ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ТЕПЛООБМЕННИК АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
PROCESS HEAT EXCHANGER OF NUCLEAR POWER PLANT

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах продувки первого и второго контуров атомной электростанции.
Известен теплообменник, содержащий размещенные внутри горизонтального корпуса трубный пучок, охваченный кожухом, который установлен относительно корпуса с образованием горизонтальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки, при этом на корпусе против соответствующих отсеков периферийной полости установлены патрубки теплоносителя межтрубного пространства, а перегородка уплотнена относительно корпуса упругими листами (см. RU 2157495, кл. F28D 7/00, 10.10.2000).
Такой теплообменник характеризуется большими протечками теплоносителя между упругими листами перегородки и корпусом. На величину этих протечек снижен расход теплоносителя через межтрубное пространство трубного пучка, что снижает температурный напор и повышает величину требуемой поверхности теплообмена.
Кроме того, в таком теплообменнике весовую нагрузку трубного пучка, нагрузку на этот пучок в результате изменения параметров теплоносителя, а также нагрузку на пучок от возможного сейсмического воздействия несут только места соединения концов труб пучка с трубными досками. Суммарная нагрузка от перечисленных факторов может оказаться значительной и привести к разрушению этих мест крепления и останову теплообменника
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является технологический теплообменник атомной электростанции, содержащий размещенные внутри вертикального корпуса трубный пучок, охваченный кожухом, который установлен относительно корпуса с образованием вертикальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки, а также опора трубного пучка, прикрепленная к корпусу, при этом на корпусе установлены патрубки теплоносителя межтрубного пространства (см. Теплообменное оборудование технологических систем и парогенераторы АЭС. Отраслевой каталог.«ЦНИИТЭИтяжмаш». М.: 1989, с.49-50, рис.31).
В этом теплообменнике значительную часть нагрузки трубного пучка принимает на себя опора, которая передает эту часть нагрузки на корпус, существенно разгружая места соединения концов труб пучка с трубными досками.
Однако прототип имеет недостаток. Дело в том, что перегородка, разделяющая периферийную полость на верхний и нижний отсеки, прикреплена одной кромкой к корпусу, а другой - к кожуху трубного пучка. При работе теплообменника кожух и корпус имеют различные температуры, а в переменных режимах - различные температурные перемещения. Это обуславливает дополнительные напряжения в местах крепления перегородки к кожуху и корпусу, которые могут привести к разуплотнению отсеков периферийной полости один относительно другого. При этом появятся байпасные протечки теплоносителя мимо трубного пучка, при которых теплообменник не сможет выполнять свои функции и его выводят из эксплуатации.
Патрубки теплоносителя межтрубного пространства установлены в прототипе на корпусе в зоне трубных досок. Однако угловые отверстия в трубных досках, соединяющие эти патрубки с полостью корпуса, характеризуются сосредоточенным и односторонним подводом теплоносителя к полости корпуса и таким же отводом этого теплоносителя из теплообменника. Это приводит к неравномерности скоростей, ухудшению теплообмена в межтрубном пространстве трубного пучка и к повышению требуемой поверхности теплообмена, что повышает вес трубного пучка и дополнительно нагружает места крепления опор к корпусу.
Таким образом, недостатком прототипа является его низкая эксплуатационная надежность из-за повышенных напряжений в перегородке и опоре.
Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности технологического теплообменника атомной электростанции путем снижения напряжений в перегородке и опоре.
Техническая задача решается в технологическом теплообменнике атомной электростанции, содержащем размещенные внутри вертикального корпуса трубный пучок, охваченный кожухом, который установлен относительно корпуса с образованием вертикальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки, а также опору трубного пучка, прикрепленную к корпусу, при этом на корпусе установлены патрубки теплоносителя межтрубного пространства, перегородка выполнена в виде вертикальной обечайки, скрепленной нижним участком с опорой, и ленты, прикрепленной одной кромкой к обечайке, а другой - к корпусу, при этом каждый патрубок установлен на корпусе против соответствующего отсека периферийной полости.
Кроме того, патрубки могут быть установлены на корпусе диаметрально противоположно один относительно другого, а лента перегородки может быть расположена с уклоном в сторону патрубка, установленного против верхнего отсека периферийной полости.
Кроме того, опора может быть прикреплена к корпусу посредством вертикальных ребер, которые расположены радиально относительно корпуса и выполнены с образованием каналов между собой.
Выполнение перегородки в виде вертикальной обечайки, скрепленной нижним участком с опорой, и ленты, прикрепленной одной кромкой к обечайке, а другой - к корпусу, а также установка каждого патрубка на корпусе против соответствующего отсека периферийной полости привело к снижению напряжений в перегородке, так как при работе теплообменника опора имеет нулевые, а корпус - незначительные температурные перемещения.
