BG63057B1

BG63057B1 - Топлообменник за охлаждане на замърсена течност

Info

Publication number: BG63057B1
Application number: BG100732A
Authority: BG
Inventors: Francois Remy; Patrick Grandclement
Original assignee: Electricite De France
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 2001-02-28
Also published as: FR2705769A1; FR2705769B1; EP0740767A1; DE69426781D1; BG100732A; EP0740767B1; RU2145697C1; WO1996017216A1; SK91996A3

Abstract

Топлообменникът намира приложение в енергетиката,по-специално в защитните мрежи на атомните електроцентрали. Той осигурява охлаждане на замърсената топла течност, излизаща от корпуса на атомния реактор, с помощта на охлаждаща течност, подавана директно от външната среда, без последната да бъде замърсена с радиоактивни вещества. Топлообменникът включва цилиндричен кожух (1), определящ един резервоар, във вътрешността на който са разположени прави и успоредни помежду си тръби (2), образуващи сноп, за преминаване на охлаждащата течност. Тръбите (2) са разположени между тръбните решетки (3 и 3а). Кожухът (1) завършва в единия си край с глава (4), в която е предвиден щуцер (9) за входа на охлаждащата течност. Едната от тръбните решетки (3) е фиксирана към кожуха (1) и главата (4), а другата тръбна решетка (3а), заедно с един капак, оформя плаваща глава (5). Върху последната е предвиден щуцер (8) за изхода на охлаждащата течност, определен отчасти от един силфон (10). Тръбите (2), образуващи тръбния сноп, са заварени и зачеканени по цялата дебелина на тръбната решетка (3а), а тя също е заварена и зачеканена към кожуха (1) по цялата си периферия. За вход на замърсената топла течност в оформения от кожуха (1) резервоар е предвиден щуцер(7), а за изход - щуцер (6).

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до топлообменник за охлаждане на замърсена течност и намира приложение в енергетиката, по-специално в защитните мрежи на атомните електроцентрали. Топлообменникът охлажда замърсената топла течност, излизаща от корпуса на атомния реактор, с помощта на охлаждаща течност, подавана директно от външната среда, без тя да бъде замърсена с радиоактивни вещества.

Предшестващо състояние на техниката

В атомните електроцентрали са познати охлаждащи устройства на загрети и замърсени течности, които използват междинен топлообменник. Този тип устройства съдържат един първи топлообменник, обикновено наричан междинен топлообменник, който осъществява топлообмен между загрятата и замърсена течност, излизаща от атомния реактор, и една първа охлаждаща течност. Първата охлаждаща течност преминава през втори топлообменник, при което се осъществява топлообмен между нея и друга - втора охлаждаща течност, като последната се изхвърля навън.

С използването на тези устройства с междинен топлообменник, за да има замърсяване, трябва радиоактивните вещества да преминат през две стени, разделящи топлообменния процес - по една стена за всеки топлообменник. По този начин се осигурява двойна защита на околната среда от радиоактивното замърсяване.

Охлаждащата и топлата течност, преминаващи през един топлообменник, са с различни температури. Поради това той често е подложен на температурни градиенти и на преходни термични явления с голяма амплитуда през периодите на нормална експлоатация на атомния реактор, а на още по-големи - в случай на инцидент.

Една от основните задачи на проектантите на атомните електроцентрали е да разработят междинен топлообменник, който да бъде колкото е възможно механично поустойчив на упражняваните върху него усилия, които са в резултат от разликите в деформирането на тръбите, през които минава охлаждащата течност, и тези на кожуха на топлообменника, през който протича топлата течност.

Известни са технически решения, описани във РК 712 359 А и ОВ 1 286 722 А, при които в междинния топлообменник са предвидени силфон и деформируема стена, чиято задача е да поемат посочените по-горе деформации.

В друго известно решение 118 3 850 231 А се предлага една система, съоръжена с междинен топлообменник, в който са предвидени два силфона, през които трябва да премине топлата течност, преди да замърси охлаждащата. При това решение в затвореното пространство, ограничено от двата силфона, кожуха и плаващата глава на топлообменника, е разположено средство, което да установи изтичането на топла течност през първия силфон.

Решенията, описани в СВ 1 286 722 А и 118 3 850 231 А позволяват ефективно да се подобри устойчивостта към механичните деформации, дължащи се на разширяването, като се вгради един силфон, който поема тези деформации. Въпреки това, в топлообменниците съгласно тези два патента е налице намалена плътност на замърсената топла течност, защото замърсената топла течност се намира в директен контакт със силфона, през който тя може да изтече по-лесно.

Съгласно υδ 3 850 231 А топлата течност трябва да премине през два силфона, а не през един, както е съгласно английския патент, преди да замърси охлаждащата течност. Но това отстранява само частично възможността от замърсяване на студената течност. След като топлата течност може да изтече през първия силфон, то това е възможно да стане също и през втория в по-кратък или в по-дълъг срок. В случай на нормално функциониране иа реактора, ще бъде необходимо веднага след установяването на първото изтичане да се спрат операциите, което води до значителни преразходи. При повреда в работата на реактора замърсяването ще бъде факт веднага след като топлата течност премине през втория силфон.

