WO2016093738A1 - Коллектор теплоносителя парогенератора и способ его изготовления - Google Patents

Коллектор теплоносителя парогенератора и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2016093738A1
WO2016093738A1 PCT/RU2015/000787 RU2015000787W WO2016093738A1 WO 2016093738 A1 WO2016093738 A1 WO 2016093738A1 RU 2015000787 W RU2015000787 W RU 2015000787W WO 2016093738 A1 WO2016093738 A1 WO 2016093738A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
collector
pipes
heat exchange
heat
holes
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000787
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2016093738A9 (ru
Inventor
Дмитрий Александрович ЛАХОВ
Алексей Владимирович САФРОНОВ
Александр Григорьевич КОНЮШКОВ
Дмитрий Евгеньевич АЛЕКСЕЕВ
Александр Евгеньевич ГЕРОНТЬЕВ
Original Assignee
Акционерное Общество "Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Труда Чсср Опытное Kohcтруктоpckoe Бюро "Гидропресс" (Ао Окб "Гидропресс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Труда Чсср Опытное Kohcтруктоpckoe Бюро "Гидропресс" (Ао Окб "Гидропресс") filed Critical Акционерное Общество "Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Труда Чсср Опытное Kohcтруктоpckoe Бюро "Гидропресс" (Ао Окб "Гидропресс")
Priority to BR112017012526-9A priority Critical patent/BR112017012526B1/pt
Priority to US15/535,371 priority patent/US10180252B2/en
Priority to EA201650103A priority patent/EA032804B1/ru
Priority to UAA201707372A priority patent/UA121983C2/ru
Priority to JP2017550455A priority patent/JP2018502271A/ja
Priority to EP15867109.9A priority patent/EP3236148B1/en
Priority to CA2970626A priority patent/CA2970626C/en
Priority to MYPI2017000888A priority patent/MY191408A/en
Priority to CN201580076030.3A priority patent/CN107250665B/zh
Priority to KR1020177019198A priority patent/KR102126338B1/ko
Publication of WO2016093738A1 publication Critical patent/WO2016093738A1/ru
Publication of WO2016093738A9 publication Critical patent/WO2016093738A9/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/023—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F22B29/061—Construction of tube walls
    • F22B29/064—Construction of tube walls involving horizontally- or helically-disposed water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0132—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by slats, tie-rods, articulated or expandable rods
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • G21D1/006—Details of nuclear power plant primary side of steam generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0064—Vaporizers, e.g. evaporators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to the electric power industry and can be used in horizontal steam generators of nuclear power plants (NPPs) with a pressurized water power reactor (WWER). BACKGROUND
  • a steam generator is an essential element of the primary circuit of a reactor installation.
  • the connection of the primary coolant collector with the bundle of heat exchange tubes is the most difficult to manufacture steam generator assembly.
  • Particularly high requirements are imposed on this unit to ensure inter-circuit density. That is, the design of the connection node of the heat-transfer manifold should exclude the possibility of damage to heat transfer and other elements, the decompression of which leads to the ingress of radioactive water of the first circuit into the steam-water coolant of the second circuit, circulating through a turbine, condensers, heaters, etc. structural elements of a nuclear power plant reactor with the possibility of release of radioactive elements into the environment.
  • the primary coolant collector used in horizontal steam generators is usually a thick-walled cylindrical vessel, the diameter and thickness of which vary along the length of the vessel. Through holes are made in the central cylindrical part of the collector, which serve to secure the ends of the heat exchange tubes in them.
  • the lower cylindrical part of the collector is made with the possibility of welded connection with the nozzle of the steam generator body, and the upper cylindrical part of the collector has a connector (hatch) for access inside and is made with a tapered transition to the flange connection of the hatch with the cover.
  • the main problems that may arise during the operation of the steam generator are related to the problems of ensuring the structural integrity of the flange connectors and the structural integrity of the primary coolant collectors.
  • the most time-consuming and technologically complex operation in the manufacture of a steam generator is to connect a bundle of heat-exchange pipes with collectors of a primary coolant that requires drilling on a limited area of the side wall of the collector of many closely spaced deep through holes with subsequent hermetic sealing of heat-transfer pipes in them.
  • the sealing gasket consists of two composite restrictive rings of the L-shaped profile and the sealing element between them made of pressed foil made of thermally expanded graphite located between them.
  • thermally expanded graphite gaskets in the seal assemblies of the reactor installation reduces the likelihood of leakage of the primary coolant of the reactor installation when they are used to seal both cylindrical and end surfaces of the seal assembly.
  • the technology for processing deep through holes in the collectors of steam generators, tube boards and other parts of the equipment of nuclear plants and petrochemical plants is described in RF patent N ° 2514359, published on 04/27/2014, IPC V23V35 / 00.
  • the method includes pre-drilling a hole with a drilling tool consisting of a head and a stem. At the same time carry out the supply of cutting fluid (coolant) under a pressure of at least 4 MPa into the gap between the surface being machined and the drilling tool and the removal of chips by the coolant flow through the internal channels of the head and stem.
  • Finishing is carried out by a reamer, which is installed on the same stem, and the removal of chips occurs through a drilled hole forward in the direction of movement of the reamer feed.
  • the output of the sweep from the hole is combined with the smoothing of the surface of the hole, while the sweep is rotated with a number of revolutions that is up to 4 times higher than the revolutions during deployment, and the speed of the output of the sweep is 5% -7% higher than the working feed.
  • the ends of the pipes are distributed on the inner surface of the collector, the pipes are welded, the hydraulic distribution is within the thickness of the collector, the front end is distributed in the zone adjacent to the inner surface, and the mechanical expansion is in the zone adjacent to the outer surface of the collector.
  • the distribution of the front end of the pipes is carried out by mechanical rolling with 3 roller mills with restriction of torque on the drive shaft. After that, hydraulic distribution is performed in one or two transitions.
  • the difference in diameters between the zones of mechanical rolling and the section where hydraulic distribution is carried out can withstand no more than 0.75 ⁇ -1% of the outer diameter of the heat transfer pipe.
  • the described method is very time-consuming, relates only to one operation of securing the heat exchange pipes in the collector, does not cover the entire manufacturing and assembly technology of the primary coolant collector for the horizontal steam generator of WER nuclear power plants.
  • the closest analogue of the proposed technical solution is a utility model protected by patent RU30928, published July 10, 2003, IPC: F22B1 / 02.
  • the utility model relates to the manufacturing technology of a steam generator containing a housing and a heat exchange unit, including input and output collectors of a primary coolant with a beam connected to them horizontal heat transfer pipes.
  • the horizontal heat transfer pipes are installed with a relative horizontal and vertical pitch equal to (l, 44-l, 55) d and (l, 35-l, 40) d, where d is the diameter of the pipe.
