蒸汽发生器液体分离器和用于制造其的方法与流程

1.本发明涉及一种用于冷却介质竖直穿流的蒸汽发生器的蒸汽发生器液体分离器(dampferzeugerfl
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ssigkeitsabscheider)，其中，一定数量的涡流板(drallblech)围绕管段中的轴布置，其中，每个涡流板与轴和管段连接，其中，涡流板如此成形，使得通过管段的蒸汽流除了其通过管段的纵向运动外之还处于旋转运动中。本发明还涉及一种用于制造蒸汽发生器液体分离器的方法。


背景技术：

2.液体分离器以多种结构形式被应用在工业中。尤其在蒸汽发生器中(例如在过程工业、化学工业或核电站中)被用于不同的液体的结构形式在此沿大地测量学方向看被冷却介质竖直穿流。在冷却介质从下方流入蒸汽发生器中期间，冷却介质通常还完全处于液体聚合状态下。在冷却介质的吸热的过程中，该冷却介质逐渐转变为蒸汽状状态。在冷却介质那么应完全转变为蒸汽状聚合状态的区域中，仍然可能出现蒸汽还携带液体或液体滴。它们然后通过液体分离器从蒸汽中被移除，从而总体上改善蒸汽质量。
3.普遍已知的是，在某些核电站中，水通过核燃料来加热，并且在第一回路、所谓的初级回路中来泵送。作为初级回路中的散热器，通常平行布置地使用多个蒸汽发生器，所述蒸汽发生器一方面被初级回路的水穿流，另一方面被冷却介质(通常也是水)穿流，并且如此冷却初级回路。这样的热交换器常常竖直地布置，即次级回路或冷却回路的水-在大地测量学方向或其安置方向观察-从下方首先流入到蒸汽发生器的第一区域中，该第一区域由管底限制。该管底通过多个竖直布置的管与第二管底连接，使得水从管中的第一区域中向蒸汽发生器中的第二区域的方向流动。多个管被初级回路的水环流，并且如此加热次级回路的冷却介质水。在此，蒸汽发生器如此设计，使得管区域中的水转变为蒸汽相，并且如此作为蒸汽到达热交换器的第二个区域中。
4.在此可能出现：次级回路中的水没有完全转变为蒸汽相，而是作为湿蒸汽到达蒸汽发生器、即热交换器的第二区域中。为了改善蒸汽的质量，期望的是，当蒸汽离开蒸汽发生器并且通常被导引到蒸汽涡轮机时，蒸汽尽可能不包含水分。这种质量改善例如通过在第二区域中布置液体分离器、即水分离器来实现。常常选择所谓的旋风分离器作为结构形式，该旋风分离器根据离心力原理工作，其也可以多级地设计。
5.在用于核电站的竖直布置的蒸汽发生器的情况下，结构形式设置了两级的水分离器，该水分离器在蒸汽发生器的上部区域中布置在上部管底和上部出口、即蒸汽发生器或热交换器的蒸汽出口之间。
6.两级水分离器的第二级具有一定数量的竖直布置的管，所述管具有大到足以容纳水分离器的第一级的直径，该水分离器本身又是液体分离器或水分离器。水分离器的第一级在此具有多个焊入到管中的弯曲的板。板迫使流过管的蒸汽形成螺旋流动，即如下流动，其具有沿管的纵向方向的流动份额以及旋转流动份额、即围绕管的假想中心轴线旋转的流动份额。流动如此引起于是作用到在蒸汽中含有的水滴或所含有的水上的离心力迫使水滴
或水到管的边缘处，并且在第二级中引回到具有液体冷却介质、即水的区域中。为此，例如在第一级上方布置有孔板，所述孔板让水通过孔，而蒸汽保留在蒸汽发生器穹顶部中。或者，为此在第一级上方布置有同心的管，水积聚在所述管中并且然后被引回到具有液体冷却介质、即水的区域中。通过这种方式，保留的蒸汽被去除其水分，并且提高了蒸汽质量。
