RU2258879C1

RU2258879C1 - Submersible heat-exchanger

Info

Publication number: RU2258879C1
Application number: RU2004100482/06A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Божко (RU); А.Г. Божко; А.И. Винников (RU); А.И. Винников; В.С. Кострюков (RU); В.С. Кострюков; В.Ф. Костюхин (RU); В.Ф. Костюхин; Л.И. Щуров (RU); Л.И. Щуров
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2005-08-20
Also published as: RU2004100482A

Abstract

FIELD: equipment for gas cooling and moisture condensing, particularly for atomic power plants.

SUBSTANCE: apparatus comprises shell and coiled tube arranged inside the shell. The shell includes three sections, wherein coiled tube is secured inside middle section. Middle section has oppositely located inlet and outlet pipes for medium circulating in tubes. Coiled tube is formed as straight horizontal tubes with adjacent ends connected through U-shaped branches arranged in removable end sections of the shell, wherein the branches are turned one relative another so that three-dimensional coiled tube mound around vertical axis in formed. The inlet and outlet pipes are arranged in end shell sections, wherein mounting planes thereof are parallel to longitudinal shell axis.

EFFECT: improved accessibility of check points and reduced time of heat-exchanger putting of operation.

3 cl, 3 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к атомной энергетике и предназначено для использования в системе очистки газов на АЭС, в частности в конструкциях теплообменников, предназначенных для охлаждения газа и конденсации находящейся в нем в виде пара влаги.The claimed invention relates to nuclear energy and is intended for use in a gas purification system at nuclear power plants, in particular in the design of heat exchangers designed to cool the gas and condensate the moisture present in it.

Как известно, в процессе эксплуатации АЭС происходит образование парогазовой смеси, содержащей радиоактивные газообразные продукты деления, которую выбрасывают в атмосферу. Но перед ее выбросом в атмосферу парогазовую смесь подвергают очистке от радиоактивных газообразных продуктов деления. Поскольку фильтры очистки чувствительны к влаге и температуре, парогазовую смесь необходимо охладить, а имеющуюся в ней влагу необходимо конденсировать. Для охлаждения парогазовой смеси применяют теплообменные аппараты. Так как парогазовая смесь содержит радиоактивные газообразные продукты деления, теплообменные аппараты должны соответствовать нормам и правилам безопасной эксплуатации атомных энергетических установок, в частности, подвергаться периодической проверке при эксплуатации.As you know, during the operation of nuclear power plants, the formation of a vapor-gas mixture containing radioactive gaseous fission products, which are released into the atmosphere. But before it is released into the atmosphere, the gas-vapor mixture is purified from radioactive gaseous fission products. Since the cleaning filters are sensitive to moisture and temperature, the gas-vapor mixture must be cooled, and the moisture contained in it must be condensed. Heat exchangers are used to cool a gas-vapor mixture. Since the gas-vapor mixture contains radioactive gaseous fission products, heat exchangers must comply with the rules and regulations for the safe operation of nuclear power plants, in particular, they must be periodically checked during operation.

Известна конструкция теплообменника (п. DE №4018569, публ. 12.12.91 г.), содержащая пучок теплообменных труб, закрепленных концами в трубной доске, и примыкающие к трубным доскам входной и выходной коллекторы среды трубного пространства. Трубы пучка выполнены U-образными, а обе ветви и участок гиба каждой трубы расположены наклонно к горизонтальной плоскости с обеспечением слива среды теплообменных труб. Теплообменные трубы и трубная доска расположены в кожухе, а входной и выходной коллекторы среды трубного пространства с подводящими и отводящими патрубками расположены в полукруглой крышке, закрепленной на кожухе.A known design of the heat exchanger (p. DE No. 4018569, publ. 12.12.91,), containing a bunch of heat transfer pipes fixed by the ends in the tube plate, and adjacent to the pipe boards of the input and output manifolds of the medium of the tube space. The beam pipes are made U-shaped, and both branches and the bending section of each pipe are located obliquely to the horizontal plane to ensure the discharge of the medium of the heat exchange pipes. Heat exchange pipes and a tube plate are located in the casing, and the inlet and outlet manifolds of the tube space medium with inlet and outlet pipes are located in a semicircular cover fixed to the casing.

