CS273767B1

CS273767B1 - Tube for heat exchangers

Info

Publication number: CS273767B1
Application number: CS774488A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Ing Bembenek; Karel Ing Bauer; Jiri Prof Ing Drsc Elfmark; Ludmila Doc Ing Drsc Hyspecka; Karel Akademik Mazanec; Jan Ing Csc Pacak; Tasilo Ing Drsc Prnka; Josef Ing Rapek; Oleg G Ing Cernysev; Valerij E Ing Suchanov; Vladimir V Ing Zajcev; Jan Ing Csc Vacek
Original assignee: Zdenek Ing Bembenek; Karel Ing Bauer; Elfmark Jiri; Ludmila Doc Ing Drsc Hyspecka; Mazanec Karel; Pacak Jan; Prnka Tasilo; Josef Ing Rapek; Oleg G Ing Cernysev; Valerij E Ing Suchanov; Vladimir V Ing Zajcev; Vacek Jan
Priority date: 1988-11-24
Filing date: 1988-11-24
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CS774488A1

Abstract

The principle of the solution consists in the fact that the heat-exchanging tube is formed by a steel core, which is on at least one of its surfaces (inner or outer) equipped with protective layer of titan or titan-based alloy containing at least 70 percent by weight of titan. The thickness of the protective layer is 0.1 to 0.6 multiple of the total tube wall thickness. The tubes according to the invention are designed for heat transfer between two media, primarily in energetic devices of nuclear power stations, but also for chemical engineering.<IMAGE>

Description

(57) Podstata řečeni spočívá v tom/ že , teplosměnné trubka je tvořena oceloyým jádrem/ které je alespoň na jednom evóm povrchu vnějším nebo vnitřním opatřeno ochrannou vratvou titanu nebo titanových slitin obsahujících v hmotnostním množstvi nejméně 70 % titanu. Tloušťka ochranné vretvy je O„1 až 0,6 násobkem celkové tloušťky stěny trubky. Trubky podle vynálezu jeou určeny pro přenoe tepla mezi dvěma médii, zejména v energetických zařízeních jaderných elektráren, ale i pro chemické strojírenství*(57) The principle is that the heat exchanger tube consists of a steel core, which has at least one surface or exterior surface evacuation a protective return of titanium or titanium alloys containing at least 70% by weight of titanium. The thickness of the protective layer is 0 to 0.6 times the total wall thickness of the pipe. The pipes according to the invention are intended for heat transfer between two media, especially in power plants of nuclear power plants, but also for chemical engineering.

Y ' iY 'i

CS 273767 BlCS 273767 Bl

Vynález se týká trubky pro výměníky teplo/ zejména pro zařízeni jaderných elektráren.The invention relates to a tube for heat exchangers / in particular for nuclear power plant equipment.

V řadě průmyslových odvětví Je nutno zajišťovat výměnu teple mezi dvěma médii.In a number of industries Heat exchange between two media needs to be ensured.

Oedná ae jednak o potřebu ohřevu kapalných nebo plynných médii/ Jednak o potřebu jejich ochlazování. Zvláště v zařízeni Jaderných elektráren lehkovodniho typu je nutno zajistit spolehlivou výměnu tepla mezi primární radioaktivní vodou a sekundárni vodou v parním generátoru/ ze které se tvoří pára pro pohon turbiny.» Po využiti páry v turbině je nutno tuto opět ochladit v kondenzátoru a kondenzovat Ji na vodu. Přenos tepla mezi dvěma médii ee v těchto výměnicích uskutečňuje přea taplosměnnó trubky. Tyto trubky jsou v provozu kromě tepelného namáhání námáhány také tlakově a hlavně korozně. V případě zmíněných parních generátorů Jaderných elektráren Je mimořádně důležité zajištěni vysoké spolehlivosti a odolnosti teplosměnných trubek proti koroznímu namáhání. Za spolupůsobeni napětí Je nutno zajistit Jejich odolnost proti koroznímu praskáni pod napětí·. Současně Jo při volbě materiálů pro tyto trubky nutno přihlížet i k vyhovující tepelné vodivosti.This is both the need to heat liquid or gaseous media / and the need to cool them. Especially in light-water Nuclear Power Plants, reliable heat exchange between the primary radioactive water and the secondary water in the steam generator / from which steam is generated to drive the turbine must be ensured. »After using the steam in the turbine, it must be cooled again in the condenser and condensed water. The heat transfer between the two media in these exchangers takes place via tap changer tubes. In addition to thermal stress, these pipes are also stressed by pressure and, in particular, corrosion. In the case of the above mentioned steam generators of nuclear power plants, it is extremely important to ensure the high reliability and resistance of the heat exchange tubes to corrosion stress. Under stress conditions Their resistance to stress corrosion cracking must be ensured. At the same time, when selecting the materials for these tubes, it is also necessary to take into account a satisfactory thermal conductivity.