7.由于蒸汽发生器的运行，通常由碳钢(黑钢)构成的弯曲的板尤其随着时间的推移由于所谓的流动诱导腐蚀(fac流动辅助腐蚀亦或流动加速腐蚀)而经历磨损，使得板至少在某些区域或部位中变得更薄，即遭受侵蚀。当达到一定的磨损状态时，那么通常必须在维修工作或维护工作的过程中在蒸汽发生器的现场替换板。为此，如今常见的是，工人通常通过人孔爬入蒸汽发生器的相关区域中、例如利用切割方法从管中切出、分出或锯出磨损的板。随后，首先利用焊点将新的弯曲的板附接到在水分离器的第一级的管壁处的预定部位处，必要时重复对齐，直到达到板的期望的形状和位置，以及随后利用焊缝与管壁牢固连接。
8.对于现有技术不利的是，替换比较耗时。此外，难以将新的板焊接到完全正确的几何位置，使得弯曲的板能够获得其最大的物理水分离效应。此外，当利用焊缝徒手将板焊接到管壁处时，存在板变形的风险。


技术实现要素：

9.从该现有技术出发，本发明的目的在于，说明一种蒸汽发生器液体分离器，其可以比较快速地制造而且此外在制造期间具有更低的变形的风险。目的还在于，说明一种用于制造蒸汽发生器液体分离器的方法。
10.该目的通过一种用于蒸汽竖直穿流的蒸汽发生器的蒸汽发生器水分离器或蒸汽发生器水分离器来实现，其中，多个涡流板围绕管段中的轴布置，其中，每个涡流板与轴和管段连接，其中，涡流板如此成形，使得通过管段的蒸汽流除了其通过管段的纵向运动之外还处于旋转运动中。该蒸汽发生器水分离器特征在于，管段具有多个管部段，轴具有多个轴部段，每个涡流板与管部段和与轴部段连接成水分离器部段，轴部段与轴部段保持器形状配合地可松开地连接，并且通过形状配合的连接保持在其在结构上设置的位置处。
11.本发明的基本构思即在于，不再将涡流板如此前那样装设在存在的管壁处，这具有上面描述的缺点。现在，每个挡板已经与管部段和轴部段连接。如果轴部段那么装设在其轴部段保持器处，管部段接合成管段。由此有利地避免了耗时的定位和固定，例如通过将涡流板附接到管壁处。如果蒸汽发生器水分离器在建筑工地上而不是在车间中来制造，那么这尤其有利。相当特别有利的是，蒸汽发生器水分离器的制造在可以说在现场替换情况下进行。也就是说，蒸汽发生器中的液体分离器或水分离器必须替换并且新的液体分离器替代磨损的旧的液体分离器。通常，蒸汽发生器水分离器那么不能够作为完整的单元带入到蒸汽发生器中，因为蒸汽发生器水分离器的尺寸通常过大而不能够进入蒸汽发生器的穹顶部，例如不能够通过人孔进入。涡流板与已经装设在其处的管部段和装设在其处的轴部段如此尺寸设计，使得它适合通过相关的蒸汽发生器的人孔。在蒸汽发生器内的穹顶部中，各个涡流板以其轴部段与轴部段保持器形状配合地可松开地连接。但因此由管部段也形成了管段。由此以特别简单的方式制造已经定位在管段中的蒸汽发生器水分离器。因此，用于蒸汽发生器水分离器的制造时间显著减少。此外，避免了涡流板在管壁处的手动定位，从而避
免了由于在现场将涡流板焊接到蒸汽发生器中的管壁处而产生的质量降低的变形。
12.如果蒸汽发生器水分离器作为替换蒸汽发生器水分离器在对人有危险的环境中(例如在核电站蒸汽发生器中)被替换，那么蒸汽发生器水分离器特别有利地使用。在那里，人仅能够停留有限的时间，从而尽可能快速地制造和快速地替换蒸汽发生器水分离器，在这里即核电蒸汽发生器水分离器。
