EA032753B1 - Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором - Google Patents

Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором Download PDF

Info

Publication number
EA032753B1
EA032753B1 EA201650102A EA201650102A EA032753B1 EA 032753 B1 EA032753 B1 EA 032753B1 EA 201650102 A EA201650102 A EA 201650102A EA 201650102 A EA201650102 A EA 201650102A EA 032753 B1 EA032753 B1 EA 032753B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
steam generator
heat
heat exchange
reactor
bundle
Prior art date
Application number
EA201650102A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201650102A1 (ru
Inventor
Дмитрий Александрович ЛАХОВ
Алексей Владимирович САФРОНОВ
Original Assignee
Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" filed Critical Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС"
Publication of EA201650102A1 publication Critical patent/EA201650102A1/ru
Publication of EA032753B1 publication Critical patent/EA032753B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/023—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • F22B1/162—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour in combination with a nuclear installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/002—Component parts or details of steam boilers specially adapted for nuclear steam generators, e.g. maintenance, repairing or inspecting equipment not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F22B37/228—Headers for distributing feedwater into steam generator vessels; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0132—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by slats, tie-rods, articulated or expandable rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0064—Vaporizers, e.g. evaporators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к горизонтальным парогенераторам для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) и к реакторной установке с ВВЭР и горизонтальным парогенератором. Реакторная установка с ВВЭР с горизонтальным парогенератором включает в себя ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубными коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, главный циркуляционный насос, а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура. Внутренний диаметр корпуса D, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Lпо внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны соответственно из соотношений:где D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч; N- количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.; Sи S- шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм; k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах; H - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм; D- наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм; α - центральный угол изгиба теплообменных труб, °; Bи B- ширина центрального коридора пучка теплообменных труб и ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, соответственно, мм; S- окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм; H- площадь теплообменной поверхности парогенератора, м; d - наружный диаметр теплообменных труб, мм; Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, мм; при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°≤α≤150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к горизонтальным парогенераторам для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) и к реакторной установке с ВВЭР и горизонтальным парогенератором.
В атомных электростанциях (АЭС) с реакторами типа ВВЭР важнейшим элементом первого контура реакторной установки (РУ) является парогенератор. В нем за счет тепла, получаемого в реакторе, вырабатывается пар, который затем используется как рабочее тело турбины для производства электроэнергии. Кроме выработки пара, парогенераторы должны надежно и постоянно во всех режимах работы АЭС обеспечивать охлаждение активной зоны реактора.
При работе парогенератора через него прокачивается высокорадиоактивный теплоноситель первого контура. По этой причине парогенераторы АЭС располагаются внутри защитной гермооболочки (контайнмента) реакторного здания, и габариты парогенераторов существенно влияют размеры защитной гермооболочки.
Со времени создания реакторных установок для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) сложились два различных подхода к конструкции парогенераторов - парогенераторы вертикального типа и парогенераторы горизонтального типа. В первом случае парогенератор имеет вертикально расположенный корпус и вертикально ориентированные U-образные теплообменные трубы, заделанные в горизонтальную трубную доску. Во втором случае парогенератор имеет горизонтально расположенный корпус и горизонтально ориентированные теплообменные трубы, заделанные в вертикально установленные входной и выходной коллекторы теплоносителя первого контура. В настоящее время обе конструктивные концепции оформились в устойчивые, но отличающиеся друг от друга направления развития техники. Причем изобретение относится к концепции горизонтальных парогенераторов и к их использованию в составе реакторных установок в совокупности с реакторами типа ВВЭР.
Из уровня техники известны различные варианты конструкции горизонтальных парогенераторов, различающиеся между собой надежностью, габаритами, мощностью, плотностью компоновки пучка теплообменных труб, расположением внутрикорпусных устройств, металлоемкостью и др. характеристиками.
Парогенератор, раскрытый в международной заявке WO 93/20386, опубликованной 14.10.1993; МПК F22B 1/02, имеет горизонтально ориентированный корпус и расположенный в нем горизонтально пучок теплообменных труб, заделанных в вертикально установленные входной и выходной коллекторы теплоносителя первого контура. При этом устройство раздачи питательной воды расположено в середине пучка теплообменных труб, что приводит к значительному горизонтальному разрыву в наполнении корпуса парогенератора теплообменной поверхностью. Следствием недостаточного наполнения корпуса парогенератора теплообменными трубами является низкая мощность, повышенная металлоемкость и меньшая долговечность парогенератора реакторной установки вследствие меньшего количества теплообменных труб.
Известен горизонтальный парогенератор, описанный в патенте РФ на полезную модель № 100590, опубликованном 20.12.2010, МПК F22B 37/00. Горизонтальный парогенератор содержит корпус, к каждому торцу которого приварено эллиптическое днище, содержащее патрубок ревизии с плоской крышкой в котором, согласно предлагаемой полезной модели, отношение средней высоты патрубка ревизии к внутреннему диаметру патрубка ревизии составляет не более 0,9 и не менее 0,1. Данное техническое решение направлено на уменьшение габаритов парогенератора для упрощения его доставки от заводаизготовителя к месту монтажа и увеличения свободного пространства в боксе парогенератора. Уменьшение продольных габаритов достигается путем выполнения более коротким патрубка ревизии, а не за счет изменения длины корпуса парогенератора, т.е. снижение металлоемкости в данном устройстве не достигается.
Зарубежными аналогами производимых в России реакторов ВВЭР являются реакторы типа PWR (реактор с водой под давлением, англ.: pressurized water reactor). Реакторные установки с реакторами типа PWR обычно оснащаются вертикальными парогенераторами.