  • the indicated range of steps for installing heat exchanger tubes covers, among other things, dense pipe bundles of the heat exchange bundle, however, the issue of placing the heat transfer tubes in the heat carrier manifold in the case of using the specified dense bundle of the heat transfer bundle remained unresolved. That is, in the case of using a tight arrangement of heat transfer pipes with a step of 1.44-d horizontally and 1.35-d vertically in accordance with this utility model, the strength conditions of the perforated part of the heat-transfer collector and the manufacturability of the heat-transfer pipes into the collector are not guaranteed when forming heat transfer bundle packets.
  • the objective of the claimed invention is the creation of a horizontal steam generator assembly, including a primary coolant collector with a bundle of U-shaped heat transfer pipes, while ensuring the conditions of maintaining collector strength, tightness and adaptability of fastening in the collector of heat transfer pipes while increasing the filling of the steam generator with heat transfer pipes.
  • the technical result of the invention is to ensure the strength of the jumpers of the collector wall between the holes for fixing the heat exchange pipes and the tightness of the connection of the heat exchange pipes with the collector, while the outer surface of the perforated part of the collector is most effectively used to insert pipes into it.
  • a collector of the primary coolant circuit of a steam generator with U-shaped pipes of a horizontal heat-exchange beam made in the form of a welded thick-walled vessel having a perforated middle cylindrical part made with the possibility of installing and fixing a beam of U-shaped heat-exchange pipes in it, which are formed in packages and separated by vertical annular corridors, the lower cylindrical part, made with the possibility of a welded connection to the pipe body pair generator, and an upper cylindrical portion with a conical transition to the flange connection with the hatch lid, characterized in that the outer diameter D KCm collector of the first circuit in the middle portion is selected from the relation:
  • d is the outer diameter of the heat exchange tubes, mm;
  • n 2 the number of pipes in the horizontal row of the smaller and larger package of heat transfer pipes, respectively, mm;
  • the holes for securing the heat exchange tubes are placed on the middle cylindrical part of the collector in a checkerboard layout, and the distance between the edges of adjacent holes horizontally on the inner surface of the collector is at least 5.5 mm.
  • the distance between the edges of the holes on the inner surface of the body of the collector coolant is not less than 5.5 mm makes it possible to weld the end of the heat exchanger pipe along the entire circumference with the collector wall, which ensures the tightness of their connection.
  • Heat transfer pipes fixed in the holes on the side wall of the collector are made in the form of seamless seamless tubes of austenitic stainless steel.
  • heat transfer tubes are formed into packages with vertical annular corridors 100-250 mm wide.
  • the heat exchange bundle is filled evenly from the top to the bottom with the gaps between adjacent pipes vertically not exceeding the vertical pitch of the tubes in the bundle.
  • Holes made in the middle cylindrical part of the collector body fill the area of its outer surface from top to bottom and form a drilling zone.
  • the indicated drilling zone is bounded below by a broken line in the form of a symmetrical wedge.
  • the wedge has a truncated peak with a horizontal section.
  • the size of the horizontal section is at least 3 (d 0TB + 6) mm.
  • the presence and size of the horizontal section is selected from the condition of ensuring the reliability of the steam generator by reducing the residual stresses in the collector.
  • the formation of a drilling zone in the form of a pointed wedge could serve as a stress concentrator, i.e. contribute to the initiation of cracks in the collector housing, therefore the pointed configuration of the drilling zone in the design of the claimed collector is not applied.
  • the flange connection of the hatch with the lid is equipped with a gasket made of expanded graphite, in particular, of thermally expanded graphite, made in the form of a ring of pressed graphite foil reinforced with stainless steel tape. Sealing the flange connector with thermally expanded graphite gaskets reduces the tightening forces at the flange connection and improves the stress state of the coolant collector.
  • Another object of the claimed invention is a method of manufacturing a heat carrier collector of the primary circuit of a steam generator with U-shaped pipes of a horizontal heat-exchange bundle, including the preliminary production of two forgings of complex shape and U-shaped heat-exchange pipes, assembling and welding forgings, drilling through holes in the middle cylindrical part of the collector, assembling heat transfer beam from U-shaped heat transfer tubes, which are formed into packets and separated in the beam by vertical annular corridors a first circuit eplenie manifold openings of each heat exchanger tube of the roller by rolling and welding the inner side collector, characterized in that the outer diameter ⁇ ⁇ collector of the first circuit in the middle portion is selected from the relation:
  • d is the outer diameter of the heat exchange tubes, mm;
  • the holes for fixing the heat exchange pipes are placed on the middle cylindrical part of the collector in a checkerboard layout, and the distance between the edges of the neighboring holes horizontally on the inner surface of the collector is chosen at least 5.5 mm.
  • the heat transfer pipes are fixed in the holes on the middle cylindrical part of the collector by ring welding of the end each pipe with the inner surface of the collector, after which hydraulic distribution of the heat exchange pipe with mechanical rolling at the outer surface of the collector is carried out along the thickness of the wall of the collector until the gap between the collector body and the heat exchange pipe embedded in it is completely eliminated.
  • the heat exchange bundle is filled evenly from the bottom to the top with the gaps between adjacent pipes vertically not exceeding the vertical pipe pitch in the bundle, and when the primary coolant collector is installed in the steam generator housing, the height of its drilling zone does not go beyond the placement of the upper row of tubes of the heat exchange bundle in the steam generator .
  • the bending radii of the heat-exchange pipes are not less than 60 mm, preferably not less than 100 mm.
  • An increase in the bending radius allows the introduction of an electromagnetic probe into each heat exchanger tube for a eddy current control of the integrity of the connection quality pipe.
  • the conditions for ensuring the strength indicators of the coolant collector additionally require that, when drilling holes in the middle cylindrical part of the collector, the area of the outer surface of the drilling zone exceeds the area of the holes by at least 20%.
  • the claimed invention allows you to select the outer diameter of the coolant collector in the range in which the technical result is achieved.
  • the lower value of the obtained range of the diameter of the collector still allows us to ensure the technological fastening of pipes in the collector in the part of the circular welding of the ends of the pipes to the collector from the inside of the collector body and to ensure its strength.
  • the upper value of the range of the diameter of the collector allows us to ensure the manufacturability of the steam generator assembly, namely, it guarantees the possibility of introducing all the tubes of the heat exchange bundle into the holes of the collector of the coolant.
  • the figure 1 shows a sectional view of the housing of the primary coolant collector.