Известен теплообменник (п. US №5255737, публ. 20.07.93 г.), содержащий кожух и пучок теплообменных труб, закрепленных концами в трубной доске, зафиксированной в средней части кожуха. По торцам кожуха расположены полукруглые крышки для впуска охладителя по теплообменным трубам через трубные доски. На продольной оси полукруглых крышек расположены подводящий и отводящий патрубки для трубной среды. Для впуска охлаждающей межтрубной среды в кожухе имеются подводящий и отводящий патрубки, диаметрально расположенные на кожухе.Known heat exchanger (p. US No. 5255737, publ. 20.07.93,) containing a casing and a bundle of heat transfer pipes fixed by the ends in a tube plate fixed in the middle part of the casing. At the ends of the casing there are semicircular covers for the inlet of the cooler through heat exchange pipes through tube boards. On the longitudinal axis of the semicircular caps are the inlet and outlet pipes for the pipe medium. For the inlet of the cooling annulus in the casing there are inlet and outlet pipes diametrically located on the casing.

Вышерассмотренные конструкции теплообменников для компенсации линейного расширения теплообменных труб требуют наличия специальных средств, которые с одной стороны усложняют конструкцию теплообменника, а с другой стороны понижают ее надежность, поскольку вводят в теплообменник средство, которое может выйти из строя и которое нужно также контролировать. Кроме того, в теплообменниках с трубными досками интенсивность отвода тепла от теплообменных труб понижена, что обуславливается самой конструкцией. В таких теплообменниках затруднен контроль качества сварных швов в местах стыковки теплообменных труб с трубными досками.The above designs of heat exchangers to compensate for the linear expansion of the heat exchanger tubes require special means that on the one hand complicate the design of the heat exchanger, and on the other hand reduce its reliability, because they introduce a means into the heat exchanger that can fail and must also be controlled. In addition, in heat exchangers with tube boards, the intensity of heat removal from the heat exchange tubes is reduced, which is caused by the design itself. In such heat exchangers, it is difficult to control the quality of the welds at the junctions of the heat exchange pipes with the tube boards.

Эти недостатки частично отсутствуют в теплообменниках, у которых теплообменные трубы выполнены в виде змеевика. Змеевик по сути представляет собой витую пружину, а поэтому компенсация линейного расширения теплообменных труб осуществляется за счет перемещения (сближения - удаления) витков змеевика относительно друг друга. В теплообменных трубах в виде змеевика путь прохождения охлаждаемого газа значительно длиннее аналогичного пути в теплообменниках с трубными досками. Поэтому отвод тепла в таких теплообменниках происходит более интенсивно.These disadvantages are partially absent in heat exchangers, in which the heat exchange pipes are made in the form of a coil. The coil is essentially a coil spring, and therefore, the linear expansion of the heat exchange tubes is compensated by moving (converging - removing) the coil of the coil relative to each other. In heat exchanging pipes in the form of a coil, the path of the cooled gas is much longer than the similar path in heat exchangers with tube plates. Therefore, heat removal in such heat exchangers occurs more intensively.

Известен теплообменник (а.с. SU №1223010, публ. 07.04.86 г.), содержащий кожух с соосно размещенным внутри него трубчатым змеевиком пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси.Known heat exchanger (AS SU No. 1223010, publ. 04/07/86), containing a casing with a coaxially placed inside it tubular coil of a spatially spiral type, wound around a vertical axis.

Известен теплообменник (а.с. SU №1372173, публ. 07.02.88 г.), содержащий кожух с соосно размещенным внутри него трубчатым змеевиком пространственно-спирального типа, навитого вокруг горизонтальной оси.Known heat exchanger (AS SU No. 1372173, publ. 07.02.88), containing a casing with a coaxially placed inside it tubular coil of a spatially spiral type, wound around a horizontal axis.