В отличие от упомянутых парогенераторов с вертикально расположенным корпусом горизонтальные парогенераторы обладают следующими известными особенностями, вытекающими из их конструкции:
умеренная паровая нагрузка допускает использование простой схемы сепарации при надежном обеспечении требуемой влажности пара;
умеренная скорость среды во втором контуре исключает опасность вибрации теплообменных труб и других элементов парогенератора;
вертикальные цилиндрические входной и выходной коллекторы первого контура позволяют избежать накопления шламовых отложений на их поверхности и за счет этого снизить опасность коррозионного повреждения теплообменных труб в районе мест заделки их в указанные коллекторы;
повышенный запас воды во втором контуре способствует более надежному расхолаживанию реактора через парогенератор в случае использования аварийного водопитания, а большая аккумулирующая способность такого парогенератора смягчает переходные режимы эксплуатации реакторной установки;
горизонтальное расположение поверхности теплообмена обеспечивает надежную естественную
- 1 032753 циркуляцию среды по первому контуру даже при снижении уровня воды ниже верхних рядов теплообменных труб;
обеспечиваются благоприятные условия для естественной циркуляции теплоносителя первого контура в аварийных режимах;
обеспечивается удобный доступ к пучку теплообменных труб для обслуживания и контроля как со стороны первого контура, так и второго контура. В нижних точках корпуса парогенератора, где возможно оседание и накопление шлама, нет теплообменных труб, поэтому в случае скопления коррозионноактивных примесей в нижней части корпуса парогенератора возможен смыв шлама через систему продувки и штуцеры.
Из уровня техники известны разработки, относящиеся к атомной промышленности, включающие в себя создание горизонтальных парогенераторов на базе использования опыта конструирования вертикальных парогенераторов. Например, из патента США US № 5331677, опубликованного 19.07.1994, МПК F22B 37/00, известна реакторная установка, оснащенная реактором с водой под давлением, которая включает в себя реактор, насос для перекачивания охлаждающей жидкости, имеющий входное отверстие, соединенное с выпускным отверстием корпуса реактора, парогенератор, имеющий входное отверстие, соединенное с высокотемпературным трубопроводом на выходе упомянутого насоса, и выход низкотемпературного трубопровода, подсоединенный к входному отверстию корпуса реактора. Парогенератор имеет горизонтально ориентированный корпус, внутри которого размещен горизонтально U-образный пучок теплообменных труб. Теплообменные трубы заделаны в вертикально расположенную трубную доску. Использование трубной доски в конструкции горизонтального парогенератора имеет недостатки, связанные с большой металлоемкостью, сложностью изготовления, сложностью обеспечения герметичности соединения теплообменных труб с трубной доской. Использование трубной доски не позволяет разместить большое количество труб в парогенераторе, как следствие - они имеют значительную длину. Конструкция упомянутого парогенератора приблизительно соответствует конструкции парогенераторов вертикального типа, который в составе данной реакторной установки размещен горизонтально. Особенностью реакторной установки является небольшое количество труб в ее парогенераторах, вследствие того, что в раздающей камере установлена одна трубная доска, т.е. вся теплообменная поверхность обеспечивается одной петлей U-образных труб. Как следствие, теплообменные трубы имеют большую длины и небольшую толщину боковой стенки. Это приводит к снижению эксплуатационной надежности реакторной установки, так как ее парогенераторы имеют меньший запас на глушение теплообменных труб и большее гидравлическое сопротивление теплообменных труб со стороны первого контура, что негативно сказывается на протекании аварийных режимом.
Еще один недостатком реакторной установки является радиальное расположение ее парогенераторов, приводящее к увеличению размеров реакторного здания. Это усложняет объем контайнмента и объем капитального строительства.
На действующих атомных электростанциях в России и за рубежом с точки зрения надежности и экономичности хорошо зарекомендовали себя реакторные установки типа ВВЭР-1000. Естественно, что в процессе длительной эксплуатации периодически выявляются узлы и детали реакторной установки, требующие усовершенствования.
Так, в патенте РФ на полезную модель № 143541, опубликованном 27.07.2014, МПК G21C 1/03, описана реакторная установка (РУ) типа ВВЭР-1000, которая имеет четыре петли циркуляции теплоносителя первого контура, в каждой из которых установлен парогенератор типа ПГВ-1000 и главный циркуляционный насос (ГЦН). Петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ состоит из двух частей. Первая часть - это горячий циркуляционный трубопровод, соединяющий РУ с парогенератором, и вторая часть - это холодный циркуляционный трубопровод, по которому из парогенератора теплоноситель первого контура откачивается при помощи ГЦН в реактор. Функцией каждой петли циркуляции РУ является беспрепятственная транспортировка теплоносителя первого контура из реактора через парогенератор и ГЦН обратно в реактор. Основной функцией парогенератора является выработка сухого насыщенного пара за счет тепла, переносимого в парогенератор из активной зоны ядерного реактора теплоносителем первого контура. РУ, парогенератор и ГЦН соединяются между собой сварным трубопроводом, имеющим внутренний диаметр 850 мм. Причем РУ соединяется с парогенератором ГЦТ, имеющим вертикальный гиб трубы радиусом 1340 мм. Под напором горячей воды первого контура происходят тепловое расширение и вибрация всех систем первого контура. На изгибы трубопроводов и сварные соединения петли циркуляции первого контура оказывается воздействие теплоносителем при высоком давлении и температуре, что может привести к их повреждениям вплоть до образования трещин. Полезная модель, в частности, направлена на решение задачи предотвращения повреждений сварного шва № 111 на циркуляционном трубопроводе.
Для решения указанной проблемы предлагается горячий коллектор парогенератора соединить с горячим циркуляционным трубопроводом через малый коллектор, так чтобы длина горячего циркуляционного трубопровода от нижнего края малого коллектора до изгиба горячего циркуляционного трубопровода не превышала 0,25 м, а длина холодного циркуляционного трубопровода была бы выполнена соответственно длине горячего циркуляционного трубопровода.
- 2 032753
Недостатком данной полезной модели является усложнение конструкции и технологии изготовления парогенератора. Дополнительный малый коллектор предложено приваривать к основному выходному коллектору через дополнительное сварное соединение, невозможность проведения ремонта которого снижает эксплуатационную надежность парогенератора и реакторной установки.
