DE2940521C2 - Filter zum Abschneiden ferromagnetischer Teilchen aus einem Fluid - Google Patents
Filter zum Abschneiden ferromagnetischer Teilchen aus einem FluidInfo
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Description
Filters nach der Erfindung beschrieben, der am Primärkreis
eines Druckwasserreaktors parallel zu einer Primärpumpe und als Abzweigung am kühlen Zweig des
Primärkreises verwendet wird. Es zeigt
F i g. 1 eine Gesamtansicht des in einen Filtrier- und
Freisetzkreis eingebauten, teilweise geschnittenen Filters,
F i g. 2 einen Schnitt in einer senkrechten Ebene des Filters,
F i g. 3 einen Teilschnitt A-A von F i g. 2.
F i g. 1 zeigt einen Teil des Primärkreises eines Reaktors mit zwei große Durchmesser aufweisenden Abschnittes
von Leitungen 1 und 2 und mit einer Primärpumpe 3.
Als Abzweigung an den Leitungen 1 und 2 befinden sich zwei Leitungen 4 und 5, die die Entnahme eines
Teils des das Primärfluid bildenden Druckwassers bzw. die Rezirkulierung dieses Druckwassers in den Primärkreis
ermöglichen.
Die Leitung 4 bildet die Einlaßleitung für zu reinigendes Druckwasser zu dem Filter 7, während die Leitung 5
die vom Filter 7 kommende Auslaßleiteng für das gereinigte
Druckwasser bildet
Der zylindrische Filter 7, dessen Aufbau im einzelnen in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben wird, hat ein Gehäuse
30, das auf dem größten Teil seiner Höhe von einer magnetischen Spule 8 umgeben ist, die die Magnetisierung
von innerhalb des Gehäuses 30 befindlichen Stahlkugeln 33 ermöglicht Die Spule 8 weist einen
Kühlkreis 9 und ein Gehäuse 10 auf.
In der Leitung 4 befinden sich motorbetätigte Ventile 11, die die Abtrennung des Filters 7 von der Leitung 2
ermöglichen, und ein mechanisches Sicherheitsfilter 12, das mit magnetischen und akustischen Detektoren versehen
ist deren Aufgabe später noch genau angegeben wird.
In gleicher Weise befinden sich in der Leitung 5 Ventile 14 und ein Sicherheitsfilter 15.
Der Filter 7 ist an seinem unteren Teil mit einem Freisetzungskreis verbunden, bestehend aus einer Leitung
16, einers Entspannungsbehälter 17, einer Leitung 18 zur Beseitigung des flüssigen schmutzigen Filtrats,
einer Leitung 19 zur Beseitigung des gasförmigen schmutzigen Filtrats und mit einem Kühlkreis 20 für den
Entspannungsbehälter. In der Leitung 16 befinden sich motorbetätigte Ventile 21 und ein Sicherheitsfilter 22
mit Detektoren.
Ventile 23 bis 26 befinden sich jeweils in den Leitungen 18,19 und im Kühlkreis des Entspannungsbehälters.
In der Leitung 19 befindet sich eine Vakuumpumpe 27.
Gemäß F i g. 2 besteht ür.r Filter 7 aus einem zylindrischen
Gehäuse 30, das an seinem Oberteil von einem kugelförmigen Deckel 31 und an seinem Unterteil von
einem elliptischen Deckel 32 verschlossen ist.
Im Deckel 31 sind eine Öffnung 34 für den Eintritt des Primärfluids (Leitung 4), eine öffnung 35 für den Austritt
des gereinigten Primärfluids (Leitung 5) und eine Schauklappe 33 angeordnet.
Im Deckel 32 ist eine öffnung 37 ausgebildet zur Verbindung
des Filters 7 mit der Leitung 16 des Freisetzkreises.
Der Filter 7 ist zu seiner Befestigung an einen Halter 40 geschweißt.
Das Gehäuse 30 besteht aus nichtmagnetischem und nichtrostendem Stahl und ist so ausgelegt, daß es dem
Druck und der Temperatur des Primärfluids (155 bar bzw. 286° C) widersteht.
Der Deckel 32 hat rad:?le Vorsprünge 41 und 42, die
Befestigungsfüße für einen zylindrischen Korb 45 bilden, in dem sich die Füllung 38 von Stahlkugeln 39 befindet
Die Stahlkugeln 39 bestehen aus ferritischem Chromstahl.
