CN208779975U - 一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，包括列管换热组和套管换热组，所述列管换热组包括与列管换热组管程连通的一次水进口、以及与列管换热组壳程连通的一次水出口，所述套管换热组包括与套管换热组壳程连通的二次水进口和二次水出口；一次水进口、列管换热组管程、套管换热组管程、列管换热组壳程和一次水出口依次连通构成一次水通路；二次水进口、套管换热组壳程和二次水出口依次连通构成二次水通路。本实用新型很大程度低减少了结构的热应力，确保设备长期安全稳定地运行。

Description

一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域，具体涉及一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置。

背景技术

随着经济和社会的发展，热交换器在能源、化工、轻工和动力等领域中得到了广泛应用。

高温高压燃料考验回路是试验堆配套的试验设施，用于模拟压水堆工况对燃料元件进行稳态辐照考验或功率瞬态试验。为冷却来自燃料考验回路考验腔的高温高压一次水，将考验组件所产生的热量带出来，需设置热交换器，热交换器一次水为高温高压的去离子水，二次冷却水采用自来水，由于一次水和二次水温差较大，现有技术中的热交换器在运行时会产生较大的热应力，无法确保设备长期安全稳定地运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，以解决现有技术中由于一次水和二次水温差较大，热交换器在运行时产生较大的热应力，造成设备无法长期安全稳定地运行的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，包括列管换热组和套管换热组，所述列管换热组包括与列管换热组管程连通的一次水进口、以及与列管换热组壳程连通的一次水出口，所述套管换热组包括与套管换热组壳程连通的二次水进口和二次水出口；一次水进口、列管换热组管程、套管换热组管程、列管换热组壳程和一次水出口依次连通构成一次水通路；二次水进口、套管换热组壳程和二次水出口依次连通构成二次水通路。

高温高压的燃料考验回路是试验堆配套的试验设施，该试验设施需要设置热交换器来冷却考验腔的高温高压的一次水，将组件所产生的热量带出。其中，一次水为高温高压的去离子水，二次水为用于冷却一次水的自来水。但是，由于一次水和二次水的温差大，使得现有技术中的常规热交换器在运行时会产生热应力，进而使得设备无法长期安全稳定地运行。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于高温高压燃料考验回路冷却的热交换器。该热交换器包括用于流通一次水的一次水通路和用于流通二次水的二次水通路。其中，一次水通路包括依次连通的一次水进口、列管换热组管程、套管换热组管程、列管换热组壳程和一次水出口，而二次水通路包括依次连通的二次水进口、套管换热组壳程和二次水出口。其中，列管换热组管程是指流体流经列管换热组的内管内部区域，列管换热组壳程是指流体流经列管换热组的内管与外管之间的区域；同理，套管换热组管程是指流体流经套管换热组的内管内部区域，而套管换热组壳程是指流体流经套管换热组的内管与外管之间的区域。

工作时，高温高压的一次水从一次水进口流入至列管换热组管程，之后进入套管换热组管程进行冷却，在此过程中一次水的热量传递给流经套管换热组壳程的二次水，之后冷却后的一次水进入至列管换热组壳程复热，同时对列管换热组管程内的一次水进行一定程度的预冷却，以使得稍后进入套管换热组管程被冷却的一次水与套管换热组壳程内的二次水之间的温差大幅减小，进而很大程度低减少了结构的热应力，确保设备长期安全稳定地运行，最终，列管换热组壳程内的一次水从一次水出口排出。二次水从二次水进口进入套管换热组壳程，并对流经套管换热组管程的一次水进行冷却，之后温度升高的二次水从二次水出口排出。

作为本实用新型的列管换热组的一种优选实施方案，所述列管换热组包括列管换热段，所述列管换热段包括筒体、以及位于筒体内部的管束组件，所述管束组件包括若干根换热管，所述换热管内部构成列管换热组管程，换热管与筒体之间的区域构成列管换热组壳程。

