RU2279604C1 - Steam generator for reactor with liquid-metal heat-transfer agent - Google Patents
Steam generator for reactor with liquid-metal heat-transfer agent Download PDFInfo
- Publication number
- RU2279604C1 RU2279604C1 RU2004138268/06A RU2004138268A RU2279604C1 RU 2279604 C1 RU2279604 C1 RU 2279604C1 RU 2004138268/06 A RU2004138268/06 A RU 2004138268/06A RU 2004138268 A RU2004138268 A RU 2004138268A RU 2279604 C1 RU2279604 C1 RU 2279604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- pipe
- collectors
- steam generator
- tube
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть наиболее эффективно применено в ядерных реакторах с жидкометаллическим теплоносителем. Парогенератор предназначен для генерации перегретого пара за счет отвода тепла от жидкометаллического (например, натриевого) теплоносителя, а также для расхолаживания реакторной установки в нормальных эксплуатационных режимах.The present invention relates to the field of power engineering and can be most effectively applied in nuclear reactors with a liquid metal coolant. The steam generator is designed to generate superheated steam due to heat removal from the liquid metal (for example, sodium) coolant, as well as to cool the reactor installation in normal operating conditions.
Известны парогенераторы, имеющие различные типы теплообменных поверхностей и использующиеся в АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (РБН), например БН-600 (Россия) (см.: Б.В.Кокорев, В.А.Фарафонов. Парогенераторы ядерных энергетических установок с жидкометаллическим теплоносителем. - М.: Энергоатомиздат, 1990).Steam generators are known that have various types of heat-exchange surfaces and are used in nuclear power plants with fast neutron reactors (RBN), for example BN-600 (Russia) (see: B.V. Kokorev, V. A. Farafonov. Steam generators of nuclear power plants with liquid metal heat carrier. - M.: Energoatomizdat, 1990).
Проблемой парогенератора данного типа является появление дефектов в виде разветвленной сетки трещин в металле трубных досок коллекторов, объединяющих трубный пучок, вследствие высоких температурных напряжений, возникающих в трубной доске, так как с одной стороны она соприкасается с жидкометаллическим теплоносителем, а с другой - с рабочей средой (вода-пар).The problem of this type of steam generator is the appearance of defects in the form of a branched network of cracks in the metal of the tube sheets of the collectors uniting the tube bundle due to high temperature stresses arising in the tube plate, since it is in contact with the liquid metal coolant on the one hand and with the working medium on the other (water vapor).
Также известны парогенератор "Супер-Феникс" (Франция) и парогенератор (см.: Патент США №4307685 по кл. F 22 B 1/06; F 28 F 9/02, опубл. 29.12.1981), состоящий из корпуса с буферной емкостью, заполненной инертным газом, по меньшей мере, одного трубного пучка, размещенного внутри корпуса. Верхние и нижние концы теплообменных труб снабжены термокомпенсационными втулками для их проходки через боковую стенку корпуса для снижения термических напряжений в месте контакта теплообменных труб с жидким металлом. Данные парогенераторы лишены вышеуказанного недостатка, так как коллектора пара и питательной воды вынесены за пределы корпуса парогенератора и отсутствует их контакт с жидкометаллическим теплоносителем. Однако при разгерметизации втулки в месте соединения с теплообменной трубой происходит истечение жидкого металла или продуктов его взаимодействия с водой за корпус парогенератора, что может привести к тяжелым последствиям.Also known are a Super Phoenix steam generator (France) and a steam generator (see: US Patent No. 4,307,685 to CL F 22 B 1/06; F 28
Известен прямоточный парогенератор (см. Патент Великобритании №1514831 по кл. F 28 D 7/00, опубл. 22.04.1976) жидкий металл/вода, состоящий из корпуса с крышкой, к которой прикреплены один или более трубных пучков, сформированных из спиральных или прямолинейных труб и подводящей трубы, окруженной центральной трубой, заполненной газом. Паровые коллекторы расположены над крышкой парогенератора.A direct-flow steam generator is known (see British Patent No. 1514831, class F 28 D 7/00, publ. 04/22/1976) liquid metal / water, consisting of a housing with a lid, to which one or more tube bundles are formed, formed of spiral or straight pipes and a supply pipe surrounded by a central gas-filled pipe. Steam collectors are located above the steam generator cover.