Задачей заявленного изобретения является улучшение эксплуатационных показателей реакторной установки за счет увеличения количества теплообменных труб в корпусе парогенератора без существенного увеличения его габаритов с возможностью размещения его в боксах здания реакторной установки без увеличения объемов капитального строительства.
Кроме того, показатель количества теплообменных труб в парогенераторе важен для повышения мощности парогенератора, для улучшения параметров пара, в частности давления, что, в свою очередь, позволяет повысить КПД реакторной установки. Увеличение количества теплообменных труб в корпусе парогенератора также повышает показатели долговечности его эксплуатации, поскольку при наличии запасного количества теплообменных труб, при выходе из строя одной или нескольких труб, они могут быть заглушены с продолжением эксплуатации устройства. При увеличении количества теплообменных труб в корпусе парогенератора, работающего в составе реакторной установки, реактор лучше расхолаживается, т.е. повышается коэффициент запаса до кризиса теплопередачи в активной зоне реактора. Увеличение количества теплообменных труб в корпусе парогенератора также снижает показатель металлоемкости корпуса, поскольку повышение мощности устройства достигается в корпусе меньшего размера.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении интенсивности теплопередачи, надежности и долговечности парогенератора за счет повышения количества теплообменных труб, размещенных в его корпусе, при одновременном обеспечении условий ремонтопригодности и технологичности изготовления U-образных труб, а также снижении металлоемкости корпуса парогенератора.
Технический результат от использования заявленного изобретения также заключается в повышении надежности, долговечности и эффективности работы реакторной установки, а также в снижении металлоемкости парогенераторов реакторной установки при обеспечении технологичности их изготовления.
Для решения поставленной задачи заявлен горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий цилиндрический корпус, снабженный, по меньшей мере, патрубком подвода питательной воды и патрубком отвода пара, а также двумя эллиптическими днищами, внутрикорпусными устройствами, входным и выходным коллекторами теплоносителя первого контура, соединенными с пучком теплообменных труб, образующим теплообменную поверхность парогенератора, причем пучок теплообменных труб разделен на пакеты межтрубными коридорами, отличающийся тем, что расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении корпуса парогенератора выбрано из соотношения ς
0,4 < — < 0,6 ^корп где Окорп - внутренний диаметр корпуса парогенератора, а длина парогенератора Lk по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбрана из соотношения
где Пкол - наружный диаметр коллектора теплоносителя в сверленой части, мм; α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град.;
B, - ширина центрального межтрубного коридора пучка теплообменных труб, мм;
B2 - ширина межтрубного коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Skoji - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Sp - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
Ντρ - количество теплообменных труб в парогенераторе, шт.;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, при этом центральный угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°<α<150° и 300<Δ<1000 мм.
От выбора расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении корпуса парогенератора из указанного выше эмпирического соотношения зависит возможность размещения в парогенераторе наибольшего количества теплообменных труб при обеспечении условий ремонтопригодности, надежности и эффективности теплопередачи.
- 3 032753
От выбора длины LK корпуса парогенератора зависит компоновка реакторной установки в реакторном здании, поскольку четыре крупногабаритных парогенератора сложно вписать в ограниченные размеры контайнмента. При этом длина L корпуса парогенератора, выбранная в соответствии с заявленным изобретением, гарантирует технологичность изготовления U-образных труб теплообменного пучка, формирующих теплопередающую поверхность парогенератора, что важно для обеспечения их цельности и надежности работы реакторной установки.
В соответствии с заявленным изобретением теплообменный пучок парогенератора заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке. Пучок разделен на пакеты межтрубными коридорами. Ширина вертикальных межтрубных коридоров составляет 100-250 мм. Горизонтально расположенные теплообменные трубы заведены в отверстия вертикально установленных коллекторов теплоносителя первого контура. Изгиб теплообменных труб при соединении с коллектором теплоносителя выполнен радиусом не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм. Для соблюдения требований прочности боковых стенок коллектора теплоносителя площадь зоны его сверления на наружной поверхности не менее чем на 20% должна превышать площадь отверстий, выполненных в нем, для присоединения теплообменных труб.
Кроме того, парогенератор в качестве внутрикорпусных устройств может содержать, по меньшей мере, следующие устройства: устройство подвода и раздачи питательной воды, расположенное над пучком теплообменных труб; устройство подвода и раздачи питательной воды в аварийных режимах, расположенное в паровом пространстве; устройство подачи химических реагентов при промывке парогенератора, погруженный дырчатый лист и потолочный дырчатый лист.
Вторым объектом заявленного изобретения является реакторная установка с водо-водяным энергетическим реактором и горизонтальным парогенератором, включающая ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубными коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, главный циркуляционный насос, а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура, причем внутренний диаметр корпуса Икорп, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Цк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны соответственно из соотношений:
0,148-D + 0,637-^0,054-D2 + 3,142· <DKOpn < 1,827·Η,
0,4 < -А- < 0,6 ,
Ркопп
гд: D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч;
Ытр - количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.;
Sb и Sr - шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и горизонтальном рядах теплообменного пучка, мм;
k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах (k=1 для коридорной компоновки, k=2 для шахматной компоновки);
H - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм;
Dj^ - наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град.;
B1 - ширина центрального коридора пучка теплообменных труб, мм;
В2 - ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
S^ - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°<α<150° и 300<Δ<1000 мм.
Для улучшения сейсмической устойчивости парогенератор и главный циркуляционный насос реакторной установки могут быть прикреплены к стенкам реакторного здания с помощью гидроамортизаторов.
- 4 032753
Для повышения кавитационного запаса за счет снижения температуры в рабочей камере главный циркуляционный насос реакторной установки может быть размещен после парогенератора по ходу движения теплоносителя первого контура по циркуляционной петле.
Для повышения эксплуатационной надежности реакторной установки на каждой петле может быть установлено по два главных циркуляционных насоса. То есть, главный циркуляционный насос может быть размещен в циркуляционной петле, как на горячей, так и на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода. При этом повышение надежности достигается за счет возможности резервирования одного из насосов.
