CN112747256B - 一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统，管道交汇结构形成于主流管道和旁流管道的交汇处，主流管道用于流通第一介质，旁流管道用于流通第二介质，第一介质和第二介质的温度不同；管道交汇结构满足如下条件中的至少之一：在交汇处，旁流管道的内径小于主流管道的内径，以使第一介质在交汇处的流速小于第二介质在交汇处的流速；在交汇处，主流管道与旁流管道之间的夹角位于40°至50°之间；主流管道与旁流管道的交汇位置大于1。本发明实施例提供的一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统，管道交汇结构可以使两种不同温度的介质在管道交汇处混合更充分，有效的缓解了管道交汇处的热疲劳问题。

Description

一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统
技术领域
本发明涉及管道结构领域，具体涉及一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统。
背景技术
核电站中，存在两种不同温度的流体需要交汇的场景，而往往在这种场景下，管道交汇处容易产生裂纹。而对于管道交汇处容易产生裂纹的原因，目前还未可知，相应的解决方案也尚未提出。
发明内容
本发明实施例提供了一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统，以解决管道交汇处容易产生裂纹的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种管道交汇结构，形成于主流管道和旁流管道的交汇处，所述主流管道用于流通第一介质，所述旁流管道用于流通第二介质，所述第一介质和所述第二介质的温度不同；所述管道交汇结构满足如下条件中的至少之一：在所述交汇处，所述旁流管道的内径小于所述主流管道的内径，以使所述第一介质在所述交汇处的流速小于所述第二介质在所述交汇处的流速；在所述交汇处，所述主流管道与所述旁流管道之间的夹角位于40°至50°之间；所述主流管道与所述旁流管道的交汇位置大于1。
可选地，在所述交汇处，所述旁流管道的内径与所述主流管道的内径之比大于等于0.4，且小于等于0.6。
可选地，所述旁流管道垂直于所述主流管道设置。
可选地，所述主流管道与所述旁流管道的交汇角度为α，在所述交汇处，所述主流管道的内径与所述旁流管道的内径相同。
可选地，所述旁流管道通过具有至少两个通道的分液管与所述主流管道连接。
可选地，所有所述通道的截面积之和小于或等于所述旁流管道的截面积。
可选地，所有所述通道的截面积相同。
可选地，所有所述通道分别等间距设置。
可选地，相邻两个所述通道之间的间距为所述旁流管道的内径的一半。
为解决上述相同技术问题，本发明实施例还提供了一种核电站余热排出管道系统，包括主流管道、旁流管道和回流管道；所述主流管道的第一端与核电站的余热排出机构连接，第二端与所述回流管道连接，所述主流管道上设置有换热器；
所述旁流管道的第一端与所述余热排出机构连接，第二端通过上述所述的管道交汇结构与所述主流管道连接，所述旁流管道与所述主流管道的交汇处位于所述换热器与所述主流管道的第二端之间。
本发明中，通过采用上述的管道交汇结构，可以提高第一介质和第二介质在管道交汇处的混合效果，使得管道交汇处混合介质的温度相对均衡，这样，管道交汇处不容易形成热分层，从而有效的缓解了管道交汇处的热疲劳现象，进而解决了管道交汇处容易产生裂纹的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的一个管道交汇结构的结构示意图；
图2为本发明另一实施例所提供的一个管道交汇结构的结构示意图；
图3为本发明又一实施例所提供的一个管道交汇结构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种核电站余热排出管道系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
请参见图1-3，为本发明实施提供的一种管道交汇结构，形成于主流管道和旁流管道的交汇处，主流管道用于流通第一介质，旁流管道用于流通第二介质，第一介质和第二介质的温度不同；
上述管道交汇结构满足如下条件中的至少之一：
在交汇处，旁流管道的内径小于主流管道的内径，以使第一介质在交汇处的流速小于第二介质在交汇处的流速；
在交汇处，主流管道与旁流管道之间的夹角位于40°至50°之间；
主流管道与旁流管道的交汇位置大于1。
为了解决管道交汇处容易产生裂纹的问题，本实施例通过分析确定导致管道交汇处容易产生裂纹的原因在于：两种不同温度的介质在管道交汇处交汇时，产生了热分层现象，进而导致热分层区域的管壁的热波动较大，引发了热疲劳失效的问题，由于热疲劳失效导致了管道交汇处容易产生裂纹。基于此，本实施例提出了可以通过对管道交汇结构进行改进，以促进两种介质混合更加充分，如此，由于两种不同温度的介质充分混合，使得在交汇处的混合液体的温度相对均衡，缓解了热分层现象，进而从源头上缓解了热疲劳失效的问题。