В известном парогенераторе отсутствует контакт с жидким металлом трубных досок паровых коллекторов. Трубы подвода воды находятся в полости, заполненной инертным газом, что позволяет защитить их поверхности от контакта с жидкометаллическим теплоносителем, однако трубные доски питательных коллекторов и выходные участки трубного пучка, заполненные паром, находятся в контакте с ним, что отрицательно влияет на безопасность работы парогенератора, что приводит к:In the known steam generator there is no contact with the liquid metal of the tube plates of the steam manifolds. The water supply pipes are located in a cavity filled with an inert gas, which allows protecting their surfaces from contact with a liquid metal coolant, however the tube boards of the supply collectors and the outlet sections of the tube bundle filled with steam are in contact with it, which negatively affects the safety of the steam generator, that leads to:
- возникновению высоких температурных напряжений на трубной доске, так как с одной стороны она соприкасается с жидкометаллическим теплоносителем, а с другой стороны - с рабочей средой (вода);- the occurrence of high temperature stresses on the tube plate, since on the one hand it is in contact with the liquid metal coolant, and on the other hand, with the working medium (water);
- возникновению пульсирующих температурных напряжений в месте прохода трубного пучка через границу жидкий металл - инертный газ из-за переменного уровня жидкого металла.- the occurrence of pulsating temperature stresses in the place of passage of the tube bundle through the boundary of the liquid metal - inert gas due to the variable level of the liquid metal.
По наибольшему числу общих признаков и достигаемому эффекту патент Великобритании №1514831 принимаем за прототип.According to the largest number of common features and the achieved effect, the UK patent No. 1514831 is taken as a prototype.
Решаемая задача - исключение контакта жидкометаллического теплоносителя с питательными и паровыми коллекторами, что позволяет повысить надежность работы парогенератора.The problem to be solved is the exclusion of contact between the liquid metal coolant and the feed and steam collectors, which improves the reliability of the steam generator.
Поставленная задача решается за счет того, что в парогенераторе для реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащем корпус, трубы подвода питательной воды и отвода пара, теплообменную поверхность, выполненную из отдельных трубных пучков, размещенных в кожухе, закрепленных в трубных досках парового и питательного коллекторов и сформированных вокруг центральной трубы, заполненной инертным газом, внутри которой расположена подводящая труба, паровой и питательный коллекторы трубного пучка расположены в полости, заполненной инертным газом, которая образована чехлами, охватывающими коллектора, при этом чехлы закреплены на наружных поверхностях дополнительных трубных досок, соединенных с центральной трубой и расположенных между коллекторами с зазором относительно последних.The problem is solved due to the fact that in the steam generator for a reactor with a liquid metal coolant containing a casing, pipes for supplying feed water and steam, a heat exchange surface made of individual tube bundles placed in a casing, fixed in tube boards of steam and feed collectors and formed around a central tube filled with an inert gas, inside of which a supply pipe is located, the steam and feed manifolds of the tube bundle are located in a cavity filled with tnym gas, which is formed by sheaths covering the reservoir, wherein the covers are fixed on the outer surfaces of the additional tube plates connected to the central tube and disposed between the reservoirs with a gap relative to the latter.
Предлагаемая конструкция за счет того, что паровой и питательный коллекторы трубного пучка расположены в полости, заполненной инертным газом, выполняющей роль теплового барьера и защищающей их поверхности от контакта с жидкометаллическим теплоносителем, позволяет существенно уменьшить в данных силовых узлах и деталях температурные напряжения, производить контроль их герметичности по изменению давления в полости, заполненной инертным газом, тем самым повышая надежность парогенератора.The proposed design due to the fact that the steam and supply manifolds of the tube bundle are located in a cavity filled with an inert gas, which acts as a thermal barrier and protects their surfaces from contact with a liquid metal coolant, can significantly reduce temperature stresses in these power units and parts, control them tightness by changing the pressure in the cavity filled with an inert gas, thereby increasing the reliability of the steam generator.
Сущность предложенного парогенератора поясняется чертежами, где:The essence of the proposed steam generator is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 изображен парогенератор;figure 1 shows a steam generator;
на фиг.2 показан выносной элемент А фиг.1.figure 2 shows the remote element A of figure 1.
