RU2354910C1

RU2354910C1 - Process heat exchanger of nuclear power plant

Info

Publication number: RU2354910C1
Application number: RU2007134995/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Васильевич Берляев (RU); Петр Васильевич Берляев; Виктор Иванович Мелькин (RU); Виктор Иванович Мелькин; Юрий Валентинович Филимонов (RU); Юрий Валентинович Филимонов
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 comprises a vertical tube bundle, an upper support ring and a lower support ring inside a vertical case as well as a lower and an upper nipple of tube space heat carrier set on the case; the lower and upper tube bundle sections are connected to the respective supports and the latter are attached to the case. The lower and upper supports are made as vertical shells and attached to the case by the lower and upper end faces of the shells respectively, each nipple is set on the case opposite to the shell of the respective support and forms an annular chamber in respect to the case. Such design of the heat exchanger allows for moving the points of attaching the supports to the case away from the case welded seams joining the tube plates and the case for the required distance as well as reducing influence of the case seams on the supports to the allowable value.

EFFECT: reducing allowable influence of the case seams on the supports.

2 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 технологический теплообменник атомной электростанции, содержащий вертикальный корпус, в полости которого размещены трубный пучок, а также верхняя и нижняя вертикальные обечайки, которые прикреплены к внутренней стенке корпуса соответственно нижним и верхним торцевыми участками и выполнены с образованием относительно корпуса кольцевых камер, причем на корпусе против соответствующих обечаек установлены верхний и нижний патрубки теплоносителя межтрубного пространства (см. RU 2145697 С1, кл. МКИ F28D 7/00, 20.02.2000).Known technological heat exchanger of a nuclear power plant, containing a vertical housing, in the cavity of which a tube bundle is placed, as well as upper and lower vertical shells, which are attached to the inner wall of the housing by the lower and upper end sections, respectively, and are formed with respect to the housing of annular chambers, and on the housing against the corresponding shells are installed upper and lower nozzles of the coolant of the annulus (see RU 2145697 C1, class MKI F28D 7/00, 02.20.2000).

В таком теплообменнике нет внутрикорпусных опор, поэтому суммарные усилия, возникающие от веса трубного пучка, температурных изменений и сейсмических нагрузок, передаются на узлы крепления концов труб пучка в трубных досках. Большие напряжения в этих узлах могут привести к их разгерметизации, после чего теплообменник выводится из эксплуатации.In such a heat exchanger there are no internal supports, therefore, the total forces arising from the weight of the tube bundle, temperature changes and seismic loads are transmitted to the attachment points of the ends of the tube bundles in the tube plates. High voltages in these nodes can lead to their depressurization, after which the heat exchanger is decommissioned.

К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является технологический теплообменник атомной электростанции, содержащий размещенные внутри вертикального корпуса вертикальный трубный пучок, верхнюю кольцевую опору и нижнюю кольцевую опору, а также установленные на корпусе верхний и нижний патрубки теплоносителя межтрубного пространства, причем верхний и нижний участки трубного пучка соединены с соответствующими опорами, а последние прикреплены к корпусу (см. SU 1372172 А1, кл. МКИ 4 F28D 7/02, 09.01.88).The closest technical solution known (prototype) to the present invention is a technological heat exchanger of a nuclear power plant, comprising a vertical tube bundle, an upper ring support and a lower ring support located inside the vertical casing, as well as upper and lower pipe joints of the annular coolant, and the upper and the lower sections of the tube bundle are connected to the respective supports, and the latter are attached to the body (see SU 1372172 A1, class MKI 4 F28D 7/02, 01/09/08).

В таком теплообменнике большая часть суммарных усилий, возникающих от веса змеевиков, температурных изменений и сейсмических нагрузок, передается через опоры на корпус, что значительно разгружает узлы крепления концов труб пучка в трубных досках.In such a heat exchanger, most of the total effort arising from the weight of the coils, temperature changes and seismic loads is transmitted through supports to the body, which significantly unloads the attachment points of the ends of the beam tubes in the tube plates.

Однако сварные швы, соединяющие корпус с трубными досками, при давлении внутри корпуса 12-16 МПа, при котором эксплуатируется данный теплообменник, имеют значительные толщины (70-80 мм), выполняются после монтажа опор и в непосредственной близости от них. Это может привести сначала к значительной утяжке в окрестностях корпусных сварных швов, а затем и к разрушению швов, которыми приварены опоры к корпусу, что резко и значительно повысит нагрузку на узлы крепления концов труб пучка в трубных досках, может разрушить эти крепления и привести к недопустимому попаданию среды межтрубного пространства в трубное пространство.However, the welds connecting the case to the tube plates, at a pressure inside the case of 12-16 MPa, at which this heat exchanger is operated, have significant thicknesses (70-80 mm), are performed after the installation of supports and in the immediate vicinity of them. This can lead first to a significant tightening in the vicinity of the body welds, and then to the destruction of the welds that welded the supports to the body, which will dramatically and significantly increase the load on the attachment points of the ends of the tube bundles in the tube boards, can destroy these fasteners and lead to unacceptable ingress of the annulus into the tube space.