В другом варианте компоновки реакторной установки два главных циркуляционных насоса пониженной мощности могут быть установленных параллельно на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода. Это позволит уменьшить габариты насосов, повысить запас надежности и техникоэкономические показатели работы реакторной установки.
Кроме того, в составе реакторной установки может быть предусмотрено размещение задвижек на нитках главного циркуляционного трубопровода. Это позволяет повысить эксплуатационную надежность реакторной установки за счет возможности отсечения парогенератора от реактора и проведения ремонтных работ без вывода из эксплуатации реакторной установки.
Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.
На фиг. 1 представлен горизонтальный разрез гермооболочки с размещенной в ней реакторной установкой.
На фиг. 2 представлен горизонтальный разрез корпуса парогенератора.
На фиг. 3 показан фрагмент горизонтального разреза корпуса парогенератора в области соединения теплообменных труб с коллектором теплоносителя первого контура.
На фиг. 4 показано поперечное сечение парогенератора, выполненное по оси входного коллектора теплоносителя первого контура.
На фиг. 5 показана шахматная компоновка теплообменных труб.
На фиг. 6 показана коридорная компоновка теплообменных труб.
На фиг. 7 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура реакторной установки (РУ) с расположением главного циркуляционного насоса (ГЦН) на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ).
На фиг. 8 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ с расположением ГЦН на холодной и горячей нитках ГЦТ.
На фиг. 9 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ с расположением двух ГЦН на холодной нитке ГЦТ.
На фиг. 10 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ с размещением задвижек на холодной и горячей нитках ГЦТ.
Оборудование реакторной установки, включая парогенераторы, а также ее системы безопасности размещаются в реакторном отделении АЭС. Реакторное отделение состоит из герметичной и негерметичной частей. В герметичной части, называемой обычно гермооболочкой или контайнментом, располагается оборудование первого контура и реактор.
На фиг. 1 представлен горизонтальный разрез гермооболочки 1 с размещенной в ней реакторной установкой. Г ермооболочка выполнена в виде цилиндра из предварительно напряжённого железобетона, толщина которой, например, для проекта ВВЭР-1000 составляет 1,2 м при внутреннем диаметре 45 м и высоте 52 м.
В центральной части гермооболочки 1 размещен реактор 2, соединенный при помощи главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ) 3 с парогенераторами 4. Для перекачки ГЦТ теплоносителя первого контура (воды под давлением) из парогенераторов 4 в реактор 2 и обратно служат главные циркуляционные насосы (ГЦН) 5. Для поддержания стабильности давления и компенсации изменений объёма теплоносителя при его разогреве или расхолаживании в составе реакторной установки дополнительно используются компенсаторы давления 6. Как показано на фиг. 1, парогенераторы 4 занимают в контайнменте площадь больше, чем любое другое оборудование реакторной установки. Однако потребности развития общества требуют увеличения выработки электроэнергии, а от АЭС - повышения мощности реакторных установок, следовательно, увеличения теплообменной поверхности и габаритов парогенераторов, которые в настоящее время уже с трудом вписываются в боксы реакторных зданий. Причем дальнейшее увеличение площади и размеров контайнментов экономически невыгодно по причине значительного роста объемов и стоимости капитального строительства при сооружении АЭС.
Изобретение позволяет повысить интенсивность теплопередачи, надежность и долговечность парогенератора за счет повышения количества теплообменных труб, размещенных в его корпусе, что позволяет улучшить эксплуатационные показатели реакторной установки без существенного увеличения габаритов с возможностью размещения парогенераторов в боксах контайнмента заданных размеров.
Заявленный горизонтальный парогенератор 4 для реакторной установки с ВВЭР содержит цилиндрический корпус 7, снабженный, по меньшей мере, патрубком 8 подвода питательной воды и патрубком 9 отвода пара, а также двумя эллиптическими днищами 10, внутрикорпусными устройствами, входным
- 5 032753 и выходным 12 коллекторами теплоносителя первого контура, соединенными с пучком 13 теплообменных труб, образующим теплообменную поверхность парогенератора, причем пучок теплообменных труб разделен на пакеты 14 и 15 межтрубными коридорами 16. Для решения поставленной задачи расстояние S (фиг. 2) между осями коллекторов 11 и 12 теплоносителя первого контура в поперечном направлении корпуса 7 парогенератора выбрано из соотношения с
0,4 < — < 0,6 ^корп где Dlm|1ll - внутренний диаметр корпуса парогенератора, а длина парогенератора Ьк, измеренная по внутренним поверхностям эллиптических днищ, выбрана из соотношения
где Djm - наружный диаметр коллектора теплоносителя в сверленой части, мм; α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град.;
В| - ширина центрального межтрубного коридора пучка теплообменных труб, мм;
В2 - ширина межтрубного коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
SkOT - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм; указанный шаг измеряется как расстояние от центра одной теплообменной трубы до центра соседней теплообменной трубы в горизонтальном ряду по наружной поверхности коллектора теплоносителя;
Sг - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм; указанный шаг измеряется как расстояние от центра одной теплообменной трубы до центра соседней теплообменной трубы в горизонтальном ряду, как показано на фиг. 5 и 6;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2; площадь теплообменной поверхности парогенератора измеряется как сумма площади поверхности труб теплообменного пучка;
N-rp - количество теплообменных труб в парогенераторе, шт.;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы 17 теплообменного пучка до внутренней поверхности днища 10 парогенератора по продольной оси парогенератора, мм, при этом центральный угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°<α<150° и 300<Δ<1000 мм.
В соответствии с изобретением теплообменный пучок 13 парогенератора заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами b между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке, как показано на фиг. 5 и 6. Горизонтально расположенные теплообменные трубы заведены в отверстия вертикально установленных коллекторов 11 и 12 теплоносителя первого контура. Изгиб теплообменных труб при соединении с коллектором теплоносителя, как показано на фиг. 3, выполнен радиусом R, не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм.
