RU2354909C1

RU2354909C1 - Process heat exchanger of nuclear power plant

Info

Publication number: RU2354909C1
Application number: RU2007134996/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Васильевич Берляев (RU); Петр Васильевич Берляев; Юрий Валентинович Филимонов (RU); Юрий Валентинович Филимонов; Лев Наумович Фальковский (RU); Лев Наумович Фальковский
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-05-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to energy industry and can be used in purge systems of the first and second circuits of a nuclear power plant. A heat exchanger of a nuclear power plant comprises a tube bundle placed inside a vertical case and enclosed by a vertical housing. The lower section of the housing is connected to the lower grid of the tube bundle. The housing is set in respect to the case so that to form a vertical peripheral cavity which is divided into the upper and lower chambers by a baffle. A support of the tube bundle is set inside the case and connected to it. The baffle is made as a shell with its lower end being connected to the support and a band with one its edge being connected to the shell and the other one - to the case. The nipples of tube space heat carrier are fitted on the case. One nipple is set opposite the upper chamber of the peripheral cavity and the other one - opposite the lower chamber.

EFFECT: reducing stresses in the baffle.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах продувки первого и второго контуров атомной электростанции.The invention relates to energy and can be used in purge systems of the first and second circuits of a nuclear power plant.

Известен теплообменник, содержащий размещенные внутри горизонтального корпуса трубный пучок, охваченный кожухом, который установлен относительно корпуса с образованием горизонтальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки, при этом на корпусе против соответствующих отсеков периферийной полости установлены патрубки теплоносителя межтрубного пространства, а перегородка уплотнена относительно корпуса упругими листами (см. RU 2157495, кл. F28D 7/00, 10.10.2000).A heat exchanger is known that contains a tube bundle located inside a horizontal housing, enclosed by a casing, which is mounted relative to the housing to form a horizontal peripheral cavity divided by a partition into upper and lower compartments, and heat transfer tubes are installed on the housing against the corresponding peripheral cavity compartments, and the partition is sealed relative to the housing with elastic sheets (see RU 2157495, class F28D 7/00, 10.10.2000).

Такой теплообменник характеризуется большими протечками теплоносителя между упругими листами перегородки и корпусом. На величину этих протечек снижен расход теплоносителя через межтрубное пространство трубного пучка, что снижает температурный напор и повышает величину требуемой поверхности теплообмена.Such a heat exchanger is characterized by large leakage of coolant between the elastic sheets of the partition and the housing. By the value of these leaks, the coolant flow rate through the annulus of the tube bundle is reduced, which reduces the temperature head and increases the value of the required heat transfer surface.

Кроме того, в таком теплообменнике весовую нагрузку трубного пучка, нагрузку на этот пучок в результате изменения параметров теплоносителя, а также нагрузку на пучок от возможного сейсмического воздействия несут только места соединения концов труб пучка с трубными досками. Суммарная нагрузка от перечисленных факторов может оказаться значительной и привести к разрушению этих мест крепления и останову теплообменникаIn addition, in such a heat exchanger, the weight load of the tube bundle, the load on this bundle as a result of changes in the parameters of the coolant, and the burden on the bundle from possible seismic effects are borne only by the junctions of the ends of the bundle tubes and tube plates. The total load from these factors can be significant and lead to the destruction of these attachment points and the shutdown of the heat exchanger

К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является технологический теплообменник атомной электростанции, содержащий размещенные внутри вертикального корпуса трубный пучок, охваченный кожухом, который установлен относительно корпуса с образованием вертикальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки, а также опора трубного пучка, прикрепленная к корпусу, при этом на корпусе установлены патрубки теплоносителя межтрубного пространства (см. Теплообменное оборудование технологических систем и парогенераторы АЭС. Отраслевой каталог.«ЦНИИТЭИтяжмаш». М.: 1989, с.49-50, рис.31).The closest technical solution known (prototype) to the present invention is a technological heat exchanger of a nuclear power plant containing a tube bundle located inside a vertical housing, enclosed by a housing that is mounted relative to the housing to form a vertical peripheral cavity separated by a partition into the upper and lower compartments, as well as a support a tube bundle attached to the casing, while the pipes of the coolant of the annulus are installed on the casing (see. Heat transfer Equipment technological systems and steam generators for nuclear power plants. tradesbook. "TsNIITEItyazhmash." M .: 1989 s.49-50, fig.31).