In Fi g. 1 und 2 ist das Niveau 43 der Füllung 38 zu sehen. Der Unterteil des zylindrischen Korbs 45 ruht auf
einer durchlöcherten Tragplatte 46, die ihrerseits auf den Vorsprüngen 41 und 42 aufsitzt
Auf der Tragplatte 46 des Korbes 45 ist auch ein
ίο durchlöcherter elliptischer Boden 47 befestigt Die
Tragplatte 46 und der Boden 47 haben an ihrem Mittelteil eine kreisförmige Ausnehmung, die ihre Einführung
und Führung an einer hohlen Säule 48 ermöglicht die fest mit dem Deckel 32 verbunden sowie senkrecht und
koaxial zum Gehäuse 30 derart angeordnet ist daß die öffnung 37 in dieser Säule 48 mündet
Die Säule 48 hat an ihrer Basis Löcher 49, die die Öffnung 37, und damit die Leitung 16, mit der Raumzone
zwischen dem Gehäuse 30 und dem Korb 45 verbinden.
Der Korb 45 hat eine zylindrische Mantelfläche, die auf den Vorsprüngen 41 und 42 am Umfang der Tragplatte
46 ruht
Am dickeren Oberteil der Seitenwand des Korbs 45 ist eine von Löchern 51 durchsetzte obere Platte 50
befestigt
Der Abstand zwischen dem Korb 45 und dem Mantel 30 wird durch Abstandsstücke 52 sichergestellt die an
den oberen Teil des zylindrischen Korbs 45 geschweißt sind.
Der Filter 7 hat ein Zentralrohr 55, das koaxial zum Gehäuse 30 und zum Korb 45 angeordnet ist das mit
der öffnung 34 und damit mit der Leitung 4 verbunden
ist
Das Zentralrohr 55 hat Perforierungen 54 im Bereich von Ablenkwänden 57, die an der Seitenwand des Korbs
45 befestigt sjnd.
Das Zentralrohr 55 ist an seinem unteren Teil durch ein Stützteü 56 geschlossen, das seinerseits im oberen
Teil der hohlen Säule 48 geführt ist
Gemäß F i g. 2 und 3 bestehen die Ablenkwände 57 aus vollen Wänden in der Form von Zylinderabschnitten,
die aus Sektoren von etwa 60° bestehen und an der inneren Seitenwand des Korbs 5 durch aus radialen
Winkelprofilen bestehenden Abstandsstücken befestigt sind.
Die Sektoren der Ablenkwände 57 werden somit in einem gewissen Abstand von der Innenwand des Korbs
45 gehalten. Ihre axiale Höhe ist kleiner als die Füllung 38. Zwischen den Ablenkwändet; 57 sind Zonen 64 für
so eine ungehinderte radiale Strömung freigelassen.
Drei Ablenkwände 57 sind auf diese Weise in gleichmäßigem.
Abstand aß.f der Innenwand des Korbs 45 angeordnet und lassen dazwischen zylindrische Sektoren
von etwa 60° frei, die nicht von Ablenkwänden besetzt sind.
Die Seitenwand des zylindrischen Korbes 45 ist im Bereich der Ablenkwände 57 mit Perforierungön 59 versehen.
Die übrigen Bereiche des Korbmantels bestehen aus einer vollen Wand, die den Innenraum des Korbes
45 vollständig von Hsm Ringraum zwischen der Außenfläche
des Korbes 45 und dem Gehäuse 30 trennt.
Der Korb 45 weist nahe den Enden seines senkrechten Mantels weitere Perforierungen 61 1,'nd 62 auf, die
den Innenraum des Korbes 45 mit dem zwischen dem Korb 45 und dem Gehäuse 30 gelegenen Ringraum verbinden.
Die im Korb 45 und im Zentralrohr 55 ausgebildeten Löcher haben einen solchen Durchmesser, daß sogar
geringfügig erodierte Stahlkugeln 39 nicht durch diese Löcher hindurchtreten können. Andererseits sind die
Löcher längs eines regelmäßigen Netzes innerhalb von Nuten angeordnet, dii: auf den Außenflächen der von
ihnen durchquerten Wände eingearbeitet sind.
