CZ216096A3 - Výměník tepla pro kontaminovanou tekutinu - Google Patents

Abstract

Výměník tepla, zejména pro kontaminované tekutiny v jaderném průmyslu. Trubky (2) tvořícísvazek trubek jsou zapuštěny a přivařeny v celé tloušťce trubkovice (3), která vymezuje s uzavíracím krytem volně uloženou hlavu (5), přičemž tato trubkovice (3) je rovněž zapuštěna a přivařena ke kalandru (1) po celém jejím obvodu.

Description

Výměník tepla pro kontaminovanou tekutinu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro výměnu tepla a zejména zařízení určených pro ochlazení horké tekutiny, která byla kontaminována radioaktivními látkami a která opouští obvod jaderného reaktoru.

Dosavadní stav techniky

V jaderných elektrárnách jsou zařazena zařízení pro chlazení horké a kontaminované tekutiny, která využívají intermediárních výměníků tepla.

Tento typ zařízení je tvořen prvním výměníkem tepla, který se obecně nazývá intermediární (mezilehlý) výměník tepla a ve kterém dochází k první výměně tepla mezi horkou a kontaminovanou tekutinou opouštějící jaderný reaktor a první chladící tekutinou, a druhým výměníkem tepla, ve kterém dochází ke druhé výměně tepla mezi první chladící tekutinou a druhou chladící tekutinou, přičemž tato posledně uvedená chladící tekutina se vypouští vně jaderné elektrárny.

Při používání těchto zařízení majících intermediární výměník tepla se zajištuje dvojí ochrana vnějšího životního prostředí proti úniku radioaktivních látek do tohoto prostředí. Kdyby i v tomto případě mělo dojít k zamoření vnějšího životního prostředí, musely by radioaktivní látky proniknout skrze dvě separační stěny výměníků tepla (v každém výměníku tepla je po jedné takové separační stěně).

Vzhledem k tomu, že chladicí tekutina a horká tekutina, které vstupují do výměníku tepla, mají odlišné teploty, je výměník tepla často vystaven teplotním gradientům a přechodovým teplotním jevům s velkými amplitudami v průběhu normálního provozu jaderného reaktoru a s ještě většími amplitudami v případě poruch provozu jaderného reaktoru.

Jedním ze základních cílů konstruktérů jaderných elektráren je učinit intermediární výměník tepla pokud možno co mechanicky nejodolnějším vůči namáhání, kterému je výměník tepla vystaven v důsledku rozdílu mezi deformacemi cirkulačního potrubí pro chladící tekutinu a deformacemi kalandru výměníku tepla, skrze který prochází horká tekutina.

Za tím účelem se ve francouzském patentu 712 359 a britském patentu 1286722 navrhuje použití měchové konfigurace a deformovatelné stěny v intermediárním výměníku tepla, jejichž funkcí je eliminovat výše uvedené deformace. Stejně tak se v patentu US-A-3850231 navruje zařízení mající intermediární výměník tepla, ve kterém jsou uspořádány dva měchy, které by musela horká tekutina překonat dříve než by mohla zamořit chladící tekutinu, a prostředek uspořádaný v uzavřeném prostoru vymezeném oběma měchy, kalandrem a volně uloženou hlavou a určeny pro detekci úniku horké tekutiny skrze první měch.

Britský patent GB-A-1286722 a patent US-A-3580231 umožňují účinně zlepšit odolnost výměníku tepla proti deformacím mechanické povahy, které jsou důsledkem výše uvedených rozdílných dilatací, tím, že zde navržené konstrukce eliminují uvedené deformace. Nicméně ve výměnících tepla podle uvedených dvou patentů dochází ke zhoršení těsnosti vůči kontaminované horké tekutině vzhledem k tomu, že kontaminovaná horká tekutina je v přímém styku s měchem, skrze který může proniknout snadně j i.

Je sice pravda, že podle patentu US-A-3850231 musí horká tekutina projít dvěma měchy namísto jednoho podle uvedeného britského patentu dříve než může kontaminovat chladící tekutinu, ale to nemůže zcela eliminovat možnost kontaminace chladící tekutiny. Ve skutečnosti, jestliže může horká tekutina uniknout skrze první měch, pronikne stejně i přes druhý měch a to s kratším nebo delším zpožděním.

V případě normálního provozu reaktoru bude třeba v případě detekce prvního úniku zastavit provoz reaktoru, což výrazně zvyšuje provozní náklady reaktoru, zatímco v případě poruchy funkce'reaktoru může při průchodu horké tekutiny i druhým měchem dojít k zamoření okolního životního prostředí.