列管换热组可以包括至少一段列管换热段，列管换热段依次连接构成列管换热组。每段列管换热段包括筒体、以及位于筒体内部的管束组件，管束组件包括若干根换热管，优选地，管束组件包括15根换热管，进一步优选地，所述换热管的直径为12mm，厚度为1mm，换热管的上述尺寸不仅具备适当的强度以支撑一次水通过，同时有利于换热管外的一次水对换热管内的一次水冷却。使用时，一次水从一次水进口进入管束组件的各换热管内，换热管内构成列管换热组管程，而换热管与筒体之间的区域用于流通经二次水冷却后的一次水，构成列管换热组的壳程。

进一步地，所述管束组件还包括支撑板、管板和拉杆，其中，所述换热管贯穿支撑板和管板，所述管板靠近换热管的端部；所述拉杆贯穿支撑板，拉杆的端部插入管板中。为了提高管束组件的刚性，在筒体内部设置有支撑板，支撑板不与筒体固定连接，优选地，支撑板为06Cr18Ni11Ti不锈钢管束支撑板，进一步优选地，支撑板的个数至少为三块，换热管依次贯穿各支撑板，以实现换热管的固定。支撑板上还安装有拉杆，优选地，拉杆的的个数为三根，拉杆的直径为12mm，通过三根拉杆能够进一步提高管束组件的结构稳定性。还包括焊接在筒体或三通接管内壁上的管板，优选地，管板安装在三通接管内。管板使得换热管中的一次水不会与筒体内的冷却后的一次水混合，走管程的一次水通过换热管的两端进入下一段列管换热段的管程，而走壳程的一次水被管板限制在筒体内，并通过直管进入下一段列管换热管的壳程。另外，管板还能够起到固定换热管和拉杆的作用，提高了结构的稳定性。

作为本实用新型的套管换热组的一种优选实施方案，所述套管换热组包括套管换热段，所述套管换热段包括外套管，所述外套管一端焊接有端板，另一端设置有用于放入填料的填料盒，所述填料盒上安装有填料压盖，所述填料压盖通过压紧螺母固定在填料盒上；还包括内管，所述内管依次贯穿端板、填料盒、填料压盖和压紧螺母，所述内管构成套管换热组管程，内管与外套管之间的区域构成套管换热组壳程。

套管换热组包括至少一段套管换热段，多段套管换热段依次连接构成套管换热组。每段套管换热段包括两端为封闭端的外套管。其中，外套管一端焊接有端板，另一端采用柔性连接，具体地，外套管的另一端上安装有填料盒，优选地，所述填料盒焊接在外套管上，耐高温的柔性石墨填料作为填料在带内螺纹的压紧螺母的压紧作用下仅仅压在外套管的端面上，柔性连接使得高温热膨胀时，柔性石墨填料能够起到高温密封的作用，消除了二次侧由于温差产生的热应力。还包括内管，内管贯穿外套管的两个封闭端，内管作为套管换热组管程用于流通待冷却的一次水，而内管与外套管之间的区域作为套管换热段壳程用于流通用于冷却的二次水。

进一步地，所述内管和外套管之间设置有筋条，所述筋条沿内管周向均匀分布。优选地，内管上焊接有两组筋条，每组筋条组包括3根沿内管周向均匀分布的筋条，即相邻的两根筋条之间的夹角为120°。

作为本实用新型优选的实施方式，所述列管换热组包括八段通过连接组件依次连接的列管换热段，套管换热组包括四段通过弯管依次连接的套管换热段，最后一段列管换热段的换热管通过第一连接管连通第一段套管换热段的内管，最后一段套管换热段的内管通过第二连接管连通最后一段列管换热段的筒体。列管换热组包括八段依次连接的列管换热段，两段相连接的列管换热段之间通过连接组件连接，连接组件应当至少包含三通接管以形成两条通路，一条通路用于连通列管换热组管程，另一条通路用于连通列管换热组壳程。套管换热组包括四段通过弯管依次连接的套管换热段，所述弯管连通套管换热段的内管。最后一段列管换热段，即第八段列管换热段的管束组件的换热管与第一段套管换热段的内管通过第一连接管连通；而最后一段套管换热段，即第四段套管换热段的内管通过第二连接管连通最后一段列管换热段的壳程，以使得被二次水冷却的一次水重新返回列管换热段中并流经筒体与换热管之间的区域进行复热，同时对换热管内的一次水进行冷却。