Es wird nun der Betrieb des Filters nach der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
Ein gewisser Anteil des Durchsatzes an Primärfluid am Austritt der Pumpe wird über die Leitung 4 aus der
Leitung 2 entnommen. Dieser Anteil liegt in der Größenordnung von 2 bis 4% des Gesamtdurchsatzes an
Primärfluid in der Leitung 2.
Sind die Ventile 11 offen, so wird das das Primärfluid
bildende Druckwasser über die öffnung 34 in das Zentralrohr 55 des Filters 7 eingeführt. Das Druckwasser
tritt durch die im Zentralrohr 55 in einem gewissen Bereich ausgebildeten Löcher aus dem Zentralrohr 55 in
die Füllung 38 aus, die den das Zentralrohr 55 umgebenden Korb 45 mit Kugeln 39 ausfüllt. Das Druckwasser
kann somit mit einer radialen Anfangsrichtung in die Kugelfüllung 38,39 eindringen.
Die Spule 8 wird mit Gleichstrom gespeist und arbeitet ständig zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Magnetisierung
der Kugelfüllung 38, 39. Es erfolgt eine Eichung des zur Magnetisierung der Stahlkugeln 39 erforderlichen
Magnetisierungssiroms dadurch, daß der Strom bestimmt wird, der bei Abwesenheit von Stahlkugaln
39 im Korb 45 ein Feld von 1800 Oersted erzeugt.
Das in Berührung mit den magnetisierten Stahlkugeln 39 ankommende Fluid verliert an diesen Stahlkugeln 39
die ferromagnetischen Oxidteilchen, die es vor dem Verlassen des Filters 7 enthalten kann.
Der anfänglich radiale Verlauf des Wassers führt diese entweder in Berührung mit den Ablenkwänden 57
oder in Berührung mit den vollen Sektoren zwischen den mit Ablenkwänden versehenen Zonen des Korbes
45.
Das Wasser kann somit den mit Stahlkugel. 39 aus
magnetischem Material gefüllten Korb 45 nicht verlassen, wobei sich seine Bahn krümmt, um der Wand der
Ablenkwände 57 oder den vollen Sektoren waagerecht, senkecht oder längs eines komplexen Verlaufs zu folgen,
und dann in der Raurnzone 64 zwischen den Ablenkwänden 57 und der Innenwand des Korbes 45 anzukommen.
Ausgehend von dieser Raumzone 64 kann das Wasser in den Ringraum zwischen dem Korb 45 und
dem Gehäuse 30 durch die Löcher 61,62 gelangen, die in
der hinter den Ablenkwänden 57 gelegenen Wand des Korbes 45 ausgebildet sind.
Ein Teil des Druckwassers kann den Korb 45 verlassen über die Löcher 51 des Deckels 50 oder die Tragplatte
46 und den öoden 47 oder auch durch die Löcher 61,62 an der Basis und am Oberteil der Seitenwand des
Korbes 45 außerhalb des von den Ablenkwänden 57 eingenommenen Bereichs. Das Druckwasser befindet
sich somit in dem zwischen dem Korb 45 und dem Gehäuse 30 gelegenen Ringraum oder im oberen Teil des
Filters 7, in den die Auslaßleitung 35 des Druckwassers
mündet, die dessen Rezirkulierung ermöglicht Das
Druckwasser wird somit in allen Fällen zum oberen Teil des Filters geleitet und tritt über die Öffnung 35 und die
Rohrleitung 5 aus, die dessen Rezirkulierung in den Primärkreis
ermöglicht
In allen Fällen kann das Druckwasser nur nach einem komplexen und verhältnismäßig langen Verlauf den
Korb 45 verlassen, wobei es den Filter 7 in unterschiedlichen
Richtungen durchläuft Es wird somit die gesamte Kugelfüllung für die Reinigung des Druckwassers verwendet.
Die Ablenkwände 57 sind so berechnet, daß die Diffusionsgeschwindigkeit
des Primärfluids in die Kugelfüllung 50 cm/s nicht übersteigt. Im Fall eines Druckwasserreaktors,
bei dem der Filter 7 nach der Erfindung angewendet wurde, befand sich das zu behandelnde
Druckwasser des Primärkreises auf einer Temperatur von 286° C bei einem Druck von 155 bar. Die verschiedenen
Elemente des Filters 7 wurden daher so berechnet und ausgelegt, daß sie diesen Bedingungen widerstehen.