В этом теплообменнике значительную часть нагрузки трубного пучка принимает на себя опора, которая передает эту часть нагрузки на корпус, существенно разгружая места соединения концов труб пучка с трубными досками.In this heat exchanger, a significant part of the load of the tube bundle is assumed by the support, which transfers this part of the load to the housing, substantially unloading the joints of the ends of the tube bundles with the tube plates.

Однако прототип имеет недостаток. Дело в том, что перегородка, разделяющая периферийную полость на верхний и нижний отсеки, прикреплена одной кромкой к корпусу, а другой - к кожуху трубного пучка. При работе теплообменника кожух и корпус имеют различные температуры, а в переменных режимах - различные температурные перемещения. Это обуславливает дополнительные напряжения в местах крепления перегородки к кожуху и корпусу, которые могут привести к разуплотнению отсеков периферийной полости один относительно другого. При этом появятся байпасные протечки теплоносителя мимо трубного пучка, при которых теплообменник не сможет выполнять свои функции и его выводят из эксплуатации.However, the prototype has a drawback. The fact is that the partition dividing the peripheral cavity into the upper and lower compartments is attached with one edge to the body and the other to the casing of the tube bundle. During the operation of the heat exchanger, the casing and the casing have different temperatures, and in variable modes - different temperature movements. This causes additional stresses at the attachment points of the partition to the casing and the housing, which can lead to decompaction of the compartments of the peripheral cavity relative to one another. In this case, bypass coolant leaks past the tube bundle will appear, in which the heat exchanger will not be able to perform its functions and will be taken out of service.

Патрубки теплоносителя межтрубного пространства установлены в прототипе на корпусе в зоне трубных досок. Однако угловые отверстия в трубных досках, соединяющие эти патрубки с полостью корпуса, характеризуются сосредоточенным и односторонним подводом теплоносителя к полости корпуса и таким же отводом этого теплоносителя из теплообменника. Это приводит к неравномерности скоростей, ухудшению теплообмена в межтрубном пространстве трубного пучка и к повышению требуемой поверхности теплообмена, что повышает вес трубного пучка и дополнительно нагружает места крепления опор к корпусу.The coolant pipes of the annulus are installed in the prototype on the casing in the area of the pipe boards. However, the angular openings in the tube plates connecting these pipes to the body cavity are characterized by a concentrated and one-sided supply of the heat carrier to the body cavity and the same removal of this heat carrier from the heat exchanger. This leads to uneven speeds, the deterioration of heat transfer in the annular space of the tube bundle and to an increase in the required heat transfer surface, which increases the weight of the tube bundle and additionally loads the mounting points of the supports to the body.

Таким образом, недостатком прототипа является его низкая эксплуатационная надежность из-за повышенных напряжений в перегородке и опоре.Thus, the disadvantage of the prototype is its low operational reliability due to increased stresses in the partition and support.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности технологического теплообменника атомной электростанции путем снижения напряжений в перегородке и опоре.An object of the invention is to increase the operational reliability of the process heat exchanger of a nuclear power plant by reducing stresses in the partition and support.

Техническая задача решается в технологическом теплообменнике атомной электростанции, содержащем размещенные внутри вертикального корпуса трубный пучок, охваченный кожухом, который установлен относительно корпуса с образованием вертикальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки, а также опору трубного пучка, прикрепленную к корпусу, при этом на корпусе установлены патрубки теплоносителя межтрубного пространства, перегородка выполнена в виде вертикальной обечайки, скрепленной нижним участком с опорой, и ленты, прикрепленной одной кромкой к обечайке, а другой - к корпусу, при этом каждый патрубок установлен на корпусе против соответствующего отсека периферийной полости.The technical problem is solved in a technological heat exchanger of a nuclear power plant containing a tube bundle located inside a vertical housing, enclosed by a housing that is mounted relative to the housing with the formation of a vertical peripheral cavity divided by a partition into the upper and lower compartments, as well as a tube bundle support attached to the housing, coolant nozzles of the annulus are installed on the body, the partition is made in the form of a vertical shell, fastened by a lower section with Ora, and a tape attached to one edge of the shell, and the other - to the housing, each tube is mounted on the housing against a corresponding peripheral cavity compartment.