  • the figure 2 shows a cross section of the drilling zone of the body of the collector of the coolant of the primary circuit in the middle cylindrical part of the collector.
  • the figure 3 shows a fragment of a cross section of the drilling zone of the housing of the primary coolant collector.
  • Figure 4 shows a cross section of a steam generator assembly including two primary circuit coolant collectors with U-shaped heat exchange tubes fixed in them, which are formed into packets and separated by vertical annular corridors.
  • the figure 5 shows a fragment of the cross section of the collector of the coolant with embedded in it heat transfer pipes.
  • the figure 6 shows a scan of the housing of the collector of the primary coolant in diameter.
  • the figure 7 shows in cross section the casing of a horizontal steam generator.
  • the figure 8 shows the termination of the heat exchange pipe in the hole in the side wall of the collector.
  • collector 1 of the coolant of the first circuit of the horizontal steam generator has a housing, which is a welded thick-walled vessel.
  • deep holes 3 are made, shown in cross section in figures 2 and 3, which serve to secure the ends of the heat exchange tubes 4 in them, as shown in FIG. 4, 5 and 8.
  • the lower cylindrical part 5 of the collector is made as shown in FIG. 7, with the possibility of a welded connection to the pipe 6 of the housing 7 of the steam generator, and the upper part 8 of the collector has a flange connector for access inside. It is made with a conical transition 9 to the flange connection of the hatch with the cover 10.
  • the coolant collector 1 has a middle cylindrical part 2 perforated by a plurality of openings 3, configured to install and fix in the indicated openings 3 a bundle of U-shaped heat transfer tubes 4, which are formed into packets 1 1 and 12 and separated by vertical annular corridors 13. Holes 3 are placed on the middle cylindrical part 2 of the collector in a checkerboard layout. Holes 3 made in the middle cylindrical part 2 of the manifold body
  • FIG. 1 fill the area of its outer surface from top to bottom.
  • the boundaries of the arrangement of the upper and lower rows of holes 3 are shown by horizontal dash-dotted lines in figure 1.
  • figure 5 which shows a scan of the collector 1 along the outer diameter, a drilling zone 14 is indicated, which is bounded below by a broken line 15 in the form of a symmetrical wedge.
  • the wedge limiting the drilling zone from the bottom, has a truncated peak 16 with a horizontal section.
  • the size of the horizontal section is not less than 3- (d 0TB + 6) mm.
  • the presence and magnitude of the horizontal section serves to eliminate the stress concentrator in a given area of the collector body, and increases the strength and reliability of the collector body.
  • the flange connection of the hatch with the cover is equipped with an annular sealing gasket 17 made of thermally expanded graphite.
  • a method of manufacturing a steam generator assembly involves the preliminary production of two forgings of complex shape.
  • the first more massive forging serves to form the lower 5 and middle 2 cylindrical parts of the collector body 1.
  • From the second forgings form the upper conical part 8 of the collector 1 with a flange.
  • a two-layer anticorrosive cladding is applied to the inner surface of the collector body 18.
  • a predetermined number of U-shaped heat transfer tubes is manufactured.
  • d is the outer diameter of the heat exchange tubes, mm;
  • the holes 3 for fixing the heat exchange pipes 4 are placed on the middle cylindrical part of the collector in a checkerboard layout, and the distance between the edges of the neighboring holes 3 horizontally on the inner surface of the collector is chosen at least 5.5 mm.
  • the bending radii Rr of the heat-exchange pipes are not less than 60 mm, preferably not less than 100 mm, to ensure eddy current quality control of the assembly of this unit.
  • the claimed node operates as part of a horizontal steam generator in the reactor installation of a nuclear power plant.
  • the primary coolant heated in the reactor is supplied to the input collector 1 of the primary coolant.
  • the coolant enters the heat exchange tubes 4 formed into packages 11 and 12 of the heat exchange bundle and moves along them, transferring its heat through the walls of the heat exchange tubes 4 to the heat transfer medium of the second circuit — boiler water, and is collected in the outlet or collector 20 primary coolant.
  • the coolant is returned to the reactor using a circulation pump.
  • the housing 7 of the steam generator is filled with boiler water to a certain level above the beam
  • Feed water is supplied to the steam generator through the pipe 21 for supplying feed water and a device for supplying and distributing feed water. Leaking out of it, the feed water is mixed with boiler water and warmed up to saturation temperature. The heat transferred from the primary coolant is consumed for the evaporation of boiler water and the formation of steam in the annulus of the steam generator. The resulting steam rises and enters the separation part of the steam generator, which is made in the form of free volume, separation devices, or a combination thereof. Having passed the separation part of the steam generator, the steam has a project-normalized humidity. Then it is discharged from the steam generator through the steam exhaust devices in the form of nozzles 22 for steam removal and ceiling hole sheets installed in front of them. The steam generated by the steam generator is then used in the steam-power technological cycle of power generation.
  • connection of the primary coolant collector with the bundle of U-shaped heat transfer tubes is the node that is primarily required to ensure the inter-circuit density, since any decompression of it leads to the ingress of radioactive water from the primary coolant into the second-circuit steam and water circulating through a turbine and other structural elements of the reactor installation of a nuclear power plant with the risk of release of radioactive elements into the environment.
  • the claimed technical solution related to the design of the collector of the heat carrier of the steam generator with U-shaped pipes of the horizontal heat exchange beam and the method of its manufacture creates the technical result, which consists in ensuring the guaranteed strength of the jumpers of the wall of the collector between the holes for fixing the heat transfer pipes, the tightness of the connection of the heat exchange pipes to the collector that the outer surface of the perforated part of the collector is most effectively used to establish pipes in him.
  • a steam generator is manufactured with a corridor layout of pipes.
  • heat exchangers 018 mm were used.
  • the width of the corridors between the pipe packages is
  • the horizontal pipe pitch along the outer surface of the collector will be:
  • the thickness of the collector will be 205 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в горизонтальных парогенераторах атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором. Заявлен коллектор теплоносителя первого контура парогенератора с U-образными трубами горизонтального теплообменного пучка, выполненный в виде сварного толстостенного сосуда, имеющего перфорированную среднюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью установки и закрепления в ней пучка U-образных теплообменных труб, которые сформированы в пакеты и разделены в пучке вертикальными межтрубными коридорами, нижнюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью сварного соединения с патрубком корпуса парогенератора, и верхнюю цилиндрическую часть с коническим переходом к фланцевому соединению люка с крышкой. При этом отверстия для закрепления теплообменных труб размещены на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке так, что расстояние между кромками соседних отверстий по горизонтали на внутренней поверхности коллектора составляет не менее 5,5 мм. Технический результат изобретения заключается в обеспечении прочности перемычек стенки коллектора между отверстиями.

