CN218299392U - 一种蒸汽出口管嘴结构及高温气冷堆蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蒸汽出口管嘴结构及高温气冷堆蒸汽发生器，其中蒸汽出口管嘴结构包括由内至外依次设置且相互连接的主蒸汽出口接管、过渡接管和主蒸汽管嘴；主蒸汽出口接管和过渡接管之间设有第一隔离空间，第一隔离空间内设有出口接管绝热层和伴热带；主蒸汽出口接管一端连通主蒸汽管道，另一端连通主蒸汽管板的主蒸汽穿管孔；过渡接管与主蒸汽管嘴之间设有第二隔离空间，第二隔离空间内设有主蒸汽管嘴绝热层主蒸汽管嘴绝热层一端延伸至第二隔离空间外，且外表面设有蒸汽发生器绝热层。本实用新型的管嘴结构，可以降低主蒸汽管嘴温差和温度梯度，降低管嘴的蠕变应力。

Description

一种蒸汽出口管嘴结构及高温气冷堆蒸汽发生器

技术领域

本实用新型属于反应堆工程技术领域，尤其涉及一种蒸汽出口管嘴结构及高温气冷堆蒸汽发生器。

背景技术

高温气冷堆(HTR-PM)是国际上公认的具有先进技术特征的新型核反应堆，高温气冷堆核电站具有固有安全性、发电效率高、用途广泛等特点，在国际上受到广泛的重视，也是具有第四代核能系统主要特征的新型核反应堆堆型。高温气冷堆蒸汽发生器与传统压水堆存在较大差异，采用了立式、直流螺旋管组件式结构，与主氦风机一起放置于蒸汽发生器壳体中，其设备结构首次应用于工程实际。高温气冷堆主蒸汽管箱位于蒸发器壳体主蒸汽出口位置，是连接一二回路最大的高温、承压安全1级部件，需采用高温材料。由于主蒸汽管箱特有的“热袖”结构，一二回路温差大，主蒸汽管箱在启堆和停堆过程中受温度变化影响，容易产生蠕变损伤超标问题，影响高温气冷堆的安全运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的一个目的在于提出一种蒸汽出口管嘴结构，可以根据主蒸汽出口接管和过渡接管的温度差调整伴热带功率，使两接管的温度差在限值以内，降低整体结构的蠕变应力；同时采用多层绝热结构，减少径向的温度梯度，降低主蒸汽出口接管和过渡接管的温度差，进一步减小蠕变应力。

本实用新型的另一个目的在于提出一种高温气冷堆蒸汽发生器。

为达到上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种蒸汽出口管嘴结构，包括：由内至外依次设置且相互连接的主蒸汽出口接管、过渡接管和主蒸汽管嘴；

所述主蒸汽出口接管和过渡接管之间设有第一隔离空间，所述第一隔离空间内设有出口接管绝热层和伴热带；所述主蒸汽出口接管一端连通主蒸汽管道，另一端连通主蒸汽管板的主蒸汽穿管孔；

所述过渡接管与所述主蒸汽管嘴之间设有第二隔离空间，所述第二隔离空间内设有主蒸汽管嘴绝热层；所述主蒸汽管嘴绝热层一端延伸至所述第二隔离空间外，且外表面设有蒸汽发生器绝热层；所述蒸汽发生器绝热层位于主蒸汽管嘴与所述过渡接管靠近所述主蒸汽管板一端的端面之间。

本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构，可以根据主蒸汽出口接管和过渡接管的温度差调整伴热带功率，使两接管的温度差在限值以内，降低整体结构的蠕变应力；同时采用多层绝热结构，减少径向的温度梯度，降低主蒸汽出口接管和过渡接管的温度差，进一步减小蠕变应力。

另外，根据本实用新型上述实施例提出的蒸汽出口管嘴结构，还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述主蒸汽出口接管、主蒸汽管板、过渡接管和主蒸汽管嘴均为环形锻件；所述伴热带安装在所述过渡接管上。

