CN114962862A - 核电站高温管道单层隔热屏蔽装置 - Google Patents

核电站高温管道单层隔热屏蔽装置 Download PDF

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刘峰
林鹏
陈若愚
詹杰
苏兴东
李赛赛
劳栋
黄贞益
李灿华
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Abstract

本发明公开了核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，包括能环抱在核电站高温管道上、与核电站高温管道同轴设置的第一单层隔热屏蔽管以及第二单层隔热屏蔽管，第一单层隔热屏蔽管一端与第二单层隔热屏蔽管一端对接，其中：第一单层隔热屏蔽管与第二单层隔热屏蔽管具有至少一道轴向延伸的对接面，该轴向延伸的对接面用于延长接缝传热路径。内壁面、对接面和外壁面配合使管壳内部具有空腔，屏蔽层固定安装装置管壳空腔内，屏蔽层环绕核电站高温管道，并沿高温管道轴向延伸，管壳内部剩余空间由隔热层填充。本发明具有能有效延长接缝长度，进而延长接缝传热路径，降低热量通过金属壳体进行传导的优点。

Description

核电站高温管道单层隔热屏蔽装置
技术领域
本发明属于核电技术领域，具体地说是核电站高温管道单层隔热屏蔽装置。
背景技术
在核电站运行时，反应堆内诸多回路管道往往处于高温、高压、高湿及高辐射的特殊工况下。当这些管道的温度高于环境温度时，必然会通过与空气直接接触的表面散失大量热量到周围环境中，导致热源损失，最终造成供能功率减少、效率下降并致使环境温度过高。因此，对核能系统内的高温管道增设高性能功能化隔热材料需求极为迫切。然而，相较于一般的热工设备，核能系统反应堆内的工况更为复杂，其所用的隔热材料在服役期间不仅受到高温、高压、高湿的影响，往往还有各类化学物质以及辐照与其相互作用。
对核电站一回路管道长度较长，外壁由若干段沿一回路管道轴向布置的保温层包裹，相邻保温层直接对接，由于保温层内外壁面以及相邻保温层对接面采用不锈钢材料，相邻保温层对接处的“热桥效应”导致热量沿着金属外壳进行传导，致使接缝处温度超过使用要求温度的问题，成为核电站安全使用的隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供核电站高温管道单层隔热屏蔽装置。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，包括能环抱在核电站高温管道上、与核电站高温管道同轴设置的第一单层隔热屏蔽管以及第二单层隔热屏蔽管，第一单层隔热屏蔽管一端与第二单层隔热屏蔽管一端对接，其中：第一单层隔热屏蔽管与第二单层隔热屏蔽管具有至少一道轴向延伸的对接面，该轴向延伸的对接面用于延长接缝传热路径。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的第一单层隔热屏蔽管以及第二单层隔热屏蔽管均由管壳、屏蔽层、隔热层组成，管壳由内壁面、对接面和外壁面组成，内壁面与核电站高温管道接触，内壁面和外壁面同轴平行设置，对接面位于第一单层隔热屏蔽管和第二单层隔热屏蔽管的两端，用于连接内壁面和外壁面，内壁面、对接面和外壁面配合使管壳内部具有空腔，屏蔽层固定安装装置管壳空腔内，屏蔽层环绕核电站高温管道，并沿高温管道轴向延伸，用以屏蔽核电站高温管道产生的辐射，管壳内部剩余空间由隔热层填充。
上述的对接面上形成有至少一道断层，断层使内壁面和外壁面无法通过对接面连接，隔热层填充断层。
上述的断层中的隔热层与对接面外表面齐平。
上述的管壳由奥氏不锈钢材料制作。
上述的内壁面表面设有压花，以降低内壁面与核电站高温管道的接触面。
上述的屏蔽层为钨材料制作。
上述的隔热层为铝硅酸盐纤维材料制作。
上述的第一单层隔热屏蔽管一端设有凸体，第二单层隔热屏蔽管一端设有凹体，凸体能正好插入凹体中，使第一单层隔热屏蔽管与第二单层隔热屏蔽管对接，凸体的外侧面与凹体的内侧面共同形成轴向延伸的对接面。
本发明的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，具有以下优点:
1、第一单层隔热屏蔽管与第二单层隔热屏蔽管的对接面具有轴向延伸，相较于直接对接的隔热屏蔽管，本发明能有效延长接缝长度，进而延长接缝传热路径，降低热量通过金属壳体进行传导。