Парогенератор в качестве внутрикорпусных устройств может содержать, по меньшей мере, следующие устройства: устройство 18 подвода и раздачи питательной воды, расположенное над пучком 13 теплообменных труб; устройство 19 подвода и раздачи питательной воды в аварийных режимах, расположенное в паровом пространстве; устройство 20 подачи химических реагентов при промывке парогенератора, погруженный дырчатый лист 21 и потолочный дырчатый лист 22.
При работе парогенератора 4 теплоноситель первого контура из реактора 2 подается во входной коллектор 11 парогенератора, раздается по трубам теплообменного пучка 13 и движется по ним к собирающему выходному коллектору 12, передавая свою теплоту котловой воде, т.е. теплоносителю второго контура (рабочему телу), через стенку теплообменной поверхности. Питательная вода через патрубок 8 и соединенное с ним устройство 18 подвода и раздачи питательной воды подается в объем парогенератора и пополняет уровень котловой воды в парогенераторе, прогревается за счет смешения с имеющейся там пароводяной смесью. Прогретая до насыщения вода вовлекается в контур циркуляции парогенератора (второй контур). На теплообменной поверхности парогенератора теплоноситель второго контура вскипает и поднимается наверх в подъемных участках контура циркуляции. Для отделения влаги от пара в парогенераторе используется одноступенчатая гравитационно-осадительная сепарация. Отвод пара из парогенератора осуществляется через паровые патрубки 9 в верхней части корпуса 7.
Компенсация массы пара, покидающей теплообменный пучок 13, осуществляется за счет опускного движения воды в межтрубных коридорах 16, 23 по всей высоте пакета труб и в зазоре между корпусом парогенератора и трубным пучком.
Эмпирическое соотношение, которое предложено для определения длины парогенератора Ьк, учитывает технологические требования к изгибу труб теплообменной поверхности возле днищ парогенератора. U-образную форму трубам теплообменного пучка придают в три изгиба. При этом угол, соответствующий центральному изгибу, составляет от 90 до 150°, а расстояние от внешней трубы теплообменного
- 6 032753 пучка до внутренней поверхности днища составляет от 300 до 1000 мм, что важно по технологическим и технико-экономическим соображениям. Предпочтительной является величина центрального угла изгиба теплообменных труб, составляющая 120°.
Выражение 0,4<8/Экорп<0,6 характеризует конструкцию парогенератора, в котором пакеты теплообменных труб имеют примерно одинаковую ширину. При равной ширине пакетов теплообменных труб, когда S/D,,,,!,, =0.5. в парогенератор помещается наибольшее количество теплообменных труб при прочих равных условиях, что снижает металлоемкость корпуса парогенератора.
Собрать парогенератор, расстояние между коллекторами которого в поперечном направлении не попадает в указанный диапазон, возможно, но количество труб в таком парогенераторе будет меньше необходимого для обеспечения показателей эффективности его работы, вследствие того, что внутреннее пространство корпуса использовано не эффективно. А именно, при расстоянии S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении 8<0,4Окорп, значительное пространство в центральной части парогенератора, прилегающее к продольной плоскости сечения в зоне расположения теплообменного пучка, останется незаполненным теплообменными трубами по следующей причине. Для заведения теплообменных труб в отверстия коллектора теплоносителя они должны иметь заданный радиус изгиба R, (фиг. 3), а на конце - прямолинейный участок, превышающий по длине глубину отверстия в стенке коллектора, в которое их заделывают. При этом радиусы изгиба теплообменных труб для введения их в отверстия коллектора выполняют размером не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм.
При расстоянии S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении S>0,6·Dкoрп значительное пространство в периферийной части парогенератора, прилегающее к боковым стенкам корпуса в зоне расположения теплообменного пучка, останется незаполненным теплообменными трубами по указанной выше причине, поскольку для заведения теплообменных труб в отверстия коллектора теплоносителя они должны иметь заданный радиус изгиба, а на конце - прямолинейный участок, превышающий по длине глубину отверстия, в которое их заделывают
Изготовление парогенератора при выборе внутреннего диаметра его корпуса D^, расстояния S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении и длины парогенератора Ьк (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) позволяет разместить в корпусе парогенератора выбранного размера наибольшее количество теплообменных труб, обеспечив их надежное крепление, а также получение требуемой влажности пара в корпусе минимального диаметра, и удовлетворить требованиям технологичности изготовления U-образных теплообменных труб. При этом размеры парогенератора Djepj и Ьк выбраны с учетом его размещения в составе реакторной установки в боксах контайнмента.
Реакторная установка, содержащая заявленный парогенератор, показана на фиг. 1. Она содержит ядерный реактор 2 с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор 4 с горизонтальным пучком 13 теплообменных труб, разделенных на пакеты 14 и 15 межтрубными коридорами 16 и соединенных с коллекторами 11 и 12 теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса 7 с эллиптическими днищами 10, главный циркуляционный насос 5, а также главный циркуляционный трубопровод 3 теплоносителя первого контура. При этом внутренний диаметр корпуса 7 D^n, расстояние S между осями коллекторов 11 и 12 теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Ьк по внутренним поверхностям эллиптических днищ 10 выбраны соответственно из соотношений:
0,148-D + 0,637·JO,054 D2 + 3,142·-Ντρ^Γ—<DKOpn < 1,827·Η,
где D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч;
Ытр - количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.;
SE и Sr - шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и в горизонтальном рядах теплообменного пучка, мм, как показано на фиг. 5 и 6;
k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах (k=1 для коридорной компоновки, k=2 для шахматной компоновки);
H - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм, как показано на фиг. 4;
Djco,! - наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град.;
В, - ширина центрального коридора пучка теплообменных труб, мм;
В2 - ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
- 7 032753
S.... - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Н|по - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°<α<150° и 300<Δ<1000 мм.
Для улучшения сейсмической устойчивости парогенератор и главный циркуляционный насос реакторной установки могут быть прикреплены к стенкам реакторного здания с помощью гидроамортизаторов 24.
На фиг. 7-9 показаны варианты компоновки предложенной реакторной установки на примере одной из четырех циркуляционных петель, в которой холодная нитка ГЦТ обозначена позицией 25, а горячая нитка - 26.