Кроме того, патрубки могут быть установлены на корпусе диаметрально противоположно один относительно другого, а лента перегородки может быть расположена с уклоном в сторону патрубка, установленного против верхнего отсека периферийной полости.In addition, the nozzles can be installed on the housing diametrically opposite to one another, and the tape of the septum can be located with a slope towards the nozzle installed against the upper compartment of the peripheral cavity.

Кроме того, опора может быть прикреплена к корпусу посредством вертикальных ребер, которые расположены радиально относительно корпуса и выполнены с образованием каналов между собой.In addition, the support can be attached to the housing by means of vertical ribs, which are located radially relative to the housing and are formed with the formation of channels between themselves.

Выполнение перегородки в виде вертикальной обечайки, скрепленной нижним участком с опорой, и ленты, прикрепленной одной кромкой к обечайке, а другой - к корпусу, а также установка каждого патрубка на корпусе против соответствующего отсека периферийной полости привело к снижению напряжений в перегородке, так как при работе теплообменника опора имеет нулевые, а корпус - незначительные температурные перемещения.The implementation of the partition in the form of a vertical shell, fastened with the lower portion of the support, and a tape attached with one edge to the shell and the other to the body, as well as the installation of each pipe on the body against the corresponding compartment of the peripheral cavity, led to a decrease in stresses in the partition, since the support of the heat exchanger has zero, and the casing has insignificant temperature movements.

Более того, такое выполнение теплообменника по сравнению с прототипом обеспечило более равномерное распределение теплоносителя по межтрубному пространству трубного пучка, что улучшило теплообмен в аппарате, снизило вес трубного пучка и весовую нагрузку на опоры. Прикрепление опоры к корпусу посредством вертикальных ребер, расположенных радиально относительно корпуса и с образованием каналов между собой, обеспечит еще большую равномерность распределения теплоносителя по межтрубному пространству трубного пучка, что еще в большей степени улучшит теплообмен в аппарате, снизит вес трубного пучка и весовую нагрузку на опоры.Moreover, this embodiment of the heat exchanger compared to the prototype provided a more uniform distribution of the coolant along the annular space of the tube bundle, which improved heat transfer in the apparatus, reduced the weight of the tube bundle and the weight load on the supports. Attaching the support to the casing by means of vertical ribs located radially relative to the casing and with the formation of channels between them, will provide even more uniform distribution of the coolant along the annulus of the tube bundle, which will further improve heat transfer in the apparatus, reduce the weight of the tube bundle and the weight load on the supports .

Установка патрубков на корпусе диаметрально противоположно один относительно другого и расположение ленты перегородки с уклоном в сторону патрубка, установленного против верхнего отсека периферийной полости, позволяет снизить напряжения в патрубках от усилий присоединяемых к ним трубопроводов, так как в этом случае усилия по меньшей мере частично компенсируют друг друга.The installation of the nozzles on the housing is diametrically opposed to one another and the location of the septum tape with a slope towards the nozzle installed against the upper compartment of the peripheral cavity allows reducing stresses in the nozzles from the forces of the pipelines connected to them, since in this case the forces at least partially compensate each other friend.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид технологического теплообменника атомной электростанции; на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a General view of the process heat exchanger of a nuclear power plant; figure 2 - remote element A of figure 1; figure 3 is a section bB of figure 2.

Технологический теплообменник атомной электростанции содержит размещенные внутри вертикального корпуса 1 трубный пучок, который выполнен в виде теплообменных труб 2, навитых на вертикальную оправку 3, верхней и нижней горизонтальных решеток 4 и 5, скрепленных с соответствующими концами оправки 3. Решетки 4 и 5 выполнены с отверстиями или проемами (отверстия или проемы условно не показаны) для прохода теплоносителя. Трубный пучок охвачен кожухом 6, нижний участок которого скреплен с нижней решеткой 5. Кожух 6 установлен относительно корпуса 1 с образованием вертикальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки 7 и 8 соответственно.The technological heat exchanger of a nuclear power plant contains a tube bundle located inside a vertical housing 1, which is made in the form of heat exchange tubes 2, wound around a vertical mandrel 3, upper and lower horizontal grids 4 and 5, fastened to the corresponding ends of the mandrel 3. The grids 4 and 5 are made with holes or openings (openings or openings not conventionally shown) for the passage of the coolant. The tube bundle is enclosed by a casing 6, the lower portion of which is fastened to the lower grill 5. The casing 6 is mounted relative to the housing 1 with the formation of a vertical peripheral cavity divided by a partition into the upper and lower compartments 7 and 8, respectively.

