CN109387089A - 核电厂非能动冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电厂非能动冷凝器，包括上部集合管，其上设置有多个换热管蒸汽入口，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第一接头；第一凸缘，具有第一通孔，设置在换热管蒸汽入口位置，并与上部集合管固定连接，第一通孔与蒸汽入口连通；下部集合管，其上设置有多个换热管冷凝液回流口，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第二接头；第二凸缘，具有第二通孔，设置在换热管冷凝液回流口位置，并与下部集合管固定连接，第二通孔与冷凝液回流口连通；以及换热管束，包括多个换热管，换热管包括上部倾斜段、中部连接段和下部倾斜段，上部倾斜段与第一凸缘固定连接，下部倾斜段与第二凸缘固定连接。

Description

核电厂非能动冷凝器
技术领域
本发明涉及核电厂非能动安全壳热量导出系统，更具体地说，本发明涉及一种核电厂非能动冷凝器。
背景技术
传统的能动型核电厂由于堆芯冷却、衰变余热和安全壳冷却均依赖外部电源，在核电厂全场断电时，无法将上述热量导出安全壳，因此可能导致严重的安全事故。福岛核事故发生后，非能动安全壳热量导出系统已得到广泛的研究和应用。
非能动安全壳热量导出系统，包括蒸发器、冷凝器、冷却水箱、上升管、下降管以及集气器，其中冷凝器作为该系统功能的核心设备，对系统的功能实现起着决定性的作用。
现有的非能动冷凝器采用管束-管板-球形封头的结构。这种结构需在管板上钻孔后将换热管与管板逐根焊接和贴胀，焊接后逐根进行表面焊缝无损检验，球形封头与管板焊接，为后续方便检修，球形封头上需开有人孔。管板和球形封头在满足强度要求的条件下厚度往往较大，需要6条环焊缝，管板及球形封头由锻件加工而成，使得这种结构的加工工艺更加复杂，制造成本高。换热管与管板焊接后无法进行100％射线检验，且球形封头存在大开孔，法兰密封容易泄漏，受力存在突变的情况。
有鉴于此，确有必要提供一种能使安全壳的开孔尽可能小、最大限度保证安全壳完整性且能进行100％射线检验的核电厂非能动冷凝器。
发明内容
本发明的发明目的在于：克服现有技术的不足，提供一种能使安全壳的开孔尽可能小、最大限度保证安全壳完整性且能进行100％射线检验的核电厂非能动冷凝器。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂非能动冷凝器，包括：
上部集合管，其上设置有多个换热管蒸汽入口，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第一接头；
第一凸缘，具有第一通孔，设置在换热管蒸汽入口位置，并与上部集合管固定连接，第一通孔与换热管蒸汽入口连通；
下部集合管，其上设置有多个换热管冷凝液回流口，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第二接头；
第二凸缘，具有第二通孔，设置在换热管冷凝液回流口位置，并与下部集合管固定连接，第二通孔与换热管冷凝液回流口连通；以及
换热管束，包括多个换热管，换热管包括上部倾斜段、中部连接段和下部倾斜段，上部倾斜段和下部倾斜段的倾斜方向都是沿着流体流动的方向略向下倾斜，上部倾斜段与第一凸缘固定连接，下部倾斜段与第二凸缘固定连接。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述第一凸缘采用骑座式方式焊接在上部集合管上，所述第二凸缘采用骑座式方式焊接在下部集合管上。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述上部倾斜段与第一凸缘采用对接焊的方式进行固定，所述下部倾斜段与第二凸缘采用对接焊的方式进行固定。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述上部集合管和下部集合管均为圆筒结构。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述第一接头和第二接头为大小头。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述换热管束为C型立式换热管束。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述换热管的上部倾斜段和下部倾斜段与水平面的夹角分别为3°～15°。