Для повышения кавитационного запаса за счет снижения температуры теплоносителя в рабочей камере, как показано на фиг. 7, главный циркуляционный насос 5 реакторной установки 2 может быть размещен после парогенератора 4 по ходу движения теплоносителя первого контура по циркуляционной петле на холодной нитке 25 ГЦТ 3.
В другом варианте, показанном на фиг. 8, для повышения эксплуатационной надежности реакторной установки на каждой циркуляционной петле может быть установлено по два главных циркуляционных насоса 5. То есть, главный циркуляционный насос 5 может быть размещен в циркуляционной петле как на горячей нитке 26, так и на холодной нитке 25 главного циркуляционного трубопровода. При этом повышение надежности достигается за счет возможности резервирования одного из насосов.
В следующем варианте компоновки реакторной установки два главных циркуляционных насоса 5 пониженной мощности могут быть установлены параллельно на холодной нитке 25 главного циркуляционного трубопровода, как показано на фиг. 9. Это позволит уменьшить габариты насосов, повысить запас надежности и технико-экономические показатели работы реакторной установки.
Кроме того, в составе реакторной установки может быть предусмотрено размещение задвижек 27 на нитках 25 и 26 главного циркуляционного трубопровода, как показано на фиг. 10. Это позволяет повысить эксплуатационную надежность реакторной установки за счет возможности отсечения парогенератора от реактора и проведения ремонтных работ без вывода из эксплуатации реакторной установки.
Реакторная установка работает следующим образом.
Технологическая схема реакторной установки двухконтурная. Первый контур является радиоактивным и размещен в контайнменте 1, в него входит водо-водяной энергетический реактор 2 типа ВВЭР и четыре циркуляционные петли ГЦТ 3, по которым через активную зону реактора 2 с помощью главных циркуляционных насосов 5 прокачивается теплоноситель первого контура - вода под давлением (160 кгс/см2). Температура воды на входе в реактор примерно 289°C, на выходе - 322°С. Нагретая в реакторе 2 вода направляется по четырём трубопроводам ГЦТ 3 в парогенераторы 4. Давление и уровень теплоносителя первого контура поддерживаются при помощи парового компенсатора давления 6.
Второй контур - нерадиоактивный, состоит из испарительной и водопитательной установок, блочной обессоливающей установки и турбоагрегата (на схеме не показаны). Теплоноситель первого контура охлаждается в парогенераторах 4, отдавая при этом тепло воде второго контура. Насыщенный пар, производимый в парогенераторах 4, через патрубки 9 отвода пара и паровый коллектор направляется к турбоустановке, приводящей во вращение электрогенератор.
Пример
Осуществляется строительство реакторной установки АЭС с ВВЭР. По условиям надежного расхолаживания реактора парогенератор должен иметь следующие параметры:
площадь теплообменной поверхности парогенератора Нпто=6000 м2.
Для реакторной установки изготовлен парогенератор, имеющий следующие параметры: паропроизводительность одного парогенератора реакторной установки D=1500 т/ч; наружный диаметр коллектора первого контура в сверленой части Dкол=1200 мм;
ширина центрального коридора пучка теплообменных труб Bj=200 мм;
ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя B2=200 мм;
наружный диаметр теплообменных труб d=16 мм;
шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка S,=24 мм; шаг между теплообменными трубами в вертикальном ряду теплообменного пучка Sf =22 мм; количество теплообменных труб в парогенераторе Ытр=10000 шт.;
признак компоновки теплообменного пучка k= 1 для коридорной компоновки;
высота наполнения корпуса парогенератора трубами Н=2300 мм.
В соответствии с заявленным изобретением внутренний диаметр корпуса парогенератора D,^ выбирается из диапазона в соответствии со следующим соотношением:
- 8 032753
0,148-D + 0,637· Jo,O54-D2 + 3,142· < DKOpn < 1,827-H, тогда 2825 мм<Окорп<4202 мм.
Расстояние S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении выбирается из диапазона соответствии со следующим соотношением:
0,4 < < 0,6 , ^корп тогда 1130 мм <S<2521 мм.
Длина парогенератора Lk (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) выбирается из диапазона соответствии со следующими соотношениями:
при 90°<α<150° и 300 мм<Л<1000 мм, тогда 13790 мм <Lk<16807 мм.
Если внутренний диаметр корпуса парогенератора 1)кор|| будет меньше 2825 мм, то в таком парогенераторе будет невозможно обеспечить надежное крепление теплообменных труб дистанционирующими элементами, так как для них не останется места, следовательно, не будет выполнено требование надежности конструкции парогенератора. Корпус парогенератора с внутренним диаметром более 4202 мм не выгодно размещать в реакторной установке, так как он увеличивает ее металлоемкость, а влажность генерируемого пара и КПД установки не улучшаются, но увеличиваются размеры контайнмента. В парогенераторе размещается та же величина теплообменной поверхности, поэтому теплоноситель в ГЦТ реакторной установки пребывает в том же диапазоне температур. Коэффициент запаса до кризиса теплопередачи в активной зоне реактора, как следствие, не растет.
Длина парогенератора Lk (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) величиной менее 13790 мм не позволяет обеспечить технологичность гибки и крепежа теплообменных труб в U-образный пучок, так как угол изгиба трубы превышает 150°, а расстояние между наружными трубами пучка и днищем корпуса составляет менее 300 мм, что не позволяет разместить опору пучка.
Длина парогенератора Lk (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) величиной более 16807 мм нецелесообразна, так как при увеличении длины корпуса парогенератора показатели качества пара, например осушки, не улучшаются и площадь теплообменной поверхности остается постоянной, равной 6000 м2, в связи с тем, что увеличение длины парогенератора происходит не за счет увеличения количества теплообменных труб и роста теплопередающей поверхности, а за счет изгиба труб под более острым углом и избыточных зазоров между пучком теплообменных труб и днищами парогенератора. Таким образом, происходит увеличение металлоемкости парогенератора реакторной установки без увеличения коэффициента запаса до кризиса теплопередачи в активной зоне реактора, без улучшения параметров пара по влажности и давлению в парогенераторе, а также происходит увеличение размеров контайнмента без положительного технического эффекта в работе реакторной установки.