Description

КОЛЛЕКТОР ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПАРОГЕНЕРАТОРА И
СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в горизонтальных парогенераторах атомных электростанций (АЭС) с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР). УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Парогенератор является важнейшим элементом первого контура реакторной установки. В свою очередь, соединение коллектора теплоносителя первого контура с пучком теплообменных труб является наиболее сложным в изготовлении узлом парогенератора. К данному узлу предъявляются особенно высокие требования по обеспечению межконтурной плотности. То есть в конструкции узла соединения коллектора теплоносителя должна быть исключена возможность повреждения теплопередающих и иных элементов, разуплотнение которых приводит к попаданию радиоактивной воды первого контура в пароводяной теплоноситель второго контура, циркулирующий через турбину, конденсаторы, подогреватели и т.п. элементы конструкции реакторной установки АЭС с возможностью выхода радиоактивных элементов в окружающую среду.
Коллектор теплоносителя первого контура, используемый в горизонтальных парогенераторах, обычно, представляет собою толстостенный цилиндрический сосуд, диаметр и толщина которого изменяются по длине указанного сосуда. В центральной цилиндрической части коллектора выполнены сквозные отверстия, которые служат для закрепления в них концов теплообменных труб. Нижняя цилиндрическая часть коллектора выполнена с возможностью сварного соединения с патрубком корпуса парогенератора, а верхняя цилиндрическая часть коллектора имеет разъем (люк) для доступа внутрь, и выполнена с коническим переходом к фланцевому соединению люка с крышкой.
Основные проблемы, которые могут возникать при эксплуатации парогенератора, связаны с проблемами обеспечения конструкционной целостности фланцевых разъемов и конструкционной целостности коллекторов теплоносителя первого контура. Наиболее трудоемкой и технологически сложной операцией при изготовлении парогенератора является соединение пучка теплообменных труб с коллекторами теплоносителя первого контура, требующей сверления на ограниченной площади боковой стенки коллектора множества близко расположенных глубоких сквозных отверстий с последующей герметичной заделкой в них теплообменных труб. Наличие множества близко расположенных глубоких сквозных отверстий ослабляет прочность коллектора, что при заданной толщине боковой стенки накладывает ограничение на количество теплообменных труб, которые можно разместить в парогенераторе, а в случае увеличения количества теплообменных труб, потребуется и значительное увеличение толщины боковых стенок коллектора.
Указанные проблемы по-разному решаются в уровне техники.
Так, вариант решения задачи по обеспечению конструкционной целостности фланцевых разъемов раскрыт, в частности, в описании авторского свидетельства СССР N°l 267847, опубликованного 10.01.1996, МП : F22B1/02, в котором описан узел парогенератора, содержащий коллектор греющего теплоносителя первого контура с фланцевым разъемом, размещенным в горловине корпуса парогенератора с образованием кольцевого зазора. В зазоре установлен ограничитель аварийного перетока греющего теплоносителя первого контура, отделяющий верхнюю полость горловины от остальной части корпуса, выполненный в виде уплотнительного кольца, имеющего в поперечном сечении вид сужающегося вниз клина.
Другой вариант уплотняющего устройства, применяемого в узлах уплотнений реакторных установок АЭС, раскрыт в патенте РФ JMb 84491 на полезную модель, МПК F16J15/12, опубликованной 10.07.2009. Уплотнительная прокладка состоит из двух составных ограничительных колец Г-образного профиля и расположенного между ними уплотнительного элемента из спрессованной фольги из терморасширенного графита. Применение в узлах уплотнения реакторной установки прокладок из терморасширенного графита позволяет снизить вероятность течи теплоносителя первого контура реакторной установки при использовании их для уплотнения как цилиндрических, так и торцевых поверхностей узла уплотнения.
Технология обработки глубоких сквозных отверстий в коллекторах парогенераторов, трубных досках и других деталях оборудования атомных станций и нефтехимических производств описана в патенте РФ N° 2514359, опубликованном 27.04.2014, МПК В23В35/00. Способ включает предварительное сверление отверстия сверлильным инструментом, состоящим из головки и стебля. При этом осуществляют подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) под давлением не менее 4 МПа в зазор между обрабатываемой поверхностью и сверлильным инструментом и отвод стружки потоком СОЖ по внутренним каналам головки и стебля. Чистовую обработку осуществляют разверткой, которую устанавливают на тот же стебель, причем отвод стружки происходит через просверленное отверстие вперед по направлению движения подачи развертки. Вывод развертки из отверстия совмещают с выглаживанием поверхности отверстия, при этом развертку вращают с числом оборотов, которое до 4 раз превышает обороты при развертывании, а скорость вывода развертки на 5%-7% превышает величину рабочей подачи. Использованием данного способа обеспечивается удаление поверхностного слоя с остаточными напряжениями растяжения, уменьшается шероховатость поверхности отверстия, повышается эксплуатационная надежность соединения теплообменного оборудования.
Другое изобретение, раскрытое в патенте РФ N° 2524461, опубликованном 27.07.2014, МПК B21D39/06, решает задачу закрепления теплообменных труб в коллекторах парогенераторов трубообразной формы. В соответствии с указанным изобретением предварительно осуществляют раздачу концов труб на внутренней поверхности коллектора, сварку труб, гидравлическую раздачу в пределах толщины коллектора, раздачу переднего конца в зоне, прилегающей к внутренней поверхности, и механическую развальцовку в зоне, прилегающей к наружной поверхности коллектора. Причем раздачу переднего конца труб производят механическим вальцеванием 3-х роликовыми вальцовками с ограничением крутящего момента на вале привода. После этого выполняют гидравлическую раздачу за один или за два перехода. При этом перепад диаметров между зонами механического вальцевания и участком, на котором осуществляют гидравлическую раздачу, выдерживают не более 0,75^-1% от наружного диаметра теплообменной трубы. При использовании изобретения повышается надежность и долговечность полученного соединения. Описанный способ является весьма трудоемким, относится только к одной операции закрепления теплообменных труб в коллекторе, не охватывает всю технологию изготовления и сборки коллектора теплоносителя первого контура для горизонтального парогенератора АЭС с ВВЭР.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является полезная модель, охраняемая патентом RU30928, опубликованным 10.07.2003, МПК: F22B1/02. Полезная модель относится к технологии изготовления парогенератора, содержащего корпус и теплообменный узел, включающий входной и выходной коллекторы теплоносителя первого контура с присоединенным к ним пучком горизонтальных теплообменных труб. Причем горизонтальные теплообменные трубы установлены с относительным шагом по горизонтали и по вертикали соответственно равным (l,44-l,55)d и (l,35-l,40)d, где d - диаметр трубы. Указанный диапазон выбора шагов для установки теплообменных труб охватывает, в том числе, и плотные компоновки труб теплообменного пучка, однако вопрос размещения теплообменных труб в коллекторе теплоносителя в случае применения указанной плотной компоновки теплообменного пучка остался нерешенным. То есть, в случае применения плотной компоновки теплообменных труб с шагом величиной 1,44-d по горизонтали и 1,35-d по вертикали в соответствии с данной полезной моделью, не гарантированы условия прочности перфорированной части коллектора теплоносителя и технологичности заведения теплообменных труб в коллектор при формировании пакетов теплообменного пучка.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является создание узла горизонтального парогенератора, включающего в себя коллектор теплоносителя первого контура с пучком U-образных теплообменных труб при обеспечении условий сохранения прочности коллектора, герметичности и технологичности крепления в коллекторе теплообменных труб при повышении наполненности парогенератора теплообменными трубами.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении прочности перемычек стенки коллектора между отверстиями для закрепления теплообменных труб и герметичности соединения теплообменных труб с коллектором при том, что наружная поверхность перфорированной части коллектора наиболее эффективно используется для заведения труб в него.