В обеих конструкциях теплообменников змеевики выполнены в виде спирали, навитой из цельной трубки, что позволяет исключить контроль самого змеевика. Однако такая спираль может быть навита только из трубки относительно небольшого диаметра. Вышеуказанные теплообменники могут быть применены для охлаждения газа в небольших объемах и конденсации, содержащейся в нем влаги в виде пара. Поэтому известные конструкции не могут быть применены в системе очистки газа на АЭС.In both designs of heat exchangers, the coils are made in the form of a spiral wound from a single tube, which eliminates the control of the coil itself. However, such a spiral can only be wound from a relatively small diameter tube. The above heat exchangers can be used to cool gas in small volumes and to condense the moisture contained in it in the form of steam. Therefore, well-known designs cannot be applied in the gas purification system at nuclear power plants.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является (а.с. RU №1384905, публ. 15.05.88 г.) теплообменный аппарат погружного типа, содержащий кожух и размещенный внутри него трубчатый змеевик, снабженный подводящими и отводящими патрубками соответственно для межтрубной и трубной сред. Известный теплообменник предназначен для конденсации влаги из пара. Пар подают через подводящий патрубок в змеевик, а в кожух подают нагретую воду. В известном теплообменном аппарате змеевик выполнен из трубок небольшого диаметра, а поэтому он не может быть применен в системе очистки газа на АЭС, где требуется очистить большие объемы газа, которые требуют наличия больших проходных сечений труб змеевика. Змеевик из навитых труб для этого случая изготовить просто невозможно. Существует определенный предел диаметров труб, из которых можно навить змеевик. Кроме того, такой змеевик имел бы очень большие габариты, что автоматически привело бы к неоправданному увеличению размеров теплообменного аппарата или к увеличению их количества, а следовательно, к размерам площадей для их размещения на АЭС.Closest in technical essence to the claimed invention is (a.s. RU No. 1384905, publ. 05.15.88) a submersible heat exchanger containing a casing and a tubular coil located inside it, equipped with inlet and outlet pipes, respectively, for the annular and pipe medium. Known heat exchanger is designed to condense moisture from steam. Steam is supplied through the inlet pipe to the coil, and heated water is supplied to the casing. In the known heat exchanger apparatus, the coil is made of tubes of small diameter, and therefore it cannot be used in a gas purification system at nuclear power plants, where large volumes of gas are required to be cleaned, which require large flow sections of the coil pipes. It is simply impossible to make a coil of coiled pipes for this case. There is a certain limit to the diameters of the pipes from which the coil can be wound. In addition, such a coil would have very large dimensions, which would automatically lead to an unjustified increase in the size of the heat exchanger or to an increase in their number, and consequently, to the size of the areas for their placement at nuclear power plants.

В основу изобретения была поставлена задача разработать конструкцию теплообменного аппарата, которая обеспечивала бы его простой контроль.The basis of the invention was the task of developing the design of a heat exchanger, which would ensure its simple control.

Технический результат от использования изобретения состоит в обеспечении быстрого доступа к местам контроля без длительного выведения теплообменного аппарата из рабочего цикла.The technical result from the use of the invention is to provide quick access to places of control without prolonged removal of the heat exchanger from the duty cycle.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в теплообменном аппарате погружного типа, содержащем кожух и размещенный внутри него трубчатый змеевик, снабженный подводящими и отводящими патрубками соответственно для межтрубной и трубной сред, согласно изобретению кожух выполнен из трех разъемных секций, в средней секции которого зафиксирован трубчатый змеевик и размещены диаметрально подводящий и отводящий патрубки для трубной среды, при этом змеевик выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов, расположенных в концевых съемных секциях кожуха, причем ветви отводов развернуты относительно друг друга с образованием змеевика пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси.The claimed technical result is achieved due to the fact that in a submersible heat exchanger containing a casing and a tubular coil located inside it, equipped with inlet and outlet pipes, respectively, for annular and pipe environments, according to the invention, the casing is made of three detachable sections, in the middle section of which is fixed a tubular coil and placed diametrically inlet and outlet pipes for the pipe medium, while the coil is made in the form of straight horizontally arranged pipes, adjacent the ends of which are interconnected by U-shaped bends located in the end removable sections of the casing, and the branches of the bends are deployed relative to each other with the formation of a coil of spatially spiral type, wound around a vertical axis.

Технический результат достигается также за счет того, что трубчатый змеевик со стороны съемных секций кожуха имеет наружные обводы, повторяющие их внутренний профиль, и установлен по отношению к вышеуказанным съемным секциям с зазором.The technical result is also achieved due to the fact that the tubular coil from the side of the removable sections of the casing has external contours that repeat their internal profile, and is installed in relation to the above removable sections with a gap.

Технический результат достигается также за счет того, что подводящий и отводящий патрубки для межтрубной среды расположены в съемных секциях кожуха, при этом монтажные плоскости патрубков параллельны продольной оси кожуха.The technical result is also achieved due to the fact that the inlet and outlet pipes for the annular medium are located in removable sections of the casing, while the mounting planes of the pipes are parallel to the longitudinal axis of the casing.