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，还包括用于支撑和固定上部集合管和下部集合管的框架组件。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述框架组件上焊接有分别对换热管束的上部倾斜段和下部倾斜段进行固定和支撑的管束支撑组件。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述上部集合管和下部集合管穿过安全壳设置。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述上部集合管和下部集合管的封闭结构为焊接固定的半球形封头。
作为本发明核电厂非能动冷凝器的一种改进，所述中部连接段为竖直段。
相对于现有技术，本发明核电厂非能动冷凝器具有以下技术效果：
1)无需管板和球形封头，集合管实现管板和球形封头的功能，集合管为简单圆筒结构，受力均匀，环焊缝少，加工工艺简单可靠，取消了原封头、管板的锻件，降低了制造成本；
2)凸缘与集合管之间采用骑座式焊接方式，换热管与凸缘进行对接焊接，以上焊缝均可以进行100％射线检验，提高了设备的安全性能；
3)与外部设备连接的接口小，减小了设备在安全壳的安装孔，最大限度保证了安全壳的完整性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂非能动冷凝器进行详细说明，其中：
图1为本发明核电厂非能动冷凝器的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为本发明核电厂非能动冷凝器的上部集合管的第一凸缘的放大示意图。
附图标记：
安全壳-8；10-上部集合管；100-换热管蒸汽入口；102-第一接头；104-半球形封头；12-第一凸缘；120-第一通孔；20-下部集合管；202-第二接头；204-半球形封头；30-换热管；300-上部倾斜段；302-中部连接段；304-下部倾斜段；40-框架组件；400-支架；401-弧形垫板；402-支架；50、60-管束支撑组件。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图1至图3所示，本发明核电厂非能动冷凝器，包括：
上部集合管10，其上设置有多个换热管蒸汽入口100，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第一接头102；
第一凸缘12，具有第一通孔120，设置在换热管蒸汽入口100位置，并与上部集合管10固定连接，第一通孔120与换热管蒸汽入口100连通；
下部集合管20，其上设置有多个换热管冷凝液回流口(图未示出)，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第二接头202；
第二凸缘22，具有第二通孔(图未示出)，设置在换热管冷凝液回流口(图未示出)位置，并与下部集合管20固定连接，第二通孔与换热管冷凝液回流口连通；以及
换热管束，包括多个换热管30，换热管30包括上部倾斜段300、中部连接段302和下部倾斜段304，上部倾斜段300和下部倾斜段304的倾斜方向都是沿着流体流动的方向略向下倾斜，上部倾斜段300与第一凸缘12固定连接，下部倾斜段304与第二凸缘22固定连接。
上部集合管10为圆筒结构的钢管，固定在框架组件40上，其上均匀开设有多个换热管蒸汽入口100，在设置时，上部集合管10穿过安全壳8上部的开孔设置，安全壳8上部的开孔与上部集合管10的外径匹配，上部集合管10的外径根据不同要求进行调整。上部集合管10的入口端焊接固定有作为变径使用的第一接头102，第一接头102为大小头，入口端外径小于与上部集合管10连接端的外径，通过使用第一接头102，可以快速与相邻的设备进行连接固定。
上部集合管10的另一端为封闭结构，在图示实施方式中，另一端焊接有与上部集合管10外径匹配的半球形封头104进行封闭。通过将上部集合管10和第一接头102以及半球形封头104进行焊接固定。
下部集合管20的结构与上部集合管10的结构基本相同，为圆筒结构的钢管，可根据核电厂要求调整外径，其上均匀开设有多个换热管冷凝液回流口(图未示出)，为了便于将换热管30与上部集合管10和下部集合管20固定连接，下部集合管20上的换热管冷凝液回流口的个数和位置与换热管蒸汽入口100对应。