Для решения поставленной задачи заявлен коллектор теплоносителя первого контура парогенератора с U-образными трубами горизонтального теплообменного пучка, выполненный в виде сварного толстостенного сосуда, имеющего перфорированную среднюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью установки и закрепления в ней пучка U-образных теплообменных труб, которые сформированы в пакеты и разделены вертикальными межтрубными коридорами, нижнюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью сварного соединения с патрубком корпуса парогенератора, и верхнюю цилиндрическую часть с коническим переходом к фланцевому соединению люка с крышкой, отличающийся тем, что наружный диаметр DKCm коллектора первого контура в средней части выбран из соотношения:
2 · [<«+5'5> "^> + 100] < DK0JI < 2 - J2 in, - 1) -ST + f ·Β2 - -{ + n2) ·5Γ - Rr -tg g) + Юо] где: Sr - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
В2 - ширина коридора теплообменного пучка, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
и п2- количество труб в горизонтальном ряду меньшего и большего пакета теплообменных труб, соответственно, мм;
Rr - минимальный радиус изгиба труб в теплообменном пучке, мм,
при этом отверстия для закрепления теплообменных труб размещены на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке, а расстояние между кромками соседних отверстий по горизонтали на внутренней поверхности коллектора составляет не менее 5,5 мм.
Расстояние между кромками отверстий на внутренней поверхности корпуса коллектора теплоносителя не менее 5,5 мм создает возможность сварки торца теплообменной трубы по всей окружности со стенкой коллектора, что обеспечивает герметичность их соединения.
Теплообменные трубы, закрепленные в отверстиях на боковой стенке коллектора, выполнены в виде бесшовных цельнотянутых труб из аустенитной нержавеющей стали.
В теплообменном пучке теплообменные трубы сформированы в пакеты с вертикальными межтрубными коридорами шириной 100-250 мм.
Теплообменный пучок заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке.
Отверстия, выполненные в средней цилиндрической части корпуса коллектора, заполняют площадь его наружной поверхности снизу доверху и формируют зону сверления. На развертке коллектора по наружному диаметру указанная зона сверления ограничена снизу ломаной линией в виде симметричного клина. При этом клин имеет усеченную вершину с горизонтальным участком. Величина горизонтального участка составляет величину не менее 3(d0TB + 6) мм. Наличие и величина горизонтального участка выбраны из условия обеспечения надежности парогенератора за счет снижения остаточных напряжений в коллекторе. Формирование зоны сверления в виде остроконечного клина могло бы послужить концентратором напряжений, т.е. способствовать зарождению трещины в корпусе коллектора, поэтому упомянутая остроконечная конфигурация зоны сверления в конструкции заявленного коллектора не применяется.
Фланцевое соединение люка с крышкой снабжено уплотнительной прокладкой из расширенного графита, в частности, из терморасширенного графита, выполненной в виде кольца из прессованной графитовой фольги, армированной лентой из нержавеющей стали. Уплотнение фланцевого разъема прокладками из терморасширенного графита позволяет снизить усилия затяга на фланцевом соединении и улучшить напряженное состояние коллектора теплоносителя.
Другим объектом заявленного изобретения является способ изготовления коллектора теплоносителя первого контура парогенератора с U-образными трубами горизонтального теплообменного пучка, включающий предварительное изготовление двух поковок сложной формы и U-образных теплообменных труб, сборку и сварку поковок, сверление в средней цилиндрической части коллектора сквозных отверстий, сборку теплообменного пучка из U-образных теплообменных труб, которые сформированы в пакеты и разделены в пучке вертикальными межтрубными коридорами, закрепление в отверстиях коллектора первого контура каждой теплообменной трубы роликовой вальцовкой и сваркой с внутренней стороны коллектора, отличающийся тем, что наружный диаметр Όκοη коллектора первого контура в средней части выбран из соотношения:
2· [("+5'5) π (ηι+η2) + ЮО] < DKO„ < 2- [ 2-04 - 1)·5Γ + f -В2 - ^ -{ + η 2)·5Γ - Rr tg (§) + ΙΟθ], где: Sr - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
В2 - ширина коридора теплообменного пучка, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
П] и п2- количество труб в горизонтальном ряду меньшего и большего пакета теплообменных труб, соответственно, мм;
Rr - минимальный радиус изгиба труб в теплообменном пучке, мм,
при этом отверстия для закрепления теплообменных труб размещают на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке, а расстояние между кромками соседних отверстий по горизонтали на внутренней поверхности коллектора выбирают не менее 5,5 мм.
В соответствии с заявленным способом теплообменные трубы закрепляют в отверстиях на средней цилиндрической части коллектора путем кольцевой сварки конца каждой трубы с внутренней поверхностью коллектора, после чего по толщине стенки коллектора проводят гидравлическую раздачу теплообменной трубы с механической довальцовкой у наружной поверхности коллектора до полного устранения зазора между корпусом коллектора и заделанной в него теплообменной трубой.
Теплообменный пучок заполняют теплообменными трубами равномерно снизу вверх с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке, а при установке коллектора теплоносителя первого контура в корпус парогенератора высота его зоны сверления не выходит за пределы размещения верхнего ряда труб теплообменного пучка в парогенераторе.
При сборке коллектора теплоносителя с пучком теплообменных труб для заведения их в отверстия, просверленные в средней части коллектора, радиусы изгиба теплообменных труб выполняют размером не менее 60 мм, предпочтительно, не менее 100 мм. Увеличение радиуса изгиба позволяет ввести в каждую теплообменную трубу электромагнитный зонд для токовихревого контроля целостности трубы качества соединения. Обеспечение возможности 100% объема токовихревого контроля целостности и качества соединения теплообменных труб с коллектором теплоносителя улучшает эксплуатационные характеристики парогенератора, его надежность и долговечность.
Условия обеспечения показателей прочности коллектора теплоносителя дополнительно требуют, что бы при сверлении отверстий в средней цилиндрической части коллектора площадь наружной поверхности зоны сверления превышала площадь отверстий не менее чем на 20%.
Заявленное изобретение позволяет выбрать наружный диаметра коллектора теплоносителя в диапазоне, в котором достигается технический результат. Нижнее значение полученного диапазона диаметра коллектора еще позволяет обеспечить технологичность крепления труб в коллекторе в части кольцевой приварки концов труб к коллектору с внутренней стороны корпуса коллектора и обеспечить его прочность. Верхнее значение диапазона диаметра коллектора позволяет обеспечить технологичность сборки парогенератора, а именно гарантирует возможность заведения всех труб теплообменного пучка в отверстия коллектора теплоносителя.
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР И ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 показан в разрезе корпус коллектора теплоносителя первого контура. На фигуре 2 показано поперечное сечение зоны сверления корпуса коллектора теплоносителя первого контура в средней цилиндрической части коллектора.
На фигуре 3 показан фрагмент поперечного сечения зоны сверления корпуса коллектора теплоносителя первого контура.
На фигуре 4 показано сечение узла парогенератора, включающего два коллектора теплоносителя первого контура с закрепленными в них U-образными теплообменными трубами, которые сформированы в пакеты и разделены вертикальными межтрубными коридорами.
На фигуре 5 показан фрагмент сечения коллектора теплоносителя с заделанными в него теплообменными трубами.
На фигуре 6 показана развертка корпуса коллектора теплоносителя первого контура по диаметру.
На фигуре 7 показан в поперечном разрезе корпус горизонтального парогенератора.
На фигуре 8 показана заделка теплообменной трубы в отверстии в боковой стенке коллектора.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на фиг. 1 коллектор 1 теплоносителя первого контура горизонтального парогенератора имеет корпус, который представляет собой сварной толстостенный сосуд. В центральной цилиндрической части 2 коллектора выполнены глубокие отверстия 3, показанные в сечении на фигурах 2 и 3, которые служат для закрепления в них концов теплообменных труб 4, как показано на фиг. 4, 5 и 8. Нижняя цилиндрическая часть 5 коллектора выполнена, как показано на фиг. 7, с возможностью сварного соединения с патрубком 6 корпуса 7 парогенератора, а верхняя часть 8 коллектора имеет фланцевый разъем для доступа внутрь. Она выполнена с коническим переходом 9 к фланцевому соединению люка с крышкой 10.