Omezená těsnost těchto intermediárních výměníků tepla spadajících do dosavadního stavu techniky neumožňuje navrhnout zařízení pro výměnu tepla mezi reaktorem a okolním prostředím, které by bylo tvořeno pouze jediným výměníkem tepla.

Cílem vynálezu je vyvinout zařízení pro výměnu tepla, které by mělo stejně dobrou mechanickou odolnost vůči deformacím způsobeným teplotním gradientem jako dosud známá zařízení pro výměnu tepla a které by, i když tvořeno pouze jediným výměníkem tepla, mělo výrazně lepší těsnost, takže toto zařízení pro výměnu tepla s jediným výměníkem tepla může být umístěno do nouzových obvodů jaderného reaktoru pro zajištění chlazení kontaminované horké tekutiny opouštějící obvod reaktoru chladící tekutinou přímo vypouštěnou do okolního prostředí, v to počítaje i dřívější jaderné elektrárny, kterým chybí místo pro uložení zařízení zahrnujícího dva výměníky tepla.

Podstata vynálezu

Výměník tepla podle vynálezu obsahuje:

válcový kalandr, který definuje nádobu mající na jednom z jejích konců vstupní (výstupní) přípojku chladící tekutiny.

pár trubkovnic uspořádaných v nádobě. Jedna z trubkovnic je pevně spojena s kalandrem. Druhá je přivážená ke kalandru po celém jeho obvodu a definuje s uzavíracím krytem volně uloženou hlavu, ve které je provedena výstupní (vstupní) přípojka chladící tekutiny, svazek v podstatě paraleních trubek. Jedny konce těchto trubek jsou napevno spojeny s trubkovicí, které je pevně spojena s kalandrem. Druhé konce trubek jsou zasazeny a přiváženy v celé tlouštce trubkovice, která je přivážená ke kalandru po celém jeho obvodu.

Výstupní (vstupní) přípojka chladicí tekutiny uspořádaná na volně uložené hlavě je tvořena alespoň částečně měchem.

Styk mezi měchem a horkou tekutinou, ke kterému docházelo v provedeních podle patentů náležejících do dosavadního stavu techniky a který představoval kritické místo, pokud jde o neprostupnost radioaktivních látek, ve výměníku tepla podle vynálezu neexistuje. Místo toho dochází ve výměníku tepla podle vynálezu ke styku mezi horkou tekutinou a deskou zapuštěnou a přivařenou v kalandru, která je výrazně neprostupnější pro radioaktivní látky. Tato těsnost a neprostupnost je důsledkem toho, že konce trubek jsou zapuštěny a přiváženy v celé tlouštce trubkovice a tím, že samotná trubkovice je zapuštěna a přivážená ke kalandru po celém jeho obvodu.

Takovýto způsob svaření by mohl vzbuzovat obavu, že trubkovice bude příliš citlivá na tepelná namáhání, která by se mohla projevit v její nedostatečné těsnosti.

Avšak tím,že se předpokládá uspořádání měchu vzdáleného od prostoru vyhrazeného pro horkou tekutinu, ale současně dostatečně blízkého k uvedené trubkovicí, se dosáhne dostatečné absorpce tepelných namáhání, v důsledku čehož je trub5 kovice chráněna před neblahým působením uvedeného tepelného namáhaní, takže měch chrání trubkovici před tepelným namáháním, zatímco trubkovice chrání měch proti styku s horkou tekutinou.

Podle výhodné formy provedení vynálezu je měch podél osy kalandru blíže k trubkovici zapuštěné a přivařené v kalandru než k vrcholku volně uložené hlavy. Deformace způsobené teplotními gradienty jsou největší v úrovni styku trubkovice a kalandru a skutečnost, že měch se nachází v bezprostřední blízkosti trubkovice, zajištuje, že měch absorbuje pokud možno co nejrychleji i ty nejvýraznější deformace.

Takto je výměník tepla podle výhodné formy provedení těsnější a mechanicky odolnější než dosud známé výměníky tepla a zejména než výměníky tepla podle britského patentu GB-A-1286722 a patentu US-A-3850231.

Podle jiné výhodné formy provedení výměníku tepla podle vynálezu je přípojka sdružená měchem uspořádána na stejné straně kalandru jako vstupní přípojka horké tekutiny, zejména na stejné povrchové čáře kalandru. Z toho vyplývá, že měch se nachází v pokud možno co největší blízkosti zóny styku mezi horkou tekutinou a trubkovici, kde je maximální teplotní gradient. Tím, že se měch umístí do pokud možno co největší blízkosti tohoto místa trubkovice, se zajistí ještě větší účinnost uvedeného měchu při absorpci výše uvedených deformací.