Ниската херметичност на известните междинни топлообменници не позволява да се създаде система за топлообмен между атомния реактор и външната среда само с един топлообменник.

Техническа същност на изобретението

Целта на изобретението е да се създаде топлообменник, който притежава такива характеристики на механична устойчивост на деформации, дължащи се на температурния градиент, които да са толкова добри, колкото са на известните топлообменници, и в същото време да има значително подобрени херметични характеристики. Това ще позволи самостоятелното му разполагане в защитните мрежи на една атомна електроцентрала, както и в старите атомни електроцентрали, в които няма място за разполагане на система с два топлообменника, като осигури охлаждането на замърсената топла течност, излизаща от корпуса на атомния реактор с помощта на охлаждаща течност, подавана директно от външната среда, без тя да бъде замърсена.

Топлообменникът за охлаждане на замърсена течност съгласно изобретението включва цилиндричен кожух, определящ един резервоар, и двойка тръбни решетки, монтирани в резервоара. Във вътрешността на цилиндричния кожух са разположени успоредни тръби, образуващи тръбен сноп, чиито противоположни краища са фиксирани към двете тръбни решетки. Към резервоара са оформени два щуцера - щуцер за входа на замърсената топла течност в него и щуцер за изхода на замърсената топла течност от него. В единия си край кожухът завършва с глава, в която е разположен щуцер за входа (изхода) на охлаждащата течност. Едната от тръбните решетки е фиксирана към кожуха и главата, а другата тръбна решетка, заедно с един капак, оформя плаваща глава. В плаващата глава е разположен щуцер за изхода (входа) на охлаждащата течност. Щуцерът е определен отчасти от силфон.

Тръбите, образуващи тръбния сноп, са заварени и зачеканени по цялата дебелина на тръбната решетка, която заедно с капака определя плаващата глава. Тази тръбна решетка е също заварена и зачеканена към кожуха по цялата си периферия.

Контактът силфон - топла течност съгласно известните досега патенти, представляващ слабото място по отношение херметичността за радиоактивните вещества при топлообменника съгласно изобретението, е премахнат. Той е заменен с един контакт топла течност - тръбна решетка, заварена и зачеканена към кожуха, много по-херметична по отношение на радиоактивните вещества. Тази херметичност се дължи на това, че краищата на тръбите са заварени и зачеканени към тръбната решетка по цялата й дебелина, а самата тя е заварена и зачеканена по цялата си периферия към кожуха.

Описаните заварки могат да породят съмнението, че тръбната решетка ще стане много чувствителна към термичните натоварвания, които биха довели до влошаване на херметичността.

С използването на един силфон, отдалечен от пространството, запазено за топлата течност, но достатъчно близко до тръбната решетка, се постига достатъчно добро поемане на термичните натоварвания, за да се защити тръбната решетка от термичните натоварвания. Силфонът предпазва тръбната решетка от термичните натоварвания, в същото време тръбната решетка предпазва силфона от контакт с топлата течност.

Съгласно едно вариантно изпълнение на изобретението, щуцерът за изхода на охлаждащата течност, определен отчасти от силфона, е по-близо разположен по отношение на оста на кожуха до тръбната решетка, която е заварена и зачеканена към кожуха, отколкото до върха на плаващата глава.

Деформациите, дължащи се на температурния градиент, са най-значими при контакта на тръбната решетка и кожуха. Силфонът, разположен в непосредствено съседство с тръбната решетка, поема найзначимите деформации възможно най-бързо.

Топлообменникът съгласно това вариантно изпълнение е механично похерметичен и по-устойчив от известните от нивото на техниката решения и по-специално от описаните в СВ 1 286 722 А и Ц5 3 850 231 А.

Съгласно друго вариантно изпълнение на изобретението щуцерът за изхода на охлаждащата течност, определен отчасти от силфона, и щуцерът за входа на замърсената топла течност са разположени на една и съща образуваща на цилиндъра, определен от кожуха.

ί

При това изпълнение силфонът е разположен възможно най-близко до точката на контакт топла течност - тръбна решетка, където температурният градиент е максимален. Разположението на силфона до тръбната решетка осигурява още по-висока ефективност при поемане на деформациите от него.

Топлообменникът съгласно изобретението е с добра херметичност и механична устойчивост. Това позволява той да се използва в защитната верига на корпуса на атомния реактор, като в случай на авария охлажда радиоактивно замърсената топла течност, изтичаща от корпуса, с охлаждаща течност, която се излива директно навън, без да има опасност от радиоактивно замърсяване на околната среда.

Както е посочено по-горе, познатите до днес охладителни системи включват поне два топлообменника, за да се осигури необходимата херметичност на системата. Със създаването на топлообменник съгласно изобретението отпада необходимостта от включването на втори топлообменник, което води до намаляване на производствените разходи за една атомна електроцентрала. Чрез него се постига и възможност за осъвременяването на вече съществуващи стари атомни електроцентрали.