Более того, такое выполнение теплообменника по сравнению с прототипом обеспечило более равномерное распределение теплоносителя по межтрубному пространству трубного пучка, что улучшило теплообмен в аппарате, снизило вес трубного пучка и весовую нагрузку на опоры. Прикрепление опоры к корпусу посредством вертикальных ребер, расположенных радиально относительно корпуса и с образованием каналов между собой, обеспечит еще большую равномерность распределения теплоносителя по межтрубному пространству трубного пучка, что еще в большей степени улучшит теплообмен в аппарате, снизит вес трубного пучка и весовую нагрузку на опоры.
Установка патрубков на корпусе диаметрально противоположно один относительно другого и расположение ленты перегородки с уклоном в сторону патрубка, установленного против верхнего отсека периферийной полости, позволяет снизить напряжения в патрубках от усилий присоединяемых к ним трубопроводов, так как в этом случае усилия по меньшей мере частично компенсируют друг друга.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид технологического теплообменника атомной электростанции; на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2.
Технологический теплообменник атомной электростанции содержит размещенные внутри вертикального корпуса 1 трубный пучок, который выполнен в виде теплообменных труб 2, навитых на вертикальную оправку 3, верхней и нижней горизонтальных решеток 4 и 5, скрепленных с соответствующими концами оправки 3. Решетки 4 и 5 выполнены с отверстиями или проемами (отверстия или проемы условно не показаны) для прохода теплоносителя. Трубный пучок охвачен кожухом 6, нижний участок которого скреплен с нижней решеткой 5. Кожух 6 установлен относительно корпуса 1 с образованием вертикальной периферийной полости, разделенной перегородкой на верхний и нижний отсеки 7 и 8 соответственно.
Внутри корпуса 1 размещена опора 9 трубного пучка, прикрепленная к корпусу 1. Перегородка выполнена в виде вертикальной обечайки 10, скрепленной нижним участком с опорой 9, и ленты 11, прикрепленной одной кромкой к обечайке 10, а другой - к корпусу 1. Опора 9 прикреплена к корпусу 1 посредством вертикальных ребер 12, расположенных радиально относительно корпуса 1 и с образованием каналов 13 между собой.
На корпусе 1 установлены патрубки 14 и 15 теплоносителя межтрубного пространства, при этом патрубок 14 установлен против отсека 7 периферийной полости, а патрубок 15 - против ее отсека 8. В предпочтительном варианте исполнения теплообменника патрубки 14 и 15 установлены на корпусе 1 диаметрально противоположно один относительно другого. При этом лента 11 перегородки расположена с уклоном в сторону патрубка 14, установленного против верхнего отсека 7 периферийной полости.
Входные концы 16 теплообменных труб 2 проходят через верхнюю решетку 4 и закрепляются в верхней трубной доске 17 раздающей камеры 18. Камера 18 имеет подводящие патрубки 19 и 20. Выходные концы 21 теплообменных труб 2 походят сквозь нижнюю решетку 5 и закрепляются в нижней трубной доске 22 собирающей камеры 23. Камера 23 имеет отводящий патрубок 24.
Технологический теплообменник атомной электростанции при его использовании в качестве теплообменника аварийного расхолаживания работает следующим образом.
Во время расхолаживания ядерной энергетической установки пар из парогенератора подводят в камеру 18 через патрубок 19. Далее пар опускается по трубам 2, конденсируясь и отдавая тепло теплоносителю, проходящему в это время по межтрубному пространству.
Благодаря витой форме труб 2 на большей части их длины, капли конденсата, стекающие по внутренней образующей трубы, за счет центробежных сил отрываются от поверхности трубы 2, летят на ее наружную образующую, где разрушают стекающую по ней пленку конденсата и открывают при этом поверхность трубы 2 для конденсации пара. В витых трубах 6 большая часть конденсата находится в потоке пара и не мешает пару вступать в теплообмен непосредственно с поверхностью трубы 2.
По мере движения вниз в трубах 2 пара становится меньше, а конденсата - больше. В нижней части труб 2 движется уже один конденсат, который здесь охлаждается до требуемой температуры. Охлажденный конденсат попадает в камеру 23 и далее выводится из теплообменника посредством патрубка 24.
Теплоноситель межтрубного пространства (вода промконтура ядерной энергетической установки) через патрубок 15 поступает в нижний отсек 8 периферийной полости. Далее теплоноситель плавно поворачивается вниз и по каналам 13 между ребрами 12 опоры 9 опускается под нижнюю решетку 5, проходит сквозь решетку 5 в полость кожуха 6, где нагревается в межтрубном пространстве витой части трубного пучка, выходит из полости кожуха 6, проходит сквозь верхнюю решетку 4 и далее через верхний отсек 7 и патрубок 14 выводится из теплообменника. Омывая трубы 2 снаружи, теплоноситель нагревается, обеспечивая конденсацию пара и охлаждение конденсата внутри труб 2.
Если нет необходимости в расхолаживании ядерной энергетической установки, теплообменник работает в режиме ожидания с постоянной прокачкой охлаждающего теплоносителя через корпус 1. В этом случае в камеру 18 пар не поступает.
В другом варианте работы теплообменника в режиме ожидания в камеру 18 через патрубок 20 подают продувочную воду парогенератора, которую охлаждают (переохлаждают) в теплообменнике перед последующей подачей ее на фильтры очистки.