Коллектор 1 теплоносителя имеет перфорированную множеством отверстий 3 среднюю цилиндрическую часть 2, выполненную с возможностью установки и закрепления в указанных отверстиях 3 пучка U-образных теплообменных труб 4, которые сформированы в пакеты 1 1 и 12 и разделены вертикальными межтрубными коридорами 13. Отверстия 3 размещены на средней цилиндрической части 2 коллектора в шахматной компоновке. Отверстия 3, выполненные в средней цилиндрической части 2 корпуса коллектора
1, заполняют площадь его наружной поверхности снизу доверху. Границы расположения верхнего и нижнего ряда отверстий 3 показаны горизонтальными штрих-пунктирными линиями на фиг.1. На фигуре 5, где показана на развертке коллектора 1 по наружному диаметру, указана зона сверления 14, которая ограничена снизу ломаной линией 15 в виде симметричного клина. При этом клин, ограничивающий зону сверления снизу, имеет усеченную вершину 16 с горизонтальным участком. Величина горизонтального участка составляет величину не менее 3-(d0TB + 6) мм. Наличие и величина горизонтального участка служит для устранения концентратора напряжений в данной области корпуса коллектора, повышает прочность и надежность корпуса коллектора.
Фланцевое соединение люка с крышкой снабжено кольцевой уплотнительной прокладкой 17 из терморасширенного графита.
Способ изготовления узла парогенератора, включающего коллектор 1 теплоносителя первого контура с U-образными трубами 4 горизонтального теплообменного пучка, предусматривает предварительное изготовление двух поковок сложной формы. Первая более массивная поковка служит для формирования нижней 5 и средней 2 цилиндрической части корпуса коллектора 1. Из второй поковки формируют верхнюю коническую часть 8 коллектора 1 с фланцем. Затем осуществляют сборку и сварку поковок. На внутреннюю поверхность корпуса коллектора наносят двухслойную антикоррозионную наплавку 18. Кроме того, изготавливают заданное количество U- образных теплообменных труб. Осуществляют сверление по известной технологии отверстий 3 в средней цилиндрической части 2 коллектора 1, сборку теплообменного пучка из U-образных теплообменных труб 4, которые формируют в пакеты 11 и 12, разделенные вертикальными межтрубными коридорами 13. Каждую теплообменную трубу 4 заводят в соответствующее ей отверстие 3 в корпусе коллектора 1. Закрепляют трубы 4 в отверстиях коллектора первого контура роликовой вальцовкой с последующей круговой обваркой (кольцевой сваркой) конца трубы 4 с внутренней стороной коллектора 1. Упомянутый кольцевой сварной шов 19 показан на фиг. 8. После чего по толщине L стенки коллектора проводят гидравлическую раздачу каждой теплообменной трубы 4 с механической довальцовкой у наружной поверхности коллектора 1 до полного устранения зазора между корпусом коллектора и теплообменными трубами 4.
Для обеспечения прочности перемычек 19 стенки коллектора 1 между отверстиями 3, в которые закреплены тешюобменные трубы 4 и герметичности соединения упомянутых теплообменных труб с коллектором, а также для наиболее эффективного использования наружной поверхности перфорированной части коллектора для заведения в него труб необходимо правильно выбрать наружный диаметр DK0J] коллектора в его средней части (в зоне сверления).
Для этого используют следующее эмпирическое соотношение:
2- [({*+5'5) π (ηι+η2) + ЮО] < 0КОЛ < 2· [V2-(ni - l>Sr + υ2 - + n2)-5r - Rr-tg (f) + ΙΟθ], где: Sr - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
В2 - ширина коридора теплообменного пучка, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
П] и п2- количество труб в горизонтальном ряду меньшего и большего пакета теплообменных труб, соответственно, мм;
Rr - минимальный радиус изгиба труб в теплообменном пучке, мм.
Измерение параметров соотношения показано на фигурах 2-4.
Отверстия 3 для закрепления теплообменных труб 4 размещают на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке, а расстояние между кромками соседних отверстий 3 по горизонтали на внутренней поверхности коллектора выбирают не менее 5,5 мм. При установке коллектора 1 в корпус 7 парогенератора высота его зоны сверления 14 не выходит за пределы размещения верхнего ряда труб теплообменного пучка в парогенераторе.
При сборке коллектора теплоносителя с пучком теплообменных труб для заведения их в отверстия 3, просверленные в средней части 2 коллектора, радиусы изгиба Rr теплообменных труб выполняют размером не менее 60 мм, предпочтительно, не менее 100 мм для обеспечения токовихревого контроля качества сборки данного узла.
Заявленный узел функционирует в составе горизонтального парогенератора в реакторной установке атомной электростанции.
Нагретый в реакторе теплоноситель первого контура подается во входной коллектор 1 теплоносителя первого контура. Из входного коллектора 1 теплоноситель поступает в теплообменные трубы 4, сформированные в пакеты 11 и 12 теплообменного пучка, и движется по ним, отдавая свою теплоту через стенки теплообменных труб 4 теплоносителю второго контура - котловой воде, и собирается в выходном, или собирающем, коллекторе 20 теплоносителя первого контура. Из выходного коллектора 20 с помощью циркуляционного насоса теплоноситель вновь возвращается в реактор. Корпус 7 парогенератора наполнен котловой водой до определенного уровня выше пучка
ю теплообменных труб, который при эксплуатации поддерживается постоянным. Питательная вода подается в парогенератор через патрубок 21 подвода питательной воды и устройство подвода и раздачи питательной воды. Вытекая из него, питательная вода смешивается с котловой водой и прогревается до температуры насыщения. Переданное от теплоносителя первого контура тепло расходуется на испарение котловой воды и образование пара в межтрубном пространстве парогенератора. Образующийся пар поднимается вверх и поступает к сепарационной части парогенератора, которая выполнена в виде свободного объема, сепарационных устройств или их сочетания. Пройдя сепарационную часть парогенератора, пар имеет нормируемую проектом влажность. Далее он отводится из парогенератора через пароотводящие устройства в виде патрубков 22 отвода пара и установленных перед ними потолочных дырчатых листов. Вырабатываемый парогенератором пар далее используется в паросиловом технологическом цикле выработки электроэнергии.
В процессе эксплуатации парогенератора соединение коллектора теплоносителя первого контура с пучком U-образных теплообменных труб является тем узлом, от которого в первую очередь требуется обеспечение межконтурной плотности, поскольку любое его разуплотнение приводит к попаданию радиоактивной воды теплоносителя первого контура в пароводяной теплоноситель второго контура, циркулирующий через турбину и другие элементы конструкции реакторной установки АЭС с риском выхода радиоактивных элементов в окружающую среду.
Заявленное техническое решение, относящееся к конструкции коллектора теплоносителя парогенератора с U-образными трубами горизонтального теплообменного пучка и способу его изготовления, создает технический результат, заключающийся в обеспечении гарантированной прочности перемычек стенки коллектора между отверстиями для закрепления теплообменных труб, герметичности соединения теплообменных труб с коллектором при том, что наружная поверхность перфорированной части коллектора наиболее эффективно используется для заведения труб в него.
Пример 1.
Изготавливается парогенератор с коридорной компоновкой труб. Горизонтальный шаг размещения теплообменных труб в пучке составляет Sr =27 мм. Для формирования теплообменного пучка применены теплообменные трубы 018 мм. Минимальный радиус изгиба труб составляет Rr=120 мм. Количество теплообменных труб в горизонтальном ряду каждого пакета ηι= n2 = 44. Ширина коридоров между пакетами труб составляет
Figure imgf000014_0001
0мин= , ^5,5Kn1 +n2) + 100] = 1 5 1 7 мм. 2 - [л/2 (п1 - 1) ·5Γ + Ц-Вг - { + η2) ·5Γ - RT tg (J) + ΙΟθ] = 1987 мм.
При диаметре D коллектора теплоносителя меньше 1517 мм, например, 1500 мм, горизонтальный шаг труб по наружной поверхности коллектора составит:
Figure imgf000014_0002
При расчетных давлениях, характерных для оборудования первого контура АЭС с ВВЭР толщина коллектора составит 205 мм.
Таким образом, горизонтальный шаг между трубами по внутренней поверхности коллектора
SBH =S ' n ^ - = 21 мм, тогда зазор между трубами на внутренней стороне коллектора составит: δ= SBH - d =21-18=3 мм. При зазоре между соседними трубами, составляющем 3 мм, их невозможно обварить, и технически изготовить парогенератор, т.к. не обеспечивается герметичность и прочность соединения теплообменных труб с коллектором теплоносителя первого контура.
При диаметре более 1987 мм для части труб теплообменного пучка не представляется возможным завести их в отверстия перфорированной части коллектора, поскольку боковая поверхность коллектора будет пересекать участок изгиба трубы. Изогнутая труба не входит в отверстие. Как следствие ухудшится наполненность парогенератора теплообменными трубами, сократится площадь теплообменной поверхности парогенератора, понизится его мощность, технико-экономические и эксплуатационные показатели.