Если расстояние S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении выбрано менее 1130 мм, то центральная часть теплообменного пучка парогенератора не будет заполнена трубами. Для закрепления теплообменной трубы в отверстии боковой стенки коллектора теплоносителя первого контура ее конец должен иметь прямолинейную форму на отрезке длиной более глубины указанного отверстия. Если указанное условие не выполняется, то теплообменная труба не может быть размещена и закреплена в отверстии боковой стенки коллектора теплоносителя. Таким образом, если центральная часть теплообменного пучка парогенератора не будет заполнена трубами, это не позволит обеспечить заданное количество теплообменных труб в объеме парогенератора и обеспечить теплообменную поверхность парогенератора в заданных габаритах, что снижает эксплуатационные показатели реакторной установки.
Если расстояние S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении выбрано более 2521 мм, то будет невозможно разместить пучок теплообменных труб возле боковой стенки корпуса парогенератора, что также не позволит обеспечить теплообменную поверхность заданной площади и эксплуатационные показатели реакторной установки.

Claims (11)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Г оризонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий цилиндрический корпус, снабженный, по меньшей мере, патрубком подвода питательной воды и патрубком отвода пара, а также двумя эллиптическими днищами, внутрикорпусными устройствами, входным и выходным коллекторами теплоносителя первого контура, соединенными с пучком теплообменных труб, образующим теплообменную поверхность парогенератора, причем пучок теплообменных труб разделен на пакеты межтрубными коридорами, отличающийся тем, что расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении парогенератора выбрано из соотношения
    0,4 < — < 0,6
    Giopn где В^рп - внутренний диаметр корпуса парогенератора;
    а длина парогенератора Ьк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбрана из соотношения где Икол - наружный диаметр коллектора теплоносителя в сверленой части, мм;
    α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град.;
    B1 - ширина центрального межтрубного коридора пучка теплообменных труб, мм;
    В2 - ширина межтрубного коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
    S^n - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
    Sr - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
    Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
    Nrp - количество теплообменных труб в парогенераторе, шт.;
    d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
    Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, мм, при этом центральный угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°<α<150° и 300<Δ<1000 мм.
  2. 2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что теплообменный пучок заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке.
  3. 3. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что ширина вертикальных межтрубных коридоров составляет 100-250 мм.
  4. 4. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что изгиб теплообменных труб при соединении их с коллектором теплоносителя выполнен радиусом не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм.
  5. 5. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что площадь зоны сверления коллектора теплоносителя не менее чем на 20% превышает площадь отверстий для соединения с ним теплообменных труб.
  6. 6. Реакторная установка с водо-водяным энергетическим реактором и горизонтальным парогенератором, включающая ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубны ми коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами; главный циркуляционный насос; а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура, отличающаяся тем, что внутренний диаметр корпуса Икорп, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Ьк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны соответственно из соотношений:
    0,148-D + 0,637· J0,054-D2 + 3,142· -tp^ Sb <DKopn < 1,827·Η,
    0,4 < < 0,6 , ^корп
    Нпто10б
    TT'd'/V-pp где D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч;
    N^ - количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.;
    SE и Sr- - шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и в горизонтальном рядах теплообменного пучка, мм;
    - 10 032753 k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах (k=1 для коридорной компоновки, k=2 для шахматной компоновки);
    H - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм;
    1)кол - наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм;
    α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град.;
    B1 - ширина центрального коридора пучка теплообменных труб, мм;
    B2 - ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
    8кол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
    11пто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
    d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
    Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, мм, при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов: 90°<α<150° и 300 \ι\ι<Δ<1000 мм.
  7. 7. Реакторная установка по п.6, отличающаяся тем, что парогенератор и главный циркуляционный насос соединены со стенками реакторного здания с помощью гидроамортизаторов.
  8. 8. Реакторная установка по п.6, отличающаяся тем, что главный циркуляционный насос размещен после парогенератора по ходу движения теплоносителя первого контура по циркуляционной петле.
  9. 9. Реакторная установка по п.6, отличающаяся тем, что в циркуляционной петле как на горячей, так и на холодной нитках главного циркуляционного трубопровода размещен главный циркуляционный насос.
  10. 10. Реакторная установка по п.6, отличающаяся тем, что на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода размещены два главных циркуляционных насоса, установленных параллельно.
  11. 11. Реакторная установка по п.6, отличающаяся тем, что на нитках главного циркуляционного трубопровода установлены задвижки.