在本实用新型的一些实施例中，所述蒸汽发生器绝热层靠近所述主蒸汽管板一端的端面与所述主蒸汽管嘴绝热层靠近主蒸汽管板一端的端面平齐；所述蒸汽发生器绝热层为环状，且内孔连接所述主蒸汽管嘴绝热层；所述蒸汽最外侧距所述主蒸汽管嘴绝热层的距离。

在本实用新型的一些实施例中，所述蒸汽发生器绝热层距所述主蒸汽出口接管与所述主蒸汽穿管孔连接处的距离为渡接管总长度的15-25％。

在本实用新型的一些实施例中，所述蒸汽发生器绝热层为复合材料层；所述复合材料层包括自主蒸汽管板一侧向所述主蒸汽管道一侧依次设置的6625合金、陶瓷绝热纤维和316不锈钢；所述6625合金、陶瓷绝热纤维和316不锈钢通过陶瓷铆钉连接成为一体。

在本实用新型的一些实施例中，所述主蒸汽管嘴绝热层紧邻所述主蒸汽管道一端为陶瓷绝热纤维填充层，所述陶瓷绝热纤维填充层紧邻所述主蒸汽管板一端为316不锈钢包裹的陶瓷绝热纤维填充层。

在本实用新型的一些实施例中，所述出口接管绝热层为316不锈钢包裹的陶瓷绝热纤维填充层。

在本实用新型的一些实施例中，所述主蒸汽出口接管具有第一端部、第二端部和第三端部；所述过渡接管具有第四端部和第五端部，所述第四端部和所述第五端部同侧设置；所述第一端部和第三端部同侧设置，且它们均与所述第二端部相对设置；所述第一端部连接所述主蒸汽管道，所述第二端部连接所述主蒸汽管板，所述第三端部连接所述第四端部，所述第五端部连接所述主蒸汽管嘴。

在本实用新型的一些实施例中，所述主蒸汽出口接管上安装有第一测温装置，所述过渡接管上安装有第二测温装置。

为达到上述目的，本实用新型第二方面实施例提出了一种高温气冷堆蒸汽发生器，包括如上所述的蒸汽出口管嘴结构。

本实用新型实施例的高温气冷堆蒸汽发生器的有益效果与本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构的有益效果基本相同，在此不再赘述。

本实用新型附加的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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的蒸汽出口管嘴结构的结构示意图。

附图标记：

1-主蒸汽出口接管，101-第一端部；102-第二端部；103-第三端部；2-主蒸汽管板，3-过渡接管，301-第四端部；302-第五端部；4-主蒸汽管嘴，5-蒸汽发生器绝热层，6-主蒸汽管嘴绝热层，7-出口接管绝热层，8-伴热带；9-主蒸汽管道；10-第一隔离空间；11-第二隔离空间；12-第一测温装置；13-第二测温装置。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图来描述本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构、高温气冷堆蒸汽发生器。

图1是根据本实用新型一个实施例的蒸汽出口管嘴结构的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例的一种蒸汽出口管嘴结构，包括：由内至外依次设置且相互连接的主蒸汽出口接管1、过渡接管3和主蒸汽管嘴4；主蒸汽出口接管1和过渡接管3之间设有第一隔离空间10，第一隔离空间10内设有出口接管绝热层7和伴热带8；主蒸汽出口接管1一端连通主蒸汽管道9，另一端连通主蒸汽管板2的主蒸汽穿管孔，用于连接换热管；过渡接管3与主蒸汽管嘴4之间设有第二隔离空间11，第二隔离空间11内设有主蒸汽管嘴绝热层6；主蒸汽管嘴绝热层6一端延伸至第二隔离空间11外，且外表面设有蒸汽发生器绝热层5；蒸汽发生器绝热层5位于主蒸汽管嘴4与过渡接管3靠近主蒸汽管板2一端的端面之间。

本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构，可以根据主蒸汽出口接管和过渡接管的温度差调整伴热带功率，使两接管的温度差在限值以内，降低整体结构的蠕变应力；同时采用多层绝热结构，减少径向的温度梯度，降低主蒸汽出口管嘴和过渡接管的温度差，进一步减小蠕变应力。