2、本发明对接面上形成有至少一道断层，断层使内壁面和外壁面无法通过对接面连接，隔热层填充断层。由于传统的保温层内外壁面以及对接面采用不锈钢材料，而不锈钢材料的隔热性能不如铝硅酸盐纤维材料制作的隔热层，这使得热量更容易沿着保温层对接面传导，本发明通过在对接面上设置断层，并延伸隔热层填充断层，从而打断热量沿着保温层传导的路径，能有效提升对接面隔热性能。
3、本发明铝硅酸盐纤维材料作为隔热层，隔热性能优异。
附图说明
图1是本发明第一单层隔热屏蔽管的结构示意图；
图2是第一单层隔热屏蔽管的轴向剖视图；
图3是图2中a部结构放大图；
图4是第二单层隔热屏蔽管的结构示意图；
图5是第二单层隔热屏蔽管的轴向剖视图；
图6是第一单层隔热屏蔽管与第二单层隔热屏蔽管的对接示意图。
图中标记名称：第一单层隔热屏蔽管1、第二单层隔热屏蔽管2、管壳3、内壁面31、对接面32、断层32a、外壁面33、屏蔽层4、隔热层5、核电站高温管道6。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1-6所示，核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，包括能环抱在核电站高温管道6上、与核电站高温管道同轴设置的第一单层隔热屏蔽管1以及第二单层隔热屏蔽管2，第一单层隔热屏蔽管1一端与第二单层隔热屏蔽管2一端对接，第一单层隔热屏蔽管1一端设有凸体11，第二单层隔热屏蔽管2一端设有凹体 21，凸体11插入凹体21中，使第一单层隔热屏蔽管1与第二单层隔热屏蔽管2 对接，
第一单层隔热屏蔽管1以及第二单层隔热屏蔽管2均由管壳3、屏蔽层4、隔热层5组成，管壳3由内壁面31、对接面32和外壁面33组成，内壁面31与核电站高温管道6接触，内壁面31和外壁面33同轴平行设置，对接面32位于第一单层隔热屏蔽管1和第二单层隔热屏蔽管2的两端，用于连接内壁面31和外壁面33，内壁面31、对接面32和外壁面33配合使管壳3内部具有空腔，屏蔽层4固定安装装置管壳3空腔内，屏蔽层4环绕核电站高温管道，并沿高温管道轴向延伸，用以屏蔽核电站高温管道6产生的辐射，管壳3内部剩余空间由隔热层5填充。
对接面32上形成有两道断层32a，断层32a使内壁面31和外壁面33无法通过对接面32连接，隔热层5填充断层32a。
屏蔽层4用于减少核能设备运行时伽马射线对环境、人体及设备的危害；为钨材料制作。钨屏蔽材料(W)具有优良的γ射线吸收能力，是密度较大的天然金属单质之一，因此选取钨作为屏蔽防护材料。管壳3由奥氏不锈钢材料制作。由于奥氏体不锈钢中含铁铬等，其中铁对γ射线的衰减系数达到0.077cm2/g(0.6 MeV)，铬对γ射线的衰减系数也达到了0.076cm2/g(0.6MeV)，封装所采用的奥氏体不锈钢外壳及保温隔热材料均可起到屏蔽效果。另外，金属钨的热膨胀系数小于奥氏体不锈钢的热膨胀系数可避免在运行的过程中由于材料的膨胀导致的结构损坏。因此，采用金属钨作为新型单层隔热屏蔽一体化装置的屏蔽防护材料。
保温隔热材料的选取应满足保温隔热性能优异、尺寸稳定好、比热容小、体积密度低及机械强度高等性能要求；本发明选取的铝硅酸盐纤维作为保温隔热材料，其导热系数为0.03W/m·K，比热容为836W/m·K，体积密度为0.2g/cm3。且经1.75×105Gy的Co-60伽马剂量辐照后，材料的外观形貌、机械强度、化学成分及导热系数等均未发生明显的变化，因此，所选择的铝硅酸盐纤维满足保温隔热材料的选取要求。陶瓷纤维复合组件以玄武岩纤维和玻璃纤维作为原材料，以三维正交组织为基础结构，设计出铝硅酸盐纤维与玄武岩纤维复合纤维编织组件且玄武岩纤维与玻璃纤维比为1：4。制备方法：三维正交织物与硅溶胶复合方式选用的是真空辅助成型工艺，该工艺的基本原理是在真空压力下，利用硅溶胶的流动、渗透以及真空带来的负压力实现对纤维及其织物浸渍，最后在加热或者常温条件下进行固化，制得陶瓷纤维复合组件。该陶瓷纤维复合组件的三维正交组织结构使得材料自身具有较强的拉伸强度和断裂韧性。另外，复合组件是由玻璃纤维和玄武岩纤维组合而成，因此该陶瓷纤维组件不仅具有玄武岩纤维的耐侵蚀性而且具有玻璃纤维的低导热性能。
