ОХЛАДИТЕЛЬ ОРГАНИЗОВАННЫХ ПРОТЕЧЕК РАЗЛИЧНЫХ СРЕД ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА

Полезная модель относится к устройствам теплообмена, и может быть использована в атомной энергетике при создании теплообменников для охлаждения организованных протечек различных сред от оборудования АЭС водой промконтура.
Известен вертикальный теплообменник для охлаждения рабочей среды, содержащий цилиндрический корпус с эллиптическими днищами, в котором установлен пучок параллельных труб, закрепленных в трубных решетках, подводящие и отводящие патрубки для охлаждающей и охлаждаемой жидкости (Патент CN №201497404 U, МПК F28D 7/00, F28F 21/08, от 21.08.2009, опуб. 02.06.2010).
Наиболее близким техническим решением является вертикальный теплообменник для охлаждения загрязненной жидкости, содержащий цилиндрический корпус, определяющий внутреннюю камеру с приваренными к нему эллиптическими днищами и снабженный линзовым компенсатором, в корпусе установлен пучок прямых одноходовых параллельных труб, противоположные концы которых закреплены в трубных решетках, прикрепленных к корпусу, подводящие и отводящие патрубки для охлаждающей и охлаждаемой рабочей среды в виде жидкости (Патент RU №2145697 С1, МПК F28D 7/00, F28F 9/02, от 25.11.1994, опуб. 20.02.2000).
Однако известные теплообменники обеспечивают охлаждение среды, находящейся преимущественно в одном (жидком или газообразном) состоянии, протекающей по трубному или межтрубному пространству, что ограничивает их возможности. Данные теплообменники также не обеспечивают сепарацию поступающей пароводяной среды с разделением ее на пар и отсепарированную жидкость (конденсат) с последующим их охлаждением.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является эффективное охлаждение различных сред, подводимых в межтрубное пространство водой, проходящей в трубном пространстве с последующим возвратом их в систему станции.
Поставленная задача достигается тем, что охладитель организованных протечек различных сред вертикального типа, содержащий цилиндрический корпус с приваренными к нему эллиптическими днищами, в котором установлен пучок прямых одноходовых параллельных труб, противоположные концы которых закреплены в трубных решетках, прикрепленных к корпусу, подводящие и отводящие патрубки, отличающийся тем, что, охладитель дополнительно снабжен камерой с патрубками для подвода охлаждаемых сред, разделяющей теплообменную поверхность охладителя на зоны охлаждения и/или конденсации газообразных сред и охлаждения конденсата, внутри камеры установлена обечайка меньшего размера с образованием между ними кольцевого пространства, в котором имеется полость, образованная двумя направляющими с вертикально установленной между ними запорной пластиной и патрубком, при этом в зоне охлаждения и/или конденсации газообразных сред камера соединена с корпусом охладителя, а в зоне охлаждения конденсата внутренняя обечайка соединена одновременно с камерой и корпусом охладителя, причем в нижней части внутренней обечайки выполнено дренажное отверстие.
Снабжение охладителя камерой обеспечивает разделение полной теплообменной поверхности на две зоны (одна - охлаждения и/или конденсации газообразных сред, другая - охлаждения конденсата), обеспечивающие раздельное эффективное охлаждение различных сред: пароводяной смеси, пара, жидкой среды (конденсата), смеси газов (азота, пара и неконденсирующихся газов) в соответствующих зонах.
Снабжение охладителя камерой с установленной внутри нее обечайкой меньшего размера обеспечивает образование между ними кольцевого пространства, в котором происходит разделение поступающей пароводяной среды или влажного пара, на пар и отсепарированную жидкость (конденсат) с последующим охлаждением каждой среды в соответствующих зонах межтрубного пространства: пара - в межтрубном пространстве зоны охлаждения и/или конденсации пара газообразных сред, расположенной над камерой, а конденсата в межтрубном пространстве зоны охлаждения конденсата, расположенной под камерой. Использование подобной камеры позволяет обеспечить предварительное разделение пароводяной смеси или влажного на пар и жидкость (конденсат), что расширяет возможности охладителя.