13.蒸汽发生器水分离器的一种改进方案设置成，第一封闭元件与轴部段保持器的第一端侧连接，并且第二封闭元件与轴部段保持器的第二端侧连接，每个封闭元件具有圆形槽，该圆形槽的敞开侧指向相应的端侧的方向，槽的相应径向外槽壁搭接轴部段的部分区域。在此有利的是，端侧的轴部段的各个轴向端部置于封闭元件的槽中。因此，轴向外槽壁搭接轴向端部。以这种方式，特别良好地保护轴向端部免于通过蒸汽发生器水分离器的蒸汽流动的力作用。磨损相应地最小化。
14.一种特别简单的方式是将封闭元件与端侧连接，其特征在于，封闭元件拧入到轴部段保持器的端侧中。为此，封闭元件例如具有外螺纹，该外螺纹被拧入到轴部段保持器处的相应的内螺纹中。
15.蒸汽发生器水分离器的另一种备选方案特征在于，每个轴部段具有模制部，轴部段保持器具有引导槽，所述引导槽沿轴部段保持器的纵向方向布置在其径向外表面上，并且分别通过模制部-引导槽-组合在每个轴部段和轴部段保持器之间建立形状配合的连接。以这种方式，在轴部段和轴部段保持器之间可以特别简单地形状配合地连接。优选的形状配合的形状例如是在轴部段保持器中的燕尾形的或蘑菇头形的槽与在轴部段处具有相应成形的模制部。也在本发明构思内的是，槽或模制部也布置在相应其他构件处，以便建立这样的模制部-引导槽-组合。
16.蒸汽发生器水分离器的另一种变型方案设置成，结构元件轴部段、管部段、轴部段保持器和/或封闭元件中的相邻的结构元件通过固定器件在其位置中不可松开地相互连接。两个相邻的结构元件的连接可以利用多个技术可能性(例如通过焊点、焊缝、粘合、螺栓或铆钉)来实现，以固定结构元件的位置或固定以防结构元件从其位置中松开。用于在替换情况下或在蒸汽发生器内应用的一种特别简单且省时以及同时可靠的固定可能性是设置将两个相邻的结构元件相互连接的焊点或焊缝。
17.该目的还通过一种蒸汽竖直穿流的蒸汽发生器来实现，其具有布置在大地测量学上观察的上部穹顶部区域中的初级水分离器，其中，初级水分离器具有一定数量的竖直伸延的管段，其中，在管段中的至少一些中布置有根据前述权利要求中任一项所述的蒸汽发生器水分离器。蒸汽发生器预设了用于蒸汽发生器水分离器的特定安装情况，尤其在核电站中。这意味着，蒸汽发生器水分离器的制造仅在蒸汽发生器的穹顶部的狭窄空间状况下进行。因此，在蒸汽发生器穹顶部内部制造蒸汽发生器水分离器时，前面描述的优点特别重要。
18.为了特别简单地制造具有蒸汽发生器水分离器的蒸汽发生器，设置成，穹顶部区域具有人孔，结构元件轴部段、管部段、轴部段保持器和/或封闭元件的尺寸和外形适应于人孔的净宽，使得这些结构元件可以从穹顶部区域外带入到穹顶部区域中。以这种方式，可以利用在车间中以相应的精度预制的仅仅少量的结构元件来制造蒸汽发生器水分离器，并且将其带入到其在蒸汽发生器中的设置的安装部位中。
19.蒸汽发生器的一种优选的变型方案是用作核电站蒸汽发生器。
20.该目的还通过一种用于制造根据本发明的蒸汽发生器水分离器的方法来实现，该方法包括以下方法步骤：
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将第一封闭元件与轴部段保持器连接，
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将水分离器部段的轴部段与轴部段保持器形状配合地连接，从而通过管部段来构造管段，并且使得涡流板布置在其在结构上设置的位置处，
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将第二封闭元件与轴部段保持器连接，使得轴部段的轴向位置固定在第一和第二封闭元件之间。
