CN107143833B - 多单元管式直流蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多单元管式直流蒸汽发生器，包括容器主体、套筒、隔板组件和换热单元；套筒和容器主体内壁之间形成腔室；隔板组件将腔室分成上腔、中腔和下腔；容器主体上设有第一接管嘴和第二接管嘴；第二接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元内部、下腔和第一接管嘴的出水通道依次连通形成一次侧介质通道；第一接管嘴的进水通道、中腔和第二接管嘴的出水通道依次连通形成回水通道；容器主体的顶部设有蒸汽腔室及给水组件，换热单元设有给水管道；给水组件、给水管道、换热管内部流道和蒸汽腔室依次连通，形成二次侧介质通道。本发明实现紧凑布置。

Description

多单元管式直流蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及核电站设备技术领域，尤其涉及一种压水堆核电站的多单元管式直流蒸汽发生器。

背景技术

目前，大多数压水堆核电站的蒸汽发生器均为倒U型管式蒸汽发生器，其主要包括汽水分离器及干燥器。并且，现有的蒸汽发生器与反应堆压力容器、主泵等主设备皆用主管道连接，整体体积较大，整体布置占用空间大，不适用于如海上等空间受限的布置场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种利于紧凑布置的多单元管式直流蒸汽发生器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多单元管式直流蒸汽发生器，包括密闭的容器主体、设置在所述容器主体内的套筒、隔板组件和多个换热单元；所述套筒和容器主体的内壁之间形成一腔室；所述隔板组件位于所述腔室内，将所述腔室分成相隔绝的上腔和下腔；多个所述换热单元纵向布置在所述套筒内；

所述容器主体的侧面上设有第一接管嘴和第二接管嘴；所述第二接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元内部、下腔和所述第一接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；

所述容器主体的顶部设有蒸汽腔室以及给水组件，所述换热单元的中心设有给水管道，所述给水管道的上端连接所述给水组件，下端连接所述换热单元的换热管的下端；所述给水组件、给水管道、换热管内部流道和蒸汽腔室依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。

优选地，所述容器主体包括上端开放的筒体、设置在所述筒体上端的管板、密封盖合在所述管板上的上封头；所述管板将所述筒体的上端封闭；

所述上封头和管板之间的空间形成所述蒸汽腔室，并且所述上封头上设有蒸汽出口和人孔。

优选地，所述上封头还设有给水口；所述给水组件包括于所述蒸汽腔室内连接在所述给水口内侧的给水单元、以及多个分别连接在所述给水单元和给水管道之间的给水支管。

优选地，所述管板上对应多个所述换热单元设有多组通孔；每一组所述通孔均包括连通所述给水组件和给水管道的第一通孔，连通所述蒸汽腔室和换热管的第二通孔。

优选地，所述容器主体还包括连接在所述筒体底部的下封头，所述下封头上设有疏水孔和人孔；

所述筒体和下封头之间设有环形的支撑键以及配合在所述支撑键上的支撑板；所述套筒的两端分别连接所述管板和支撑板。

优选地，所述多单元管式直流蒸汽发生器还包括位于所述下封头内部空间，连接在所述换热单元底部的给水联箱；所述给水联箱与所述给水管道和换热管相连通。

优选地，所述套筒的上端设有连通所述套筒内部和上腔的上通口

优选地，所述换热单元包括套管、设置在所述套管内的换热管；所述套管的上端开设有至少一个窗口，连通套管内部和套筒内部；所述给水管道纵向穿设在所述换热管的内侧。

优选地，所述换热管为螺旋盘管。

优选地，所述腔室内通过所述隔板组件还形成有与所述上腔和下腔相隔绝的中腔，所述中腔位于所述上腔和下腔之间；

所述第一接管嘴的进水通道、中腔和所述第二接管嘴的出水通道依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道。

