CN111768882A - 一种核电站一回路取样系统冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站一回路取样系统冷却装置，包括：筒体组件，包括内筒体和外筒体，内筒体设在外筒体内部，所述内筒体的两端封闭，外筒体的两端封闭，所述内筒体和外筒体之间限定出冷却介质通道，所述外筒体上设有与所述冷却介质通道接通的冷却介质入口和冷却介质出口；盘管，由一根换热管盘制成螺旋状，所述盘管位于所述冷却介质通道中，并盘绕于所述内筒体外侧，所述盘管的两个管口均由所述外筒体引出。筒体组件采用内筒体和外筒体的双层筒体结构，内筒体和外筒体之间限定出冷却介质通道，增加了壳程冷却介质的流动，强化了换热。简化了管程结构，专门设置成由一根换热管盘制成螺旋状的盘管，装置内无接点，大大降低核泄漏风险。

Description

一种核电站一回路取样系统冷却装置

技术领域

本发明用于核电设备领域，特别是涉及一种核电站一回路取样系统冷却装置。

背景技术

为实时监控核电站一回路冷却剂中抑制剂及其他化学溶剂的浓度，需要对运行中的核电站一回路冷却剂进行取样。取出的流体具有压力大(15.5MPa)、温度高(343℃)和流量小(300L/h)的特点；而且该流体带有具有辐射性的中子，不容许微量泄漏。

为开展一回路取样流体的分析工作，需要设置冷却装置利用自来水将该流体冷却到常温状态，现有技术中冷却装置存在以下缺点：

1)换热性能差，设备结构不紧凑；

2)管侧接口多，存在核泄漏风险；

3)换热管易振动，造成局部损坏；

4)设备热应力大，设备寿命短，需要经常更换。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种核电站一回路取样系统冷却装置，其结构更加紧凑，换热能力更强，泄漏风险更低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种核电站一回路取样系统冷却装置，包括：

筒体组件，包括内筒体和外筒体，所述内筒体设在所述外筒体内部，所述内筒体的两端封闭，所述外筒体的两端封闭，所述内筒体和外筒体之间限定出冷却介质通道，所述外筒体上设有与所述冷却介质通道接通的冷却介质入口和冷却介质出口；

盘管，由一根换热管盘制成螺旋状，所述盘管位于所述冷却介质通道中，并盘绕于所述内筒体外侧，所述盘管的两个管口均由所述外筒体引出。

在一些实施例中，所述内筒体和所述外筒体均包括：

圆柱筒体；

上封头，截面呈弧形，所述上封头与所述圆柱筒体的上端连接；

下封头，截面呈弧形，所述下封头与所述圆柱筒体的下端连接。

在一些实施例中，所述冷却介质入口位于所述外筒体的下封头的中部位置，所述冷却介质出口位于所述外筒体的上封头的中部位置，所述盘管的两个管口包括取样水进口和取样水出口，所述取样水进口由所述外筒体顶部引出，所述取样水进口由所述外筒体底部引出。

在一些实施例中，所述内筒体的底部于所述冷却介质入口相对的位置设有支撑筒，所述支撑筒的筒壁上设有第一通孔，所述外筒体的下封头内侧设有垫板，所述垫板上设有与所述支撑筒配合的下部定位块。

在一些实施例中，所述内筒体的顶部于所述冷却介质出口相对的位置设有限位筒，所述限位筒上设有第二通孔，所述外筒体的上封头内侧设有与所述限位筒配合的上部定位块。

在一些实施例中，所述盘管的两个管口与所述外筒体之间设有隔热部件。

在一些实施例中，所述隔热部件包括热套管，所述热套管套在所述盘管外侧，并与所述盘管之间留有间隔，所述热套管的外壁与所述外筒体连接，所述热套管的一端口径收缩并与所述盘管的外壁连接。