可选的，主蒸汽出口接管1、主蒸汽管板2、过渡接管3和主蒸汽管嘴4均为环形锻件。

可选的，主蒸汽出口接管1具有第一端部101、第二端部102和第三端部103；过渡接管3具有第四端部301和第五端部302，第四端部301和第五端部302同侧设置；第一端部101和第三端部103同侧设置，且它们均与第二端部102相对设置；第一端部101连接主蒸汽管道9，第二端部102连接主蒸汽管板2，第三端部103连接第四端部301，第五端部302连接主蒸汽管嘴4。较佳的，第一端部101为法兰结构，其通过螺栓等主蒸汽管道9连接；第二端部102与主蒸汽管板2焊接，第三端部103与第四端部301焊接，第五端部302与主蒸汽管嘴4焊接。

可选的，第二端部102内表面和主蒸汽出口接管1位于第一端部101和第二端部102之间的部位的外表面之间为第一环状凹槽，第一环状凹槽构成第一隔离空间的一部分。第五端部302内表面与过渡接管3位于第四端部301和第五端部302之间的部位的外表面之为第二环状凹槽，第二环状凹槽构成第二隔离空间的一部分。

可选的，主蒸汽出口接管1紧邻主蒸汽管板2一端应完全伸入蒸汽发生器绝热层5内，保证与中间环段的焊缝被包覆在蒸汽发生器绝热层内，并使过渡接管在蒸汽发生器绝热层内足够长。

可选的，蒸汽发生器绝热层5靠近主蒸汽管板2一端的端面与主蒸汽管嘴绝热层6靠近主蒸汽管板2一端的端面平齐。蒸汽发生器绝热层5为环状，且内孔连接主蒸汽管嘴绝热层6；蒸汽发生器绝热层5最外侧距主蒸汽管嘴绝热层6的距离大于或等于主蒸汽管嘴4最外侧距主蒸汽管嘴绝热层6的距离。这样，当本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构用于高温气冷堆蒸汽发生器时，蒸汽发生器绝热层可将换热单元、换热管等蒸汽发生器内部构件包围，将流动的热氦气与热交换后的冷氦气进行隔离。需要说明的是，如果蒸汽发生器绝热层5最外侧距主蒸汽管嘴绝热层6的距离小于主蒸汽管嘴4最外侧距主蒸汽管嘴绝热层6的距离，则会有部分主蒸汽管嘴4处于流动的热氦气中，无法起到将流动的热氦气与热交换后的冷氦气进行隔离的目的。

可选的，为了更好将流动的热氦气与热交换后的冷氦气进行隔离，蒸汽发生器绝热层5距主蒸汽出口接管1与主蒸汽穿管孔连接处的距离为过渡接管总长度的15-20％，例如为过渡接管总长度的20％。在一些实施例中，蒸汽发生器绝热层5距主蒸汽出口接管1与主蒸汽穿管孔连接处的距离为40-60cm。

可选的，蒸汽发生器绝热层5为复合材料层；复合材料层包括自主蒸汽管板2一侧向主蒸汽管道9一侧依次设置的6625合金等耐高温合金、陶瓷绝热纤维和316不锈钢等高强度结构材料；6625合金等耐高温合金、陶瓷绝热纤维和316不锈钢等高强度结构材料通过耐高温陶瓷铆钉连接成为一体。

可选的，主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端为陶瓷绝热纤维填充层，陶瓷绝热纤维填充层紧邻主蒸汽管板2一端为316不锈钢等高强度结构材料包裹的陶瓷绝热纤维填充层。具体来说，陶瓷绝热纤维填充层紧邻主蒸汽管板2一端由于伸出第二隔离空间，缺乏支撑，因此，采用316不锈钢等高强度结构材料作为支撑框架，将陶瓷绝热纤维填充层包覆在其中形成圆筒形，再其将填充入过渡接管3和主蒸汽管嘴4之间的空隙，并将316不锈钢等高强度结构材料与过渡接管3和主蒸汽管嘴4采用焊接等方式固定连接，实现对主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管板2一端的固定。主蒸汽管嘴绝热层6可隔绝过渡接管3和主蒸汽管嘴4之间的热交换，降低过渡接管的温度梯度。

