JP2018537641A

JP2018537641A - 蒸気発生器

Info

Publication number: JP2018537641A
Application number: JP2017567627A
Authority: JP
Inventors: ドミトリーアレクサンドロヴィッチラーホフ; アンドレイアレクセイヴィッチグリセンコ
Original assignee: ジョイントストックカンパニー“サイエンスアンドイノヴェーションズ”
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2018-12-20
Also published as: US10627103B2; BR112017028635B8; CA2990585C; WO2017007371A2; CN108027134A; MY192102A; KR20180051444A; CA2990585A1; EP3321577A4; BR112017028635A2; RU2616431C2; EP3321577A2; EA036242B1; RU2015126931A; EA201800093A1; ZA201708700B; UA124493C2; WO2017007371A3; US20180195712A1; BR112017028635B1

Abstract

【課題】原子力発電プラントの蒸気発生器において、熱・水圧のばらつきを抑え、伝熱管の占める容積比を向上させ、熱交換面にエコノマイザー部分を組み込み、１次系の溶接領域内の腐食性不純物が横置きのシェルに集まることを抑える。【解決手段】蒸気発生器は、横置きのシェル、１次系の入口管と出口管、伝熱管群、および給水器を含む。伝熱管群は縦方向に平行な複数枚の平面それぞれの中に配置されている。１次系の入口管と出口管とは横置きにされている。この蒸気発生器は１次系の出口管を少なくとも２本装備していてもよく、給水器が伝熱管群の下方に置かれていてもよい。【選択図】図４

Description

本発明は原子力発電技術に関し、特に原子力発電プラントの蒸気発生器に関する。

周知の蒸気発生器は、横置きの胴体、１次系の入口管、１次系の出口管、伝熱管群、給水器、波板状のスクラバーすなわち蒸気受け板として形成された湿分分離器、伝熱管支持具、および穴の開いた水中板を含む（非特許文献１参照）。この蒸気発生器が、この明細書で提案される解決策の原型として選ばれている。

Ｂ．Ｉ．ルカセヴィッチ、Ｎ．Ｂ．トゥルノフ、Ｙｕ．Ｇ．ドラグノフ、Ｓ．Ｅ．ダヴィデンコ、「原子力発電プラント用ロシア型加圧水型原子炉（ＶＶＥＲ）の蒸気発生器」、モスクワ：出版書籍販売センターアカデムクニガ、２００４年、７０〜８６ページ

非特許文献１の蒸気発生器には設計上の欠点がある。第１の欠点は、蒸気発生器内の調整された水面を通過する熱流のばらつきが大きいという特徴であり、鏡面蒸発と呼ばれている。この欠点により、蒸気発生器内では鏡面蒸発の領域にわたって蒸気の発生量に深刻な差異が生じるので、高エネルギー出力用の設計にもかかわらず、上記の構造の蒸気発生器を製造することができない。

この蒸気発生器の第２の欠点も蒸気発生器内における蒸気の発生量のばらつきに関連しており、伝熱管群が詰め込まれるべき蒸気発生器内の領域には伝熱管群が最適な状態で詰め込まれているわけではない結果、蒸気発生器の重量に対する寸法の割合も最適値ではないことにある。

この蒸気発生器の第３の欠点も蒸気発生器内における蒸気の発生量のばらつきに関連しており、給水器を通って蒸気発生器に入った水が蒸気発生領域にまで供給されることにある。水蒸気の凝結を代償にして、供給された水を飽和温度にまで強く加熱するのには十分な量の蒸気成分を、蒸気発生領域は含んでいる。その結果、蒸気発生器に、温度の最高点が更に高い熱交換面の部分を組み込むことによって金属量を減らすことができない。すなわち、発生させた蒸気の圧力を上昇させることができない。

本発明の目的は、原型とは異なり、熱出力の大きい原子炉からの放熱、信頼性の向上、重量に対する寸法の割合の低減、および技術的・経済的な評価値の向上が可能な蒸気発生器を提供することにある。

横置きのシェル、１次系の入口管と出口管、伝熱管群、および給水器を含む蒸気発生器において課題を解決する目的で、本発明は次のことを提案する。蒸気発生器の伝熱管群を、縦方向に平行な複数枚の平面それぞれの中に配置し、１次系の入口管と出口管とを横置きにする。また、蒸気発生器には１次系の出口管が２本以上装備されていてもよいことも提案する。その他に、給水器が伝熱管群の下方に置かれていてもよい。

本発明には、蒸気発生器における熱・水圧のばらつきを抑え、伝熱管の占める容積比を向上させ、熱交換面にエコノマイザー部分を組み込み、１次系の溶接領域内の腐食性不純物が横置きのシェルに集まることを抑えるという技術的な効果がある。

蒸気発生器の縦断面を表す。蒸気発生器の横断面を表す。１次系の出口管を２本含む蒸気発生器の縦断面を表す。伝熱管群の下方に位置する給水器の配置を表す。

提案の蒸気発生器は、シェルが単一の横置熱交換器であり、水面下に沈められた熱交換面を持ち、添付の図面に示された次の構成要素を含む：横置きのシェル１、１次系の入口管２、１次系の（１本以上の）出口管３、上記の熱交換面を形成する伝熱管群４（更に上側束５と下側束６とに分けられている。）、給水器７（伝熱管群４の上方にも下方にも配置は可能である。）、伝熱管支持具８、および１本以上の蒸気管９。