Благодаря тому, что змеевик выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов, ветви которых развернуты относительно друг друга, созданный змеевик пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси, вытянут в направлении одной его оси и имеет узкую форму в направлении двух других его осей. Такая конструкция змеевика удобна для его размещения и фиксации в средней секции кожуха. Размещение отводов в съемных секциях кожуха обеспечивает при удалении этих секций простой доступ к местам стыковки отводов с трубами для контроля их состояния. Выполнение трубчатого змеевика со стороны съемных секций кожуха с наружными обводами, повторяющими их внутренний профиль, позволило дополнительно увеличить поверхность охлаждения для трубной среды и одновременно дополнительно развести в пространстве места стыковки соседних труб с отводами, что дополнительно способствует упрощению процесса контроля мест стыковок. Расположение подводящего и отводящего патрубков для межтрубной среды в съемных секциях кожуха так, что их монтажные плоскости параллельны продольной оси кожуха, способствует быстрому отделению съемных секций кожуха, так как упростило отсоединение патрубков от магистралей подвода и отвода межтрубной среды.Due to the fact that the coil is made in the form of straight horizontal pipes, the adjacent ends of which are interconnected using U-shaped bends, the branches of which are deployed relative to each other, the created coil of a spatially spiral type, wound around a vertical axis, is elongated in the direction of one axis and has a narrow shape in the direction of its other two axes. This design of the coil is convenient for its placement and fixation in the middle section of the casing. Placing the bends in removable sections of the casing provides, when these sections are removed, easy access to the joints of the bends with the pipes to control their condition. The execution of the tubular coil from the side of the removable sections of the casing with the outer contours repeating their internal profile has made it possible to further increase the cooling surface for the pipe medium and at the same time additionally dilute the joints of adjacent pipes with bends in space, which further simplifies the process of monitoring the joints. The location of the inlet and outlet pipes for the annular medium in the removable sections of the casing so that their mounting planes are parallel to the longitudinal axis of the casing, contributes to the rapid separation of the removable sections of the casing, as it simplified the disconnection of the pipes from the supply and exhaust pipelines of the annular medium.

Эти и другие особенности и преимущества заявляемого изобретения приводятся ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:These and other features and advantages of the claimed invention are given below with reference to the accompanying drawings, where:

фиг.1 - общий вид теплообменного аппарата в частичном разрезе;figure 1 is a General view of a heat exchanger in a partial section;

фиг.2 - разрез А-А;figure 2 is a section aa;

фиг.3 - пространственное изображение змеевика теплообменного аппарата при удаленном кожухе.figure 3 - spatial image of the coil of the heat exchanger with the remote casing.

Теплообменный аппарат 1 (фиг.1 и 2) погружного типа содержит кожух 2 и размещенный внутри него трубчатый змеевик 3. Кожух 2 выполнен из трех разъемных секций. В средней секции 4 кожуха зафиксирован трубчатый змеевик 3 и расположены диаметрально подводящий 5 и отводящий 6 патрубки для трубной среды. Змеевик 3 выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб 7, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов 8 (фиг.3). Эти отводы 8 расположены в съемных секциях 9 кожуха 2. Благодаря размещению отводов в съемных секциях кожуха обеспечивается быстрый и удобный подход для контроля к местам соединения U-образных отводов с трубами путем отделения съемных секций кожуха от ее средней части. Ветви 10 U-образных отводов 8 (фиг.3) развернуты относительно друг друга с образованием змеевика пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси 11. Поэтому трубчатый змеевик вытянут в направлении только одной оси, а его ширина определяется расстоянием между концами ветвей U-образных отводов 8. Высота змеевика определяется количеством ветвей змеевика, необходимых для получения требуемой степени охлаждения и конденсации влаги, содержащейся в газе, продуваемого через трубы змеевика. Такая конструкция змеевика удобна для его размещения и фиксации в средней секции кожуха, а теплообменный аппарат имеет форму, удобную для транспортировки и монтажа на месте установки.The heat exchanger apparatus 1 (FIGS. 1 and 2) of a submersible type comprises a casing 2 and a tubular coil 3 located inside it. The casing 2 is made of three detachable sections. In the middle section 4 of the casing, a tubular coil 3 is fixed and diametrically inlet 5 and outlet pipes 6 for the pipe medium are located. The coil 3 is made in the form of straight horizontally arranged pipes 7, the adjacent ends of which are interconnected using U-shaped bends 8 (figure 3). These bends 8 are located in the removable sections 9 of the casing 2. Due to the placement of the bends in the removable sections of the casing, a quick and convenient approach is provided for monitoring the joints of the U-shaped bends with pipes by separating the removable sections of the casing from its middle part. The branches 10 of the U-shaped bends 8 (FIG. 3) are deployed relative to each other with the formation of a spatially spiral type coil wound around the vertical axis 11. Therefore, the tubular coil is elongated in the direction of only one axis, and its width is determined by the distance between the ends of the branches U- shaped bends 8. The height of the coil is determined by the number of branches of the coil necessary to obtain the required degree of cooling and condensation of moisture contained in the gas blown through the pipes of the coil. This design of the coil is convenient for its placement and fixation in the middle section of the casing, and the heat exchanger has a shape convenient for transportation and installation at the installation site.