主蒸汽管嘴绝热层6在加工时，可直接先将在第二隔离空间紧邻主蒸汽管道9一端填充陶瓷绝热纤维，在将316不锈钢等高强度结构材料所构成的支撑框架固定于第二隔离空间紧邻主蒸汽管板2一端，在支撑框架上开设通孔，将陶瓷绝热纤维经通孔填充至支撑框架内，再将陶瓷绝热纤维压实，即可形成主蒸汽管嘴绝热层6。这里支撑框架可以是网状等。

可选的，出口接管绝热层7为316不锈钢等高强度结构材料包裹的陶瓷绝热纤维填充层。类似主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管板2一端的结构，采用316不锈钢等高强度结构材料作为支撑框架，将陶瓷绝热纤维填充层包覆在其中形成圆筒形，再将其填充入过渡接管3和主蒸汽出口接管1之间的第一隔离空间。出口接管绝热层7可隔绝过渡接管3和主蒸汽出口接管1之间的热交换，降低主蒸汽出口接管的温度梯度。

安装时，具体是将出口接管绝热层7自过渡接管3和主蒸汽出口接管1位于第一隔离空间外的部分塞入第一隔离空间，并采用波纹管等对出口接管绝热层7紧邻主蒸汽管道9一端进行封装。

需要说明的是，本实用新型中，陶瓷绝热纤维也即陶瓷纤维，又称硅酸铝纤维，是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点。

可选的，为了获取主蒸汽出口接管与过渡接管的温度差，在主蒸汽出口接管1上安装有第一测温装置12，过渡接管3上安装有第二测温装置13。较佳的，为了获取主蒸汽出口接管和过渡接管在第二端部相对应的位置处的温度及主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端端部相对应位置处的温度，进而获取相应位置的温度差，在主蒸汽出口接管1内与第二端部相对应的位置、主蒸汽出口接管内与主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端端部相对应的位置均安装有第一测温装置12，在过渡接管3外表面上与第二端部相对应的位置、过渡接管3外表面上与主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端端部相对应的位置均安装有第二测温装置13。更好的，为了更为准确的测定主蒸汽出口接管和过渡接管在第二端部相对应的位置处的温度及主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端端部相对应位置处的温度进而获取相应位置的温度差，在主蒸汽出口接管1内与第二端部相对应的位置上沿主蒸汽接管出口周向一圈均匀安装有多个第一测温装置12，主蒸汽出口接管内与主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端端部相对应的位置上沿主蒸汽接管出口周向一圈均匀安装有多个第一测温装置12，在过渡接管3外表面上与第二端部相对应的位置沿过渡接管3周向一圈均匀安装有多个第二测温装置13，过渡接管3外表面上与主蒸汽管嘴绝热层6紧邻主蒸汽管道9一端端部相对应的位置沿过渡接管3周向一圈均匀安装有多个第二测温装置13。第一测温装置12和第二测温装置13优选温度传感器。使用时，可以先获得同一位置上多个第一测温装置的平均温度值及多个第二测温装置的平均温度值，在就该同一位置处主蒸汽出口接管与过渡接管求取温度差。

可选的，伴热带8安装在过渡接管内壁上，围绕过渡接管一圈。伴热带优选电伴热带。

以本实用新型实施例蒸汽出口管嘴结构整体竖直设置且用于高温气冷堆蒸汽发生器为例，本实用新型实施例蒸汽出口管嘴结构的工作原理为：

蒸汽发生器在运行时，堆芯出来的热氦气在蒸汽发生器绝热层5内流动，首先将包覆在蒸汽发生器绝热层5内的主蒸汽管板2、主蒸汽出口接管1的下端和过渡接管3下端均匀加热；主蒸汽出口接管1内是均匀的高温蒸汽，与热氦气温差不大，因此主蒸汽出口接管1的蠕变应力较低；过渡接管3下部位于蒸汽发生器绝热层5以下的部分，接触高温介质，温度较高，上部暴露在容器外部，温度较低，导致过渡接管3上下部温差较大，但是过渡接管长度长，温度梯度小，产生的蠕变应力也可以限制在设计水平以内。