EA201650102A 2014-12-12 2015-12-09 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором EA032753B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150427/06A RU2583324C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
PCT/RU2015/000785 WO2016093736A2 (ru) 2014-12-12 2015-12-09 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201650102A1 EA201650102A1 (ru) 2017-09-29
EA032753B1 true EA032753B1 (ru) 2019-07-31

Family

ID=55959896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201650102A EA032753B1 (ru) 2014-12-12 2015-12-09 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20170321879A1 (ru)
EP (1) EP3236150A4 (ru)
JP (1) JP2018506724A (ru)
KR (1) KR20170103810A (ru)
CN (1) CN107250664B (ru)
AR (1) AR102985A1 (ru)
BR (1) BR112017012525A2 (ru)
CA (1) CA2970600A1 (ru)
EA (1) EA032753B1 (ru)
JO (1) JOP20150305B1 (ru)
RU (1) RU2583324C1 (ru)
UA (1) UA121984C2 (ru)
WO (1) WO2016093736A2 (ru)
ZA (1) ZA201704656B (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583321C1 (ru) * 2014-12-12 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб и способ его сборки
RU2583324C1 (ru) * 2014-12-12 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
CN106340328B (zh) * 2016-09-09 2022-05-20 中国核工业二三建设有限公司 核电站压力容器筒体和蒸汽发生器的找正、调平方法
CN107688718B (zh) * 2017-09-15 2022-11-18 中国核电工程有限公司 一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法
CN109990256B (zh) * 2019-04-09 2020-12-04 中国核动力研究设计院 一种针对模块式小堆的主蒸汽管线布置结构及布置方法
CN112829346A (zh) * 2020-12-31 2021-05-25 江苏核电有限公司 一种核电站稳压器电加热器加热管绝缘修复装置及方法
CN112923347A (zh) * 2021-01-20 2021-06-08 西安石油大学 一种新型环型阵列流量分配装置设计

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106026C1 (ru) * 1995-10-17 1998-02-27 Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных станций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных станций Система защиты защитной оболочки реакторной установки водо-водяного типа
RU2226722C1 (ru) * 2002-08-02 2004-04-10 Фгуп Окб "Гидропресс" Ядерная паропроизводительная установка
RU2231144C2 (ru) * 2002-05-20 2004-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии Устройство аварийного охлаждения ядерного реактора
RU143541U1 (ru) * 2014-01-28 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО "ВНИИАЭС") Петля циркуляции теплоносителя первого контура реакторной установки типа ввэр-1000

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1147064A (en) * 1965-06-15 1969-04-02 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to heat exchangers
FR2500676A1 (fr) * 1981-02-24 1982-08-27 Commissariat Energie Atomique Dispositif de refroidissement de secours d'un reacteur nucleaire refroidi a l'eau
SU1168771A1 (ru) * 1984-01-06 1985-07-23 Южный Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского Парогенератор
JPS60195487A (ja) * 1984-03-19 1985-10-03 三菱重工業株式会社 一体構造式加圧水型原子炉
SU1714290A1 (ru) * 1989-05-26 1992-02-23 Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского Способ работы горизонтального парогенератора
JP2999053B2 (ja) * 1992-02-27 2000-01-17 三菱重工業株式会社 加圧水型原子炉プラント
CZ288U1 (cs) * 1992-04-03 1993-04-28 Vítkovice, A.S. Napájecí soustava tepelného výměníku, zejména parogenerátoru
JPH11294706A (ja) * 1998-04-08 1999-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd シェル・チューブ熱交換器型横置蒸気発生器
RU157395U1 (ru) * 2004-08-24 2015-11-27 ОАО "Инжиниринговая компания "ЗиОМАР" Парогенератор
RU96214U1 (ru) * 2010-04-05 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU100590U1 (ru) * 2010-08-02 2010-12-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" Парогенератор
US9534779B2 (en) * 2011-04-04 2017-01-03 Westinghouse Electric Company Llc Steam generator tube lane flow buffer
RU2583324C1 (ru) * 2014-12-12 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
WO2016135299A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Technip France Waste heat boiler system, mixing chamber, and method for cooling a process gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106026C1 (ru) * 1995-10-17 1998-02-27 Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных станций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных станций Система защиты защитной оболочки реакторной установки водо-водяного типа
RU2231144C2 (ru) * 2002-05-20 2004-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии Устройство аварийного охлаждения ядерного реактора
RU2226722C1 (ru) * 2002-08-02 2004-04-10 Фгуп Окб "Гидропресс" Ядерная паропроизводительная установка
RU143541U1 (ru) * 2014-01-28 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО "ВНИИАЭС") Петля циркуляции теплоносителя первого контура реакторной установки типа ввэр-1000

Also Published As

Publication number Publication date
US20170321879A1 (en) 2017-11-09
RU2583324C1 (ru) 2016-05-10
WO2016093736A9 (ru) 2016-08-25
JOP20150305B1 (ar) 2023-09-17
UA121984C2 (ru) 2020-08-25
EA201650102A1 (ru) 2017-09-29
CA2970600A1 (en) 2016-06-16
CN107250664B (zh) 2019-10-11
EP3236150A4 (en) 2018-10-31
BR112017012525A2 (pt) 2018-02-27
ZA201704656B (en) 2019-11-27
KR20170103810A (ko) 2017-09-13
WO2016093736A3 (ru) 2016-08-04
WO2016093736A2 (ru) 2016-06-16
AR102985A1 (es) 2017-04-05
EP3236150A2 (en) 2017-10-25
JP2018506724A (ja) 2018-03-08
CN107250664A (zh) 2017-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2583324C1 (ru) Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
US10510452B2 (en) Steam generator for nuclear steam supply system
US10591224B2 (en) Concrete thermal energy storage containing concrete thermal energy storage elements arranged in cassettes that are self-supporting with respect to transport and installation, method of building and methods of operating said storage
US5011652A (en) Nuclear power facilities
RU2515579C2 (ru) Парогенератор
US10720250B2 (en) Containment internal passive heat removal system
US9786395B2 (en) Air-cooled heat exchanger and system and method of using the same to remove waste thermal energy from radioactive materials
CA2970612C (en) Steam generator with a horizontal heat-exchange tube bundle and its assembly method
CN211929059U (zh) 一种压水堆非能动换热器
CN206861492U (zh) 一种带有水平支承连接板的压水堆用蒸汽发生器
US11901088B2 (en) Method of heating primary coolant outside of primary coolant loop during a reactor startup operation
EA037574B1 (ru) Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор
RU2570992C1 (ru) Горизонтальный парогенератор атомной электростанции и способ его сборки
CN111306525A (zh) 一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器
CN109817355B (zh) 一种圆柱体钠-钠-气一体热交换器
JP2018537641A (ja) 蒸気発生器
RU155185U1 (ru) Пароводяной теплообменник
US20240093950A1 (en) Green energy thermal storage system
RU170354U1 (ru) Модуль парогенератора с жидкометаллическим теплоносителем
KR20130077602A (ko) 증기발생기
CA3144209A1 (en) Reverse steam generator for a lead-cooled fast reactor
Steam Plant Group Nuclear Energy Group et al. The Design and Construction of Heat Exchangers for Gas-Cooled Nuclear Power Plant
JP2013186085A (ja) 原子力発電所及びその工法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AM BY KZ