Патрубки теплоносителя межтрубного пространства установлены в прототипе на корпусе в зоне трубных досок. Угловые отверстия в трубных досках, соединяющие эти патрубки с полостью корпуса, приводят к сосредоточенному и одностороннему подводу теплоносителя межтрубного пространства к полости корпуса и к такому же отводу этого теплоносителя из теплообменника. Такая конструкция теплообменника характеризуется неравномерностью скоростей и ухудшенным теплообменом в межтрубном пространстве трубного пучка, что повышает требуемую поверхность теплообмена, увеличивает вес трубного пучка и дополнительно нагружает опоры.The coolant pipes of the annulus are installed in the prototype on the casing in the area of the pipe boards. The angular openings in the tube plates connecting these pipes to the body cavity lead to a concentrated and one-sided supply of the annular coolant to the body cavity and to the same removal of this coolant from the heat exchanger. This design of the heat exchanger is characterized by uneven speeds and poor heat transfer in the annulus of the tube bundle, which increases the required heat transfer surface, increases the weight of the tube bundle and additionally loads the supports.

Таким образом, недостатком прототипа является его низкая эксплуатационная надежность из-за повышенных напряжений в трубных досках и в местах крепления опор к корпусу.Thus, the disadvantage of the prototype is its low operational reliability due to increased stresses in the tube plates and in the places of attachment of supports to the body.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности технологического теплообменника атомной электростанции путем снижения напряжений в трубных досках и в местах крепления опор к корпусу.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 tube sheets and in the places of attachment of supports to the body.

Техническая задача решается в технологическом теплообменнике атомной электростанции, содержащем размещенные внутри вертикального корпуса вертикальный трубный пучок, верхнюю кольцевую опору и нижнюю кольцевую опору, а также установленные на корпусе верхний и нижний патрубки теплоносителя межтрубного пространства, причем верхний и нижний участки трубного пучка соединены с соответствующими опорами, а последние прикреплены к корпусу, при этом верхняя и нижняя опоры выполнены в виде вертикальных обечаек и прикреплены к корпусу соответственно нижним и верхним торцевыми участками этих обечаек, а каждый патрубок установлен на корпусе против обечайки соответствующей опоры, выполненной с образованием относительно корпуса кольцевой камеры.The technical problem is solved in a technological heat exchanger of a nuclear power plant, comprising a vertical tube bundle, an upper annular support and a lower annular support located inside the vertical casing, as well as upper and lower annular coolant pipes mounted on the casing, the upper and lower sections of the tube bundle being connected to the respective supports and the latter are attached to the body, while the upper and lower supports are made in the form of vertical shells and are attached to the body, respectively exactly the lower and upper end sections of these shells, and each pipe is mounted on the housing against the shell of the corresponding support, made with the formation relative to the housing of the annular chamber.

Кроме того, верхний участок трубного пучка может быть соединен с верхней опорой с возможностью вертикального перемещения относительно ее обечайки, а нижний участок трубного пучка может быть соединен с нижней опорой жестко.In addition, the upper section of the tube bundle can be connected to the upper support with the possibility of vertical movement relative to its shell, and the lower section of the tube bundle can be connected to the lower support rigidly.

Выполнение верхней и нижней опор в виде вертикальных обечаек и прикрепление этих опор к корпусу соответственно нижним и верхним торцевыми участками этих обечаек, а также установка каждого патрубка на корпусе против обечайки соответствующей опоры, выполненной с образованием относительно корпуса кольцевой камеры, позволяет отдалить места крепления опор к корпусу от корпусных сварных швов, соединяющих трубные доски с корпусом, на требуемое расстояние и снизить до допустимого значения влияние корпусных швов на опоры. При этом кольцевые камеры экранируют опоры относительно корпусных швов и еще в большей степени снижают их влияние на опоры.The implementation of the upper and lower supports in the form of vertical shells and the attachment of these supports to the housing, respectively, the lower and upper end sections of these shells, as well as the installation of each pipe on the housing against the shell of the corresponding support, made with the formation relative to the housing of the annular chamber, allows you to move away the mounting points of the supports to the body from the body welds connecting the tube boards to the body, to the required distance and reduce the influence of the body seams on the supports to an acceptable value. At the same time, annular chambers shield the supports relative to the body seams and further reduce their effect on the supports.

