KR20000000727A - Separated once-through spiral type steam generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분리된 관류식 나선형 증기발생기에 관한 것으로서 더 상세하게는 이차측 냉각수를 전열관 내부로 순환시켜 과열증기를 발생시키는 형태의 관류식 증기발생기로서 전열관의 형상을 나선형으로 장착하고 증기발생기가 여러 개로 분리되어 일체형 원자로에 내장되는 형태의 증기발생기의 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a separate perfusion type spiral steam generator, and more particularly, a perfusion type steam generator configured to circulate secondary cooling water into a heat pipe to generate superheated steam. The present invention relates to a device for a steam generator which is separated into pieces and embedded in an integrated reactor.
일반적으로 주기기가 원자로 압력용기에 내장되는 형태의 일체형원자로에서는 종래의 상용원자로에서 많이 사용되는 재순환식 U튜브형 증기발생기(recirculation U-tube steam generator)와는 달리 이차측 냉각수가 전열관의 안쪽을 흐르는 관류식 증기발생기가 주로 사용된다.In general, in the unitary reactor in which the main unit is embedded in the reactor pressure vessel, unlike the recirculation U-tube steam generator, which is commonly used in conventional commercial reactors, the secondary cooling water flows through the inside of the heat pipe. Steam generators are mainly used.
원자로에 사용하기 위해서 개발된 관류식 증기발생기는 다음과 같은 형태로 분류된다.Perfusion steam generators developed for use in nuclear reactors are classified into the following types:
영국에서 개발한 일체형원자로 SIR에는 관류식 직관형 증기발생기 여러 개를 원자로에 내장하는 형태이다. 이 경우 직관이 사용되므로 증기발생기가 매우 긴 형상이다.Integral reactors developed in the UK include several perfusion straight-line steam generators in the reactor. In this case, since the straight pipe is used, the steam generator is very long.
일본에서 개발한 일체형원자로 MRX에는 원자로용기와 노심지지원통사이의 환형공간을 전열관이 감고 올라가는 형태의 나선형 증기발생기이다. 이러한 형태의 증기발생기는 과거 독일에서 개발한 오토한과 미국 B&W에서 일체형원자로에 사용하기 위해 개발한 증기발생기와 유사한 형태다.The MRX, an integrated reactor developed in Japan, is a spiral steam generator in which a heat pipe is wound up and rises in an annular space between a reactor vessel and a core support cylinder. This type of steam generator is similar to the steam generator developed in Germany in the past by Ottohan and B & W for use in integrated reactors.
다음으로 러시아의 분리형 원자로 KLT-40에 사용된 형태의 증기발생기로서 이는 원자로 밖에 별도의 압력용기 안에 위치한 증기발생기로서 전열관이 나선형으로 감긴 형태이며, 유사한 형태는 액체금속로 및 고온개스냉각로의 증기발생기에도 사용되고 있다.Next, a steam generator of the type used in the Russian reactor KLT-40, which is a steam generator located in a separate pressure vessel outside the reactor, in which a heat pipe is wound in a spiral shape, and a similar type is a vapor of a liquid metal furnace and a hot gas cooling reactor. It is also used in generators.
종래의 관류식 증기발생기는 도 1에 도시한 바와 같이 이차측 배관이 급수헤더 및 증기헤더로 연결되고 여기서 바로 전열관과 연결되는 형태이다.As shown in FIG. 1, a conventional once-through steam generator has a secondary pipe connected to a water supply header and a steam header, and directly connected to a heat pipe.
그러므로 관류식 직관형 증기발생기는 직관을 사용하므로 증기발생기가 길고 축방향 열팽창으로 인한 열응력이 크게 발생하며,증기발생기의 모듈을 격리하면 부분적으로 일차냉각수의 온도가 높은 지역이 생성되는 문제점이 발생하게 되는 것이다.Therefore, the perfusion type steam generator uses a straight pipe, so the steam generator is long and thermal stress due to axial thermal expansion is large, and if the module of the steam generator is isolated, a region where the temperature of the primary cooling water is high is partially generated. Will be done.