Расположение в кольцевом пространстве двух направляющих сегментов с вертикально установленной между ними запорной пластиной и патрубком для входа пароводяной смеси или влажного пара обеспечивает перекрытие кольцевого пространства с одной стороны от патрубка и одновременно создает полость, обеспечивающую направление их движения в одном направлении и организацию вращательного (завихрения) движения вокруг внутренней обечайки в кольцевом пространстве для разделения данных сред на пар и отсепарированную жидкость (конденсат) и последующее эффективное охлаждение каждой среды в соответствующей зоне.
Наличие в камере отдельных патрубков подвода различных охлаждаемых сред, одного предназначенного для газообразных сред (например, азота, смеси пара и азота), а другого - для жидкости, пара, влажного пара, пароводяной смеси в кольцевое пространство позволяет организовать независимую их подачу от оборудования АЭС для последующего охлаждения в соответствующих зонах теплообменника.
Выполнение дренажного отверстия на внутренней обечайке камеры обеспечивает отвод из камеры отсепарированной жидкости для охлаждения ее в межтрубном пространстве зоны охлаждения конденсата.
Охладитель организованных протечек различных сред поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлен охладитель организованных протечек различных сред вертикального типа, общий вид;
- на фиг. 2 показано расположение цилиндрической камеры с внутренней обечайкой на корпусе охладителя относительно трубного пучка, проходящего сквозь них, соединение внутренней обечайки снизу с корпусом охладителя с образованием между ней и трубным пучком межтрубного пространства для стекания конденсата, продольный разрез;
- на фиг. 3 - вид А на фиг. 2, представлена отдельно камера, образующая зону конденсации пара с размещенной внутри нее обечайкой меньшего диаметра и образованием между ними кольцевого пространства, в котором закреплены горизонтально сегменты с установленной между ними вертикальной запорной пластиной, обеспечивающих направление в одну сторону и проход охлаждаемой среды (пароводяной смеси, влажного пара и пара) в кольцевое пространство между корпусом и внутренней обечайкой для придания вращательного движения охлаждаемой среды вокруг внутренней обечайки и выхода пара в зону охлаждения и/или конденсации газообразных сред через верхнее сечение кольцевого пространства и конденсации пара с последующим стеканием его в межтрубное пространство зоны охлаждения конденсата, а также расположение патрубка на корпусе камеры между горизонтальными сегментами и запорной пластиной;
- на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3, показано расположение в кольцевом пространстве между корпусом цилиндрической камеры и внутренней обечайкой горизонтальных сегментов в виде направляющих с перекрывающей проход запорной пластиной в месте приварки патрубков и дренажного отверстия для отвода отсепарированной жидкости в межтрубное пространство зоны охлаждения конденсата, направление прохода различных сред вокруг внутренней обечайки;
Охладитель организованных протечек различных сред (т.е. протечек от различного энергетического оборудования АЭС, направляемых на охлаждение в охладитель и последующего возврата их в систему станции) представляет собой рекуперативный кожухотрубчатый однокорпусной теплообменный аппарат в вертикальном исполнении без фланцевых разъемов. Охладитель одноходовой по трубному и межтрубному пространствам содержит цилиндрический корпус 1, в котором находится трубный пучок из параллельных прямых труб 2 одинакового диаметра и толщины (фиг. 1). С двух сторон к торцам корпуса 1 приварены эллиптические днища 3 и трубные решетки 4 с образованием камер 5 между ними и эллиптическими днищами 3 (фиг. 1, 2). Положение труб 2 в корпусе 1 фиксируется трубными решетками 4, при этом концы труб 2 выведены в трубные решетки 4 и закреплены в них, например, вальцовкой и сваркой. Количество труб 2 в охладителе может достигать, например 129 штук. Трубы 2 расположены в охладителе по сторонам равностороннего треугольника, но оно может быть и иным.