在一些实施例中，还包括：

多个支撑板，所述支撑板沿长度方向设有多个与所述盘管配合的凹槽，多个所述支撑板在所述冷却介质通道中沿所述内筒体周向分布，所述支撑板与所述内筒体和/或外筒体连接。

在一些实施例中，所述支撑板的上端设有上卡接头，所述支撑板的下端设有下卡接头，所述外筒体的内壁上设有上支撑块和下支撑块，所述上支撑块和下支撑块上均设有凹坑，所述上卡接头嵌入所述上支撑块的凹坑，所述下卡接头嵌入所述下支撑块的凹坑，所述支撑板的凹槽朝向外套筒方向安装于内筒体和外筒体之间。

在一些实施例中，所述外筒体的外侧设有多个耳式支座。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

筒体组件采用内筒体和外筒体的双层筒体结构，内筒体和外筒体之间限定出冷却介质通道，增加了壳程冷却介质的流动，强化了换热。

简化了管程结构，专门设置成由一根换热管盘制成螺旋状的盘管，装置内无接点，大大降低核泄漏风险。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例结构俯视图；

图2是图1中A-A处截面图；

图3是图1所示的一个实施例盘管在筒体组件内部布置结构示意图；

图4是图1所示的一个实施例盘管结构示意图；

图5是图1所示的一个实施例支撑板结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1、图2、图3，本发明的实施例提供了一种核电站一回路取样系统冷却装置，能够用于核电站一回路冷却剂的取样。核电站一回路取样系统冷却装置包括筒体组件1和盘管2，筒体组件1包括内筒体11和外筒体12，内筒体11设在外筒体12内部，内筒体11的两端封闭，外筒体12的两端封闭，内筒体11和外筒体12之间限定出冷却介质通道13，外筒体12上设有与冷却介质通道13接通的冷却介质入口14和冷却介质出口15，筒体组件1形成壳程，壳程作为冷却介质(例如常温低压冷却水)的承压边界。使用时，冷却介质由冷却介质入口14流入，经冷却介质出口15流出，其间与盘管2进行热量交换，降低盘管2中冷却剂的温度。为开展一回路取样流体的分析工作，将该流体冷却到常温状态。

参见图2、图3、图4，盘管2由一根换热管盘制成螺旋状，盘管2位于冷却介质通道13中，并盘绕于内筒体11外侧，盘管2的两个管口均由外筒体12引出，盘管2形成管程，管程作为高温高压的取样流体的承压边界。使用时，高温高压的取样流体由盘管2的一个管口流入，沿盘管2与冷却介质通道13中的冷却介质换热，实现降温降压。

其中，筒体组件1采用内筒体11和外筒体12的双层筒体结构，内筒体11和外筒体12之间限定出冷却介质通道13，即内筒体11套在外筒体12内部，占用部分外筒体12的内部空间，在需要布置盘管2的位置形成夹层，由于内筒体11的加入，大大增加了壳程冷却介质在盘管2处的流动，强化了与盘管2的换热。内筒体11为冷却介质提供高流速、高扰动的流道，增加壳侧的换热能力，使装置结构更紧凑。

本发明的实施例专门设置成由一根换热管盘制成螺旋状的盘管2，大大增加了与冷却介质的接触面积，强化了换热，同时，与含辐射中子的一回路取样流体接触的零部件无接头，装置内无接点，简化了管程结构，大大降低核泄漏风险。

内筒体11和外筒体12可以设计为不同形状，例如多边形筒体或圆形筒体或椭圆形筒体等，例如在图1所示的一些实施例中，内筒体11和外筒体12采用仿形设计，即内筒体11和外筒体12均包括圆柱筒体、上封头16和下封头17，上封头16截面呈弧形，上封头16与圆柱筒体的上端采用焊接、螺纹连接、过盈配合等方式连接。下封头17截面呈弧形，下封头17与圆柱筒体的下端采用焊接、螺纹连接、过盈配合等方式连接。其中，弧形即为圆或椭圆一部分的形状，该实施例中，通过采用圆柱筒体配合弧形的上封头16和下封头17，使壳程的结构更加简单、紧凑，受力更加均匀，耐压性更好。