노심지지원통을 감는 형태의 증기발생기는 소형 원자로에는 적합하지만 출력이 커지면 크기가 증가해서 취급이 힘들고 증기발생기를 교체하는 것이 매우 힘들다.모든 전열관이 원자로 압력용기에 바로 연결되므로 전열관의 배치 및 배열이 복잡하며 전열관을 지지하는 것이 매우 어렵다.이 경우 전열관을 지지하기 위해서는 평판을 반경방향으로 배치하고 평판에 원공을 뚫어 전열관을 끼우는데 전열관의 열팽창, 유체기인진동 등의 문제로 이 부위에서 전열관이 파손하여 부분적으로 보강하는 것이 필요하다.Steam generators, which are wound around core support vessels, are suitable for small reactors, but as their output increases, they increase in size, making them difficult to handle and very difficult to replace. In this case, it is very difficult to support the heat transfer pipe.In this case, in order to support the heat transfer tube, the plate is placed radially and the hole is inserted through the plate to insert the heat transfer tube. Partial reinforcement is necessary.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 일체형원자로에 내장하기 위한 증기발생기를 개발하는데 그 목적이 있는 것이다.The present invention has been made in order to solve the above problems, it is an object to develop a steam generator for embedding in an integral reactor.
상기와 같은 목적 달성을 위해 m 개의 증기발생기 카세트로 구성되며 한 개의 증기발생기 카세트에는 n개의 모듈로 구성되어 있으므로 각각 n 개의 모듈급수헤더와 모듈증기헤더가 있고 개개의 모듈급수헤더 및 모듈증기헤더에는 여러 개의 전열관이 연결되어 있고,원자로에 부착된 급수헤더노즐과 모듈급수헤더를 연결하는 모듈급수관과 원자로환형덮개에 부착된 증기헤더노즐과 모듈증기헤더를 연결하는 모듈증기관이 각각 카세트의 수 m에 단위카세트 당 모듈의 수 n개를 곱한 수만큼 장착되고,하나의 모듈은 1개의 모듈급수헤더와 1개의 모듈증기헤더 및 이들과 연결된 전열관으로 구성되는 분리된 관류식 증기 발생기를 제공함에 있는 것이다.In order to achieve the above object, it consists of m steam generator cassettes and one steam generator cassette is composed of n modules, so that there are n module water supply headers and module steam headers, and each module water supply header and module steam headers Several heat pipes are connected, and the module water supply pipe connecting the water supply header nozzle and the module water supply header attached to the reactor and the steam header nozzle attached to the reactor annular cover and the module steam header are connected to the number m of cassettes. The number of modules per unit cassette is multiplied by n, and one module is provided to provide a separate once-through steam generator consisting of one module water supply header, one module steam header, and a heat pipe connected thereto.
도 1 은 종래의 관류식 증기발생기 개념도1 is a conceptual view of a conventional once-through steam generator
도 2 는 본 발명 증기발생기 집합체 측면도2 is a side view of the present invention steam generator assembly
도 3 은 본 발명 증기발생기 집합체 단면도Figure 3 is a cross-sectional view of the steam generator assembly of the present invention
도 4 는 본 발명 증기발생기 계통 구성도4 is a schematic diagram of the present invention steam generator system
도 5 는 본 발명 증기발생기 카세트 설명도5 is an explanatory view of the present invention steam generator cassette
도 6 은 본 발명 증기발생기 전열관 설명도6 is an explanatory view of the steam generator heat pipe of the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
(1) : 급수헤더노즐 (2) : 증기헤더노즐(1): Water supply nozzle (2): Steam header nozzle
(3) : 모듈급수관 (4) : 모듈증기관(3): Module water supply pipe (4): Module increase engine
(5) : 모듈급수헤더 (6) : 모듈증기헤더(5): module water supply header (6): module steam header
(7) : 전열관 (8) : 전열관 지지대(7): heat pipe (8): heat pipe support
(9) : 전열관 지지보 (10) : 카세트 원통(9): heat transfer pipe support (10): cassette cylinder
(11) : 카세트 내원통 (12) : 충전판,(11): cassette cylinder 12: charge plate,
(13) : 충전판 정렬핀 (14) : 원자로용기(13): charging plate alignment pin (14): reactor vessel
(15) : 원자로환형덮개 (16) : 노심지지원통(15): Reactor annular cover (16): Core support container
(17) : 급수관 (18) : 증기관(17): water pipe (18): steam pipe
(19) : 카세트 (20) : 일차냉각수 유로(19): cassette 20: primary coolant flow path
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration and operation of the present invention in detail based on the accompanying drawings as follows.