优选地，所述隔板组件包括上下间隔相对的第一隔板和第二隔板；所述上腔和下腔分别位于所述第一隔板和第二隔板相背的一侧，所述中腔位于所述第一隔板和第二隔板之间。

优选地，所述第二接管嘴和第一接管嘴相对地设置在所述容器主体的侧面，并且所述第二接管嘴在纵向方向上高于所述第一接管嘴。

优选地，所述多单元管式直流蒸汽发生器还包括连接在所述第一接管嘴上的第一套管，和/或连接在所述第二接管嘴的第二套管；

所述第一套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第一套管的内通道形成所述第一接管嘴的进水通道，所述第一套管的外通道形成所述第一接管嘴的出水通道；

所述第二套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第二套管的内通道形成所述第二接管嘴的进水通道，所述第二套管的外通道形成所述第二接管嘴的出水通道。

本发明的有益效果：1、通过独特的通道设计可以实现蒸汽发生器与压力容器以及主泵之间的紧凑布置，在空间受限的情况下布置具有明显的优势。2、蒸汽发生器的二次侧为强迫循环，因此二次侧无自由液面，受摇摆等工况的影响将远远小于倒U型管式蒸汽发生器，扩展了适用性。

另外，采用螺旋盘管作为换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，提高换热效率，另一方面可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。换热管上下两端，方便检修。可以在保持容器主体完整性的情况下对所有内构件进行整体更换。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的多单元管式直流蒸汽发生器的剖面结构示意图(省略部分换热单元结构)；

图2是本发明一实施例的多单元管式直流蒸汽发生器的剖面结构示意图；

图3是本发明一实施例的多单元管式直流蒸汽发生器内部构件吊出时(省略部分换热单元结构)的结构示意图；

图4是本发明一实施例的多单元管式直流蒸汽发生器(省略换热单元结构)连接压力容器的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的多单元管式直流蒸汽发生器，包括密闭的容器主体10、设置在容器主体10内的套筒20、隔板组件30和多个换热单元40。其中，套筒20和容器主体10的内壁之间形成一腔室101；隔板组件30设置在腔室101内，将腔室101分成相隔绝的上腔1011和下腔1013。多个换热单元40纵向布置在套筒20内。

容器主体10的侧面上设有第一接管嘴11和第二接管嘴12；第二接管嘴12的进水通道121、上腔1011、套筒20内部、换热单元40的换热流道、下腔1013以及第一接管嘴11的出水通道112依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；一次侧介质的流通可如图中实线箭头所示。

容器主体10的顶部设有蒸汽腔室102和给水组件50；换热单元40的中心设有给水管道43，给水管道43的上端连接给水组件50，下端连接换热单元40的换热管42的下端。给水组件50、给水管道43、换热管42内部流道和蒸汽腔室102依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道；热交换后的二次侧给水形成过热蒸汽，从蒸汽腔室102输出。

进一步地，腔室101内通过隔板组件30还形成有与上腔1011和下腔1013相隔绝的中腔1012，中腔1012位于上腔1011和下腔1013之间。第一接管嘴11的进水通道111、中腔1013和第二接管嘴12的出水通道122依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道。一次侧介质的回流可如图1中虚线箭头所示。

本实施例中，容器主体10包括上端开放的筒体13、设置在筒体13上端的管板14、密封盖合在管板14上的上封头15；管板14将筒体13的上端封闭。上封头15和管板14之间的空间形成蒸汽腔室102，并且上封头15上设有蒸汽出口151，以输出过热蒸汽；上封头15上设有人孔152，以便检修等。

作为选择，管板14可通过螺栓组件锁紧在筒体13的上端，上封头15可通过螺栓组件、焊接等方式固定连接在管板14上，与管板14形成一个组件，方便打开。

管板14上对应多个换热单元40设有多个通孔，换热单元40通过通孔连通蒸汽腔室102，从而换热单元40内因热交换产生的过热蒸汽可汇集在蒸汽腔室102内。

本实施例中，给水组件50设置在蒸汽腔室102内，以与其形成一个整体；上封头15对应还设有给水口152。其中，给水组件50包括给水单元和多个给水支管，给水单元于蒸汽腔室102内连接在给水口的内侧，多个给水支管分别连接在给水单元和给水管道之间，输送给水。