进一步地，二次水进口设置在第四段套管换热段上，二次水出口设置在第一段套管换热段上以最大化二次水行程，增加冷却面积和冷却时间，套管换热段的外套管之间通过连接管道连通。

作为本实用新型热交换器的优选结构，热交换器还包括支架，所述支架分为六层，自上至下第一层至第四层放置列管换热段，每层放置两段列管换热段，自上至下第五层至第六层放置套管换热段，每层放置两段套管换热段，所述列管换热段、套管换热段均通过U型螺栓连接件固定在支架上；所述支架底部设置有预埋组件。优选地，所述支架是由不同型号的方形型钢、矩形型钢、角钢和钢棒组成的焊接结构；预埋组件由一块碳钢预埋板和28根规格为 M24x400的地脚螺栓组成，地脚螺栓焊接在碳钢预埋板上。

进一步地，所述连接组件包括连接在列管换热段上的三通接管，以及与两个三通接管相连的弯管和直管。所述三通接管形成两条通路，其中，第一条通路用于连通列管换热组的管程，即一段列管换热段的换热管通过三通接管连通弯管，弯管通过另一段列管换热段的三通接管连通另一段列管换热段的换热管；第二条通路用于连通列管换热组的壳程，即一段列管换热段的筒体通过三通接管连通直管，直管通过另一段列管换热段的三通接管连通另一段列管换热段的筒体。

进一步地，一次水进口和一次水出口均安装在第一段列管换热段入口端的三通接管上，以使得走列管换热组壳程的一次水的行程最大化，增加冷却面积。

进一步地，所述最后一段列管换热段与第一段套管换热段之间还连接有第一测量管，最后一段套管换热段和最后一段列管换热段之间还连接有第二测量管。第一测量管和第二测量管上均设置有温度传感器，能对热交换器运行过程中的温度进行监测。优选地，第二测量管底部还设置有放空口，由于第二测量管底部为一次侧最低点，因此能够确保检修时具有放射性的一次水能排净。

进一步地，所述列管换热组的顶部设置有一次侧排气口，套管换热组的顶部设置有二次侧排气口。在热交换器一次侧和二次侧最高点均设置了排气口，确保了运行的安全。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型在工作时，高温高压的一次水从一次水进口流入至列管换热组管程，之后进入套管换热组管程进行冷却，在此过程中一次水的热量传递给流经套管换热组壳程的二次水，之后冷却后的一次水进入至列管换热组壳程复热，同时对列管换热组管程内的一次水进行一定程度的预冷却，以使得稍后进入套管换热组管程被冷却的一次水与套管换热组壳程内的二次水之间的温差大幅减小，进而很大程度低减少了结构的热应力，确保设备长期安全稳定地运行，最终，列管换热组壳程内的一次水从一次水出口排出；二次水从二次水进口进入套管换热组壳程，并对流经套管换热组管程的一次水进行冷却，之后温度升高的二次水从二次水出口排出；

2、本实用新型的套管换热段一端采用焊接连接，另一端采用耐高温的柔性石墨填料作为填料在带内螺纹的压紧螺母的压紧作用下仅仅压在外套管的端面上，柔性连接使得高温热膨胀时，柔性石墨填料能够起到高温密封的作用，消除了二次侧由于温差产生的热应力；

3、本实用新型的第一测量管和第二测量管上均设置有温度传感器，能对热交换器运行过程中的温度进行监测，另外，第二测量管底部还设置有放空口，由于第二测量管底部为一次侧最低点，因此能够确保检修时具有放射性的一次水能排净；

4、本实用新型在热交换器一次侧和二次侧最高点均设置了排气口，确保了运行的安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例中列管换热段的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例中套管换热段的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例中管束组件的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-弯管，2-列管换热段，3-套管换热段，4-第二连接管，5-一次水进口，6-一次水出口， 7-二次水进口，8-二次水出口，9-第二测量管，10-预埋件，11-三通接管，12-支架，13-一次侧排气口，14-二次侧排气口，15-第一测量管，16-直管，17-第一连接管，21-筒体，22-管束组件，23-拉杆，24-支撑板，25-换热管，26-管板，31-压紧螺母，32-填料，33-填料压盖，34- 填料盒，35-内管，36-筋条，37-外套管，38-端板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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实用新型保护范围的限制。

