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 технологический теплообменник атомной электростанции, содержащий вертикальный корпус, в полости которого размещены трубный пучок, а также верхняя и нижняя вертикальные обечайки, которые прикреплены к внутренней стенке корпуса соответственно нижним и верхним торцевыми участками и выполнены с образованием относительно корпуса кольцевых камер, причем на корпусе против соответствующих обечаек установлены верхний и нижний патрубки теплоносителя межтрубного пространства (см. RU 2145697 С1, кл. МКИ F28D 7/00, 20.02.2000).
В таком теплообменнике нет внутрикорпусных опор, поэтому суммарные усилия, возникающие от веса трубного пучка, температурных изменений и сейсмических нагрузок, передаются на узлы крепления концов труб пучка в трубных досках. Большие напряжения в этих узлах могут привести к их разгерметизации, после чего теплообменник выводится из эксплуатации.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является технологический теплообменник атомной электростанции, содержащий размещенные внутри вертикального корпуса вертикальный трубный пучок, верхнюю кольцевую опору и нижнюю кольцевую опору, а также установленные на корпусе верхний и нижний патрубки теплоносителя межтрубного пространства, причем верхний и нижний участки трубного пучка соединены с соответствующими опорами, а последние прикреплены к корпусу (см. SU 1372172 А1, кл. МКИ 4 F28D 7/02, 09.01.88).
В таком теплообменнике большая часть суммарных усилий, возникающих от веса змеевиков, температурных изменений и сейсмических нагрузок, передается через опоры на корпус, что значительно разгружает узлы крепления концов труб пучка в трубных досках.
Однако сварные швы, соединяющие корпус с трубными досками, при давлении внутри корпуса 12-16 МПа, при котором эксплуатируется данный теплообменник, имеют значительные толщины (70-80 мм), выполняются после монтажа опор и в непосредственной близости от них. Это может привести сначала к значительной утяжке в окрестностях корпусных сварных швов, а затем и к разрушению швов, которыми приварены опоры к корпусу, что резко и значительно повысит нагрузку на узлы крепления концов труб пучка в трубных досках, может разрушить эти крепления и привести к недопустимому попаданию среды межтрубного пространства в трубное пространство.
Патрубки теплоносителя межтрубного пространства установлены в прототипе на корпусе в зоне трубных досок. Угловые отверстия в трубных досках, соединяющие эти патрубки с полостью корпуса, приводят к сосредоточенному и одностороннему подводу теплоносителя межтрубного пространства к полости корпуса и к такому же отводу этого теплоносителя из теплообменника. Такая конструкция теплообменника характеризуется неравномерностью скоростей и ухудшенным теплообменом в межтрубном пространстве трубного пучка, что повышает требуемую поверхность теплообмена, увеличивает вес трубного пучка и дополнительно нагружает опоры.
Таким образом, недостатком прототипа является его низкая эксплуатационная надежность из-за повышенных напряжений в трубных досках и в местах крепления опор к корпусу.
Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности технологического теплообменника атомной электростанции путем снижения напряжений в трубных досках и в местах крепления опор к корпусу.
Техническая задача решается в технологическом теплообменнике атомной электростанции, содержащем размещенные внутри вертикального корпуса вертикальный трубный пучок, верхнюю кольцевую опору и нижнюю кольцевую опору, а также установленные на корпусе верхний и нижний патрубки теплоносителя межтрубного пространства, причем верхний и нижний участки трубного пучка соединены с соответствующими опорами, а последние прикреплены к корпусу, при этом верхняя и нижняя опоры выполнены в виде вертикальных обечаек и прикреплены к корпусу соответственно нижним и верхним торцевыми участками этих обечаек, а каждый патрубок установлен на корпусе против обечайки соответствующей опоры, выполненной с образованием относительно корпуса кольцевой камеры.
Кроме того, верхний участок трубного пучка может быть соединен с верхней опорой с возможностью вертикального перемещения относительно ее обечайки, а нижний участок трубного пучка может быть соединен с нижней опорой жестко.
Выполнение верхней и нижней опор в виде вертикальных обечаек и прикрепление этих опор к корпусу соответственно нижним и верхним торцевыми участками этих обечаек, а также установка каждого патрубка на корпусе против обечайки соответствующей опоры, выполненной с образованием относительно корпуса кольцевой камеры, позволяет отдалить места крепления опор к корпусу от корпусных сварных швов, соединяющих трубные доски с корпусом, на требуемое расстояние и снизить до допустимого значения влияние корпусных швов на опоры. При этом кольцевые камеры экранируют опоры относительно корпусных швов и еще в большей степени снижают их влияние на опоры.
