CN106128525A - 一种可消除热分层的冷却剂管道系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可消除热分层的冷却剂管道系统，其包括：主管道和波动管；所述主管道和波动管之间设有支管，所述支管分部与所述主管道和所述波动管连接。本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，在核电站主管道和波动管间添加支管，将主管道热段内温度较低的冷却剂引至波动管，促进冷热流体的混合，从而消除管道内的热分层。
Description
技术领域
本发明涉及核电站的一种新的管道设计方案，具体涉及一种可消除热分层的冷却剂管道系统，主要用于消除会引起管道热瞬态和管道疲劳的热分层。
背景技术
波动管是核电站反应堆冷却剂系统中除主管道以外最重要的核安全1级管道，用于连接主管道热段和稳压器。
稳压器的主要功能为压力控制、超压保护、温度控制以及容积补偿等，会因冷却剂温度和体积的变化而出现流量波动。由于稳压器和主管道间的温差较大，在某些特殊工况下，当稳压器出现缓慢波出时，稳压器中的高温流体进入波动管水平或倾角较小的管段，并位于波动管截面的上部，而下部则为主管道侧的低温流体，即发生热分层现象。这使波动管管壁横截面上出现较大温差，引起局部热应力和总体弯曲应力，对波动管的载荷、变形和疲劳寿命产生很大影响。为监测热分层状态，以AP1000为例，在多个位置处设置了电阻温度探测器对波动管的温度进行监测。
为缓解和消除热分层，现有技术提出了以下几类对波动管的改进方法。(1)改变波动管的走向。以某堆型为例，将与主管道的接管嘴改为竖直，并增大水平管段的倾角。(2)改变波动管内部的导流结构。如专利201210224735.3提出在与主管道接管的三通连接段增加旋流混合槽，专利201220113726.2提出在波动管水平段内设置搅混器。(3)改变波动管外壁的温度分布。如专利200920135851.1提出在波动管下部与保温层间安装加热装置。
有别于以上措施，本专利提出一种不改变波动管管道布置和结构力学性能且易于实现的设计方案，用于消除波动管热分层。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种可消除热分层的冷却剂管道系统。
可消除热分层的冷却剂管道系统包括：主管道和波动管；所述主管道和波动管之间设有支管，所述支管分部与所述主管道和所述波动管连接。
优选地，所述支管的支管接管嘴位于所述波动管的波动管接管嘴的上游或下游。
优选地，所述支管与所述波动管采用垂直对心连接，在所述波动管的内部变为沿波动管轴线方向或偏向上部。
优选地，所述支管与所述波动管采用倾斜、偏心连接。
优选地，所述支管与所述波动管采用垂直对心连接，在所述波动管内部连接一个三通结构，可向两侧喷射。
优选地，所述支管的进口处延伸到所述主管道的热段内部，并安装半球面形结构或端部封闭、侧面开口的管状结构。
优选地，所述支管内安装泵。
优选地，所述支管内设有阀门。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，在核电站主管道和波动管间添加支管，将主管道热段内温度较低的冷却剂引至波动管，促进冷热流体的混合，从而消除管道内的热分层。
2、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，通过低温流体射入，可促进波动管内冷热流体的混合，使管道横截面温度分布更加平均。
3、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，通过低温流体射入，可分段降低波动管的温度，减小波动管的轴向温度梯度。
4、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，对波动管的布置无影响，不必修改管道走向、标高及相关设备的位置。
5、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，考虑到安全因素，支管的管径较小，相对于主管道和波动管可忽略不计，对主管道和波动管的结构力学性能无影响。
6、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，低温射流的位置可根据实际需要进行设计，流量可根据需要在运行中进行调整。
7、本发明提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，支管结构设计简单可靠，易于实施，易于对现有核电站进行改造。
附图说明
图1核电站主回路示意图；
图2为本发明提出的包含支管的可消除热分层的冷却剂管道系统设计示意图；
图3为本发明提出的包含支管和泵的可消除热分层的冷却剂管道系统设计示意图；
图4为支管与主管道接管嘴处的半球形结构示意图；
图5为支管与主管道管嘴处管状结构示意图；
图6为支管与波动管接管对心布置示意图；