21.以这种方式，利用仅仅少量根据本发明的方法步骤特别容易且快速地制造蒸汽发生器水分离器。尤其在现场制造、即不在车间环境中进行的制造的情况下，根据本发明的方法步骤保证蒸汽发生器水分离器的较高质量，而涡流板此外在制造期间不经受涡流板的变形或错误定位的风险或仅经受较小的风险。
22.根据本发明的用于制造蒸汽发生器水分离器的方法还可以包括以下随后的附加方法步骤：
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将固定器件分别装设到结构元件轴部段、管部段、轴部段保持器和/或封闭元件中的相邻的结构元件处。
23.在该方法变型方案中，通过固定器件附加地确保相邻的结构元件的位置和连接。
24.如此，在用于制造蒸汽发生器水分离器的方法中，固定可以通过以下方式进行：通过焊点或焊缝作为固定器件分别将结构元件轴部段、管部段、轴部段保持器和/或封闭元件中的相邻的结构元件相互连接。
25.用于在蒸汽发生器的穹顶部区域中制造蒸汽发生器水分离器的另一种方法变型方案设置了以下附加步骤：
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将结构元件轴部段、管部段、轴部段保持器和/或封闭元件通过人孔引入到穹顶部区域中。
26.该方法变型方案针对在通常必须尽可能快速地进行的特殊安装情况下制造蒸汽发生器水分离器，其中，蒸汽发生器水分离器的质量不应该受损害。
27.另外的有利的设计可能性可以在另外的从属权利要求中得知。
附图说明
28.本发明、另外的实施方式和另外的优点将依照附图中示出的实施例来更详细地描述。
29.其中：图1示出了水分离器的实施例的分解图，图2示出了对组装的水分离器的3d图，以及图3示出了穿过具有安装的水分离器的蒸汽发生器的截面图。
具体实施方式
30.图1示出了水分离器10的分解图，作为蒸汽发生器液体分离器的实施例，其旨在作为替换液体分离器安装到核电站的初级蒸汽发生器中。在所选择的示例中，流过蒸汽发生
器的液体介质是水，水在穿流蒸汽发生器期间被加热成水蒸汽作为蒸汽。所示的水分离器10具有第一水分离器部段12、第二水分离器部段14、第三水分离器部段16以及第四水分离器部段18，它们都具有相同的结构。水分离器部段12,14,16,18围绕保持器对称地布置，该保持器的中心轴线沿纵向方向置于水分离器10的假想的对称轴线上。保持器在此具有轴部段保持器20、第一封闭元件22以及第二联接元件24。
31.下面将以第一水分离器部段12为例来更详细地阐述水分离器部段的结构。
32.第一水分离器部段12具有弯曲的第一涡流板26，在第一涡流板处在其指向轴部段保持器20的侧面处装设有第一轴部段28。在背离轴部段保持器20的侧面处，第一管部段30与第一涡流板26连接。在所选择的实施例中，水分离器10具有正好四个水分离器部段，所述水分离器部段具有相同的结构，其带有管部段30、涡流板26和轴部段28。在水分离器10组装之后，四个管部段28产生完整的管段。在该实施例中，每个管部段30具有管段处的管壁的四分之一或90
°
的周缘份额。在所选择的示例中，轴部段28也具有四分之一或90
°
的周缘份额，并且在组装状态下形成轴管段。第一轴部段28在其指向轴部段保持器20的侧面具有燕尾形模制部32，该模制部在第一水分离器部段12的第一轴部段28的纵向延伸的完整的长度上构造。在轴部段保持器20中，在其纵向延伸中总共引入有四个燕尾形槽，所述槽的尺寸适应于轴部段处的模制部。如此，第一模制部32例如可以沿纵向方向推入到第一槽中，并且如此与轴部段保持器20形状配合地连接。将模制部推入到槽中的过程在该图中以多个线42的形式表示。在此，轴部段保持器20和轴部段28的长度彼此协调，即在所选择的示例中一样长。