Unter diesen Betriebsbedingungen wurde der Filter nach der Erfindung so ausgelegt, daß er eine maximale
Wasserdurchsatzmenge von 255 l/s behandelt.
Nach einer gewissen Betriebsdauer des Filters muß zur Beseitigung der von den Stahlkugeln 39 festgehaltenen
Oxidteilchen eine Reinigung vorgenommen werden. Die Kugelfüllung wird durch eine programmierte
Stromveränderung und durch Polaritätsumkehrungen an der iviagneiisieruugsspuie eiiimagiicusiei i.
Wenn auch der Filter nach der Erfindung von besonderer Bedeutung bei einer Reinigungsanlage für das Primärfluid
eines Druckwasserreaktors ist, so kann er schließlich auch in anderen Anwendungsfällen angewendit
werden, z. B. für die Reinigung des Wassers eines Kochwasserreaktors oder des Speisewassers einer
beliebigen thermischen Anlage mit einem Kessel.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1 2
Verdampfung des Kesselspeisewassers oder Sekundär-
Patentanspruch: fluids in Dampfgeneratoren geschickt wird, im Verlauf
seiner Zirkulation im Reaktor und in den Dampfgenera-Filter zum Abscheiden ferromagnetischer Teil- toren mit Eiseiioxidteilchen auf, die im Verlauf der lanchen
aus einem unter Oberdruck stehenden Fluid 5 gen Berührung des Druckwassers mit gewissen, aus
mit einem zylindrischen Gehäuse; einem konzen- Stahl bestehenden Teilen des Reaktors gebildet werden,
trisch darin angeordneten, eine perforierte Wand Es ist sehr wichtig, diese Oxidteüchen des Primäraufweisendes
Zentralrohr, das an seinem unteren fluids durch einen Filter zu beseitigen, um zu vermeiden,
stirnseitigen Ende verschlossen ist und mit seinem daß die im Primärfluid befindliche Oxidmenge übermäoberen
stirnseitigen Ende mit einer Einlaßleitung io Big groß wird, und daß diese Teilchen sich nach dem
verbunden ist, mit einem konzentrisch außerhalb des Aufenthalt im Reaktorkern aktivieren, sich an den Pri-Zentralrohres
im Gehäuse angeordneten, mit Perfo- märleitungen ablagern und dabei in bedeutender Weise
rierungen versehenen zylindrischen Korb, wobei zur Aktivität und Verunreinigung der Flächen beitrazwischen
Zentralrohr und zylindrischem Korb ein gen.
Ringraum gebildet ist, der eine radial durchströmte 15 Die vom Filter eingefangenen Teilchen können nicht
Füllung von ferromagnetischen Stahlkugeln ein- mehr im Primärkreis zirkulieren, wodurch eine Verunschließt,
und wobei ferner zwischen zylindrischem reinigung des Betriebs-und Wartungspersonals vermie-Korb
und Gehäuse ein Zwischenraum gebildet ist, den wird, das somit langer in Nähe der Anlagen des
der über einen Freiraum mit einer Auslaßleitung in Reaktors bleiben kann, ohne eine unzulässige Bestrah-Verbindung
steht, sowie mit einem Elektromagneten 20 lung zu erfahren.
zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das die Stahlku- Diese Reinigung des Primärfluids muß selbstver-
geln magnetisiert, um die vom Fluid transportierten ständlich während des Betriebs des Reaktors erfolgen,
magnetischen Teilchen festzuhalten, dadurch um eine fortgesetzte Reinigung des Druckwassers zu
gekennzeichnet, gewährleisten.