实施例1：

如图1所示的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，包括列管换热组和套管换热组，所述列管换热组包括与列管换热组管程连通的一次水进口5、以及与列管换热组壳程连通的一次水出口6，所述套管换热组包括与套管换热组壳程连通的二次水进口7和二次水出口8；一次水进口5、列管换热组管程、套管换热组管程、列管换热组壳程和一次水出口依次连通构成一次水通路；二次水进口7、套管换热组壳程和二次水出口8依次连通构成二次水通路。

工作时，高温高压的一次水从一次水进口5流入至列管换热组管程，之后进入套管换热组管程进行冷却，在此过程中一次水的热量传递给流经套管换热组壳程的二次水，之后冷却后的一次水进入至列管换热组壳程复热，同时对列管换热组管程内的一次水进行一定程度的预冷却，以使得稍后进入套管换热组管程被冷却的一次水与套管换热组壳程内的二次水之间的温差大幅减小，进而很大程度低减少了结构的热应力，确保设备长期安全稳定地运行，最终，列管换热组壳程内的一次水从一次水出口6排出。二次水从二次水进口7进入套管换热组壳程，并对流经套管换热组管程的一次水进行冷却，之后温度升高的二次水从二次水出口 8排出。

实施例2：

如图1、图2和图3所示，作为一种优选的实施方案，在实施例1的基础上，所述列管换热组包括列管换热段2，所述列管换热段2包括筒体21、以及位于筒体21内部的管束组件22，所述管束组件22包括若干根换热管25，所述换热管25内部构成列管换热组管程，换热管25与筒体21之间的区域构成列管换热组壳程；所述套管换热组包括套管换热段3，所述套管换热段3包括外套管37，所述外套管37一端焊接有端板38，另一端设置有用于放入填料32的填料盒34，所述填料盒34上安装有填料压盖33，所述填料压盖33通过压紧螺母31 固定在填料盒34上；还包括内管35，所述内管35依次贯穿端板38、填料盒34、填料压盖 33和压紧螺母31，所述内管35构成套管换热组管程，内管35与外套管37之间的区域构成套管换热组壳程；所述内管35和外套管37之间设置有筋条36，所述筋条36沿内管35周向均匀分布；所述列管换热组包括八段通过连接组件依次连接的列管换热段2，套管换热组包括四段通过弯管1依次连接的套管换热段3，最后一段列管换热段2的换热管25通过第一连接管17连通第一段套管换热段3的内管35，最后一段套管换热段3的内管35通过第二连接管4连通最后一段列管换热段2的筒体21；还包括支架12，所述支架12分为六层，自上至下第一层至第四层放置列管换热段2，每层放置两段列管换热段2，自上至下第五层至第六层放置套管换热段3，每层放置两段套管换热段3，所述列管换热段2、套管换热段3均通过U 型螺栓连接件固定在支架12上；所述支架12底部设置有预埋组件；所述连接组件包括连接在列管换热段2上的三通接管11，以及与两个三通接管11相连的弯管1和直管16；所述最后一段列管换热段2与第一段套管换热段3之间还连接有第一测量管15，最后一根套管换热段3和最后一段列管换热段2之间还连接有第二测量管9；所述列管换热组的顶部设置有一次侧排气口13，套管换热组的顶部设置有二次侧排气口14。

通过将套管换热段3一端采用焊接连接，另一端采用耐高温的柔性石墨填料作为填料在带内螺纹的压紧螺母31的压紧作用下仅仅压在外套管37的端面上，柔性连接使得高温热膨胀时，柔性石墨填料能够起到高温密封的作用，消除了二次侧由于温差产生的热应力；另外，第一测量管15和第二测量管9上均设置有温度传感器，能对热交换器运行过程中的温度进行监测，另外，第二测量管9底部还设置有放空口，由于第二测量管9底部为一次侧最低点，因此能够确保检修时具有放射性的一次水能排净；不仅如此，在热交换器一次侧和二次侧最高点分别设置有一次侧排气口13和二次侧排气口14，确保了运行的安全。

