ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Предлагаемое техническое решение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок.
Известны вертикальные змеевиковые теплообменники, содержащие цилиндрический корпус, по оси которого установлена цилиндрическая обечайка с рядами витков змеевиковых теплообменных труб, объединенных при помощи коллекторов. (См., например, ав. св. №879237 опуб. 07.11.1981, ав. св. №1206598 опуб. 23.01.1986 по кл. МПК F28D 7/02)
Теплообменники имеют значительные габариты и металлоемкость, в таких теплообменниках затруднен ремонт текущих секций и невозможна их замена.
Известен вертикальный кольцевой теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, концентрично размещенную обечайку и расположенные между ними изогнутые относительно вертикальной оси теплообменные элементы, заключенные в кожух и подключенные к первичным коллекторам подвода и отвода циркулирующего внутри труб теплоносителя образуя модули. Коллекторам подвода и отвода подсоединены трубопроводы подвода и отвода теплоносителя. (См., например, патент RU №2041439 опубл. 09.08.1995 по кл. МПК F28D 7/10.)
В теплообменнике такой конструкции упрощается поиск текущих модулей и повышается ремонтопригодность, так как появляется возможность замены вышедших из строя модулей.
Недостатками обусловленные наличием кожуха являются:
- проблематичность организации естественной циркуляции теплоносителя в межтрубном пространстве ввиду затесненности проходного сечения;
- неравномерность температур теплоносителя при отключении части модулей теплообменника, что при воздействии теплоносителя с большой разностью температур на элементы конструкции теплообменника снижает надежность работы теплообменника.
По наибольшему числу общих признаков теплообменник по патенту №2041439 выбираем за прототип.
Технической задачей является создание теплообменника обеспечивающего возможность естественной циркуляции по межтрубному пространству, а также позволяющего обеспечить выравнивание температур теплоносителя при отключенных модулях.
Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность и ресурс работы теплообменника.
Задача решается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, размещенную концентрично корпусу центральную обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, в которой расположены теплообменные модули, состоящие из теплообменных элементов, подключенных к первичным коллекторам подвода и отвода теплоносителя, центральная обечайка закреплена на верхней части корпуса соосно с патрубком подвода теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, и установлена с зазором относительно нижней части корпуса, причем верхняя часть обечайки снабжена отверстиями, гидравлически связывающими ее внутреннюю полость с кольцевой полостью, кроме того, теплообменные элементы выполнены в виде многозаходных змеевиков, а первичные коллектора подвода и отвода теплоносителя соединены через промежуточный трубопровод со вторичными коллекторами, расположенными под корпусом и над корпусом соответственно.
Кроме того, каждый коллектор выполнен в виде тора, а промежуточный трубопровод снабжен тройниками, обеспечивающими его соединение с коллекторами.
Теплообменники предлагаемой конструкции можно применять в контурах без циркуляционного насоса на основе естественной циркуляции, а также повысить его срок службы ввиду повышения надежности.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где показан общий вид теплообменного аппарата.
Теплообменный аппарата предназначен для осуществления теплообмена между средой второго контура (пар-вода), циркулирующей во внутритрубном пространстве, и охлаждающей средой (вода-пар), циркулирующей в межтрубном пространстве. Теплообмен происходит в условиях естественной циркуляции по контуру охлаждающей и охлаждаемой сред в системе аварийного расхолаживания парогенерирующего блока ядерной энергетической установки при авариях, связанных с длительным обесточиванием.
Теплообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного крышкой 2 и днищем 3. Внутри корпуса 1 размещена цилиндрическая обечайка 4, которая закреплена на крышке 2 соосно с патрубком подвода 5 охлаждающего теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве. Обечайка 4 предназначена для организации циркуляции среды в межтрубном пространстве. В верхней части обечайки 4 выполнены отверстия 6, гидравлически связывающие внутреннюю полость обечайки 4 с кольцевой полостью 7, образованной обечайкой 4 и корпусом 1. В кольцевой полости расположена теплообменная поверхность, состоящая из модулей, образованных теплообменными элементами 8, выполненными в виде змеевиков, навитых на оправку 9 в несколько рядов. Концы теплообменных элементов 8 объединены по входу и выходу первичными коллекторами подвода 10 и отвода 11, выполненными в виде торов. Первичные коллекторы 10 и 11 через промежуточный трубопровод 12 соединены с вторичными раздающими (паровыми) 13 и собирающими (водяными) 14 коллекторами, расположенными соответственно под днищем 3 и над крышкой 2, которые также выполнены в виде тора. Промежуточный трубопровод 12 снабжен тройниками 15 и 16, обеспечивающими его соединение с первичными 10, 11 и вторичными коллекторами 13, 14. На днище 3 корпуса 1 расположен штуцер 17 для соединения с емкостью запаса воды.
На наружной поверхности корпуса 1 закреплены опоры 18 для установки и закрепления теплообменного аппарата.
Во время нормальной эксплуатации реакторной установки теплообменный аппарат по внутритрубному и межтрубному пространству заполнен водой.
По внутритрубному пространству теплообменный аппарат подсоединен к парогенератору, а по межтрубному пространству к аварийной емкости с запасом воды (на чертеже не показано).
При авариях пар из парогенератора поступает во вторичный раздающий коллектор 13, откуда через первичные коллектора 10 раздается по теплообменным элементам 8 модулей. Проходя через теплообменные элементы 8, пар охлаждается водой, находящейся в межтрубном пространстве, и конденсируется, затем поступает в собирающий коллектор 14. Вода, находящаяся в межтрубном пространстве, нагревается до образования пара или паро-водяной смеси и выходит из теплообменного аппарата в аварийную емкость с запасом воды.
Конструкция предлагаемого теплообменника позволяет обеспечить естественную циркуляцию по межтрубному пространству, а также выравнивание температур теплоносителя при отключенных модулях, что повышает надежность и ресурс работы теплообменника.
В материалах заявки описан конкретный пример применения предложенного теплообменного аппарата, который изготовлен и испытан.