На корпусе 1 охладителя установлена камера 6, корпус 7 которой превышает наружный диаметр корпуса 1 охладителя (фиг. 1). Внутри корпуса 7 камеры 6 установлена обечайка 8, диаметр которой соответствует диаметру корпуса 1 охладителя с образованием между ними кольцевого пространства 9 (фиг. 2, 3). Снизу внутренняя обечайка 8 соединена, например, сваркой, с корпусом 7 камеры 6 и одновременно с корпусом 1 охладителя так, что она является продолжением корпуса 1 охладителя и через нее проходят трубы 2 трубного пучка с образованием между ней и трубным пучком межтрубного пространства. Верхний конец внутренней обечайки 8 остается свободным для прохождения пара через верхнее сечение кольцевого пространства 9 в зону охлаждения и/или конденсации пара (фиг. 3). На корпусе 7 камеры 6 вварены патрубок 10 для подвода охлаждаемых различных сред (пароводяной смеси, влажного пара и пара) и патрубок 11 для подачи азота (фиг. 1, 3, 4). В кольцевом пространстве 9 имеется полость, образованная двумя горизонтально размещенными сегментами 12 и вертикально установленной между ними запорной пластиной 13, обеспечивающими направление пароводяного потока, влажного пара в одну сторону с созданием вращательного движения вокруг внутренней обечайки 8 и их сепарации. Патрубок 10 для охлаждаемых сред подведен к данной полости и закреплен на корпусе 7 между горизонтально размещенными в кольцевой полости сегментами 12, при этом запорная платина 13 установлена с одной стороны относительно патрубка 10 (фиг. 3, 4) и перекрывает проход с другой стороны. Горизонтально размещенные сегменты 12 с размещенной с одной стороны относительно патрубка 10 вертикальной запорной пластиной 13 обеспечивают организацию вращательного движения потока охлаждаемых сред в одном направлении вокруг внутренней обечайки 8 при попадании их в полость кольцевого пространства 9 камеры 6. В нижней части внутренней обечайки 8 выполнено дренажное отверстие 14.
Наличие камеры 6 условно разделяет участки теплообменной поверхности охладителя на две зоны, в которых происходят процессы охлаждения различных сред, подаваемых в межтрубное пространство охладителя и имеющие различное агрегатное состояние в зависимости от режима эксплуатации:
- зону охлаждения конденсата, образованную нижней частью теплообменной поверхности от камеры 6 и имеющей в межтрубном пространстве сегментные перегородки (не показаны), в которой реализовано противоточное течение теплоносителей;
- зону охлаждения и/или конденсации газообразных сред, образованную верхней частью теплообменной поверхности от камеры 6, имеющей сегментные перегородки (не показаны), в которой реализовано прямоточное течение теплоносителей;
Внутренняя обечайка 8 одновременно сообщена с зоной охлаждения конденсата, образованной нижней частью теплообменной поверхности от камеры 6 для стекания конденсата (фиг. 2). В нижней части внутренней обечайки 8 выполнено дренажное отверстие 14 для отвода отсепарированной жидкости из кольцевого пространства 9 в межтрубное пространство зоны охлаждения конденсата (фиг. 3, 4).
На корпусе 1 охладителя вварены патрубки (фиг. 1):
- в нижнюю и верхнюю камеры 5 охладителя вварены патрубки 15 и 16 для входа и выхода охлаждающей среды (воды промконтура), проходящей по трубному пространству, расположенные в зоне охлаждения конденсата и в зоне охлаждения и/или конденсации газообразных сред, соответственно;
- патрубок 17 для отвода охлаждаемой среды (газообразной) вварен в зоне охлаждения и/или конденсации газообразных сред к межтрубному пространству;
- патрубок 18 для выхода конденсата из межтрубного пространства, вварен в зоне охлаждения конденсата.
Корпус 1 охладителя снабжен компенсатором 19. Охладитель устанавливается вертикально на опору и крепится дополнительно к вертикальной поверхности горизонтальными опорами (не показаны).
Охлаждаемая среда - это среда, которую необходимо охладить, протекает в межтрубном пространстве. Охлаждающая среда - это среда, которая охлаждает, протекает в трубном пространстве. В качестве охлаждающей рабочей среды используют обессоленную воду промконтура. Тип охлаждаемой среды различный. Охлаждать необходимо протечки теплоносителя первого контура в виде жидкой фазы (конденсат), пара, влажного пара, пароводяную смесь не конденсирующий газ (например, азот), пароводяную смесь с азотом; газовую смесь азота с водородом.
Конструкция охладителя обеспечивает свободный сток сред и опорожнение охладителя по трубному и межтрубному пространствам. В верхнем сечении кольцевого пространства 9 пар выходит в межтрубное пространство зоны охлаждения и конденсации пара.