33.此外，第一封闭元件22在其指向轴部段保持器20的端侧处具有螺纹36，该螺纹可以拧入到轴部段保持器20的第一端侧38上的相应的配对螺纹中。然而，配对螺纹在该视图中不可见。此外，在第一端侧38上，在第一联接元件22的材料中加入有第一圆形槽40，其中，第一圆形槽40的净宽适合于轴部段的材料的径向厚度。以这种方式，定位和固定轴部段的在组装之后布置在圆形槽中的区域。第一封闭元件22的另一端侧以流动有利的形状来设计，使得碰到该另一端侧的蒸汽以尽可能最小的压力损失总体上围绕第一封闭元件22和保持器导引。
34.此外，第二封闭元件24在其指向轴部段保持器20的端侧上具有外螺纹44，该外螺纹可以拧入到轴部段保持器20的第二端侧48中的内螺纹46中。在第二封闭元件24的该端侧上引入有第二圆形槽50，该第二圆形槽具有与第一圆形槽40类似的设计和功能。在第二圆形槽50中也定位和固定轴部段28的在水分离器10的组装状态下置于那里的区域。第二封闭元件24的另一端侧设计为扩散器元件52，这导致经过水分离器10的蒸汽流中的压力损失的进一步最小化。
35.第一封闭元件22和第二封闭元件24将所有的水分离器部段12,14,16,18固定在轴部段保持器20处或在其上的在结构上预设的轴向和径向位置中。
36.图2示出了对组装的水分离器10的3d视图，因此对于相同的构件使用与在图1的描述中相同的附图标记。在图2中可以清楚地看到，各个水分离器部段12,14,16,18的管部段30总体上产生管段，涡流板26布置在该管段中。从该图中也可见的是，相邻的结构元件，例如第一水分离器部段12的第一管部段30和第二水分离器部段14的相邻的管部段30构造共同的对接面54，它们在该对接面处面式地接触，并且两个构件在该对接面处可以借助于焊缝作为固定器件焊接在一起。
37.图3示出了穿过在具有安装的水分离器10的核电站的初级冷却回路中的蒸汽发生器60的在大地测量学上的上部部分的截面图。在所示的示例中，蒸汽发生器具有约17m的高度以及约4m的直径，并且由下向上被冷却介质、即水穿流。冷却介质在穿流的过程中被加热并且转变为蒸汽相。在该图中仅示出了蒸汽发生器60的上部部分，即所谓的穹顶部、穹顶部区域或蒸汽发生器穹顶部62，在其中冷却介质已经处于蒸汽相。在蒸汽发生器穹顶部62中，示出了两级的初级水分离器64，其具有多个竖直布置的第一管66，其中的两个可以在截面图中看出。在第一管66中的每个中，水分离器10作为根据本发明的蒸汽发生器液体分离器引入为两级的初级水分离器64的第二级。为此，水分离器10的管段的端侧端部与第二管68的端侧端部连接，例如焊接。此外，第二管68以及水分离器10的外直径(在所选择的示例中为800毫米，然而典型地在600毫米和1100毫米之间)小于第一管66的净直径。以这种方式，第二管68与装设在其上的水分离器10可以从下方推入到第一管66中，亦即直至水分离器10的管段完全置于第一管66中的位置。为了例如维修工作或维护工作，蒸汽发生器穹顶部62是可接近的，通过在蒸汽发生器壁70中加入人孔，然而该人孔在图中未示出。在蒸汽发生器60的正常的运行时间期间，人孔通过人孔封闭件封闭，然而为了提及的维修工作或维护工作可以暂时被打开。这样的人孔的典型直径为500毫米至600毫米。