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.
Соединение верхнего участка трубного пучка с верхней опорой с возможностью вертикального перемещения относительно ее обечайки и соединение нижнего участка трубного пучка с нижней опорой жестко позволяет снизить напряжения в элементах трубного пучка и оптимально перераспределить нагрузку между опорами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид технологического теплообменника атомной электростанции; на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1; на фиг.3 - выносной элемент Б фиг.1.
Технологический теплообменник атомной электростанции содержит размещенные внутри вертикального корпуса 1 вертикальный трубный пучок, который выполнен в виде теплообменных труб 2, навитых на вертикальную оправку 3, верхней и нижней горизонтальных решеток 4 и 5, скрепленных с соответствующими концами оправки 3, и наружного вертикального кожуха 6, нижний участок которого скреплен с нижней решеткой 5. Верхний участок кожуха 6 выполнен с возможностью продольного перемещения относительно верхней решетки 4. Для обеспечения продольного перемещения верхнего участка кожуха 6 относительно верхней решетки 4 между кожухом 6 и решеткой 4 образован кольцевой зазор 7.
Внутри вертикального корпуса 1 размещены также верхняя кольцевая опора, выполненная в виде вертикальной обечайки 8, и нижняя кольцевая опора, выполненная в виде вертикальной обечайки 9. Верхняя и нижняя опоры прикреплены к корпусу 1, причем верхняя опора прикреплена к корпусу 1 нижним торцевым участком обечайки 8, а нижняя опора прикреплена к корпусу 1 верхним торцевым участком обечайки 9.
Верхний участок трубного пучка, которым в данном конкретном теплообменнике является верхняя решетка 4, соединен с верхней опорой с возможностью вертикального перемещения относительно ее обечайки 8. При этом нижний участок трубного пучка, которым в данном конкретном теплообменнике является нижняя решетка 5, соединен с нижней опорой жестко путем приварки решетки 5 к обечайке 9.
На корпусе установлены верхний и нижний патрубки 10 и 11 теплоносителя межтрубного пространства. Верхний патрубок 10 установлен на корпусе 1 против обечайки 8 верхней опоры, выполненной с образованием относительно корпуса 1 кольцевой камеры 12, а нижний патрубок 11 установлен на корпусе 1 против обечайки 9 нижней опоры, выполненной с образованием относительно корпуса 1 кольцевой камеры 13.
Входные концы 14 теплообменных труб 2 проходят через нижнюю решетку 5 и закрепляются в нижней трубной доске 15 раздающей камеры 16. Выходные концы 17 теплообменных труб 2 проходят сквозь верхнюю решетку 4 и закрепляются в верхней трубной доске 18 собирающей камеры 19. Решетки 4 и 5 выполнены с отверстиями или проемами (отверстия или проемы условно не показаны) для прохода теплоносителя.
Оправка 6 выполнена полой и сообщена с верхней частью корпуса 1 отверстием 20 и с нижней частью корпуса 1 - отверстием 21. Для дренирования полости, образованной кожухом 6 и корпусом 1, нижний участок кожуха 6 имеет отверстия 22. Отверстие 20 имеет диаметр, превышающий 70 мм. Отверстия 21 и 22 выполнены с диаметром 3-4 мм.
Технологический теплообменник атомной электростанции при его использовании в качестве регенеративного теплообменника системы продувки первого контура работает следующим образом.
Продувочный теплоноситель по патрубку 10 подают в кольцевую камеру 12, благодаря которой он равномерно распределяется по верхней части корпуса 1, где проходит сквозь решетку 4. Далее теплоноситель проходит по межтрубному пространству трубного пучка, где интенсивно охлаждается, нагревая теплоноситель трубного пространства. Благодаря кольцевой камере 13 теплоноситель равномерно отводится из межтрубного пространства, проходит сквозь решетку 5 и затем по патрубку 11 отводится на фильтры очистки (фильтры очистки условно не показаны).
Очищенный теплоноситель последовательно проходит раздающую камеру 16, входные концы 14 теплообменных труб 2, теплообменные трубы 2, где очищенный теплоноситель нагревается, выходные концы 17 теплообменных труб 2 и собирающую камеру 19. Далее очищенный и подогретый теплоноситель возвращается в первый контур атомной электростанции.
Весовая нагрузка трубного пучка и радиальные усилия от его нижней части через оправку 3, нижнюю решетку 5 и обечайку 9 нижней опоры передается на корпус 1. Радиальные усилия от верхней части трубного пучка передаются на корпус 1 через обечайку 8 верхней опоры.