25 Bei dem bisher verwendeten elektromagnetischen
— daß der Freiraum (36) oberhalb der Füllung (38) Filtern tritt der Strom des zu reinigenden Fluids über
aus den ferromagnetischen Stahlkugeln (39) an- ein Ende des Filters ein, durchquert die Schicht aus Sahlgeordnet
ist und von dem Zentralrohr (55) kugeln und tritt am tsaderen Ende des Filters aus, um in
durchsetzt wird, wobei das Zentralrohr (55) in den Primärkreis rezirkuliert zu werden.
eine für die Einlaßleitung (4) vorgesehene Off- 30 Die Nachteile eines derartigen Filters bestehen darin,
nung (34) im Gehäuse (30) mündet und gegen- daß einerseits die Oxidsplitter die Neigung haben, sich
über dem Freiraum (36) abgedichtet ist, ständig in denselben Zonen der Masse aus Stahlkugeln
— daß im Ringraum (63) zur Ablenkung der radia- abzulagern, wobei der Umlauf des Fluids längs einer
len Strömung am -zylindrischen Korb (45) befe- konstanten Bahn erfolgt, und daß es andererseits
stigte Ablenkwände (57) angeordnet sind, die 35 schwierig ist, zur Verbesserung der Filtrierung die Umeine
kleinere axiale Höhe Js die Füllung (38) laufgeschwindigkeit des Fluids im Kugelbett zu begrenaufweisen
und zwischen sich Zonen (64) für die zen und zur Erzielung einer wirksamen Filtrierung eine
ungehinderte radiale Strömung frei lassen, maximale Umlaufgeschwindigkeit des Fluids im Filter
— daß sich die Perforierung (54) der Wandung des zu gewährleisten.
Zentralrohrs (55) über einen Bereich erstreckt, 40 Wenn man andererseits die UmMufgeschwindigkeit
der der axialen Höhe der Ablenkwände (57) des Fluids im Filter zu begrenzen und den Durchtritts-
entspricht, verlauf der Kugelmasse zu erhöhen versucht, kann man
— daß die Perforierungen (59) des zylindrischen zu einer Überdimensionierung des Filters in der Weise
Korbes (45) beschränkt sind auf Bereiche, die kommen, daß sein Platzbedarf und seine Kosten unzuden
Ablenkwänden (57) radial gegenüberliegen 45 lässig groß werden.
und auf Bereiche (49,51,61,62) am oberen und Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen FiI-
unteren Ende des zylindrischen Korbes (45). ter der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern,
daß eine ausreichend niedrige Umlaufge-
schwindigkeit des Fluids in der Kugelfüllung bei ausrei-
50 chendem Durchgang des Fluids innerhalb der Kugelfüllung ermöglicht wird, ohne daß der Filter zu große Ab-
Die Erfindung betrifft einen Filter nach dem Oberbe- messungen haben muß.
griff des Anspruchs 1. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß
Einen derartigen Filter beschreibt die GB-PS durch die im Patentanspruch angeführten Merkmale.
04 324. Das Zentralrohr und der Korbmantel sind 55 Der erfindungsgemäße Filter ermöglicht die Erzie-
dabei jedoch über ihre ganze vertikale Länge perforiert, lung einer wirksameren Filtrierung des Primärfluids da-
so daß sich unter Beibehaltung der Strömungsgeschwin- durch, daß der Lauf des Primärfluids in der Kugelfüllung
digkeit keine größere Verweilzeit des Fluids in der Ku- verzögert bzw. verlängert werden kann aufgrund der
gelfüllung ergibt. Anordnung von Löchern im Korb, aufgrund der Ab-
Die DE-AS 17 94 280 betrifft eine magnetische Filter- 60 lenkwände und auch aufgrund des zentralen Rohrs, das
vorrichtung, die zwar ohne Sahlkugeln arbeitet, bei der einen anfänglichen radialen Verlauf des Primärfluids er-
aber innerhalb des Korbes Ablenkwände vorhanden moglicht. Außerdem weist der erfindungsgemäße Filter
sind. Durch das Fehlen von Kugeln und Perforationen gegenüber den bisher bekannten Filtern einen kleineren
\vird keine zufriedenstellende Filterwirkung bei ausrei- Raumbedarf auf. Die Kugelfüllung wird gleichmäßiger
chender Verweilzeit erzielt. 65 ausgenutzt, da sie vom Fluid in zahlreichen Richtungen
Bei Druckwasserreaktoren lädt sich das Druckwas- und ausgehend von verschiedenen, auf der Höhe des
ser, das das Primärfluid bildet und in Berührung mit den Filters verteilten Punkten durchsetzt wird.
Brennelementen kommt, bevor es zur Erhitzung und In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel eines
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