Парогенератор состоит из цилиндрического корпуса 1, разделительной перегородки 2, верхней крышки 3 с цилиндрическими патрубками 4 для установки требуемого количества однотипных, унифицированных теплообменник трубных пучков 5, патрубка подвода 6 и патрубка отвода 7 жидкометаллического теплоносителя и газовой полости 8 корпуса парогенератора. Теплообменный трубный пучок 5 представляет собой вертикальный цилиндрический теплообменник и состоит из теплообменных труб, сформированных спирально или прямолинейно и расположенных в кожухе 9, который крепится в верхней части к фланцу 10, предназначенному для крепления трубного пучка к патрубкам 4 крышки 3, питательного 11 и парового 12 коллекторов с трубными досками 13, в которых закреплены теплообменные трубы, труба подвода питательной воды 14 и кольцевой полости отвода пара 15, образованной трубами 16 и 17, расположенными между собой коаксиально по оси трубного пучка. С внешней (по отношению к фланцу 10) стороны трубного пучка расположен патрубок подвода питательной воды 18 и патрубок отвода перегретого пара 19 из кольцевой полости 15. Также теплообменный трубный пучок 5 включает разделительную газовую полость 20, заполненную инертным газом. Газовая полость образована чехлами 21 и 22, которые герметично соединены с дополнительными трубными досками 23, которые в свою очередь соединены с центральной трубой 24, вокруг которой формируется трубный пучок и внутри которой проходит труба подвода питательной воды 12. Чехол 21 в верхней части герметично соединен с фланцем 10. Верхняя часть газовой полости 20 заканчивается штуцером 25, к которому подсоединяется импульсная линия для фиксации изменения давления в разделительной газовой полости трубного пучка.The steam generator consists of a cylindrical body 1, a partition wall 2, an upper cover 3 with cylindrical nozzles 4 for installing the required number of the same type, standardized heat exchanger tube bundles 5, a supply pipe 6 and a discharge pipe 7 of the liquid metal coolant and the gas cavity 8 of the steam generator body. The heat exchange tube bundle 5 is a vertical cylindrical heat exchanger and consists of heat exchange tubes formed spirally or rectilinearly and located in the
Парогенератор работает следующим образом. Жидкометаллический теплоноситель из входного патрубка 6 поступает в кольцевую полость между корпусом парогенератора 1 и разделительной перегородкой 2. Далее теплоноситель поднимается вверх под крышку корпуса 3 и распределяется по полости между трубными пучками и через отверстия в кожухах 9 поступает к теплообменной поверхности. Далее теплоноситель проходит по межтрубному пространству теплообменной поверхности трубных пучков 5, отдавая тепло рабочей среде (вода-пар), поступает на выход из них, разворачивается и поступает в кольцевую полость и из нее в патрубок отвода 7.The steam generator operates as follows. The liquid metal coolant from the inlet pipe 6 enters the annular cavity between the casing of the steam generator 1 and the dividing wall 2. Next, the coolant rises up under the cover of the casing 3 and is distributed through the cavity between the tube bundles and through holes in the
Питательная вода из патрубка 18 по трубе 14 опускается в нижнюю часть трубного пучка на вход в питательный коллектор 11. Из питательного коллектора вода поступает в теплообменные трубы, поднимается вверх, подогревается до температуры кипения, испаряется и в виде перегретого пара поступает в паровой коллектор 12. Из него поступает в кольцевую полость 15, поднимается вверх и далее через патрубок 19 - к потребителю.Feed water from the
За счет того, что трубы 14 и 16, коллектора 11 и 12 с трубными досками 13 и узлы приварки теплообменных труб к ним не контактируют с жидким металлом, так как находятся в разделительной газовой полости 20, играющей роль защитного и теплового экрана, образованной чехлами 21 и 22, дополнительными трубными досками 23, центральной трубой 24 и трубой 17, температурные напряжения в них существенно снижаются. Кроме того, возможен контроль их герметичности по изменению давления в разделительной газовой полости, давление в которой превышает давления в газовой полости корпуса парогенератора.Due to the fact that the
Как показал опыт эксплуатации парогенератора БН-600, трубные доски с узлами приварки теплообменных труб являются определяющими компонентами, влияющими на надежность и безопасность парогенератора.As the operating experience of the BN-600 steam generator has shown, pipe boards with weld units for heat-exchange pipes are the determining components that affect the reliability and safety of the steam generator.