Внутри корпуса 1 размещена опора 9 трубного пучка, прикрепленная к корпусу 1. Перегородка выполнена в виде вертикальной обечайки 10, скрепленной нижним участком с опорой 9, и ленты 11, прикрепленной одной кромкой к обечайке 10, а другой - к корпусу 1. Опора 9 прикреплена к корпусу 1 посредством вертикальных ребер 12, расположенных радиально относительно корпуса 1 и с образованием каналов 13 между собой.Inside the housing 1 is placed a support 9 of the tube bundle, attached to the housing 1. The partition is made in the form of a vertical shell 10, fastened by the lower section with the support 9, and a tape 11 attached by one edge to the shell 10, and the other to the housing 1. Support 9 is attached to the housing 1 by means of vertical ribs 12 located radially relative to the housing 1 and with the formation of channels 13 between them.

На корпусе 1 установлены патрубки 14 и 15 теплоносителя межтрубного пространства, при этом патрубок 14 установлен против отсека 7 периферийной полости, а патрубок 15 - против ее отсека 8. В предпочтительном варианте исполнения теплообменника патрубки 14 и 15 установлены на корпусе 1 диаметрально противоположно один относительно другого. При этом лента 11 перегородки расположена с уклоном в сторону патрубка 14, установленного против верхнего отсека 7 периферийной полости.On the casing 1, pipes 14 and 15 of the annulus coolant are installed, while the pipe 14 is installed against the peripheral cavity compartment 7, and the pipe 15 is against its compartment 8. In a preferred embodiment, the heat exchanger pipes 14 and 15 are mounted on the casing 1 diametrically opposite to one another . In this case, the tape 11 of the partition is sloped towards the pipe 14 mounted against the upper compartment 7 of the peripheral cavity.

Входные концы 16 теплообменных труб 2 проходят через верхнюю решетку 4 и закрепляются в верхней трубной доске 17 раздающей камеры 18. Камера 18 имеет подводящие патрубки 19 и 20. Выходные концы 21 теплообменных труб 2 походят сквозь нижнюю решетку 5 и закрепляются в нижней трубной доске 22 собирающей камеры 23. Камера 23 имеет отводящий патрубок 24.The input ends 16 of the heat exchange tubes 2 pass through the upper grill 4 and are fixed in the upper tube plate 17 of the distribution chamber 18. The chamber 18 has inlet pipes 19 and 20. The output ends 21 of the heat exchange tubes 2 go through the lower grill 5 and are fixed in the lower collecting tube plate 22 camera 23. The camera 23 has a discharge pipe 24.

Технологический теплообменник атомной электростанции при его использовании в качестве теплообменника аварийного расхолаживания работает следующим образом.Technological heat exchanger of a nuclear power plant when it is used as an emergency cooldown heat exchanger works as follows.

Во время расхолаживания ядерной энергетической установки пар из парогенератора подводят в камеру 18 через патрубок 19. Далее пар опускается по трубам 2, конденсируясь и отдавая тепло теплоносителю, проходящему в это время по межтрубному пространству.During the cooldown of a nuclear power plant, steam from the steam generator is fed into the chamber 18 through the pipe 19. Next, the steam is lowered through the pipes 2, condensing and giving off heat to the coolant passing at this time through the annulus.