38.在蒸汽发生器60处可能需要的维修工作是替换一个或多个水分离器10。在运行一定的运行时间之后，可能发生由于通过蒸汽和水滴加载水分离器而磨损或侵蚀水分离器的材料，从而可能损坏水分离器或至少在其功能方面受到限制。然而，利用水分离器10替换原来的水分离器常常是不容易实现的，因为作为水分离器10替换水分离器的外直径大于人孔的净直径，水分离器10必须通过该人孔到达蒸汽发生器穹顶部中。对于蒸汽发生器替代液体分离器的这种应用情况，根据本发明的水分离器10是特别适合的，并且如下面那样被安装到蒸汽发生器60中。在此，作为用于水分离器10的材料，可以选择比原来的水分离器更能耐抗的材料，例如优质钢或具有比较高份额的铬、钒或其他金属的高合金特种钢。此外，为了提高水分离器10对磨损的耐抗，也考虑例如利用奥氏体钢给结构元件、尤其涡流板26镀层。作为用于提高水分离器10对磨损的耐抗的另外的备选方案，等离子覆层还设置用于给结构元件、尤其涡流板26的镀层。
39.在此假设，原来的水分离器(其由于其磨损状态而必须从蒸汽发生器穹顶部中移除)例如利用分离方法，如将原来的水分离器从第二管68锯开、分离焊接(trennschwei
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en)或折下以及将原来的水分离器从第一管66中分出。然后还将原来的水分离器弄碎，从而可以通过人孔将各个部段从蒸汽发生器穹顶部62中取出。然而，新的水分离器10不能够在组装状态下被安装到蒸汽发生器穹顶部62中。水分离器10的直径即大于人孔的净宽。然而，根据本发明，水分离器10具有多个结构元件，在所示的示例中是7个结构元件，所述结构元件分别仅具有这样的可移动穿过人孔的尺寸。以这种方式，首先将水分离器10的所有必需的结构元件通过人孔带入到蒸汽发生器穹顶部62中。在那里，在第一工作步骤中，首先将第一封闭元件22以其螺纹36拧入到轴部段保持器20的配合螺纹中。在另外的工作步骤中，将第一水分离器部段12以其第一模制部32引入到第一槽34的自由端侧中，并且在第一槽34中移动直到第一轴部段28撞击在圆形槽40的槽底部。对于第二水分离器部段14、第三水分离器部段16以及第四水分离器部段18，重复该工作步骤，直到它们布置在轴部段保持器20中的配属于其的另外的槽34或纵向槽中，并且如此与该轴部段保持器形状配合地连接。在附加
的工作步骤中，将第二封闭元件24以其外螺纹44拧入到轴部段保持器20的内螺纹46中，直到第二圆形槽50的槽底抵靠轴部段28张紧。以这种方式，将第一封闭元件22和第二封闭元件24之间的各个轴部段保持在其在结构上设置的位置处并且位置固定地张紧。在所示的示例中，在随后的工作步骤中，将所有相邻的构件通过焊缝相互焊接，即不可松开地相互连接。如此，例如将第一管部段30与第二管部段的接触侧利用焊缝连接，亦或将第一封闭元件22与第一轴部段28利用焊缝焊接。
40.附图标记列表10 水分离器12 第一水分离器部段14 第二水分离器部段16 第三水分离器部段18 第四水分离器部段20 轴部段保持器22 第一封闭元件24 第二封闭元件26 第一涡流板28 第一轴部段30 第一管部段32 第一模制部34 第一槽36 螺纹38 第一端侧40 圆形槽42 线44 外螺纹46 内螺纹48 第二端侧50 第二圆形槽52 扩散器元件54 对接面60 蒸汽发生器62 蒸汽发生器穹顶部64 初级水分离器66 第一管68 第二管70 蒸汽发生器壁。