Предлагаемая конструкция за счет расположения парового и питательного коллекторов трубного пучка и кольцевого участка отвода пара в полости, заполненной инертным газом, позволяет существенно уменьшить в данных силовых узлах и деталях температурные напряжения, тем самым, повышая надежность парогенератора. Кроме того, данная конструкция не допускает контакта рабочей среды (вода-пар) с жидким металлом, например натрием, при их разгерметизации, что повышает надежность всей установки в целом. Также возможно производство контроля герметичности парового и питательного коллекторов трубного пучка и кольцевого участка отвода пара по изменению давления в газовой полости, что уменьшает время обнаружения в них дефекта и соответственно время локализации течи и, следовательно, повышает коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), который является важнейшим экономическим показателем ядерной установки.The proposed design due to the location of the steam and feed manifolds of the tube bundle and the annular section of the steam outlet in the cavity filled with inert gas, can significantly reduce the temperature stresses in these power units and parts, thereby increasing the reliability of the steam generator. In addition, this design does not allow contact of the working medium (water-steam) with liquid metal, such as sodium, during their depressurization, which increases the reliability of the entire installation as a whole. It is also possible to monitor the tightness of the steam and supply manifolds of the tube bundle and the annular section of the steam outlet by changing the pressure in the gas cavity, which reduces the time of detection of a defect in them and, accordingly, the time of localization of the leak and, therefore, increases the installed capacity utilization factor (KIUM) The most important economic indicator of a nuclear installation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004138268/06A RU2279604C1 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Steam generator for reactor with liquid-metal heat-transfer agent |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004138268/06A RU2279604C1 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Steam generator for reactor with liquid-metal heat-transfer agent |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2279604C1 true RU2279604C1 (en) | 2006-07-10 |
Family
ID=36830763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004138268/06A RU2279604C1 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Steam generator for reactor with liquid-metal heat-transfer agent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2279604C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2515579C2 (en) * | 2009-05-06 | 2014-05-10 | Цинхуа Юниверсити | Steam generator |
RU2706801C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-11-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Госкорпорация "Росатом" | Reverse-type steam generator for a fast neutron reactor with lead heat carrier |
RU2751456C2 (en) * | 2015-02-10 | 2021-07-14 | Российская Федерация | Modular vertical steam generator |
RU2787137C1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-12-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Steam generator of a reactor with a liquid metal coolant |
-
2004
- 2004-12-27 RU RU2004138268/06A patent/RU2279604C1/en active IP Right Revival
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2515579C2 (en) * | 2009-05-06 | 2014-05-10 | Цинхуа Юниверсити | Steam generator |
RU2751456C2 (en) * | 2015-02-10 | 2021-07-14 | Российская Федерация | Modular vertical steam generator |
RU2706801C1 (en) * | 2018-12-14 | 2019-11-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Госкорпорация "Росатом" | Reverse-type steam generator for a fast neutron reactor with lead heat carrier |
WO2020122770A3 (en) * | 2018-12-14 | 2020-08-06 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Inverse steam generator for fast neutron reactor having lead coolant |
US11802686B2 (en) | 2018-12-14 | 2023-10-31 | State Atomic Energy Corporation “Rosatom” Acts on Behalf of the Russian Federation | Reverse steam generator for a lead-cooled fast reactor |
RU2787137C1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-12-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Steam generator of a reactor with a liquid metal coolant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101630428B1 (en) | Nuclear steam supply system | |
KR101366218B1 (en) | Nuclear reactor and method of cooling reactor core of a nuclear reactor | |
KR101038399B1 (en) | Steam generator for the sodium cooled fast reactor with an on-line leak detection system | |
US5158742A (en) | Reactor steam isolation cooling system | |
US4737337A (en) | Nuclear reactor having double tube helical coil heat exchanger | |
US3768554A (en) | Steam generator heated with liquid metal | |
US3563303A (en) | Method and apparatus for increasing uniformity of heat transfer | |
US4644906A (en) | Double tube helical coil steam generator | |
US6519308B1 (en) | Corrosion mitigation system for liquid metal nuclear reactors with passive decay heat removal systems | |
US4753773A (en) | Double tube steam generator | |
CA2970612C (en) | Steam generator with a horizontal heat-exchange tube bundle and its assembly method | |
US3305002A (en) | Fluid pressurizer | |
US3245464A (en) | Liquid metal heated vapor generator | |
US4446820A (en) | Steam generator heated by liquid metal | |
US3520356A (en) | Vapor generator for use in a nuclear reactor | |
US11901088B2 (en) | Method of heating primary coolant outside of primary coolant loop during a reactor startup operation | |
RU2279604C1 (en) | Steam generator for reactor with liquid-metal heat-transfer agent | |
US3279439A (en) | Vapor generating superheating and reheating unit | |
JP4101422B2 (en) | Liquid metal cooled nuclear reactor and liquid metal cooled nuclear power plant | |
JPH05223980A (en) | Tube type heat exchanger | |
CA1040751A (en) | Nuclear reactor discharge nozzle and inlet conduit | |
US4014295A (en) | Steam generator | |
US4909981A (en) | Nuclear reactor | |
US3805890A (en) | Helical coil heat exchanger | |
CN106531241B (en) | Double-walled heat exchanger tube and liquid-metal reactor double-wall pipe heat transmission equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061228 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20081027 |
|
HK4A | Changes in a published invention | ||
PD4A | Correction of name of patent owner |