessen, dass sie einer Aufweitung des Durchmessers 43 bei einer Beaufschlagung des Schlauches mit einem unter Druck stehenden Strahlmittelstrom entspricht. Dadurch ist gewährleistet, das ein Strahlmittelstrom nicht auf eine störende, in den Strömungskanal vorstehende Gehäusekante auftrifft. Der sich an die Eintrittsöffnung 40 anschließende Bereich 52 des Strömungskanals 37 ist bis etwa zu seiner Mitte hin leicht konisch verjüngt, wobei sich an den Bereich 52 ein zylindrischer Kanalbereich mit dem Durchmesser 42 anschließt.

Zur Durchführung eines Reinigungsverfahrens wird, wie in 2 gezeigt, der Träger 21 von der Eintrittseite 53 oder auch der Austrittsseite eines Wärmetauschers 54 angeordnet. Handelt es sich um den Wärmetauscher eines Kernkraftwerkes, so wird der Träger 21 in der Regel von einem Manipulator (nicht dargestellt) gehalten, an den der Träger 21 mit einer Befestigungseinrichtung 55 (5) fixiert ist. Die Rohre 56 eines Wärmetauschers sind in einem regelmäßigem Raster angeordnet und durchgreifen mit ihren Enden eine Halteplatte 57. Aus dieser stehen sie mit einem Überstand 58 vor. Die Strahldüsen 22 sind soweit voneinander beabstandet auf dem Träger 21 angeordnet, dass sie auf den Stirnseiten 59 zweier durch ein Rohr 56a voneinander getrennter Rohre 56b aufgesetzt werden können. Das Endstück 36 weist dazu eine mit der Stirnseite 59 zusammenwirkende Anlagefläche 60 auf, welche die Austrittsöffnung 39 umfasst. Die Anlagefläche 60 erstreckt sich quer zur Mittellängsachse 38. Die Anlagefläche 60 widerrum ist von einem Kragen 62 umgrenzt, der in Axial- bzw. Strahlrichtung bzw. in Strahlrichtung 5 absteht. Der Kragen 62 ist im Querschnitt keilförmig ausgebildet, wobei er eine radial nach innen gerichtete Schrägfläche 63 und eine radial nach außen gerichtete Schrägfläche 61 aufweist. Die Schrägfläche 63 dient als Einführschräge beim Aufsetzen der Strahldüse 22 auf ein Rohrende. Dieses liegt während der Reinigung in einer von der Anschlagfläche 60 und dem Kragen 62 umschlossenen Ausnehmung 64 ein. Der Kragen 62 liegt dabei mit einem zylindrischen Randabschnitt 65 am Außenumfang eines Rohres 56b an. Die Schrägfläche 63 schmiegt sich an eine Schweißnaht 66 an, mit der die Rohre 56 an der Halteplatte 57 fixiert sind. Der Kragen 62 wirkt somit wie eine Dichtlippe, die mit dem Außenumfang und der Schweißnaht 66 eines Rohres 56b zusammenwirkt. Damit der Kragen bei Druckbeaufschlagung sich nicht radial auf weiten kann, ist er von einer Versteifungshülse 67 voll umfänglich umfasst. Die Versteifungshülse 67 liegt mit einem von ihrem dem Träger 21 zugewandten Ende radial nach innen vorstehenden Flansch 68 in einer Radialnut 71 des Endstückes 36 ein. Die dem Flansch 68 angewandte Stirnseite der Versteifungshülse 67 ist abgeschrägt und bildet eine mit der Schrägfläche 61 des Kragens 62 fluchtende Schrägfläche 69. Durch die Abschrägung des Endstückes in Form der Schrägflächen 61 und 69 ist verhindert, dass es mit einer Schweißnaht 66a eines benachbarten Rohres 56a in Berührung kommt und dadurch unter Umständen eine dichtende Anlage eines Endstückes 3 am zu reinigenden Rohr 56b verhindert ist. Zwischen dem Abschnitt 27 des Strahldüsengehäuses 25 und der Versteifungshülse 67 ist im Endstück 36 eine weitere Radialnut 70 vorhanden, die dessen Elastizität in Axialrichtung vergrößert.

Zur Lagefixierung des Trägers 21 an der Halteplatte 57 ist an der Vorderseite des Trägers 21, aus der auch die Strahldüsen 22 mit einem Überstand 72 vorstehen, ein Fixierbolzen 73 vorhanden, der in Richtung der Mittellängsachse 38 vom Träger 21 absteht. Der Fixierbolzen 73 ist mit einem Gewindeabschnitt 74 in eine Gewindebohrung 75 des Trägers 21 eingeschraubt. Sein dem Gewindeabschnitt 74 abgewandtes Vorderende 76 ist konisch verjüngt. Der sich an den verjüngten Bereich anschließende Längsabschnitt weist einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser eines Rohres 56. Der Fixierbolzen 76 ragt während des Reinigungsvorganges in ein zwischen zwei zu reinigenden Rohren 56b angeordnetes Rohr 56a hinein. Eine Drehung des Trägers um den Fixierbolzen 73 als Drehachse ist durch das formschlüssige Zusammenwirken der Rohrenden mit den Endstücken 36 verhindert.