m 개의 증기발생기 카세트(19)로 구성되며 한 개의 증기발생기 카세트(19)에는 n개의 모듈로 구성되어 있으므로 각각 n 개의 모듈급수헤더(5)와 모듈증기헤더(6)가 장착되는 것과, 개개의 모듈급수헤더(5) 및 모듈증기헤더(6)에는 여러 개의 전열관(7)이 연결되어 있고,원자로에 부착된 급수헤더노즐(5)과 모듈급수헤더(6)를 연결하는 모듈급수관(3)과 원자로환형덮개(15)에 부착된 증기헤더노즐(2)과 모듈증기헤더(6)를 연결하는 모듈증기관(4)이 각각 카세트의 수 m에 단위카세트 당 모듈의 수 n개를 곱한 수만큼 장착되고,하나의 모듈은 1개의 모듈급수헤더(5)와 1개의 모듈증기헤더(6) 및 이들과 연결된 전열관(7)으로 구성되는 것이다.It is composed of m steam generator cassettes 19 and one steam generator cassette 19 is composed of n modules, so that n module water supply headers 5 and module steam headers 6 are mounted, respectively. The module water supply header (5) and the module steam header (6) are connected with a plurality of heat pipes (7), and the module water supply pipe (3) connecting the water supply header nozzle (5) attached to the reactor and the module water supply header (6). The steam header nozzle (2) attached to the reactor annular cover (15) and the module steam engine (4) connecting the module steam header (6) are each multiplied by the number m of cassettes multiplied by the number n modules per unit cassette. One module is composed of one module water supply header 5, one module steam header 6, and a heat pipe 7 connected thereto.
증기발생기는 도 2와 도 3에서 보는 것과 같이 일체형원자로의 노심지지원통(16)과 원자로용기(14) 사이의 환형공간에 배치할 수 있는 여러 개의 증기발생기 카세트(19)로 구성된다.The steam generator is composed of several steam generator cassettes 19 which can be arranged in an annular space between the core support cylinder 16 and the reactor vessel 14 as an integral reactor as shown in FIGS. 2 and 3.
단위카세트는 별도로 격리가 가능한 여러 개의 모듈로 구성되어 있다. 종래의 증기발생기는 1단계로 분리되어 카세트와 모듈이 동일한 개념인데 비해 본 발명의 증기발생기는 카세트가 여러 개의 모듈로 구성되는 것이다.The unit cassette consists of several modules that can be isolated separately. Conventional steam generator is separated in one step, the cassette and the module is the same concept, the steam generator of the present invention is that the cassette is composed of several modules.
카세트와 모듈이 동일한 개념으로 되어있는 경우 단위 카세트를 격리하면 그 카세트는 전열이 생기지 않으므로 국부적으로 일차측 온도가 올라가게 된다. 이에 비해 단위 카세트를 여러 개의 모듈로 구성하면 하나의 모듈이 격리되어도 나머지 모듈에서는 전열이 되므로 원자로 내에서 일차측냉각수의 온도가 국부적으로 상승하는 효과가 거의 없어지게 되는 것이다.If the cassette and the module have the same concept, if the unit cassette is isolated, the cassette does not generate heat, and thus the local side temperature rises. On the other hand, if the unit cassette is composed of several modules, even if one module is isolated, the remaining modules are heat-transmitted, so that the effect of locally increasing the temperature of the primary side cooling water in the reactor is almost eliminated.
전열관(7)은 여러 개의 열로 구성되어 있다.The heat exchanger tube 7 is comprised from several rows.