Охладитель организованных протечек различных сред вертикального типа работает следующим образом:
Работа охладителя при охлаждении протечки пароводяной среды. Охлаждаемая среда, например, пароводяная среда (влажный пар, пар) через патрубок 10 (фиг. 1, 4) поступает в полость, кольцевого пространства 9 и организованно направляется двумя горизонтально установленными сегментами 12 между корпусом 7 камеры 6 и внутренней обечайкой 8 (фиг. 3, 4) с запорной вертикальной пластиной 13 для движения потока пароводяной среды в одном направлении вокруг внутренней обечайки 8. При вращательном движении пароводяной среды вокруг внутренней обечайки 8 вследствие возникающих центробежных сил происходит разделение сред на жидкую и паровую фазы. Отсепарированная жидкость через отверстие 14 поступает в зону охлаждения конденсата охладителя, образованную нижней частью теплообменной поверхности от камеры 6. Полученный в результате сепарации пароводяной среды и влажного пара пар через сечение кольцевого пространства (фиг. 3) поступает в зону охлаждения и/или конденсации газообразных сред, образованную верхней частью теплообменной поверхности от камеры 6. Образовавшийся на наружных поверхностях теплообменных труб конденсат стекает вниз и через дренажное отверстие 14 поступает для дальнейшего охлаждения в зону охлаждения конденсата, смешивается с жидкой фазой, затем после охлаждения смесь через патрубок 18 (фиг. 1) возвращается в систему станции. При работе охладителя в данном режиме выход из патрубка 17 (фиг. 1) закрыт, а охлаждающая среда противотоком подается на вход через патрубок 15 и выходит через патрубок 16 (фиг. 1).
Работа охладителя при охлаждении протечки конденсата. Охлаждаемая среда (жидкая) через патрубок 10 (фиг. 1) поступает в кольцевое пространство 9 между корпусом камеры 7 (фиг. 3, 4) и обечайкой 8. Горизонтально установленные сегменты 12 с запорной вертикальной пластиной 13 обеспечивают организованное движение жидкой среды вокруг внутренней обечайки 8 в одном направлении. Далее жидкость через отверстие 14 поступает в зону охлаждения конденсата охладителя, затем после охлаждения она через патрубок 18 (фиг. 1) возвращается в систему станции. При работе охладителя в данном режиме выход из патрубка 17 (фиг. 1) закрыт, а охлаждающая среда противотоком подается на вход через патрубок 15 и выходит через патрубок 16 (фиг. 1).
Работа охладителя при охлаждении протечки паровой фазы (при этом возможно присутствие неконденсирующихся газов). Охлаждаемая среда через патрубок 10 (фиг. 1) поступает в кольцевое пространство 9 между корпусом камеры 7 (фиг. 3, 4) и обечайкой 8. Горизонтально установленные сегменты 12 с запорной вертикальной пластиной 13 обеспечивают организованное движение пара вокруг внутренней обечайки 8. Далее пар через сечение кольцевого пространства поступает в зону охлаждения и/или конденсации пара. Образовавшийся на наружных поверхностях теплообменных труб конденсат стекает вниз и через дренажное отверстие 14 (фиг. 3) поступает для дальнейшего охлаждения в зону охлаждения конденсата и затем после охлаждения через патрубок 18 (фиг. 1) возвращается в систему станции. При работе охладителя в данном режиме выход из патрубка 17 (фиг. 1) закрыт, а охлаждающая среда противотоком подается на вход через патрубок 15 и выходит через патрубок 16 (фиг. 1).
Работа охладителя при охлаждении газовых сред (например, азота). Охлаждаемая среда через патрубок 11 (фиг. 1-4) поступает в кольцевое пространство между корпусом камеры 7 и обечайкой 8 (фиг. 3), а затем через сечение кольцевого пространства попадает в зону охлаждения и после охлаждения через патрубок 17 (фиг. 1) возвращается в систему станции. При работе теплообменника в данном режиме выход из патрубка 17 (фиг. 1) открыт, а охлаждающая среда прямотоком подается на вход через патрубок 15 и выходит через патрубок 16 (фиг. 1).
Таким образом, использование предлагаемого охладителя обеспечивает эффективное охлаждение различных сред, подводимых в межтрубное пространство водой, проходящей в трубном пространстве с последующим возвратом их в систему станции.