An der Vorderseite des Trägers 21 ist weiterhin ein mechanischer Abstandssensor 77 angeordnet. Dieser gewährleistet, dass der Träger 21 mit Hilfe eines Manipulators (nicht dargestellt) in eine vorbestimmte Position zur Halteplatte 57 verfahren werden kann.

1Träger 2Strahldüse 3Eintrittsseite 4Wärmetauscher 5Strahlrichtung 6Stutzen 7Rohrende 8Förderschlauch 9Eintrittsöffnung 10Austrittsöffnung 12Venturi-Düse 13Drosselstelle 21Träger 22Strahldüse 23Gehäuse 24Bohrung 25Gehäuse 26mittlerer Abschnitt 27vorderer Abschnitt 28hinterer Abschnitt 29Radialschulter 30Radialschulter 31O-Ring-Dichtung 32Anschlagflansch 33Deckelteil 34Elastomerdichtung 35Nut 36Endstück 37Strömungskanal 38Mittellängsachse 39Austrittsöffnung 40Eintrittsöffnung 42Durchmesser 43Durchmesser 44Außengewinde 45Innengewinde 46Förderschlauch 47Stirnseite 48Radialschulter 49Vorsprung 50Durchmesser 52Bereich 53Eintrittsseite 54Wärmetauscher 56Rohr 57Halteplatte 58Überstand 59Stirnseite 60Anlagefläche 61Schrägfläche 62Kragen 63Schrägfläche 64Ausnehmung 65zylindrischer Wandab schnitt 66Schweißnaht 67Versteifungshülse 68Flansch 69Schrägfläche 70Radialnut 72Überstand 73Fixierbolzen 74Gewindeabschnitt 75Gewindebohrung 76Vorderende 77Abstandssensor

Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Reinigen der Rohre eines Wärmetauschers (54), bei dem an das eine Ende eines Rohres (56) eine Strahldüse angesetzt und ein ein Strahlmittel enthaltender Luftstrom durch das Rohr geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine drosselfreie Strahldüse (22) verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahldüse (22) verwendet wird, deren Austrittsöffnung (39) gleich groß oder geringfügig kleiner ist als die Innenquerschnittsfläche des Rohres (56).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse (22) mit einer die Austrittsöffnung (39) umfassenden Anlagefläche (60) an die Stirnseite (52) eines Rohrendes gepresst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre (56) gleichzeitig gereinigt werden, wobei mehrere von einem Träger (21) im Rohr-Raster des Wärmetauschers gehaltene Strahldüsen (22) an entsprechende Rohre (56b) angesetzt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (21) an einem Rohrende arretiert wird, indem ein von ihm in Strahlrichtung (5) abstehender Fixierbolzen (73) in das Rohrende eingeführt wird.
  6. Strahlvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine ungedrosselte Strahldüse (22).
  7. Strahlvorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse (22) von einem von einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung (39, 40) begrenzten Strömungskanal (37) durchsetzt ist, wobei der Strömungskanal (37) eine im wesentlichen gleichbleibende, etwa der Größe der Austrittsöffnung (39) entsprechende Querschnittsfläche aufweist.
  8. Strahlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (39) von einer sich in der Öffnungsebene erstreckenden, mit der Stirnseite (52) eines Rohrs (56) zusammenwirkende Anlagefläche (60) umfasst ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (60) radial außen von einem axial vorstehen den Kragen (62) begrenzt ist, wobei Anlagefläche und Kragen eine Aufnahme (64) für ein Rohrende bilden.
  10. Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Aufnahme (64) und die Austrittsöffnung (39) beinhaltender Bereich der Strahldüse (22) aus einem Elastomer besteht.
  11. Strahlvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerbereich von einem mit der Strahldüse (22) formschlüssig verbundenen rohrabschnittförmigen Endstück (36) gebildet ist.
  12. Strahlvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der die Aufnahme (64) umfassende Längsabschnitt des Elastomerbereichs von einer Versteifungshülse (67) aus festem Material umgriffen ist.
  13. Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahldüsen (22) im Rohrraster des zu reinigenden Wärmetauschers (54) auf einem Träger (21) angeordnet sind.
  14. Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (21) ein in ein Rohrende einführbarer Fixierbolzen (73) vorhanden ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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