实施例3：

如图3和图4所示，作为套管换热段3的优选结构，在实施例2的基础上，所述管束组件22还包括支撑板24、管板26和拉杆23，其中，所述换热管25贯穿支撑板24和管板26，所述管板25靠近换热管25的端部；所述拉杆23贯穿支撑板24，拉杆23的端部插入管板25 中。

本文中所使用的“第一”、“第二”等(例如第一连接管、第二连接管等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，包括列管换热组和套管换热组，所述列管换热组包括与列管换热组管程连通的一次水进口(5)、以及与列管换热组壳程连通的一次水出口(6)，所述套管换热组包括与套管换热组壳程连通的二次水进口(7)和二次水出口(8)；

一次水进口(5)、列管换热组管程、套管换热组管程、列管换热组壳程和一次水出口依次连通构成一次水通路；二次水进口(7)、套管换热组壳程和二次水出口(8)依次连通构成二次水通路。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述列管换热组包括列管换热段(2)，所述列管换热段(2)包括筒体(21)、以及位于筒体(21)内部的管束组件(22)，所述管束组件(22)包括若干根换热管(25)，所述换热管(25)内部构成列管换热组管程，换热管(25)与筒体(21)之间的区域构成列管换热组壳程。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述管束组件(22)还包括支撑板(24)、管板(26)和拉杆(23)，其中，所述换热管(25)贯穿支撑板(24)和管板(26)，所述管板(26)靠近换热管(25)的端部；所述拉杆(23)贯穿支撑板(24)，拉杆(23)的端部插入管板(26)中。

4.根据权利要求2所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述套管换热组包括套管换热段(3)，所述套管换热段(3)包括外套管(37)，所述外套管(37)一端焊接有端板(38)，另一端设置有用于放入填料(32)的填料盒(34)，所述填料盒(34)上安装有填料压盖(33)，所述填料压盖(33)通过压紧螺母(31)固定在填料盒(34)上；还包括内管(35)，所述内管(35)依次贯穿端板(38)、填料盒(34)、填料压盖(33)和压紧螺母(31)，所述内管(35)构成套管换热组管程，内管(35)与外套管(37)之间的区域构成套管换热组壳程。

5.根据权利要求4所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述内管(35)和外套管(37)之间设置有筋条(36)，所述筋条(36)沿内管(35)周向均匀分布。

6.根据权利要求4所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述列管换热组包括八段通过连接组件依次连接的列管换热段(2)，套管换热组包括四段通过弯管(1)依次连接的套管换热段(3)，最后一段列管换热段(2)的换热管(25)通过第一连接管(17)连通第一段套管换热段(3)的内管(35)，最后一段套管换热段(3)的内管(35)通过第二连接管(4)连通最后一段列管换热段(2)的筒体(21)。

7.根据权利要求6所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，还包括支架(12)，所述支架(12)分为六层，自上至下第一层至第四层放置列管换热段(2)，每层放置两段列管换热段(2)，自上至下第五层至第六层放置套管换热段(3)，每层放置两段套管换热段(3)，所述列管换热段(2)、套管换热段(3)均通过U型螺栓连接件固定在支架(12)上；所述支架(12)底部设置有预埋组件。

8.根据权利要求6或7所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述连接组件包括连接在列管换热段(2)上的三通接管(11)，以及与两个三通接管(11)相连的弯管(1)和直管(16)。

9.根据权利要求6或7所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述最后一段列管换热段(2)与第一段套管换热段(3)之间还连接有第一测量管(15)，最后一段套管换热段(3)和最后一段列管换热段(2)之间还连接有第二测量管(9)。

10.根据权利要求1～7中任一项所述的一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置，其特征在于，所述列管换热组的顶部设置有一次侧排气口(13)，套管换热组的顶部设置有二次侧排气口(14)。