Teploaměnnó trubky parních generátorů Jsou v současné době vyráběny z austenltických chroraniklových oceli nebo niklových slitin, které dokonala odolávají korozi v primární radioaktivní vodě. Najnovějši poznatky věak ukazuji,že značné problémy vyvstávají na povrchu teploeměnných trubek, který přichází do styku se sekundární vodou v tělese parního generátoru. Sekundární voda Ja často znečištěna chloridy a oxidy železa, mědi a zinku,' popřípadě dalšími nečistotami, což výrazně snižuje odolnost teploeměnných trubek proti korozi. Uvedené nečistoty sa vyskytují v sekundární vodě parního generátoru Jako důsledek koroze dalěich zařízeni sekundárního okruhu i proniku terciární chladiči vody netěsnostmi kondenzátoru do sekundárního okruhu. Tyto problémy jeou v Jaderných elektárnách dosud řešeny neustálým zdokonalováním čištěni napájecí vody parních generátorů β používáním těsných kondenzátorů, u kterých ee nahrazuji moaazné chladicí trubky trubkami z titanu nabo z dvoufázových vyaocalagovaných chromniklmolybdanových oceli, V současnosti používané technické metody čištěni a úpravy napáječi vody dosud neumožňují potřebné sníženi nečistot ve vodě,· například iontů chloru a kyslíku, na takovou úroveň,! aby ee zcela zabránilo koroenimu napadáni povrchů trubek při Jejich dlouhodobá exploatsol. Přitom auatenitlcké nerezavějíc! materiály nesnášejí větši znečištěni vody, zvláště za přítomnosti kalů/ především v místech, kde dochází k periodickému odpařováni vody.Heat Generator Steam Generator Tubes These are currently made from austenitic chromium-nickel steel or nickel alloys that perfectly resist corrosion in primary radioactive water. Recent findings, however, show that considerable problems arise on the surface of the heat exchange tubes that come into contact with the secondary water in the body of the steam generator. Secondary water is often contaminated with chlorides and oxides of iron, copper and zinc, and possibly other impurities, which greatly reduces the corrosion resistance of heat-exchanging tubes. Said impurities occur in the secondary water of the steam generator As a result of the corrosion of other secondary circuit equipment and the penetration of the tertiary cooling water through the condenser leaks into the secondary circuit. These problems are still being solved in Nuclear Power Plants by continually improving the purification of the feed water of steam generators by using tight capacitors, replacing moasing cooling tubes with titanium or biphasic chromium-nickel-molybdenum steel tubes. to reduce impurities in the water, for example chlorine and oxygen ions, to such a level. to completely prevent koroenim attacking the pipe surfaces during their long-term exploatsol. At the same time, stainless steel! the materials do not tolerate more water contamination, especially in the presence of sludge / especially in places where periodic water evaporation occurs.

Dalěi nevýhodou dosavadního řeěení uvedených nedostatků Je skutečnost, že výroba bezešvých trubek z dvoufázových vysoce legovaných CrNiMo oceli je prakticky nereálné. Trubky je možné vyrobit pouze ve svařovaném provedení pro použiti v kondensátorech. Trubky z technického titanu, popřípadě Jeho slitin Jeou pro dané účely ekonomicky velice nákladné. Kromě toho se v daném případě výrazně snižuje tepelné účinnost teploeměnných zařízeni podstatně sníženou tepelnou vodivosti titanu, dosahující až 20 % původní hodnoty tepelné vodivosti používaných oceli.A further disadvantage of the prior art is that the production of seamless pipes from two-phase highly alloyed CrNiMo steel is virtually unrealistic. Tubes can only be manufactured in a welded version for use in condensers. Pipes made of technical titanium or its alloys are economically very expensive for this purpose. Moreover, in this case, the thermal efficiency of heat-exchanging devices significantly reduces the thermal conductivity of titanium, reaching up to 20% of the original thermal conductivity of the steels used.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny vícevrstvou trubkou pro výměníky tepla podle vynálezu,) Jehož podstata epočivá v tom/ že trubka je tvořena ocelovým Jádrem/ které je alespoň na svém Jednom povrchu vnějším nebo vnitřním opatřeno ochrannou vrstvou titanu nebo titanových slitin obsahujících nejméně 70 hmot. % titanu, přičemž mikroatruktura těchto vretev Je tvořena titanem alfa nebo tuhými roztoky titanu <Yj ,! Λ nabo <6 + /1 . Tloušťka této ochranné vrstvy činí 0,01 až 0,6 násobku celkové tloušťky stěny trubky.These disadvantages are overcome by the multilayer pipe for heat exchangers according to the invention, the nature of which is that the pipe consists of a steel core and which is provided, at least on one surface, with an outer or inner protective layer of titanium or titanium alloys containing at least 70 wt. % of the titanium, the micro-structure of these spindles consisting of titanium alpha or solid titanium solutions < Bo or <6 + / 1. The thickness of this protective layer is 0.01 to 0.6 times the total wall thickness of the pipe.