图7为支管与波动管接管偏心布置示意图；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，反应堆冷却剂管道(2-1、2-2、3-1、3-2、3-3、3-4，简称主管道)是连接反应堆冷却剂系统主设备(反应堆压力容器1、蒸汽发生器5-1和5-2、主泵4-1、4-2、4-3、4-4)的环路管道，承受反应堆冷却剂系统的温度压力，是系统的压力边界。主管道分为两个环路，每个环路均包含冷段和热段。稳压器7是反应堆冷却剂系统的主要设备之一，主要功能是在各种运行工况和事故工况下对反应堆冷却剂系统进行压力控制和超压保护。波动管6即为连接主管道热段和稳压器底部的管道。
如图2和图3所示，在主管道2和波动管4间添加覆盖保温层的支管6(内径为15mm-100mm)，与主管道通过铸造三通或焊接三通连接。根据实际情况，支管接管嘴位置可位于波动管接管嘴的上游或下游位置处。
如图2和图3所示为包含支管的波动管设计示意图，支管6走向可根据实际工程情况如空间结构等进行设计调整。为确保有效消除热分层，支管与波动管的接管位置取决于热分层发生的位置，支管的数量取决于波动管受热分层影响的管段数量。
如图2和图3所示，为在必要时对支管流动进行隔离或调节循环流量，在支管中设置两个串联的阀门装置，也可额外设置流量孔板用于流量调节。若存在多个支管，根据实际需要可在每根支管上再布置一个阀门。
支管中的流动以主管道侧和波动管侧的压差作为驱动力。为确保流量满足所需并充分利用主泵所提供的动能，如图4、图5所示，在支管进口处延伸到主管道热段内部安装有一个半球形结构或端部封闭、侧面开口的管状结构，用于将主管道内冷却剂的速度压头转变为支管进口处的静压头，从而增加支管两端的压差，保证在主泵低转速工况下也能提供足够的流量。另外，如图3所示，也可在支管中添加泵，用以提供额外的扬程驱动支管中的流动。
为确保引入波动管的低温流体与波动管上部高温流体的充分混合，本发明提出以下三种支管-波动管接管方案：
1)如图6所示，支管与波动管垂直对心连接，在波动管内部变为沿波动管轴线方向或偏向上部。为增大流速，扩大低温流体的喷射范围，将出口缩小并变为椭圆结构；
2)如图6所示，支管与波动管垂直对心连接，在波动管连接至三通，使低温流体向两侧喷射
3)如图7所示，支管与波动管倾斜偏心连接，低温流体射入后可有效促进冷热流体的搅混。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，在核电站主管道和波动管间添加支管，将主管道热段内温度较低的冷却剂引至波动管，促进冷热流体的混合，从而消除管道内的热分层。
2、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，通过低温流体射入，可促进波动管内冷热流体的混合，使管道横截面温度分布更加平均。
3、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，通过低温流体射入，可分段降低波动管的温度，减小波动管的轴向温度梯度。
4、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，对波动管的布置无影响，不必修改管道走向、标高及相关设备的位置。
5、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，考虑到安全因素，支管的管径较小，相对于主管道和波动管可忽略不计，对主管道和波动管的结构力学性能无影响。
6、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，低温射流的位置可根据实际需要进行设计，流量可根据需要在运行中进行调整。
7、本实施例提供的可消除热分层的冷却剂管道系统，支管结构设计简单可靠，易于实施，易于对现有核电站进行改造。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，包括：主管道和波动管；所述主管道和波动管之间设有支管，所述支管分部与所述主管道和所述波动管连接。
2.根据权利要求1所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管的支管接管嘴位于所述波动管的波动管接管嘴的上游或下游。
3.根据权利要求2所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管与所述波动管采用垂直对心连接，在所述波动管的内部变为沿波动管轴线方向或偏向上部。
4.根据权利要求2所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管与所述波动管采用倾斜、偏心连接。
5.根据权利要求2所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管与所述波动管采用垂直对心连接，在所述波动管内部连接一个三通结构，可向两侧喷射。
6.根据权利要求1所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管的进口处延伸到所述主管道的热段内部，并安装半球面形结构或端部封闭、侧面开口的管状结构。
7.根据权利要求1所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管内安装泵。
8.根据权利要求1所述的可消除热分层的冷却剂管道系统，其特征在于，所述支管内设有一个或多个阀门和孔板。
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