对应地，管板14上对应多个换热单元40设有多组通孔。每一组通孔均包括连通给水组件50和给水管道43的第一通孔，连通蒸汽腔室102和换热管42的第二通孔。给水管道43的上端可紧配合到第一通孔内，并穿过第一通孔与给水支管52密封连接；换热管42的顶部可通过一直管段紧配合到第二通孔内，通过第二通孔连通蒸汽腔室102。给水依次从给水组件50和第一通孔输送到给水管道43内，而换热管42内热交换形成的过热蒸汽则上升，通过第二通孔汇集到蒸汽腔室102。过热蒸汽不与给水混合。

进一步，容器主体10还包括连接在筒体13底部的下封头16；下封头16上设有疏水孔161和人孔162，方便疏水以及检修。

筒体13和下封头16之间设有环形的支撑键17、配合在支撑键17上的支撑板18。套筒20的两端可分别连接管板14和支撑板18上，结构稳定。

下封头16可通过焊接固定连接在筒体13底部，也可以与筒体13一体形成。

本实施例中，第二接管嘴12和第一接管嘴11相对地设置在容器主体10的侧面，并且第二接管嘴12在纵向方向上高于第一接管嘴11。可以理解的，在一些实施例中，第二接管嘴12和第一接管嘴11也可以为同一接管嘴，即进水通道和出水通道同时设置在同一接管嘴中，此时，接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元的换热流道、下腔和接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道。

套筒20在容器主体10内，将多个换热单元40包围，并且与容器主体10一起界定出一个腔室101。套筒20的上端设有连通套筒20内部和上腔1011的上通口21，供一次侧介质通过进入套筒20内部；一次侧介质可从换热单元40下方流入下封头16内，再折返进入下腔1013，向上流动。

隔板组件30包括上下间隔相对的第一隔板31和第二隔板32；中腔1012形成在第一隔板31和第二隔板32之间；上腔1011和下腔1013分别位于第一隔板31和第二隔板32相背的一侧。

第一隔板31和第二隔板32的内周侧固定在套筒20的外壁面上，第一隔板31和第二隔板32的外周侧可通过密封组件配合在容器主体10的筒体13内壁面上。结合一次侧介质通道、回水通道、第二接管嘴12和第一接管嘴11的设置，本实施例中，如图1中所示，第一隔板31对应在第一接管嘴11的上方，且位于第二接管嘴12的进水通道121和出水通道122之间；第二隔板32则对应在第二接管嘴12的下方，且位于第一接管嘴11的进水通道111和出水通道112之间。

对于腔室101内只有上腔1011和下腔1013的实施方式，隔板组件30包括一环形的隔板。

如图2所示，多个换热单元40在套筒20内可呈三角形等多边形排布、多圈排布等多种方式。换热单元40的上下两端分别支撑连接在管板14和支撑板18上，以加强结构稳定性。

每一个换热单元40均包括套管41、设置在套管41内的换热管42。套管41内壁与换热管42外壁之间形成换热流道，供一次侧介质通过，与换热管42内的二次侧介质进行换热。给水管道43纵向穿设在换热管42的内侧，两端可伸出套管41以连通给水支管52和换热管42。套管41的上端开设有至少一个窗口，以连通套管41内部和套筒20内部，使得进入套筒20内部的一次侧介质通过窗口进入套管41内。换热管42的上端通过管板14的第二通孔连通蒸汽腔室102，从而二次侧给水从螺旋盘管41下端进入其内部流道，自下而上与通过套管41内的一次侧介质热交换，逐步变成过热蒸汽，从上端汇集到蒸汽腔室102内。蒸汽腔室102输出的是过热蒸汽，因此无需进行汽水分离和干燥，简化蒸汽发生器的结构。

套管41的内部和下腔1013可分别连通下封头16的内部空间，从而一次侧介质在套管41内部从上向下流动，到下封头16内部空间后再向上流至下腔1013。

多个换热单元40结构一致，降低了分析、试验及制造的难度。换热管42优选为螺旋盘管，相较于U型管式的换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，另外可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。换热管42发生破损时，可在换热管42上下两端对换热管42进行堵管操作，具有较好的检修可达性。