其中，上述第一介质和第二介质均可以为液态的流体，第一介质与第二介质的流量可以相同，具体地，所述主流管道可以为用于流通低温流体的管道，所述旁流管道可以为用于流通高温流体的管道；所述第一介质可以为低温流体，所述第二介质可以为高温流体。为了促进两种介质充分混合，对介质在交汇处的相对流速进行分析，具体地，通过建立CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)模型，模拟两种不同温度的介质交汇时，交汇处的温度场分布，并通过设定不同流速的第一介质与第二介质作为输入条件，在其他初始条件相同的情况下进行分析，更具体地，通过在交汇处选取一个区域作为分析对象，分析该区域的热场分布，以确定两种介质混合是否均匀，当分析对象的热场分布相对均匀时，即可确认混合相对均匀，当出现热分层现象时，即可确定混合不充分，其中，通过配置主流管道与旁流管道不同内径比，以实现设定不同流速的第一介质与第二介质，通过上述分析过程发现，旁流管道的内径小于主流管道的内径时，混合效果相对较好。
为了更进一步促进两种介质充分混合，本实施例还对两种介质在交汇时的相对流向进行了分析，并通过改变主流管道与旁流管道之间的夹角，以实现改变两种介质在交汇时的相对流向；具体地，通过建立CFD模型，对不同夹角的交汇结构分别进行分析，通过输入相同的其他初始条件的情况下，发现交互角度在40°至50°之间时，两种介质的混合效果相对于设置除该角度区间之外的其他角度要好。此外，通过分析两种交汇介质之间的交汇位置，并确定主流管道与上述旁流管道的交汇位置大于1时，比仅具备一个交汇位置的混合效果要好，其中，上述交汇位置大于1指的是，旁流管道内的第二介质流入主流管道与主流管道内的第一介质进行交汇的位置大于1个，其中，可以将旁流管道的出液端至设置少两个出液口，或者在主流管道的侧壁设置至少两个进液口。
具体地，本实施例通过将上述三种分析结论中的至少一种应用于管道交汇处，从而提高了两种不同温度的介质交汇时，混合的效果，使得管道交汇处混合介质的温度相对均衡，有效的缓解了管道交汇处的热疲劳问题。
可选地，请参见图1，为本发明一实施例提供的一种管道交汇结构，管道交汇结构包括：第一主流管道101、第一旁流管道102和第一回流管道103，第一主流管道101的出液端、第一旁流管道102的出液端分别与第一回流管道103的进液端连接贯通，第一主流管道101用于流通第一介质，第一旁流管道102用于流通第二介质，第一介质和第二介质的温度不同；其中，在交汇处，第一旁流管道102的内径与第一主流管道101的内径之比大于等于0.4，且小于等于0.6。
具体地，通过进一步对交汇处第一主流管道101与第一旁流管道102内径比进行分析验证，发现当上述第一旁流管道102的内径与上述第一主流管道101的内径之比大于等于0.4，且小于等于0.6时，其混合效果相对于处此范围以外的其他管径比均好，因此，本实施例为了进一步提高混合效果，将上述第一旁流管道102的内径与上述第一主流管道101的内径之比设置为大于等于0.4，且小于等于0.6，优选地，上述第一旁流管道102的内径与上述第一主流管道101的内径之比为0.5。
可选地，请参见图1，本实施例中上述第一旁流管道102可以垂直于上述第一主流管道101设置，此外，上述第一旁流管道102也可以与上述第一主流管道101呈其他角度设置，优选为呈40°至50°夹角设置。此外，本实施例中，上述第一主流管道101的内径可以与第一旁流管道102的内径相等，或者将第一主流管道101的内径设置为大于第一旁流管道102的内径，对此不作限制。
本实施例中，通过对第一旁流管道102的内径与上述第一主流管道101的内径之比进一步进行优选，从而提高了两种不同温度的介质交汇时，混合的效果，使得管道交汇处混合介质的温度相对均衡，有效的缓解了管道交汇处的热疲劳问题。
请参见图2，为本发明另一实施例提供的管道交汇结构，管道交汇结构包括：第二主流管道201、第二旁流管道202和第二回流管道203，第二主流管道201的出液端、第二旁流管道202的出液端分别与第二回流管道203的进液端连接贯通，第二主流管道201用于流通第一介质，第二旁流管道202用于流通第二介质，第一介质和第二介质的温度不同；其中，第二主流管道201与第二旁流管道202的交汇角度为α，在交汇处，第二主流管道201的内径与第二旁流管道202的内径相同，其中，第二主流管道201可以与第二旁流管道202垂直设置，α可以进一步优选为45°，当α＝45°时，相对于其他角度而言，第一介质与第二介质在交汇处的混合效果最好。
本实施例中，通过对管道交汇处第二主流管道201与第二旁流管道202之间的交汇夹角进一步优选，从而提高了两种不同温度的介质交汇时，混合的效果，使得管道交汇处混合介质的温度相对均衡，有效的缓解了管道交汇处的热疲劳问题。