Трубчатый змеевик 3 со стороны съемных секций 9 кожуха имеет наружные обводы 12, повторяющие их внутренний профиль, и установлен по отношению к вышеуказанным съемным секциям 9 с зазором 13. Это позволило дополнительно увеличить поверхность охлаждения для трубной среды и одновременно развести в пространстве места стыковки соседних труб с отводами, что дополнительно способствует удобству доступа к местам контроля стыковки ветвей U-образных отводов с трубами. Благодаря тому, что трубы расположены горизонтально, место их стыковки с ветвями U-образных отводов осуществляется по окружности. Это позволяет упростить процесс изготовления кромок под сварку (получаются методом простой расточки), а также получить простой стык под сварку с последующей формы сварного шва, который легко проконтролировать.The tubular coil 3 from the side of the removable sections 9 of the casing has outer contours 12 repeating their internal profile, and is installed in relation to the above removable sections 9 with a gap 13. This made it possible to further increase the cooling surface for the pipe medium and at the same time part the joints of adjacent pipes in space with bends, which further contributes to the convenience of access to the control points of the docking branches of U-shaped bends with pipes. Due to the fact that the pipes are horizontal, the place of their connection with the branches of U-shaped bends is carried out around the circumference. This makes it possible to simplify the process of manufacturing edges for welding (obtained by the simple boring method), as well as to obtain a simple joint for welding from the subsequent shape of the weld, which is easy to control.

Подводящий 14 и отводящий 15 патрубки для межтрубной среды расположены в съемных секциях 9 кожуха 2. Монтажные плоскости 16 подводящих 14 и отводящих 15 патрубков параллельны продольной оси 17 кожуха 2. Благодаря этому создаются условия для быстрого отделения съемных секций кожуха от его средней секции, поскольку упрощено отсоединение (присоединение) патрубков от магистралей подвода и отвода межтрубной среды. После удаления монтажных болтов (не показаны) съемная секция кожуха перемещается вдоль продольной оси теплообменного аппарата. Поэтому разборки магистрали (не показана) подвода или отвода межтрубной среды не потребуется. С учетом того, что теплообменный аппарат является оборудованием, смонтированным на АЭС, это также способствует повышению удобства контроля.The inlet 14 and outlet 15 pipes for the annular medium are located in the removable sections 9 of the casing 2. The mounting planes 16 of the inlet 14 and the outlet 15 pipes are parallel to the longitudinal axis 17 of the casing 2. This creates the conditions for the quick separation of the removable sections of the casing from its middle section, since it is simplified disconnection (connection) of branch pipes from the supply and removal pipes of the annular medium. After removing mounting bolts (not shown), the removable casing section moves along the longitudinal axis of the heat exchanger. Therefore, disassembly of the trunk (not shown) of the inlet or outlet of the annular medium is not required. Considering the fact that the heat exchanger is equipment mounted at nuclear power plants, this also contributes to the convenience of control.

Claims

1. The heat exchanger of the submersible type, comprising a casing and a tubular coil located inside it, equipped with inlet and outlet pipes, respectively, for the annular and pipe environments, characterized in that the casing is made of three detachable sections, in the middle section of which a tubular coil is fixed and placed diametrically the inlet and outlet pipes for the pipe medium, while the coil is made in the form of straight horizontal pipes, the adjacent ends of which are interconnected using U ase taps disposed in removable end housing sections, and the branch tap deployed relative to one another to form a spiral coil spatially-type wound around a vertical axis.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tubular coil from the side of the removable sections of the casing has outer contours that repeat their internal profile, and is installed in relation to the above removable sections with a gap.

3. The heat exchange apparatus according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes for the annular medium are located in removable sections of the casing, while the mounting planes of the pipes are parallel to the longitudinal axis of the casing.