本实用新型实施例的高温气冷堆蒸汽发生器，包括本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构，蒸汽出口管嘴结构的主蒸汽管嘴4远离过渡接管3一端与蒸汽发生器壳体焊接成为一体。

综上，通过本实用新型实施例的蒸汽出口管嘴结构，可以降低主蒸汽管嘴温差和温度梯度，限制运行过程中主蒸汽管嘴上的蠕变应力，提升高温气冷堆示范工程蒸汽发生器运行可靠性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，包括：由内至外依次设置且相互连接的主蒸汽出口接管、过渡接管和主蒸汽管嘴；

所述主蒸汽出口接管和过渡接管之间设有第一隔离空间，所述第一隔离空间内设有出口接管绝热层和伴热带；所述主蒸汽出口接管一端连通主蒸汽管道，另一端连通主蒸汽管板的主蒸汽穿管孔；

所述过渡接管与所述主蒸汽管嘴之间设有第二隔离空间，所述第二隔离空间内设有主蒸汽管嘴绝热层；所述主蒸汽管嘴绝热层一端延伸至所述第二隔离空间外，且外表面设有蒸汽发生器绝热层；所述蒸汽发生器绝热层位于主蒸汽管嘴与所述过渡接管靠近所述主蒸汽管板一端的端面之间。

2.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述主蒸汽出口接管、主蒸汽管板、过渡接管和主蒸汽管嘴均为环形锻件；所述伴热带安装在所述过渡接管上。

3.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述蒸汽发生器绝热层靠近所述主蒸汽管板一端的端面与所述主蒸汽管嘴绝热层靠近主蒸汽管板一端的端面平齐；所述蒸汽发生器绝热层为环状，且内孔连接所述主蒸汽管嘴绝热层；所述蒸汽发生器绝热层最外侧距所述主蒸汽管嘴绝热层的距离大于或等于所述主蒸汽管嘴最外侧距所述主蒸汽管嘴绝热层的距离。

4.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述蒸汽发生器绝热层距所述主蒸汽出口接管与所述主蒸汽穿管孔连接处的距离为渡接管总长度的15-25％。

5.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述蒸汽发生器绝热层为复合材料层；所述复合材料层包括自主蒸汽管板一侧向所述主蒸汽管道一侧依次设置的6625合金、陶瓷绝热纤维和316不锈钢；所述6625合金、陶瓷绝热纤维和316不锈钢通过陶瓷铆钉连接成为一体。

6.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述主蒸汽管嘴绝热层紧邻所述主蒸汽管道一端为陶瓷绝热纤维填充层，所述陶瓷绝热纤维填充层紧邻所述主蒸汽管板一端为316不锈钢包裹的陶瓷绝热纤维填充层。

7.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述出口接管绝热层为316不锈钢包裹的陶瓷绝热纤维填充层。

8.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述主蒸汽出口接管具有第一端部、第二端部和第三端部；所述过渡接管具有第四端部和第五端部，所述第四端部和所述第五端部同侧设置；所述第一端部和第三端部同侧设置，且它们均与所述第二端部相对设置；所述第一端部连接所述主蒸汽管道，所述第二端部连接所述主蒸汽管板，所述第三端部连接所述第四端部，所述第五端部连接所述主蒸汽管嘴。

9.根据权利要求1所述的蒸汽出口管嘴结构，其特征在于，所述主蒸汽出口接管上安装有第一测温装置，所述过渡接管上安装有第二测温装置。

10.一种高温气冷堆蒸汽发生器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的蒸汽出口管嘴结构。

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