Výhodou vícevrstvých teplosměnných trubek podle vynálezu je praktické vyloučeni vzniku a průběhu koroenich dějů na povrchu chráněném vrstvou titanu nebo jeho tuhých roztoků 1 ve velmi znečištěné vodě, napřiklad a koncentracemi přiaSeových iontů jako v mořské vodě.The advantage of the multilayer heat exchange tubes according to the invention is the practical elimination of the occurrence and course of corrosion events on the surface protected by the layer of titanium or its solid solutions 1 in highly polluted water, for example and in ionic ion concentrations as in seawater.

Mezi další předností trubek podle vynálezu patří zvýšeni jejich meze kluzu nejméně o vice jako jedenapůlnásobek oproti trubkám z mosazi i nerezavějících oceli. To umožňuje významné sníženi tloušťky steny používaných trubek/ a tím i sníženi hmotnosti celého strojního zařízeni. Tato skutečnost současně vyrovnává i nižší tepelnou vodívoet titanu oproti oceli a mosazi. Neméně významnou Jevi se dále i skutečnost/ že použití trubekA further advantage of the pipes according to the invention is to increase their yield strength by at least one and a half times that of brass and stainless steel pipes. This makes it possible to significantly reduce the wall thickness of the tubes used and thus to reduce the weight of the entire machinery. This also compensates for the lower thermal conductivity of titanium compared to steel and brass. No less important is the fact / that the use of pipes

CS 273767 Bl podle vynálezu je nákladově a ekonomicky řádově výhodnější, než u jednovrstvých trubek z titanu nebo Jeho elitinových tuhých -roztoků.CS 273767 B1 according to the invention is more cost-effective and economically advantageous than for single-layer pipes made of titanium or its elitin solid solutions.

Přlkladom konkrétního řešeni podle vynálezu Je vícevrstvá trubka o celkovém vnějším průměru 16 mm a celková tloušťce etěny 1,5 mm,: která Je vyrobena válcováním zo základní chromniklovó oceli obeahujicl v hmotnostním množetvl 0/06 % uhlíku,' 16 % chrómu/ o % niklu/ 0/5 % titanu/ zbytek želez.o„a běžná nečistoty, tvořící vnitřní ocelová jádro trubky. Toto jádro Je na evóra vnějším povrchu opatřeno vrstvou o tloušťce 0,3 mm technického titanu o eloženi 0/30 % Fe, 0/10 % Si/ 0,05 % C,> 0/10 % Cr|/ 0,05 % N,< 0,02 % 0₂, zbytek Ti.An example of a particular embodiment of the present invention is a multilayer pipe with a total outer diameter of 16 mm and a total thickness of 1.5 mm, which is made by rolling of a basic chromium-nickel steel containing 0/06% carbon, 16% chromium / o% nickel / 0/5% titanium / iron remnants and common impurities forming the inner steel core of the pipe. This core is provided with a 0.3 mm thick titanium coating on the outer surface of the europe, with an elution of 0/30% Fe, 0/10% Si / 0.05% C,> 0/10% Cr | / 0.05% N , <0.02% O ₂ , the rest of Ti.

Druhým příkladem vícevrstvé trubky podle vynálezu pro použiti v chladicím okruhu kondenzátoru páry jo trubke o celkovém vnějším průměru 26 mm a celková tloušťce etěny 1/2 mm/ Jejíž jádro Je zhotoveno z nizkouhlikovó kotlová oceli o chemickém složeni 0,21 % C/ 0/25 % Si, 1/10 % Mn/ zbytek železo a běžné načietoty_o Vnější i vnitřní povrch jádra je opatřen vretvou o tloušťce 0/2 mm z monofázové slitiny tuhého roztoku titanu «5o chemickém sleženi 5/9 % AL/ 3/7 % V/ zbyte.k Ti a doprovodné nečistoty.A second example of a multilayer pipe according to the invention for use in a refrigerant circuit of a steam condenser is a pipe having a total outer diameter of 26 mm and a total wall thickness of 1/2 mm / whose core is made of low carbon boiler steel with a chemical composition of 0.21% C / 0/25 % Si, 1/10% Mn / rest iron and common impurities _{o The} outer and inner surface of the core is provided with a 0/2 mm thick monophasic alloy solid titanium alloy «5o chemical reduction 5/9% AL / 3/7% V / zbyte.k Those and accompanying impurities.

Trubky podle vynálezu je možno déle použit i v chemickém průmyslu pro práci v agresivních prostředích, zejména potom ae zvýšeným obsahem chloridových iontů.The tubes according to the invention can also be used for a long time in the chemical industry for work in aggressive environments, especially with increased chloride ion content.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Tube for heat exchangers between two media (characterized in that it consists of a steel core) which is coated on at least one surface evolution with an outer or inner protective layer of titanium / or titanium alloys containing at least 70% by weight of titanium and with a solid titanium solution <<? / Λ or <6+ / 2, wherein the thickness of the protective rod is 0/01 to 0/6 and the total thickness of the pipe section.