现有的保温装置存在厚度较大以及安装繁琐等问题，导致结构件尺寸较大无法实现便捷化安装。同时，现有的保温装置中“热桥效应”导致接缝处导热系数较高，致使接缝处温度超过使用要求温度的问题。为此，本发明对现有的结构设计进行优化改善。本发明采用单层设计结构实现对材料厚度的缩减便于安装，另外为了减弱“热桥”效应对隔热性能的影响，本发明采用了接缝处“凹凸”结构设计延长传热路径，该结构显著降低了热量通过金属接缝处向外传导，使得装置的保温隔热性能显著提高。此外为了实现隔热效果，减少内壁金属外壳与管道接触面的有效面积，内层采用压花奥氏体不锈钢面板可减少与管道的接触面，增加热阻，进而降低热量通过金属壳体进行传导。
依据核电站一回路高温管道的实际工况进行模拟实验，由于本发明设计是采用采用了接缝处“凹凸”结构设计延长传热路径，避免了热量快速通过金属外壳传导到装置外围，另外通过在内层采用压花纹不锈钢板结构设计有效的降低了管道与功能件的接触面积；并且通过采用特制软质封装材料对隔热铝硅酸盐纤维进行封装，该材料表面涂有热量反射涂层其具有极高的热量反射截面，在工作过程中能将封装体内部热量反射回管道，因此实验检测新型单层隔热屏蔽一体化装置的外壁温度只有54.4℃，低于实际应用的60℃要求。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，包括能环抱在核电站高温管道(6)上、与核电站高温管道同轴设置的第一单层隔热屏蔽管(1)以及第二单层隔热屏蔽管(2)，所述的第一单层隔热屏蔽管(1)一端与第二单层隔热屏蔽管(2)一端对接，其特征是：所述的第一单层隔热屏蔽管(1)与第二单层隔热屏蔽管(2)具有至少一道轴向延伸的对接面，该轴向延伸的对接面用于延长接缝传热路径。
2.根据权利要求1所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的第一单层隔热屏蔽管(1)以及第二单层隔热屏蔽管(2)均由管壳(3)、屏蔽层(4)、隔热层(5)组成，管壳(3)由内壁面(31)、对接面(32)和外壁面(33)组成，所述的内壁面(31)与核电站高温管道(6)接触，内壁面(31)和外壁面(33)同轴平行设置，对接面(32)位于第一单层隔热屏蔽管(1)和第二单层隔热屏蔽管(2)的两端，用于连接内壁面(31)和外壁面(33)，所述的内壁面(31)、对接面(32)和外壁面(33)配合使管壳(3)内部具有空腔，屏蔽层(4)固定安装装置管壳(3)空腔内，屏蔽层(4)环绕核电站高温管道，并沿高温管道轴向延伸，用以屏蔽核电站高温管道(6)产生的辐射，管壳(3)内部剩余空间由隔热层(5)填充。
3.根据权利要求2所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的对接面(32)上形成有至少一道断层(32a)，断层(32a)使内壁面(31)和外壁面(33)无法通过对接面(32)连接，所述的隔热层(5)填充断层(32a)。
4.根据权利要求3所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的断层(32a)中的隔热层(5)与对接面(32)外表面齐平。
5.根据权利要求4所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的管壳(3)由奥氏不锈钢材料制作。
6.根据权利要求5所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的内壁面(31)表面设有压花，以降低内壁面(31)与核电站高温管道(6)的接触面。
7.根据权利要求6所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的屏蔽层(4)为钨材料制作。
8.根据权利要求7所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的隔热层(5)为铝硅酸盐纤维材料制作。
9.根据权利要求4所述的核电站高温管道单层隔热屏蔽装置，其特征是：所述的第一单层隔热屏蔽管(1)一端设有凸体(11)，所述的第二单层隔热屏蔽管(2)一端设有凹体(21)，所述的凸体(11)能正好插入凹体(21)中，使第一单层隔热屏蔽管(1)与第二单层隔热屏蔽管(2)对接，所述的凸体(11)的外侧面与凹体(21)的内侧面共同形成轴向延伸的对接面。
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