下部集合管20穿过安全壳8下部的开孔设置，安全壳8下部的开孔与下部集合管20的外径匹配。下部集合管20出口端焊接固定有作为变径使用的第二接头202，第二接头202为大小头，出口端的外径小于与下部集合管20连接端的外径，通过使用第二接头202，可以快速与相邻的设备进行连接固定。
下部集合管20的另一端为封闭结构，在图示实施方式中，另一端焊接有与下部集合管20外径匹配的半球形封头204进行封闭。
本发明中上部集合管10和下部集合管20为简单的圆筒结构，环焊缝少，加工工艺更加简单可靠，大大降低了制造成本，上部集合管10可以有效对大量流入的蒸汽进行缓冲和均匀分配，下部集合管20可有效对冷凝液进行收集和缓冲，将冷凝液从出口端排出，并由于上部集合管10和下部集合管20为简单的圆筒结构，能够实现安全壳8的开孔尽可能的小，最大限度地保证了安全壳8的完整性。
请参阅图2和图3所示，为了保证上部集合管10和换热管30的连接强度，并保证能够进行100％射线检验，上部集合管10的换热管蒸汽入口100位置焊接有第一凸缘12，第一凸缘12具有第一通孔120，且第一通孔120与换热管蒸汽入口100的孔径一致，并与换热管蒸汽入口100连通，第一凸缘12与上部集合管10采用骑座式方式进行焊接，焊接后第一凸缘12与换热管30的上部倾斜段300平行。第一凸缘12远离上部集合管10的一端进行了削边处理，即第一凸缘12远离上部集合管10的一端的外径小于与上部集合管10焊接端的外径。为了便于与换热管束进行焊接，第一凸缘12具有一定的长度，且第一凸缘12与换热管30的上部倾斜段300采用对接焊的方式进行焊接。
为了保证下部集合管20和换热管30的连接强度，并保证能够进行100％射线检验，下部集合管20上的换热管冷凝液回流口(图未示出)位置焊接有第二凸缘22，第二凸缘22具有第二通孔，且第二通孔与换热管冷凝液回流口(图未示出)的孔径一致，并与换热管冷凝液回流口连通，第二凸缘22与下部集合管20也采用骑座式方式进行焊接，焊接后第二凸缘22与换热管30的下部倾斜段304平行。第二凸缘22远离下部集合管20的一端进行了削边处理，即第二凸缘22远离下部集合管20的一端的外径小于与下部集合管20焊接端的外径。为了便于与换热管束进行焊接，第二凸缘22具有一定的长度，且第二凸缘22与换热管30下部倾斜段304采用对接焊的方式进行焊接。
因为第一凸缘12与上部集合管10之间采用骑座式方式进行焊接，换热管30与第一凸缘12进行对接焊，以及第二凸缘22与下部集合管20之间采用骑座式方式进行焊接，换热管30与第二凸缘22进行对接焊，以上这些焊缝均可以进行100％射线检验，提高了设备的安全性能。
第一接头102和第二接头202为一端大一端小的大小头，可直接选用现有的标准件与相邻的上部集合管10和下部集合管20焊接固定，第一接头102的入口端的内径小于上部集合管10的内径，第二接头202出口端的内径小于下部集合管20的内径，通过选用第一接头102和第二接头202代替现有技术中的球形封头，能够实现安全壳8的开孔尽可能的小，最大限度保证了安全壳8的完整性。
换热管束的两端分别与上部集合管10和下部集合管20焊接固定连接，换热管30的入口与第一通孔120、换热管蒸汽入口100相互连通，换热管30的出口与第二通孔、换热管冷凝液回流口相互连通。具体地，换热管束为C型立式换热管束，每一根换热管30都包括上部倾斜段300、中部连接段302和下部倾斜段304。上部倾斜段300与第一凸缘12的端部采用对接焊的方式进行焊接固定，下部倾斜段304与第二凸缘22的端部采用对接焊的方式进行焊接固定。
其中，上部倾斜段300和下部倾斜段304的倾斜方向都是沿着流体流动的方向略向下倾斜，即上部倾斜段300自上部集合管10略向下倾斜至中部连接段302，下部倾斜段304自中部连接段302略向下倾斜至下部集合管20；上部倾斜段300和下部倾斜段304的倾斜角度(即换热管30与水平面的夹角)都在3°～15°之间；中部连接段302为竖直段。
框架组件40是由一系列型钢焊接而成，其主要用于支撑和固定C型立式换热管束。框架组件40一侧的上下端分别与上部集合管10和下部集合管20进行焊接固定，另一侧的底部固定在混凝土支座上。
框架组件40还包括用于支撑和固定上部集合管10的支架400以及支撑和固定下部集合管20的支架402，支架400设置有两个，分别位于上部集合管10的开口端和封闭端，为了便于固定，在上部集合管10和支架400之间还设置有与上部集合管10外径匹配的弧形垫板401，然后通过焊接进行固定。支架402设置有两个，分别位于下部集合管20的开口端和封闭端，为了便于固定，在下部集合管20和支架402之间还设置有与下部集合管20外径匹配的弧形垫板(图未示出)，然后通过焊接进行固定。