Těsnost a mechanická odolnost výměníku tepla podle vynálezu takto umožňují použít tento výměník v nouzovém obvodu jaderného reaktoru, který v případě havárie chladí horkou kontaminovanou tekutinu opouštějící tělo reaktoru chladící vodou, která může být potom přímo vypouštěna do okol ního životního prostředí.

V případě zařízení podle dosavadního stavu techniky to možné nebylo a tato dosavadní zařízení musela být tvořena alespoň dvěma výměníky tepla, aby se zajistila vhodná těsnost. Výměník tepla podle vynálezu takto umožňuje snížit pořizovací náklady jaderných elektráren a renovovat dříve postavené jaderné elektrárny.

Na připojeném obrázku, který má pouze příkladný charakter, je zobrazena jedna možná forma provedení výměníku tepla podle vynálezu.

Zobrazený výměník tepla obsahuje kalandr ve kterém je uspořádán svazek v podstatě paralelních trubek 2_ pro průchod chladící tekutiny. Tento svazek trubek _2, který je zobra zen pouze částečně, je upevněn mezi trubkovicemi 2· Trubky 2 jsou zapuštěny a přivařeny v celé tlouštce trubkovice 2· Kalandr je ukončen hlavou £, ve které je uspořádána vstupní (výstupní) přípojka j) chladící tekutiny. Hlava 2 je volně uložena na kalandru J_. Na kalandru je také uspořádána vstupní (výstupní) přípojka kontaminované horké tekutiny. Výstupní (vstupní) přípojka 8! chladící tekutiny je uspořádána na volně uložené hlavě 2· Přípojka 2 je částečně tvořena měchem 10. Osa ZZ' je hlavní osou válcového kalandru JU osa ^χχ/ 3^e osou přípojky j) uspořádané ve volně uložené hlavě a osa YY' je osou přípojky ]_ uspořádané na kalandru pro přívod (nebo odvod) horké tekutiny.

Přípojka J3 je podle osy ZZ' blíže k trubkovici 2 ^ne^ k vrcholku volně uložené hlavy 2·

Z toho vyplývá, že měch 10 rychleji absorbuje deformace, ke kterým dochází v zóně připojení trubkovice ke kalandru, tj. v zóně, kde je maximální teplotní gradient.

Ve výhodném provedení výměníku tepla podle vynálezu je úhel vytvořený v rovině kolmé k ose ZZ' mezi projekcí osy XX' do této roviny a projekcí osy YY' do téže roviny roven nule. Měch se takto nachází co nejblíže k zóně, ve které je maximální teplotní gradient, což mu umožňuje rychle absorbovat vznikající deformace.

'Τ’*' - Φέ

PATE

	< O
	ς- 50 α> s G
	z! m 5 £ > o <= σ <x o

Claims (3)

1. NÁROKY

   1. Výměník tepla, určený k nepřímé výměně tepla mezi kontaminovanou horkou tekutinou, která má být ochlazena, a chladící tekutinou a obsahující válcový kalandr (1), vymezující nádobu a ukončený hlavou (4), ve které je uspořádána vstupní (výstupní) přípojka (9) chladící tekutiny, pár trubkovic (3) uložených v uvedené nádobě, přičemž jedna trubkovice je neohebně připevněna ke kalandru a druhá trubkovice vymezuje s uzavíracím krytem volně uloženou hlavu (5), do které ústí výstupní (vstupní) přípojka (8) pro chladící tekutinu, svazek v podstatě paralelních trubek, jejichž opačné konce jsou připevněny k trubkovicím, vstupní přípojku (7) pro přívod kontaminované horké tekutiny do uvedené nádoby, uspořádanou na kalandru,a výstupní přípojku (6) pro odvod kontaminované horké tekutiny z uvedené nádoby, uspořádanou na kalandru, přičemž vstupní (výstupní) přípojka (9) chladící tekutiny je alespoň částečně tvořena měchem (10), vyznačený tím, že trubky (2) tvořící svazek trubek jsou zapuštěny a přivařeny v celé tlouštce trubkovice, která vymezuje s uzavíracím krytem volně uloženou hlavu (5) a tato trubkovice je rovněž zapuštěna a přivařena ke kalandru po celém jejím obvodu.
2. 2. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačený tím, že přípojka (8) tvořená alespoň částečně měchem (10) je podle osy kalandru uspořádána blíže k trubkovici, která je zapuštěna a přivařena ke kalandru, než k vrcholku volně uložené hlavy.
3. 3. Výměník tepla podle nároku 1 nebo 2, vyznačený t í m , že přípojka (8) a přípojka (7) se nacházejí na stejné povrchové čáře kalandru.