在一些实施例中，参见图2，冷却介质入口14位于外筒体12的下封头17的中部位置，冷却介质出口15位于外筒体12的上封头16的中部位置。盘管2的两个管口包括取样水进口21和取样水出口22，取样水进口21由外筒体12顶部引出，取样水进口21由外筒体12底部引出，使用时，冷却介质(例如室温自来水)由壳程的底部注入，再由壳程的顶部溢出。相反的，取样流体由管程的顶部注入，再由管程的底部流出，其间，利用冷却介质与取样流体的大温差，使冷却介质与取样流体充分换热，提升换热效率。

内筒体11通过在中部和/或底部设置支撑结构与外筒体12分离，并进行定位。在一些实施例中，参见图2，内筒体11的底部于冷却介质入口14相对的位置设有支撑筒18，外筒体12的下封头17内侧设有垫板19，垫板19与下封头17的内表面贴合焊接，通过垫板19增加了下封头17局部的厚度和强度，垫板19上设有与支撑筒18配合的下部定位块110，下部定位块110沿支撑筒18边缘周向分布，下部定位块110可以是连续的也可以是非连续分布的，下部定位块110用于将支撑筒18限定在内部，垫板19、下部定位块110的作用是支撑和定位支撑筒18，便于内筒体11的安装，减少装置在运行过程中的振动。其中，因为支撑筒18罩在冷却介质入口14内侧，为了能够让冷却介质流过，支撑筒18的筒壁上设有第一通孔111，第一通孔111设置一个或多个，用于供冷却介质入口14引入的冷却介质流过。

进一步的，参见图2，内筒体11的顶部于冷却介质出口15相对的位置设有限位筒112，外筒体12的上封头16内侧设有与限位筒112配合的上部定位块113。上部定位块113的作用是支撑和定位限位筒112，便于内筒体11的安装，减少装置在运行过程中的振动。其中，限位筒112上设有第二通孔114，用于供冷却介质经过，并由冷却介质出口15流出。定位块限制了内筒体11的径向自由度，降低了内筒体11的流致振动风险，也避免了内筒体11不稳而导致盘管受损，提高了内筒体11的可靠性。

在一些实施例中，参见图1、图2、图3，盘管2的两个管口具有直的延伸段，即，盘管2的顶部管口向上延伸，盘管2的底部管口向下延伸，盘管2的延伸段穿过外筒体的上封头16和下封头17，而且，盘管2的两个管口与外筒体12之间设有隔热部件，隔热部件可保护上封头16和下封头17免受取样流体的高温冲击，减少上封头16和下封头17的热应力。

隔热部件可采用隔热垫、隔热套、隔热腔等隔热结构，例如在图2、图3所示的一些实施例中，隔热部件包括热套管115，热套管115套在盘管2外侧，热套管115与盘管2同轴或非同轴布置，热套管115与盘管2之间留有间隔，用于隔热，热套管115的外壁与外筒体12连接，热套管115在外壳体内部的一端口径收缩并与盘管2的外壁连接，即热套管115采用一端封闭一端敞口的结构形式，热套管115一方面用于盘管2的连接件，另一方面可保护上封头16和下封头17免受取样流体的高温冲击，减少上封头16和下封头17的热应力，提高封头的寿命和可靠性。

在一些实施例中，参见图2、图5，冷却装置还包括多个支撑板3，用于支撑盘管2，支撑板3的长度方向沿筒体组件1的轴向，支撑板3沿长度方向设有多个与盘管2配合的凹槽31，凹槽31沿支撑板3的边缘分布，支撑板3呈梳齿形结构，多个支撑板3在冷却介质通道13中沿内筒体11周向分布，支撑板3与内筒体11和/或外筒体12连接，盘管2穿过支撑板3的每个凹槽31，减小了盘管2的流致振动风险，但是盘管2并非被支撑板3完全固定，盘管2可自由膨胀，支撑板3可自由膨胀，盘管2可沿盘管2的盘绕方向膨胀变形，并不受支撑板3的限制，盘管2无热应力，提高了盘管2的可靠性。