进一步地，参考图1、2，为了提高多个换热单元40在套筒20内的定位及稳定性，套筒20内还设有至少一个隔板22，隔板22横置在套筒20内，多个换热单元40分别穿过隔板22。设置多个隔板22时，多个隔板22沿套筒20的轴向间隔分布。

隔板22形状对应套筒20内周形状设置，并且可紧配合在其中，避免上下滑动。隔板22上设有多个穿孔供换热单元40穿过。

进一步地，多单元管式直流蒸汽发生器还包括位于下封头16内部空间，连接在换热单元40底部的给水联箱60。给水联箱60与给水管道43和换热管42相连通，并且与下封头16内部空间相隔绝。二次侧给水从给水组件50输送到给水管道43，沿着给水管道43自上而下流至给水联箱60内，然后再给水联箱60输送到换热管42内，沿换热管42向上流动。

二次侧给水先在给水联箱60汇集后再进入换热管42，使得二次侧给水可在给水联箱60中与下封头16内部空间中的一次侧介质初步热交换进行预热。

进一步地，多单元管式直流蒸汽发生器还包括连接在第一接管嘴11上的第一套管70。第一套管70包括相隔绝的内通道和外通道，内通道形成第一接管嘴11的进水通道111，外通道形成第一接管嘴11的出水通道112。内通道和外通道可由内管和外管内外相套接形成。第一套管70的内通道和外通道也可呈上下设置。

蒸汽发生器还包括连接在第二接管嘴12的第二套管80。第二套管80包括相隔绝的内通道和外通道，内通道形成第二接管嘴12的进水通道121，外通道形成第二接管嘴12的出水通道122。内通道和外通道可由内管和外管内外相套接形成。第二套管80的内通道和外通道也可呈上下设置。

第一套管70和第二套管80可通过长度的控制设置为短套管，蒸汽发生器通过短套管分别与主泵和压力容器连接，形成紧凑布置，在空间受限的情况下具有明显的优势，适用于如海上等空间受限的布置场合。

如图3所示，套筒20、换热单元40、给水联箱60、管板14和上封头15等内部构件可以形成一个整体的模块，该模块可以吊出离开容器主体10的筒体13，从而可以对容器主体10的焊缝或密封面进行检查，必要时可以更换整体内构件，而保留容器主体，不用对容器或管道进行切割，减少更换周期及成本。

结合图1、4，本发明的蒸汽发生器工作时，来自反应堆压力容器90的一次侧高温水经第二套管80的内通道(第二接管嘴12的进水通道121)进入容器主体10中的上腔1011，向上流动，到达顶部后通过上通口21进入套筒20内部和换热单元40的套管41内部，折返向下流动，在换热单元40的换热管42各层管束之间从上往下流动将热量传递给换热管42内部流道中的二次侧介质(二次侧给水)，将给水加热成过热蒸汽。

一次侧高温水换热后到达换热单元40底部后流到下腔1013，再从下封头16内部空间折返向上流动，从第一接管嘴11的出水通道112进入主泵100，经主泵100加压后的一次侧水经第一接管嘴11的进水通道111(第一套管70的内通道)、中腔1012以及第二接管嘴12的出水通道122(第二套管80的外通道)进入压力容器90内部，回到堆芯重新加热。

二次侧给水从给水组件50分配到各个换热单元40的给水管道43，向下流动到给水联箱60内，再从给水联箱60进入换热管42内部，螺旋向上逐步由过冷水加热成为过热蒸汽，在蒸汽联箱102汇集后从蒸汽管道输出，进入二回路驱动汽轮机发电。