Описание на приложените фигури

На приложената фигура към описанието е показано едно примерно изпълнение на топлообменника за замърсена топла течност съгласно изобретението.

Примерно изпълнение на изобретението

Съгласно едно примерно изпълнение на изобретението, така както е показано на фигурата, топлообменникът за замърсена топла течност включва цилиндричен кожух 1, определящ един резервоар, във вътрешността на който са разположени прави и успоредни помежду си тръби 2, образуващи сноп, за преминаване на охлаждащата течност. Този сноп тръби 2, който е показан частично на фигурата, е монтиран между тръбните решетки 3 и За.

Кожухът 1 завършва в единия си край с една глава 4, в която е предвиден щуцер 9 за входа (изхода) на охлаждащата течност. Едната от тръбните решетки 3 е фиксирана към кожуха 1 и главата 4, а другата тръбна решетка За, заедно с един капак, оформя плаваща глава 5. Върху плаващата глава 5 е предвиден щуцер 8 за изхода (входа) на охлаждащата течност. Щуцерът 8 за изхода (входа) на охлаждащата течност се определя отчасти от един силфон 10.

Тръбите 2, образуващи тръбния сноп, са заварени и зачеканени по цялата дебелина на тръбната решетка За, която заедно с капака определя плаващата глава 5. Тръбната решетка За е също заварена и зачеканена към кожуха

1 по цялата си периферия.

За вход на замърсената топла течност в оформения от кожуха 1 резервоар е предвиден щуцер 7. За изход на замърсената топла течност от така оформения резервоар е предвиден щуцер 6.

На приложената фигура са посочени три оси, като:

- ΖΖ’ е основна ос на цилиндричния кожух 1;

- XX’ е ос на щуцера 8 за изхода на охлаждащата течност, предвиден в плаващата глава 5;

- ΥΥ’ е ос на щуцера 7 за входа (изхода) на топлата замърсена течност, предвиден в кожуха 1.

В едно предпочитано изпълнение на топлообменника съгласно изобретението щуцерът 8 за изхода на охлаждащата течност, по отношение на основната ос ΖΖ’ на кожуха 35 1, е разположен по-близо до тръбната решетка За, отколкото до върха на плаващата глава 5.

По този начин силфонът 10 поема побързо деформациите, появяващи се в зоната на съединяване на тръбната решетка За с 40 кожуха 1, зона, в която температурният градиент е най-висок.

В предпочитания модел на реализация на топлообменника, както е показано на фигурата, ъгълът, образуван в нормалната равнина на оста ΖΖ’, между проекцията на оста XX’ върху тази равнина и проекцията на оста ΥΥ’ върху същата равнина, е равен на нула. По този начин силфонът се намира възможно най-близо до зоната, в която температурният градиент е максимален, което му позволява бързо да поеме деформациите.

Claims

Патентни претенции

1. Топлообменник за охлаждане на замърсена течност, включващ цилиндричен кожух (1), определящ един резервоар, и двойка тръбни решетки (3) и (За), монтирани в резервоара, като във вътрешността на цилиндричния кожух (1) са разположени успоредни тръби (2), образуващи тръбен сноп, чиито противоположни краища са фиксирани към двете тръбни решетки (3) и (За), при това към резервоара са оформени два щуцера щуцер (7) за входа на замърсената топла течност в него и щуцер (6) за изхода на замърсената топла течност от него, а в единия си край кожухът (1) завършва с глава (4), в която е разположен щуцер (9) за входа (изхода) на охлаждащата течност, като едната от тръбните решетки (3) е фиксирана към кожуха (1) и главата (4), а другата тръбна решетка (За), заедно с един капак, оформя плаваща глава (5), в която е разположен щуцер (8) за изхода (входа) на охлаждащата течност, като последният е определен отчасти от силфон (10), характеризиращ се с това, че тръбите (2), образуващи тръбния сноп, са заварени и зачеканени по цялата дебелина на тръбната решетка (За), която заедно с капака

5 определя плаващата глава (5), като тръбната решетка е също заварена и зачеканена към кожуха (1) по цялата си периферия.
2. Топлообменник за охлаждане на замърсена течност съгласно претенция 1,

10 характеризиращ се с това, че щуцерът (8), определен отчасти от силфона (10), е по-близо разположен по отношение на оста на кожуха (1) до тръбната решетка (За), която е заварена и зачеканена към кожуха (1), отколкото до

15 върха на плаващата глава (5).
3. Топлообменник за охлаждане на замърсена течност съгласно претенция 1 или

2. характеризиращ се с това, че щуцерът (8) за изтичане на охлаждащата течност и щуцерът

20 (7) за входа на замърсената топла течност, са разположени на една и съща образуваща на цилиндъра, определен от кожуха (1).

Приложение: 1 фигура