각 열에서는 전열관(7)이 나선형으로 감기는 직경이 다르므로 각 열의 전열관 길이가 달라지게 되고, 각 전열관의 길이가 다르면 이차측 냉각재의 압력강하도 달라진다. 이를 방지하기 위해서 각 열의 전열관 수를 달리함으로써, 다시 말해서 맨 안쪽 열에서부터 전열관(7)의 수를 증가시킴으로써 각 전열관(7)의 길이가 거의 일정하도록 하는 것이다.In each row, the length of the heat transfer tubes 7 spirally wound is different, and thus the lengths of the heat transfer tubes are different. If the lengths of the heat transfer tubes are different, the pressure drop of the secondary coolant is also different. In order to prevent this, by varying the number of heat transfer tubes of each row, that is, increasing the number of heat transfer tubes 7 from the innermost column, the length of each heat transfer tube 7 is substantially constant.
전열관의 피치 혹은 나선각이 일정한 값을 유지하면서 전열관의 길이 차이가 거의 없도록 감는다. 전열관(7)을 나선형으로 감을 때는 종 방향 및 횡 방향으로 일정한 피치를 유지하는 것이 필요하다. 횡 방향의 피치를 유지하기 위해서는 전열관과 전열관 사이에 전열관지지대(support strap)(8)가 수직으로 배치되도록 하며 종 방향으로는 단지 전열관과 전열관지지대의 마찰력으로 지지되며 별도의 지지구조물이 필요 없는 것이 특징이기도 한 것이다.While the pitch or spiral angle of the heat pipe is kept constant, the length of the heat pipe is wound so that there is little difference. When the heat transfer tube 7 is wound spirally, it is necessary to maintain a constant pitch in the longitudinal direction and the transverse direction. In order to maintain the pitch in the lateral direction, the support straps 8 are vertically disposed between the heat pipes and the heat pipes, and in the longitudinal direction, they are supported only by the frictional force of the heat pipes and heat pipe supports, and do not require a separate support structure. It is also a feature.
증기발생기에서 이차냉각재가 지나가는 계통은 도 4에 도시한 바와 같다.The system through which the secondary coolant passes in the steam generator is shown in FIG. 4.
급수관(17)에서 공급된 이차냉각수가 원자로환형덮개(15)에 부착된 급수헤더노즐(1)에서 전체 모듈 수만큼 분리되어 모듈급수관(3)을 통해 모듈급수헤더(5)로 연결되며 여기서 나선형으로 감겨진 여러 개의 전열관(7)으로 분배된다. 전열관(7)에서 과열증기가 되어 모듈증기헤더(6)에서 합쳐진 후 모듈증기관(4)을 통해 증기헤더노즐(2)에서 합쳐서 증기관(18)과 연결된다.The secondary cooling water supplied from the water supply pipe (17) is separated from the water supply nozzle (1) attached to the reactor annular cover (15) by the total number of modules, and is connected to the module water supply header (5) through the module water supply pipe (3), where the spiral It is distributed to a plurality of heat pipes (7) wound by. The superheated steam in the heat transfer pipe (7) is combined in the module steam header (6) and then combined in the steam header nozzle (2) through the module steam pipe (4) is connected to the steam pipe (18).
급수헤더노즐(1)와 증기헤더노즐(2)는 여러 개로 구성되며 하나의 카세트에 있는 모든 모듈이 동일한 노즐에 연결되지 않도록 한다.The water supply header nozzle 1 and the steam header nozzle 2 are made up of a plurality, so that all modules in one cassette are not connected to the same nozzle.
도 5는 증기발생기 카세트에 대한 설명도로서 카세트의 중앙으로 모듈급수관(3)이 내려와서 증기발생기 카세트 하단부에 있는 모듈급수헤더(5)에 연결된다.5 is an explanatory view of the steam generator cassette, and the module water supply pipe 3 descends to the center of the cassette and is connected to the module water supply header 5 at the bottom of the steam generator cassette.