支撑板3可通过焊接、栓接等方式与内筒体11和/或外筒体12连接，例如在图2、图5所示的实施例中，支撑板3的上端设有上卡接头32，上卡接头32向支撑板3的一侧伸出，支撑板3的下端设有下卡接头33，下卡接头33向支撑板3的一侧伸出，外筒体12的内壁上设有上支撑块41和下支撑块42，上支撑块41和下支撑块42沿筒体的轴向正对分布，所有的上支撑块41位于同一水平面上，所有的下支撑块42位于同一水平面上，上支撑块41和下支撑块42上均设有凹坑，上卡接头32嵌入上支撑块41的凹坑，下卡接头33嵌入下支撑块42的凹坑，目的是限制支撑板3的周向位置，防止支撑板3晃动。支撑板3的凹槽31朝向外套筒方向安装于内筒体11和外筒体12之间。上支撑块41和下支撑块42既可支撑螺旋盘管2和支撑板3的重量，又可限制支撑板3的周向窜动，亦可允许支撑板3同螺旋盘管2轴向方向自由膨胀，消除热应力，提高零部件寿命。支撑板3周向方向的自由度被限制，轴向方向可自由滑动，可消除支撑板3的轴向热应力。其中，支撑板3的平面侧靠近内筒体11，梳齿侧靠近外筒体12，此布置目的是螺旋盘管2受热膨胀不会受到支撑板3的限制，螺旋管可自由膨胀，消除了因初始温度和运行温度之差产生的热应力，提高了装置使用寿命。

在一些实施例中，参见图1、图2，外筒体12的外侧设有多个耳式支座5，冷却装置通过耳式支座5固定安装在基础或台架上。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，包括：

筒体组件，包括内筒体和外筒体，所述内筒体设在所述外筒体内部，所述内筒体的两端封闭，所述外筒体的两端封闭，所述内筒体和外筒体之间限定出冷却介质通道，所述外筒体上设有与所述冷却介质通道接通的冷却介质入口和冷却介质出口；

盘管，由一根换热管盘制成螺旋状，所述盘管位于所述冷却介质通道中，并盘绕于所述内筒体外侧，所述盘管的两个管口均由所述外筒体引出。

2.根据权利要求1所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述内筒体和所述外筒体均包括：

圆柱筒体；

上封头，截面呈弧形，所述上封头与所述圆柱筒体的上端连接；

下封头，截面呈弧形，所述下封头与所述圆柱筒体的下端连接。

3.根据权利要求2所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述冷却介质入口位于所述外筒体的下封头的中部位置，所述冷却介质出口位于所述外筒体的上封头的中部位置，所述盘管的两个管口包括取样水进口和取样水出口，所述取样水进口由所述外筒体顶部引出，所述取样水进口由所述外筒体底部引出。

4.根据权利要求3所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述内筒体的底部于所述冷却介质入口相对的位置设有支撑筒，所述支撑筒的筒壁上设有第一通孔，所述外筒体的下封头内侧设有垫板，所述垫板上设有与所述支撑筒配合的下部定位块。

5.根据权利要求3所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述内筒体的顶部于所述冷却介质出口相对的位置设有限位筒，所述限位筒上设有第二通孔，所述外筒体的上封头内侧设有与所述限位筒配合的上部定位块。

6.根据权利要求1所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述盘管的两个管口与所述外筒体之间设有隔热部件。

7.根据权利要求6所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述隔热部件包括热套管，所述热套管套在所述盘管外侧，并与所述盘管之间留有间隔，所述热套管的外壁与所述外筒体连接，所述热套管的一端口径收缩并与所述盘管的外壁连接。

8.根据权利要求1所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，还包括：

多个支撑板，所述支撑板沿长度方向设有多个与所述盘管配合的凹槽，多个所述支撑板在所述冷却介质通道中沿所述内筒体周向分布，所述支撑板与所述内筒体和/或外筒体连接。

9.根据权利要求8所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述支撑板的上端设有上卡接头，所述支撑板的下端设有下卡接头，所述外筒体的内壁上设有上支撑块和下支撑块，所述上支撑块和下支撑块上均设有凹坑，所述上卡接头嵌入所述上支撑块的凹坑，所述下卡接头嵌入所述下支撑块的凹坑，所述支撑板的凹槽朝向外套筒方向安装于内筒体和外筒体之间。

10.根据权利要求1所述的核电站一回路取样系统冷却装置，其特征在于，所述外筒体的外侧设有多个耳式支座。

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