この蒸気発生器の設計は、次に述べる動作の主要原理に基づいている。原子炉内で加熱された熱媒体（水）が１次系の入口管２へ供給される。１次系のこの入口管２からは熱媒体が伝熱管群４へ入ってその中を移動する。この間に熱媒体は、伝熱管群４の壁を通して蒸気発生器内の水へ熱を与える。熱媒体は１次系の出口管３に集められ、循環ポンプ（図面には示されていない。）を使って１次系の出口管３から原子炉へ戻される。この蒸気発生器の横置きシェル１には、水がある水位まで満たされている。この水位は動作中、一定に保たれる。この蒸気発生器は給水器７を通して給水される。給水器７が伝熱管群４の上方に位置する場合、供給された水は給水器７から流れ出て蒸気発生器内の水と混ざり、飽和温度まで加熱されることにより、熱交換面によって発生した過剰な量の蒸気を凝縮させる。図４で示されているように、給水器７が伝熱管群４の下方に位置する場合、供給水は伝熱管群４の隙間に流れ込み、熱媒体の放出する熱によって飽和温度まで加熱される。熱媒体から伝わった熱は、蒸気発生器内の水を気化させて水蒸気を配管の隙間に拡散させるのに利用される。拡散した蒸気は上昇して汽水分離器、例えば蒸気受け板９へ流れ込み、少なくとも１本の蒸気管１０を通して蒸気発生器から放出される。この蒸気発生器によって生成された蒸気は蒸気発電サイクルで利用される。

１次系の入口管２と出口管３とが横置きで利用され、伝熱管群４が縦方向の平面内に置かれて利用されることにより、伝熱管群４のうち上側束５と下側束６とのそれぞれにおける伝熱管の本数が、原型よりも削減可能である。さらに、上側束５と下側束６との一方が成す熱交換面でのみ、蒸気が激しく発生する。何故なら、伝熱管群４の半分では高温の熱媒体が蒸気発生器の横断面を流れ、別の半分では、蒸気発生器内の水へ熱を伝えたことですでに冷めた熱媒体が流れるからである。このパターンはこの蒸気発生器のいずれの横断面においても見られる。横断面が異なれば、伝熱管群４の上側束５と下側束６とで発生する蒸気量間の比が異なる。この蒸気発生器では各横断面で発生する蒸気の総量は、横断面がどこに位置するかにかかわらず、実質上一定のままである。これにより、次の技術的効果が得られる：蒸気発生器内での熱・水圧のばらつきが減る。その結果、蒸気発生器の規模が拡大されてその熱交換面が増える場合でも、この蒸気発生器では蒸気の発生が特に激しい領域は形成されないので、高エネルギー出力用蒸気発生器としての設計が可能である。この蒸気発生器の設計ではまた、原型よりも更に密な伝熱管群４の組み立てが可能である。何故なら、この蒸気発生器の鏡面蒸発の領域では蒸気の発生量が均一であり、かつ上側束５の高さでは高温の伝熱管４が減少しているので、蒸気発生器内の配管の隙間では蒸気成分が局所的に減少するからである。蒸気発生器内での伝熱管群４の配置が密であるほど、伝熱管群４の占める容量比が上昇可能であり、蒸気発生器の重量に対する寸法の割合が低減可能である。

この蒸気発生器では１次系の出口管３が少なくとも２本使用されることにより、熱媒体を原子炉へ供給する配管と、熱媒体を蒸気発生器から原子炉へ送るポンプとの数を増やすことが可能である。これにより、この蒸気発生器における重量に対する寸法の割合は少ししか下がらないが、その組み立て工程は簡単化され、熱媒体を蒸気発生器から原子炉へ送るためのポンプに必要な容量が縮小する。さらに、蒸気発生器の周囲への熱媒体の供給が更に均一化され、その信頼性が更に高まるので、原子炉内での熱・水圧のばらつきを抑えるのに役立つ。

この蒸気発生器では給水器７が伝熱管群４の下方に配置されることにより、低温の水を発生した蒸気の凝縮による加熱で飽和させることなく、蒸気発生器の熱交換面へ直に供給することが可能である。これにより、この蒸気発生器では伝熱管群４の下側束６の隙間の温度が確実に下がる。その結果、この蒸気発生器には熱交換領域が形成される。この領域では温度の最高点が更に上昇し、熱伝達に必要な熱交換面が縮小される。これにより、この蒸気発生器では、熱交換面の縮小と蒸気発生器の小型化によって金属量が削減可能である。または、熱交換面の広さを維持したまま、発生する蒸気の圧力を高めることが可能である。いずれも結果的には、蒸気発生器の技術的・経済的な能力の向上に寄与する。

１次系の入口管２と出口管３とを横置きにすることにより、横置きシェル１に溶接された１次系配管の溶接の継ぎ目１１を、動作中に汚泥が側部に堆積する横置きシェル１の下部から移設可能である。これにより、上記の溶接の継ぎ目１１の近くに存在する腐食性不純物が集まることが抑えられるので、それらが蒸気発生器に腐食損傷を与える危険性が低減し、蒸気発生器の信頼性が高まる。

Claims

横置きのシェル、１次系の入口管と出口管、伝熱管群、および給水器を含む蒸気発生器であって、
前記伝熱管群は、縦方向に平行な複数枚の平面それぞれの中に配置されており、
前記１次系の入口管と出口管とは横置きにされている
ことを特徴とする蒸気発生器。
前記１次系の出口管が少なくとも２本装備されていることを特徴する請求項１に記載の蒸気発生器。
前記給水器が前記伝熱管群の下方に置かれていることを特徴する請求項１に記載の蒸気発生器。