框架组件40上焊接有对C型立式换热管束进行固定和支撑的管束支撑组件50、60，其中，管束支撑组件50焊接于框架组件40的上部，用于对上部倾斜段300进行固定和支撑，管束支撑组件60焊接于框架组件40的下部，用于对下部倾斜段304进行固定和支撑，管束支撑组件50、60为具有开孔的板，换热管的上部倾斜段300和下部倾斜段304分别穿过这些开孔并进行固定，防止在工作中发生大幅度振动。
本发明核电厂非能动冷凝器的制造过程如下：
1)按照零件图尺寸加工制造零件
2)零部件组装
a)组焊上部集合管10、第一接头102、球形封头104；阻焊下部集合管20、第二接头202和球形封头204；
b)组焊上部集合管10和第一凸缘12，阻焊下部集合管20和第二凸缘22；
c)组焊框架组件40；
d)将上部集合管10和下部集合管20与框架组件40进行装配和组焊；
e)将C型换热管束与第一凸缘12和第二凸缘22逐根装配并焊接；
f)将管束支撑组件50，60与C型换热管束进行装配；
3)对组装过程的焊缝进行无损检测；
4)对换热器管侧进行水压试验；
5)步骤3)、4)满足相应要求后，进行包装，即完成核电厂非能动冷凝器的加工制造。
相对于现有技术，本发明核电厂非能动冷凝器具有以下技术效果：
1)无需管板和球形封头，集合管实现管板和球形封头的功能，集合管为简单圆筒结构，受力均匀，环焊缝少，加工工艺简单可靠，取消了原封头、管板的锻件，降低了制造成本；
2)凸缘与集合管之间采用骑座式焊接方式，换热管与凸缘进行对接焊接，以上焊缝均可以进行100％射线检验，提高了设备的安全性能；
3)与外部设备连接的接口小，减小了设备在安全壳的安装孔，最大限度保证了安全壳的完整性。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电厂非能动冷凝器，其特征在于，包括：
上部集合管，其上设置有多个换热管蒸汽入口，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第一接头；
第一凸缘，具有第一通孔，设置在换热管蒸汽入口位置，并与上部集合管固定连接，第一通孔与换热管蒸汽入口连通；
下部集合管，其上设置有多个换热管冷凝液回流口，一端为开口结构，一端为封闭结构，开口结构的一端固定连接有第二接头；
第二凸缘，具有第二通孔，设置在换热管冷凝液回流口位置，并与下部集合管固定连接，第二通孔与换热管冷凝液回流口连通；以及
换热管束，包括多个换热管，换热管包括上部倾斜段、中部连接段和下部倾斜段，上部倾斜段和下部倾斜段的倾斜方向都是沿着流体流动的方向略向下倾斜，上部倾斜段与第一凸缘固定连接，下部倾斜段与第二凸缘固定连接。
2.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述第一凸缘采用骑座式方式焊接在上部集合管上，所述第二凸缘采用骑座式方式焊接在下部集合管上。
3.根据权利要求2所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述上部倾斜段与第一凸缘采用对接焊的方式进行固定，所述下部倾斜段与第二凸缘采用对接焊的方式进行固定。
4.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述上部集合管和下部集合管均为圆筒结构。
5.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述第一接头和第二接头为大小头。
6.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述换热管束为C型立式换热管束。
7.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述换热管的上部倾斜段和下部倾斜段与水平面的夹角分别为3°～15°。
8.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，还包括用于支撑和固定上部集合管和下部集合管的框架组件。
9.根据权利要求8所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述框架组件上焊接有分别对换热管束的上部倾斜段和下部倾斜段进行固定和支撑的管束支撑组件。
10.根据权利要求1所述的核电厂非能动冷凝器，其特征在于，所述上部集合管和下部集合管穿过安全壳设置。
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