Благодаря витой форме труб 2 на большей части их длины, капли конденсата, стекающие по внутренней образующей трубы, за счет центробежных сил отрываются от поверхности трубы 2, летят на ее наружную образующую, где разрушают стекающую по ней пленку конденсата и открывают при этом поверхность трубы 2 для конденсации пара. В витых трубах 6 большая часть конденсата находится в потоке пара и не мешает пару вступать в теплообмен непосредственно с поверхностью трубы 2.Due to the twisted shape of the pipes 2 over most of their length, condensate droplets flowing along the inner generatrix of the pipe, due to centrifugal forces, break away from the surface of the pipe 2, fly to its outer generatrix, where the condensate film flowing down along it is destroyed and the surface of the pipe 2 is opened for condensation of steam. In twisted pipes 6, most of the condensate is in the steam stream and does not prevent the steam from entering heat exchange directly with the surface of the pipe 2.

По мере движения вниз в трубах 2 пара становится меньше, а конденсата - больше. В нижней части труб 2 движется уже один конденсат, который здесь охлаждается до требуемой температуры. Охлажденный конденсат попадает в камеру 23 и далее выводится из теплообменника посредством патрубка 24.As you move downward in the 2 pipes, the steam becomes less and the condensate more. Already one condensate moves in the lower part of the pipes 2, which is cooled here to the required temperature. The cooled condensate enters the chamber 23 and then is removed from the heat exchanger by means of a pipe 24.

Теплоноситель межтрубного пространства (вода промконтура ядерной энергетической установки) через патрубок 15 поступает в нижний отсек 8 периферийной полости. Далее теплоноситель плавно поворачивается вниз и по каналам 13 между ребрами 12 опоры 9 опускается под нижнюю решетку 5, проходит сквозь решетку 5 в полость кожуха 6, где нагревается в межтрубном пространстве витой части трубного пучка, выходит из полости кожуха 6, проходит сквозь верхнюю решетку 4 и далее через верхний отсек 7 и патрубок 14 выводится из теплообменника. Омывая трубы 2 снаружи, теплоноситель нагревается, обеспечивая конденсацию пара и охлаждение конденсата внутри труб 2.The coolant of the annulus (water industrial circuit of a nuclear power plant) through the pipe 15 enters the lower compartment 8 of the peripheral cavity. Next, the coolant rotates smoothly downward and passes through the channels 13 between the ribs 12 of the support 9 under the lower grill 5, passes through the grill 5 into the cavity of the casing 6, where it heats up in the annulus of the twisted part of the tube bundle, leaves the cavity of the casing 6, passes through the upper grill 4 and then through the upper compartment 7 and the pipe 14 is removed from the heat exchanger. Washing the pipes 2 from the outside, the heat carrier heats up, providing steam condensation and cooling of the condensate inside the pipes 2.

Если нет необходимости в расхолаживании ядерной энергетической установки, теплообменник работает в режиме ожидания с постоянной прокачкой охлаждающего теплоносителя через корпус 1. В этом случае в камеру 18 пар не поступает.If there is no need to cool the nuclear power plant, the heat exchanger operates in standby mode with constant pumping of the coolant through the housing 1. In this case, no steam enters the chamber 18.

В другом варианте работы теплообменника в режиме ожидания в камеру 18 через патрубок 20 подают продувочную воду парогенератора, которую охлаждают (переохлаждают) в теплообменнике перед последующей подачей ее на фильтры очистки.In another embodiment, the operation of the heat exchanger in standby mode into the chamber 18 through the pipe 20 serves the purge water of the steam generator, which is cooled (supercooled) in the heat exchanger before its subsequent supply to the cleaning filters.

Claims

1. Technological heat exchanger of a nuclear power plant, comprising a tube bundle placed inside a vertical housing, enclosed by a housing that is mounted relative to the housing to form a vertical peripheral cavity divided by a partition into the upper and lower compartments, as well as a tube bundle support attached to the housing, while on the housing installed pipe coolant annular space, characterized in that the partition is made in the form of a vertical shell, fastened with a lower section with a support, and cients attached with one edge to the sleeve, and the other - to the housing, each tube is mounted on the housing against a corresponding peripheral cavity compartment.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the nozzles are mounted on the housing diametrically opposed to one another, and the ribbon of the partition is sloped towards the nozzle mounted against the upper compartment of the peripheral cavity.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the support is attached to the housing by means of vertical ribs, which are arranged radially relative to the housing and are formed with the formation of channels between themselves.