Claims

Формула изобретения
1. Коллектор теплоносителя первого контура парогенератора с U-образными трубами горизонтального теплообменного пучка, выполненный в виде сварного толстостенного сосуда, имеющего перфорированную среднюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью установки и закрепления в ней пучка U- образных теплообменных труб, которые сформированы в пакеты и разделены в пучке вертикальными межтрубными коридорами, нижнюю цилиндрическую часть, выполненную с возможностью сварного соединения с патрубком корпуса парогенератора, и верхнюю цилиндрическую часть с коническим переходом к фланцевому соединению люка с крышкой, отличающийся тем, что наружный диаметр Όκοη коллектора первого контура в средней части выбран из соотношения:
2 · Ρ+5'5) π ("1+η2) + ЮО] < DKOi] < 2 · [ 2.Cn, - 1) ·5Γ + f -В2 - ( + n2) ·5Γ - RT -tg g) + ΙΟθ] где: Sr - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
В2 - ширина коридора теплообменного пучка, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
П] и п2- количество труб в горизонтальном ряду меньшего и большего пакета теплообменных труб, соответственно, мм;
Rr - минимальный радиус изгиба труб в теплообменном пучке, мм,
при этом отверстия для закрепления теплообменных труб размещены на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке так, что расстояние между кромками соседних отверстий по горизонтали на внутренней поверхности коллектора составляет не менее 5,5 мм.
2. Коллектор по п. 1, отличающийся тем, что теплообменные трубы, закрепленные в отверстиях на боковой стенке коллектора, выполнены из аустенитной нержавеющей стали в виде бесшовных цельнотянутых труб.
3. Коллектор по п. 1, отличающийся тем, что в теплообменном пучке теплообменные трубы сформированы в пакеты с вертикальными межтрубными коридорами шириной 100-250 мм.
4. Коллектор по п. 1, отличающийся тем, что фланцевое соединение люка с крышкой снабжено уплотнительной прокладкой из расширенного графита.
5. Коллектор по п. 4, отличающийся тем, что уплотнительная прокладка фланцевого соединения выполнена из терморасширенного графита в виде прессованной графитовой фольги, армированной лентой из нержавеющей стали.
6. Коллектор по п. 1 , отличающийся тем, что отверстия, выполненные в его средней цилиндрической части формируют зону сверления, которая ограничена снизу симметричным клином с усеченной вершиной.
7. Коллектор по п. 6, отличающийся тем, что зона сверления, представленная на развертке коллектора по наружному диаметру, ограничена снизу ломаной линией в виде клина с усеченной вершиной, причем длина усеченного участка не менее 3·(<3ΟΤΒ + 6) мм, где d0TB диаметр отверстия.
8. Коллектор по п. 6, отличающийся тем, что площадь зоны сверления превышает площадь отверстий не менее чем на 20 %.
9. Способ изготовления коллектора теплоносителя первого контура парогенератора с U- образными трубами горизонтального теплообменного пучка, включающий предварительное изготовление двух поковок сложной формы и U-образных теплообменных труб, сборку и сварку поковок, сверление в средней цилиндрической части коллектора отверстий, сборку теплообменного пучка U-образных теплообменных труб, которые сформированы в пакеты и разделены вертикальными межтрубными коридорами, закрепление в отверстиях коллектора первого контура каждой теплообменной трубы роликовой вальцовкой и сваркой с внутренней стороны коллектора, отличающийся тем, что наружный диаметр DKCWI коллектора первого контура в средней части выбран из соотношения:
2 - [(<*+5'5) π (ηι+η2) + ЮО] < 0КОЛ < 2 - [V2 щ - 1) ·5Γ + 1 В2 - 1 <щ + n2) -ST - RT -tg (f ) + ΙΟθ], где: Sr - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
В2 - ширина коридора теплообменного пучка, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
и п2- количество труб в горизонтальном ряду меньшего и большего пакета теплообменных труб, соответственно, мм;
Rr - минимальный радиус изгиба труб в теплообменном пучке, мм,
при этом отверстия для закрепления теплообменных труб размещены на средней цилиндрической части коллектора в шахматной компоновке так, что расстояние между кромками соседних отверстий по горизонтали на внутренней поверхности коллектора составляет не менее 5,5 мм.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что теплообменные трубы закрепляют в отверстиях на средней части коллектора путем кольцевой сварки концов труб с внутренней поверхностью коллекторов, после чего по толщине стенки коллекторов проводят гидравлическую раздачу теплообменных труб с механической довальцовкой у наружной поверхности коллекторов до полного устранения зазора между коллекторами и теплообменными трубами.
11. Способ по п.9, отличающийся тем, что теплообменный пучок заполняют теплообменными трубами равномерно снизу вверх с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке.
12. Способ по п.9, отличающийся тем, что при установке коллектора теплоносителя первого контура в корпус парогенератора высота его зоны сверления не выходит за пределы размещения верхнего ряда труб теплообменного пучка.
13. Способ по п.9, отличающийся тем, что радиусы изгиба теплообменных труб, для введения их в отверстия средней части коллектора, выполняют размером не менее 60 мм, предпочтительно, не менее 100 мм.
14. Способ по п.9, отличающийся тем, что сверление отверстий в средней цилиндрической части коллектора выполняют так, что бы площадь наружной поверхности указанной части коллектора (зоны сверления) превышала площадь отверстий не менее чем на 20 %.
PCT/RU2015/000787 2014-12-12 2015-11-16 Коллектор теплоносителя парогенератора и способ его изготовления WO2016093738A1 (ru)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112017012526-9A BR112017012526B1 (pt) 2014-12-12 2015-11-16 Tubo de comunicação de refrigerante de gerador de vapor com tubos em formato de u de um feixe de troca de calor horizontal e métodos de sua fabricação
US15/535,371 US10180252B2 (en) 2014-12-12 2015-11-16 Steam generator coolant header with U-shaped tubes of a horizontal heat-exchange bundle and methods of its manufacture
EA201650103A EA032804B1 (ru) 2014-12-12 2015-11-16 Коллектор теплоносителя парогенератора и способ его изготовления
UAA201707372A UA121983C2 (ru) 2014-12-12 2015-11-16 Коллектор теплоносителя парогенератора и способ его изготовления
JP2017550455A JP2018502271A (ja) 2014-12-12 2015-11-16 横置ｕ字伝熱管束を有する蒸気発生器の冷却材のヘッダおよびその製造方法
EP15867109.9A EP3236148B1 (en) 2014-12-12 2015-11-16 Steam generator primary circuit coolant header and method for manufacturing same
CA2970626A CA2970626C (en) 2014-12-12 2015-11-16 Steam generator coolant header with u-shaped tubes of a horizontal heat-exchange bundle and methods of its manufacture
MYPI2017000888A MY191408A (en) 2014-12-12 2015-11-16 Steam generator coolant header with u-shaped tubes of a horizontal heat-exchange bundle and methods of its manufacture
CN201580076030.3A CN107250665B (zh) 2014-12-12 2015-11-16 蒸汽发生器冷却剂集管及其制造方法
KR1020177019198A KR102126338B1 (ko) 2014-12-12 2015-11-16 수평 열교환 다발의 u-형상 튜브를 구비한 증기 발생기 냉각재 헤더 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150428/06A RU2570964C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Коллектор теплоносителя парогенератора с u-образными трубами горизонтального теплообменного пучка и способ его изготовления
RU2014150428 2014-12-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2016093738A1 true WO2016093738A1 (ru) 2016-06-16
WO2016093738A9 WO2016093738A9 (ru) 2016-07-21

Family

ID=54871207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000787 WO2016093738A1 (ru) 2014-12-12 2015-11-16 Коллектор теплоносителя парогенератора и способ его изготовления

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10180252B2 (ru)
EP (1) EP3236148B1 (ru)
JP (1) JP2018502271A (ru)
KR (1) KR102126338B1 (ru)
CN (1) CN107250665B (ru)
AR (1) AR102984A1 (ru)
BR (1) BR112017012526B1 (ru)
CA (1) CA2970626C (ru)
EA (1) EA032804B1 (ru)
HU (1) HUE051545T2 (ru)
JO (1) JO3797B1 (ru)
MY (1) MY191408A (ru)
RU (1) RU2570964C1 (ru)
UA (1) UA121983C2 (ru)
WO (1) WO2016093738A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113245857A (zh) * 2021-05-06 2021-08-13 张家港保税区恒隆钢管有限公司 一种海水淡化蒸发器用换热管的制造工艺