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.Moreover, this embodiment of the heat exchanger, in comparison with the prototype, ensured 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.

Соединение верхнего участка трубного пучка с верхней опорой с возможностью вертикального перемещения относительно ее обечайки и соединение нижнего участка трубного пучка с нижней опорой жестко позволяет снизить напряжения в элементах трубного пучка и оптимально перераспределить нагрузку между опорами.The connection of the upper section of the tube bundle with the upper support with the possibility of vertical movement relative to its shell and the connection of the lower section of the tube bundle with the lower support rigidly reduces the stresses in the elements of the tube bundle and optimally redistributes the load between the supports.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид технологического теплообменника атомной электростанции; на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1; на фиг.3 - выносной элемент Б фиг.1.The invention is illustrated by drawings, 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 - remote element B of figure 1.

Технологический теплообменник атомной электростанции содержит размещенные внутри вертикального корпуса 1 вертикальный 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, и наружного вертикального кожуха 6, нижний участок которого скреплен с нижней решеткой 5. Верхний участок кожуха 6 выполнен с возможностью продольного перемещения относительно верхней решетки 4. Для обеспечения продольного перемещения верхнего участка кожуха 6 относительно верхней решетки 4 между кожухом 6 и решеткой 4 образован кольцевой зазор 7.The technological heat exchanger of a nuclear power plant contains a vertical tube bundle located inside the vertical casing 1, which is made in the form of heat exchange tubes 2, wound on a vertical mandrel 3, upper and lower horizontal grids 4 and 5, fastened to the corresponding ends of the mandrel 3, and an outer vertical casing 6, the lower portion of which is bonded to the lower grill 5. The upper portion of the casing 6 is made with the possibility of longitudinal movement relative to the upper grill 4. To ensure longitudinal An annular gap 7 is formed between the upper portion of the casing 6 relative to the upper grating 4 between the casing 6 and the grating 4.

Внутри вертикального корпуса 1 размещены также верхняя кольцевая опора, выполненная в виде вертикальной обечайки 8, и нижняя кольцевая опора, выполненная в виде вертикальной обечайки 9. Верхняя и нижняя опоры прикреплены к корпусу 1, причем верхняя опора прикреплена к корпусу 1 нижним торцевым участком обечайки 8, а нижняя опора прикреплена к корпусу 1 верхним торцевым участком обечайки 9.Inside the vertical casing 1 there is also an upper ring support made in the form of a vertical shell 8, and a lower ring support made in the form of a vertical shell 9. The upper and lower supports are attached to the casing 1, and the upper support is attached to the casing 1 with the lower end portion of the casing 8 and the lower support is attached to the housing 1 by the upper end portion of the shell 9.

Верхний участок трубного пучка, которым в данном конкретном теплообменнике является верхняя решетка 4, соединен с верхней опорой с возможностью вертикального перемещения относительно ее обечайки 8. При этом нижний участок трубного пучка, которым в данном конкретном теплообменнике является нижняя решетка 5, соединен с нижней опорой жестко путем приварки решетки 5 к обечайке 9.The upper section of the tube bundle, which is the upper grill 4 in this particular heat exchanger, is connected to the upper support with the possibility of vertical movement relative to its shell 8. In this case, the lower section of the tube bundle, which is the lower grill 5 in this particular heat exchanger, is rigidly connected to the lower support by welding the grill 5 to the shell 9.

На корпусе установлены верхний и нижний патрубки 10 и 11 теплоносителя межтрубного пространства. Верхний патрубок 10 установлен на корпусе 1 против обечайки 8 верхней опоры, выполненной с образованием относительно корпуса 1 кольцевой камеры 12, а нижний патрубок 11 установлен на корпусе 1 против обечайки 9 нижней опоры, выполненной с образованием относительно корпуса 1 кольцевой камеры 13.The upper and lower nozzles 10 and 11 of the annular coolant are installed on the casing. The upper pipe 10 is installed on the housing 1 against the shell 8 of the upper support, formed with respect to the housing 1 of the annular chamber 12, and the lower pipe 11 is installed on the housing 1 against the shell 9 of the lower support, formed with respect to the housing 1 of the annular chamber 13.