전열관은 모듈급수관을 감싸는 카세트 내원통의 바깥을 나선형으로 감는다. 전열관(7)은 여러 개의 열로 구성되며 개개의 열은 여러 개의 전열관(7)이 동시에 일정한 피치를 가지면서 감긴다.The heat transfer pipe spirals around the outside of the cassette inner cylinder surrounding the module feed pipe. The heat transfer tubes 7 are composed of several rows, and each row is wound while several heat transfer tubes 7 have a constant pitch at the same time.
전열관(7)과 전열관(7) 사이에는 도 6과 같이 일정한 간격으로 전열관 지지대(8)의 끝부분을 구부리고, 반경방향으로 일정한 간격을 유지하여 일차측 냉각수 유로를 형성한다.Between the heat transfer pipe 7 and the heat transfer pipe 7 is bent the ends of the heat transfer pipe support 8 at regular intervals, as shown in Figure 6, to maintain a constant interval in the radial direction to form a primary cooling water flow path.
카세트내원통(11)에 전열관지지대(8)를 설치하고 제1열의 전열관(7)을 감은 후 다시 전열관지지대(8)를 대고 제 2열의 전열관(7)을 감는다. 이러한 방식으로 계속 감는데 약간의 인장하중을 가하여 감고 잔류응력을 제거하기 위해서 감은 후에 열처리를 한다. 따라서 반경방향으로는 전열관지지대(8)로 완전 지지되며 축방향으로는 전열관지지대(8)와 전열관(7)의 마찰력으로 지지되는 구조이다The heat transfer tube support (8) is installed in the cassette inner cylinder (11), the heat transfer tube (7) of the first row is wound, and the heat transfer tube support (8) is again put on and the heat transfer tube (7) of the second row is wound. In this way, it is wound with a slight tensile load and wound to remove residual stress and then heat treated. Therefore, it is a structure fully supported by the heat transfer pipe support 8 in the radial direction and supported by the frictional force of the heat transfer pipe support 8 and the heat transfer pipe 7 in the axial direction.
증기발생기 상부에서 전열관(7)은 모듈증기헤더(6)에서 합쳐지며 이는 모듈증기관(4)을 통해 증기헤더노즐(2)로 연결된다. 바깥에는 카세트원통(10)이 일차측 유로를 형성해 주며 전열관 전체를 지지해 준다.In the upper part of the steam generator, the heat pipe (7) is combined in the module steam header (6), which is connected to the steam header nozzle (2) through the module steam engine (4). Outside the cassette cylinder (10) forms a primary side flow path and supports the entire heat transfer pipe.
증기발생기 카세트의 유효전열지역 상부와 하부에는 전열관 지지보(9)를 장착하여 전체 전열관(7)을 지지하게 하는 것이다.Heat transfer tube support beams 9 are mounted on upper and lower effective heat transfer zones of the steam generator cassette to support the entire heat transfer tube 7.
카세트 원통(10)과 원통사이의 공간부에는 충전판(12)이 장착되어 있어 카세트 원통(10)을 지지하며 카세트 원통의 상부에는 충전판 정렬핀(13)이 장착되어 있다.In the space portion between the cassette cylinder 10 and the cylinder, a charging plate 12 is mounted to support the cassette cylinder 10, and a charging plate alignment pin 13 is mounted on an upper portion of the cassette cylinder.
즉 증기발생기는 원자로 내벽과 노심지지원통(16) 사이의 환형공간에 설치할 수 있도록 여러 개의 카세트(19)로 분리되어 있으며 단위 카세트(19)는 다시 여러 개의 모듈로 분리된다. 급수관에서 공급된 이차냉각수가 원자로용기에 부착된 급수헤더노즐(1)에서 전체 모듈 수만큼 분리되어 모듈급수헤더(5)로 연결되며 여기서 나선형으로 감겨진 여러 개의 전열관(7)으로 분배되어 과열증기가 되어 모듈증기헤더(6)에서 합쳐진 후 증기헤더노즐(2)에서 증기관으로 보내는 형태의 관류식 나선형 증기발생기이다.That is, the steam generator is separated into a plurality of cassettes 19 so as to be installed in the annular space between the reactor inner wall and the core support cylinder 16, and the unit cassette 19 is separated into a plurality of modules. Secondary cooling water supplied from the water supply pipe is separated from the water supply header nozzle (1) attached to the reactor vessel and connected to the module water supply header (5), and is distributed to several heat transfer pipes (7) spirally wound and superheated steam. It is a perfusion type steam generator of the type that is combined in the module steam header (6) and then sent to the steam pipe from the steam header nozzle (2).