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750246C1 (ru) * 2020-12-02 2021-06-24 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (АО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Горизонтальный парогенератор

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2065109C1 (ru) * 1994-07-18 1996-08-10 Центральное конструкторское бюро машиностроения Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры
RU2068149C1 (ru) * 1993-08-13 1996-10-20 Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU2138715C1 (ru) * 1997-10-29 1999-09-27 Закрытое акционерное общество "ГрАВИОНИКС" Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры
RU30928U1 (ru) * 2003-01-21 2003-07-10 Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Компания "Зиомар" Парогенератор
RU2379583C1 (ru) * 2008-09-08 2010-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Парогенератор натрий-вода-пар с потоками теплоносителя, физически разделенными двумя твердыми стенками (варианты)
RU2431693C1 (ru) * 2007-06-29 2011-10-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Бесшовная труба из мартенситной нержавеющей стали для нефтепромыслового трубного оборудования и способ ее производства
RU2524461C2 (ru) * 2012-10-16 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод "ЗиО-Подольск" (ОАО "ЗиО-Подольск") Способ соединения труб с коллектором парогенератора

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1036883B (de) * 1957-07-26 1958-08-21 Rudolf Hingst Dipl Ing Rauchgasbeheizter Waermeaustauscher, wie Dampferzeuger oder Vorwaermer, mit in einem Rauchgaszug untergebrachten U-foermigen Rohren
JPS528930A (en) * 1975-07-14 1977-01-24 Nippon Kokan Kk Method of preveting oxidation of austenite stainless steel due to highhtemperature steam
FR2555722B1 (fr) * 1983-11-25 1988-07-29 Stein Industrie Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procede de fabrication de ce dispositif
SU1267847A1 (ru) * 1984-11-13 1996-01-10 Г.А. Таранков Узел парогенератора
JPH01291005A (ja) * 1988-05-19 1989-11-22 Toshiba Corp 給水加熱器
JP2999053B2 (ja) * 1992-02-27 2000-01-17 三菱重工業株式会社 加圧水型原子炉プラント
CZ288U1 (cs) * 1992-04-03 1993-04-28 Vítkovice, A.S. Napájecí soustava tepelného výměníku, zejména parogenerátoru
FR2731508B1 (fr) * 1995-03-09 1997-05-09 Framatome Sa Echangeur de chaleur, a tubes en u, equipe d'un dispositif de calage des tubes, antivibratoire et anti-envol
RU2219433C2 (ru) * 2001-09-06 2003-12-20 Государственное унитарное предприятие Опытное конструкторское бюро машиностроения им. Африкантова И.И. Парогенератор
FR2851031B1 (fr) * 2003-02-12 2005-05-06 Framatome Anp Generateur de vapeur comportant un dispositif de fourniture d'eau d'alimentation realisant le piegeage de corps etrangers
GB2444792B (en) * 2007-03-17 2008-11-12 Senior Uk Ltd U-shaped cooler
US9534779B2 (en) * 2011-04-04 2017-01-03 Westinghouse Electric Company Llc Steam generator tube lane flow buffer
UA78828U (en) * 2012-02-06 2013-04-10 Иван Александрович Лавреха Steam generator
US9175845B2 (en) * 2012-07-10 2015-11-03 Westinghouse Electric Company Llc Axial flow steam generator feedwater dispersion apparatus
JP6092650B2 (ja) * 2013-02-18 2017-03-08 三菱日立パワーシステムズ株式会社 熱交換器及びこれを備えたガスタービンプラント
GB2522881B (en) * 2014-02-07 2018-05-09 Rolls Royce Power Eng Plc Steam generator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2068149C1 (ru) * 1993-08-13 1996-10-20 Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU2065109C1 (ru) * 1994-07-18 1996-08-10 Центральное конструкторское бюро машиностроения Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры
RU2138715C1 (ru) * 1997-10-29 1999-09-27 Закрытое акционерное общество "ГрАВИОНИКС" Уплотнительный узел штока запорно-регулирующей арматуры
RU30928U1 (ru) * 2003-01-21 2003-07-10 Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Компания "Зиомар" Парогенератор
RU2431693C1 (ru) * 2007-06-29 2011-10-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Бесшовная труба из мартенситной нержавеющей стали для нефтепромыслового трубного оборудования и способ ее производства
RU2379583C1 (ru) * 2008-09-08 2010-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Парогенератор натрий-вода-пар с потоками теплоносителя, физически разделенными двумя твердыми стенками (варианты)
RU2524461C2 (ru) * 2012-10-16 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод "ЗиО-Подольск" (ОАО "ЗиО-Подольск") Способ соединения труб с коллектором парогенератора

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3236148A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113245857A (zh) * 2021-05-06 2021-08-13 张家港保税区恒隆钢管有限公司 一种海水淡化蒸发器用换热管的制造工艺

Also Published As

Publication number Publication date
EA032804B1 (ru) 2019-07-31
EP3236148B1 (en) 2020-07-08
WO2016093738A9 (ru) 2016-07-21
RU2570964C1 (ru) 2015-12-20
US10180252B2 (en) 2019-01-15
KR20170103815A (ko) 2017-09-13
EA201650103A1 (ru) 2017-09-29
BR112017012526A2 (pt) 2018-02-27
CN107250665B (zh) 2019-09-13
HUE051545T2 (hu) 2021-03-01
EP3236148A4 (en) 2018-11-21
JO3797B1 (ar) 2021-01-31
MY191408A (en) 2022-06-27
UA121983C2 (ru) 2020-08-25
CN107250665A (zh) 2017-10-13
AR102984A1 (es) 2017-04-05
KR102126338B1 (ko) 2020-06-25
CA2970626C (en) 2020-06-16
US20170321881A1 (en) 2017-11-09
BR112017012526B1 (pt) 2022-03-15
CA2970626A1 (en) 2016-06-16
JP2018502271A (ja) 2018-01-25
EP3236148A1 (en) 2017-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3941187A (en) Consolidated nuclear steam generator
US8640337B2 (en) Pipe expansion method
US20170321879A1 (en) Horizontal Steam Generator for a Reactor Plant with a Water-Cooled Water-Moderated Power Reactor and a Reactor Plant with the said Steam Generator
KR102190135B1 (ko) 수평 열 교환 튜브를 구비한 증기 발생기 및 그 조립 방법
RU2570964C1 (ru) Коллектор теплоносителя парогенератора с u-образными трубами горизонтального теплообменного пучка и способ его изготовления
US20200388409A1 (en) Component cooling water system for nuclear power plant
US4124064A (en) Consolidated nuclear steam generator
US4174123A (en) Vessel penetration apparatus
CN113678211B (zh) 模拟核电厂rpv换热特性的三维试验系统及三维试验装置
RU2570992C1 (ru) Горизонтальный парогенератор атомной электростанции и способ его сборки
EP0121137A1 (en) Seal welded tube sleeve
GB2173288A (en) Steam generator tubesheet/channel head/centerstay assembly
KR20230071687A (ko) 이중벽단일통과-증기발생기
Devlin et al. FFTF and CRBRP Intermediate Heat Exchanger Design, Testing, and Fabrication
JPH01193595A (ja) 溶射金属入り伝熱管

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15867109

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201650103

Country of ref document: EA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2970626

Country of ref document: CA

Ref document number: 2017550455

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15535371

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112017012526

Country of ref document: BR

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015867109

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177019198

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A201707372

Country of ref document: UA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112017012526

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20170612