Входные концы 14 теплообменных труб 2 проходят через нижнюю решетку 5 и закрепляются в нижней трубной доске 15 раздающей камеры 16. Выходные концы 17 теплообменных труб 2 проходят сквозь верхнюю решетку 4 и закрепляются в верхней трубной доске 18 собирающей камеры 19. Решетки 4 и 5 выполнены с отверстиями или проемами (отверстия или проемы условно не показаны) для прохода теплоносителя.The input ends 14 of the heat exchange tubes 2 pass through the lower grill 5 and are fixed in the lower tube plate 15 of the distribution chamber 16. The output ends 17 of the heat exchange tubes 2 pass through the upper grill 4 and are fixed in the upper tube plate 18 of the collecting chamber 19. The grilles 4 and 5 are made with holes or openings (holes or openings not shown conventionally) for the passage of the coolant.

Оправка 6 выполнена полой и сообщена с верхней частью корпуса 1 отверстием 20 и с нижней частью корпуса 1 - отверстием 21. Для дренирования полости, образованной кожухом 6 и корпусом 1, нижний участок кожуха 6 имеет отверстия 22. Отверстие 20 имеет диаметр, превышающий 70 мм. Отверстия 21 и 22 выполнены с диаметром 3-4 мм.The mandrel 6 is hollow and communicates with the upper part of the housing 1 by the hole 20 and with the lower part of the housing 1 by the hole 21. For drainage of the cavity formed by the housing 6 and the housing 1, the lower portion of the housing 6 has openings 22. The hole 20 has a diameter exceeding 70 mm . Holes 21 and 22 are made with a diameter of 3-4 mm.

Технологический теплообменник атомной электростанции при его использовании в качестве регенеративного теплообменника системы продувки первого контура работает следующим образом.The technological heat exchanger of a nuclear power plant when it is used as a regenerative heat exchanger of the primary circuit purge system works as follows.

Продувочный теплоноситель по патрубку 10 подают в кольцевую камеру 12, благодаря которой он равномерно распределяется по верхней части корпуса 1, где проходит сквозь решетку 4. Далее теплоноситель проходит по межтрубному пространству трубного пучка, где интенсивно охлаждается, нагревая теплоноситель трубного пространства. Благодаря кольцевой камере 13 теплоноситель равномерно отводится из межтрубного пространства, проходит сквозь решетку 5 и затем по патрубку 11 отводится на фильтры очистки (фильтры очистки условно не показаны).The purge coolant through the pipe 10 is fed into the annular chamber 12, due to which it is evenly distributed over the upper part of the housing 1, where it passes through the grill 4. Next, the coolant passes through the annular space of the tube bundle, where it is intensively cooled by heating the tube coolant. Thanks to the annular chamber 13, the coolant is evenly removed from the annulus, passes through the grill 5 and then is discharged through the nozzle 11 to the cleaning filters (cleaning filters are not shown conditionally).

Очищенный теплоноситель последовательно проходит раздающую камеру 16, входные концы 14 теплообменных труб 2, теплообменные трубы 2, где очищенный теплоноситель нагревается, выходные концы 17 теплообменных труб 2 и собирающую камеру 19. Далее очищенный и подогретый теплоноситель возвращается в первый контур атомной электростанции.The cleaned coolant passes sequentially through the distribution chamber 16, the inlet ends 14 of the heat exchange tubes 2, the heat exchange tubes 2 where the cleaned coolant is heated, the outlet ends 17 of the heat exchange tubes 2 and the collecting chamber 19. Next, the cleaned and heated coolant is returned to the first circuit of the nuclear power plant.

Весовая нагрузка трубного пучка и радиальные усилия от его нижней части через оправку 3, нижнюю решетку 5 и обечайку 9 нижней опоры передается на корпус 1. Радиальные усилия от верхней части трубного пучка передаются на корпус 1 через обечайку 8 верхней опоры.The weight load of the tube bundle and the radial forces from its lower part through the mandrel 3, the lower grill 5 and the casing 9 of the lower support are transmitted to the housing 1. Radial forces from the upper part of the tube bundle are transmitted to the housing 1 through the casing 8 of the upper support.

Claims

1. A technological heat exchanger of a nuclear power plant, comprising a vertical tube bundle located inside a vertical casing, an upper annular support and a lower annular support, as well as upper and lower annular coolant pipes mounted on the housing, the upper and lower sections of the tube bundle being connected to the respective supports, and the latter are attached to the housing, characterized in that the upper and lower supports are made in the form of vertical shells and are attached to the housing, respectively, lower and the upper end sections of these shells, and each pipe is mounted on the housing against the shell of the corresponding support, made with the formation relative to the housing of the annular chamber.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the upper portion of the tube bundle is connected to the upper support with the possibility of vertical movement relative to its shell, and the lower portion of the tube bundle is rigidly connected to the lower support.