본 발명의 증기발생기 카세트(19) 중앙부위에는 이차측 급수가 내려가는 관이 있으며 그 바깥을 전열관(7)이 감고 올라가는 형상이며 하단부에는 모듈급수헤더(5)가 있으며 상단부에는 모듈증기헤더(6)가 있고 카세트(19)를 둘러 싼 카세트(19) 원통이 있는데 이는 일차냉각수의 유로를 형성한다.In the central portion of the steam generator cassette 19 of the present invention, there is a pipe in which the secondary side water flows down, and the heat transfer pipe 7 is wound around the outside thereof, and the module water supply header 5 is formed at the lower end thereof, and the module steam header 6 is provided at the upper end thereof. And a cassette 19 cylinder surrounding the cassette 19, which forms a flow path for primary cooling water.
증기발생기를 카세트(19) 및 모듈의 두 단계로 분리하여 설계함으로써 전열관 파손시에 원자로 밖에서 모듈을 격리할 수 있으며 모듈의 격리 시에 원자로 내에서 일차측냉각수의 국부적인 온도상승을 방지할 수 있는 것이다.By designing the steam generator in two stages, cassette 19 and module, it is possible to isolate the module outside the reactor in case of heat pipe breakage and to prevent the local temperature rise of the primary side cooling water in the reactor during module isolation. will be.
본 발명의 변형, 응용 예로서는 증기발생기의 카세트 수를 변경하거나 단위카세트 당 모듈의 혹은 증기/급수헤더노즐의 수를 변경한 설계가 가능하다.즉 증기발생기 카세트의 형상을 변경한 설계가 가능한 것이다.Modifications and application examples of the present invention are possible by designing a change in the number of cassettes of the steam generator or a change in the number of modules or steam / water supply nozzles per unit cassette. That is, a design in which the shape of the steam generator cassette is changed is possible.
그러므로 본 발명 증기발생기는 증기발생기를 2단계로 구분함으로써 일체형원자로에 효과적으로 내장되는 형태로 사용할 수 있다. 원자로용기는 제작상의 한계로 인해 크기가 제한되므로 증기발생기 전열관을 나선형으로 제작되어 효율적이며 여러개의 카세트로 나누어 내장하기에 용이하며, 단위 카세트를 여러 개의 모듈로 나누고 전열관을 감을 때는 다른 모듈과 연결된 전열관을 섞어서 감고 하나의 카세트에 존재하는 모든 모듈을 동일한 노즐급수 및 증기헤더에 연결하지 않음으로 인해 전열관 누설 시에 일부를 격리했을 때 일차측 냉각수의 온도가 국부적으로 올라가지 않는다. 기존의 나선형 증기발생기에서 사용하던 것 처럼 평판에 원공을 뚫어 전열관을 통과시키는 형태가 아니고 지지대만 두고 약간의 인장을 주어 감은 후에 열처리를 하는 방식을 취함으로써 제작이 쉽고, 열팽창이 자유로워 전열관의 파손가능성이 낮아지는 발명인 것이다.Therefore, the steam generator of the present invention can be used in a form that is effectively embedded in an integrated reactor by dividing the steam generator into two stages. Since the reactor vessel is limited in size due to manufacturing limitations, the steam generator tube is spirally manufactured to be efficient and easy to be divided into several cassettes. The temperature of the primary coolant does not rise locally when some of the modules in one cassette are not connected to the same nozzle feedwater and steam header and isolated in the event of a leak. It is not easy to make a hole through a plate by passing a heat pipe like a conventional spiral steam generator. It is an invention that is less likely.
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1998
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