请参见图3，本发明另一实施例提供的管道交汇结构，管道交汇结构包括：第三主流管道301、第三旁流管道302和第三回流管道303，第三主流管道301的出液端、第三旁流管道302的出液端分别与第三回流管道303的进液端连接贯通，第三主流管道301用于流通第一介质，第三旁流管道302用于流通第二介质，第一介质和第二介质的温度不同；第三旁流管道302通过具有至少两个通道3041的分液管304与第三主流管道301连接。
其中，分液管304包括一个进液端和至少两个出液端，分液管304的进液端与第三旁流管道302的出液端连接，分液管304的所有出液端分别与第三主流管道301的侧壁的不同位置连通，如此，可以实现第三主流管道301与第三旁流管道302的交汇位置大于1。
本实施例通过进一步对分液管304的结构进行优选，以进一步提高第一介质与第二介质之间的混合效果，具体地，优选结果如下：上述通道3041的数量可以为4个，4个上述通道3041的截面积之和可以设置为小于或等于上述第三旁流管道302的截面积；4个上述通道3041的截面积相同，4个上述通道3041的截面形状可以均设置为圆形，4个上述通道3041分别等间距设置；相邻两个上述通道3041之间的间距为上述第三旁流管道302的内径的一半。
本实施例中，通过对管道交汇处第三主流管道301与第三旁流管道302之间的交汇位置进一步优选，从而提高了两种不同温度的介质交汇时，混合的效果，使得管道交汇处混合介质的温度相对均衡，有效的缓解了管道交汇处的热疲劳问题。
请参见图4，本发明实施例还提供了一种核电站余热排出管道系统，包括主流管道407、旁流管道406和回流管道405；上述主流管道407的第一端与核电站的余热排出机构连接，第二端与上述回流管道405连接，上述主流管道407上设置有换热器403；上述旁流管道406的第一端与上述余热排出机构连接，第二端通过上述任意一个实施例中上述的管道交汇结构与上述主流管道407连接，上述旁流管道406与上述主流管道407的交汇处位于上述换热器403与上述主流管道407的第二端之间。
具体地，在压水堆核电站正常停堆期间导出反应堆的堆芯衰变热和反应堆冷却剂系统的显热，由于在每次停堆期间都需要执行余热导出功能，因此，上述核电厂余热排出系统可以作为压水堆核电站的核辅助系统之一，以执行余热导出功能；其中，上述余热排出机构为余热泵401，为了保证系统稳定运行和执行余热排出期间控制冷却降温速率不超过运行规范限值(28K/h)，通过在主流管道407上设置温度调节阀404，以调节主流管道407内介质的流量，并在换热器403两端各设置一个温度传感器402，实施监测降温前与降温后介质的温度，从而实现主流管道407内降温速率可控，同时，通过设置上述旁管路将无法通过主流管道407降温的热介质导出，并在旁管路上设置一旁路调节阀408，以实现对旁管路内介质的控制。
请进一步参见图4，从主管路流向管道交汇结构的介质的温度可以为43°，而从旁流管道406流向管道结构的介质的温度可以为180°，两种介质温差较大，若采用常规管道交汇结构，将在管道交汇处形成较为明显的热分层现象，而该热分层现象长期存在，将导致分层区域的管壁由于持续热波动，而引发热疲劳失效的问题。而采用本实施例所提供的管道交汇结构连接主流管道407与旁流管道406，可以提高两种不同温度的介质交汇时，混合的效果，使得管道交汇处混合介质的温度相对均衡，有效的缓解了管道交汇处的热疲劳问题。
此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种管道交汇结构，形成于主流管道和旁流管道的交汇处，所述主流管道用于流通第一介质，所述旁流管道用于流通第二介质，所述第一介质和所述第二介质的温度不同；其特征在于，
所述管道交汇结构满足如下条件中的至少之一：
所述第一介质和所述第二介质均为液态的流体，且所述第一介质与所述第二介质的流量相同，在所述交汇处，所述旁流管道的内径小于所述主流管道的内径，以使所述第一介质在所述交汇处的流速小于所述第二介质在所述交汇处的流速，在所述交汇处，所述旁流管道的内径与所述主流管道的内径之比大于等于0.4，且小于等于0.6；
在所述交汇处，所述主流管道与所述旁流管道之间的夹角位于40°至50°之间；
所述主流管道与所述旁流管道的交汇位置大于1；
所述旁流管道通过具有至少两个通道的分液管与所述主流管道连接，所有所述通道分别等间距设置，相邻两个所述通道之间的间距为所述旁流管道的内径的一半。
2.根据权利要求1的管道交汇结构，其特征在于，所有所述通道的截面积相同。
3.一种核电站余热排出管道系统，其特征在于，包括主流管道、旁流管道和回流管道；
所述主流管道的第一端与核电站的余热排出机构连接，第二端与所述回流管道连接，所述主流管道上设置有换热器；
所述旁流管道的第一端与所述余热排出机构连接，第二端通过权利要求1至2中任一项所述的管道交汇结构与所述主流管道连接，所述旁流管道与所述主流管道的交汇处位于所述换热器与所述主流管道的第二端之间。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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