本发明的蒸汽发生器中，二次侧采用强迫循环，因此二次侧无自由液面，受摇摆等工况的影响将远远小于倒U型管式蒸汽发生器，扩展了适用性。

本发明可以实现“先检单元、后检单管”的检修策略，通过换热单元40入口及出口进行隔离，通过氦检漏，查出泄漏单元后再对换热单元40的换热管42进行检查。检查的方法是打开下部给水联箱60的密封法兰，使得换热管42的入口可达；在上封头上方的换热管42入口也可达，然后进行单管的检漏，直至找出破损。上封头15及下封头16上的人孔设置使得蒸汽发生器具有良好的检修可达性，减小了检修的难度。的传热管，从而缩短了检修的周期。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，包括密闭的容器主体、设置在所述容器主体内的套筒、隔板组件和多个换热单元；所述套筒和容器主体的内壁之间形成一腔室；所述隔板组件位于所述腔室内，将所述腔室分成相隔绝的上腔和下腔；多个所述换热单元纵向布置在所述套筒内，每一所述换热单元包括换热流道、以及设置在所述换热流道内的换热管；

所述容器主体的侧面上设有第一接管嘴和第二接管嘴；所述第二接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元的换热流道、下腔和所述第一接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；

所述容器主体的顶部设有蒸汽腔室以及给水组件，所述换热单元的中心设有给水管道，所述给水管道的上端连接所述给水组件，下端连接所述换热单元的换热管的下端；所述给水组件、给水管道、换热管内部流道和蒸汽腔室依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。

2.根据权利要求1所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述容器主体包括上端开放的筒体、设置在所述筒体上端的管板、密封盖合在所述管板上的上封头；所述管板将所述筒体的上端封闭；

所述上封头和管板之间的空间形成所述蒸汽腔室，并且所述上封头上设有蒸汽出口。

3.根据权利要求2所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述上封头还设有给水口；所述给水组件包括于所述蒸汽腔室内连接在所述给水口内侧的给水单元、以及多个分别连接在所述给水单元和给水管道之间的给水支管。

4.根据权利要求2所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述管板上对应多个所述换热单元设有多组通孔；每一组所述通孔均包括连通所述给水组件和给水管道的第一通孔，连通所述蒸汽腔室和换热管的第二通孔。

5.根据权利要求2所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述容器主体还包括连接在所述筒体底部的下封头，所述下封头上设有疏水孔；

所述筒体和下封头之间设有环形的支撑键以及配合在所述支撑键上的支撑板；所述套筒的两端分别连接所述管板和支撑板。

6.根据权利要求5所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述多单元管式直流蒸汽发生器还包括位于所述下封头内部空间，连接在所述换热单元底部的给水联箱；所述给水联箱与所述给水管道和换热管相连通。

7.根据权利要求1所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述套筒的上端设有连通所述套筒内部和上腔的上通口。

8.根据权利要求1所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述换热单元包括套管、设置在所述套管内的所述换热管；所述套管的内壁与所述换热管的外壁之间形成所述换热流道；所述套管的上端开设有至少一个窗口，连通套管内部和套筒内部；所述给水管道纵向穿设在所述换热管的内侧。

9.根据权利要求8所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述换热管为螺旋盘管。

10.根据权利要求1所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述腔室内通过所述隔板组件还形成有与所述上腔和下腔相隔绝的中腔，所述中腔位于所述上腔和下腔之间；

所述第一接管嘴的进水通道、中腔和所述第二接管嘴的出水通道依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道。

11.根据权利要求10所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述隔板组件包括上下间隔相对的第一隔板和第二隔板；所述上腔和下腔分别位于所述第一隔板和第二隔板相背的一侧，所述中腔位于所述第一隔板和第二隔板之间。

12.根据权利要求1所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述第二接管嘴和第一接管嘴相对地设置在所述容器主体的侧面，并且所述第二接管嘴在纵向方向上高于所述第一接管嘴。

13.根据权利要求1-12任一项所述的多单元管式直流蒸汽发生器，其特征在于，所述多单元管式直流蒸汽发生器还包括连接在所述第一接管嘴上的第一套管，和/或连接在所述第二接管嘴的第二套管；

所述第一套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第一套管的内通道形成所述第一接管嘴的进水通道，所述第一套管的外通道形成所述第一接管嘴的出水通道；

所述第二套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第二套管的内通道形成所述第二接管嘴的进水通道，所述第二套管的外通道形成所述第二接管嘴的出水通道。