CN103177783B - 一种一体化反应堆蒸汽发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其在内壁筒体和外壁筒体之间设有几字型结构的管束套筒，传热管束布置在管束套筒和内壁筒体之间；管束套筒包括管束套筒的外筒和管束套筒的内筒，管束套筒的外筒和管束套筒的内筒在顶端封闭连接；在外壁筒体的下段开设蒸汽接管，在外壁筒体的上段开设给水接管，并且给水接管延伸至管束套筒的外筒；管束套筒的外筒在底部与外壁筒体连接形成连接段，并且连接段位于蒸汽接管以下。本发明结构一方面平衡了管束与外壁筒体之间的热膨胀，另一方面使给水接管位于较高位置，从而在接管破裂时具有较高的蓄水和事故缓解能力。管束套筒结构实现给水和蒸汽的实体隔离，提供给水分配空间和蒸汽缓冲空间。
Description
技术领域
本发明涉及核电站反应堆的蒸汽发生器设计领域，特别涉及一种小型模块化反应堆的蒸汽发生器。
背景技术
压水堆核电站中，蒸汽发生器（steam generator，SG）是将一回路冷却剂的热量传递给二回路水，并使二回路水产生饱和或过热蒸汽的重要设备。压水堆所采用的蒸汽发生器，按其传热管形式分类，大致可分为四种：U形管式、直管式、螺旋管式、套管式。
U形管式蒸汽发生器在现役压水堆核电站中应用最广，其传热管呈英语字母U的形状。U形管两端与同一块管板进行胀焊连接，热量通过U形管的管壁由管内流体传给管外流体（或相反）。这种蒸汽发生器具有制造工艺成熟、承受热形变能力强、压降损失小、检查维修可达性高等优点。但其功率密度不是很高，同时传热管内流体的流道和传热管布置是镜像对称的，U形管弯管段需设置抗振条。
直管式蒸汽发生器应用较少，美国巴威（Babcock & Wilcox）公司生产的CNSS蒸汽发生器属于这个范畴，此外近期巴威公司的mPower小型模块化反应堆和西屋（Westinghouse）公司的W-SMR小型模块化反应堆都采用一体化的直管式蒸汽发生器。这种蒸汽发生器的传热管直管两端分别与管板进行胀焊连接，热量通过直管的管壁从管内流体传给管外流体（或相反）。这种蒸汽发生器的加工组装更为简单，压降损失很小，检查维修性能好，对流体的流道和传热管布置空间没有特殊要求。其最大弱点在于承受热应力能力差。这是因为一旦两端管板固定之后，传热管就不能自由地热胀冷缩。因此，直管式蒸汽发生器必须采用其它手段克服热应力的问题才能在工程上应用。
螺旋管式又叫盘管式，虽然压水反应堆中应用较少，但由于这种蒸汽发生器具有高效的传热能力、传热管具有自由的胀缩空间、管束长而管板面积小等优点使其得到设计者的青睐。巴威公司为Otto Hahn核动力船舶生产的CNSG就属于盘管式范畴。此外，韩国的SMART小型模块化反应堆、日本的MRX小型反应堆、阿根廷的CAREM反应堆等采用螺旋管式蒸汽发生器。这种发生器的最大缺点是在役检查可达性差（无损检测等），此外制造和组装也是一大难题。
套管是一种特殊的直管，其传热管是由两根或多根直径不等的直管在长度方向上同心嵌套而成，冷热流体在不同的套管内交替流动。因此套管式蒸汽发生器具有很高的传热能力。这种蒸汽发生器在流道和结构设计、传热管制造、传热管组装和焊接、检查和维修等方面存在较大难度。目前这种蒸汽发生器在俄罗斯的某些反应堆中应用较多。
发明内容
本发明提供一种一体化反应堆蒸汽发生器，其适用于压水反应堆，实现将一次侧热量传递给二次侧，产生饱和或过热蒸汽的功能。
实现本发明目的的技术方案：一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其中内壁筒体、外壁筒体、上管板和下管板形成环形空间，上部水室隔板与上管板之间形成上部水室；一次侧导流罩固定在内壁筒体底端；传热管束设置在内壁筒体与外壁筒体之间的环形空间，其上端穿过并焊接在上管板上、下端穿过并焊接在下管板；在外壁筒体上分别开设给水接管和蒸汽接管；
在内壁筒体和外壁筒体之间设有“几”字型结构的管束套筒，传热管束布置在管束套筒和内壁筒体之间；管束套筒包括管束套筒的外筒和管束套筒的内筒，管束套筒的外筒和管束套筒的内筒在顶端封闭连接；在外壁筒体的下段开设蒸汽接管，在外壁筒体的上段开设给水接管，并且给水接管延伸至管束套筒的外筒；管束套筒的外筒在底部与外壁筒体连接形成连接段，并且连接段位于蒸汽接管以下。
如上所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其所述的外壁筒体在蒸汽接管以下形成锥形筒体。
如上所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其所述的管束套筒的外筒在给水接管下部形成锥段。
如上所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其所述的传热管的中间部分是微波浪形管段，传热管的伸入上管板的上部分是上部直管段，传热管的伸入下管板的部分是下部直管段。
如上所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其一次侧流体在位于内壁筒体底端的一次侧导流罩内往上流动，沿内壁筒体内部向上流动到达位于上部水室隔板下方的上部水室处；在上部水室内进行流量分配，进入传热管束的传热管管内并向下流动，直至到达一次侧导流罩外侧向下流出；二次侧流体由给水接管先进入管束套筒的外筒和管束套筒的内筒之间并往下流动，进入管束套筒的内筒与锥形筒体之间的环腔，再绕过管束套筒的内筒底部，折返往上流动进入管束套筒的内筒与内壁筒体之间的区域，在冲刷传热管束的过程中，吸收传热管管壁的热量，逐渐产生饱和或过热蒸汽；蒸汽继续往上流动，在顶部绕过管束套筒，折返沿管束套筒的外筒与外壁筒体之间向下流动，最后通过蒸汽接管流出。
本发明的效果在于：本发明提供一种与现有技术都有差异的蒸汽发生器，其设计的流体行程结构平衡传热管束与外壁筒体之间的热膨胀，通过微波浪形的传热管设计强化传热能力，通过设计的管束筒体结构、外壁筒体结构、给水和蒸汽管线位置等，实现良好的工程应用。本发明提供的蒸汽发生器可以应用于特定的反应堆结构或其它蒸汽发生设施中。
本发明结构一方面平衡了管束与外壁筒体之间的热膨胀，另一方面使给水接管位于较高位置，从而在接管破裂时具有较高的蓄水和事故缓解能力。其次，传热管采用微波浪形管，从而强化传热能力，可降低蒸汽发生器的高度。最后设计的管束套筒结构实现给水和蒸汽的实体隔离，提供给水分配空间和蒸汽缓冲空间，提供自身的热膨胀自由度，满足工程应用。
附图说明
图1为本发明所述的蒸汽发生器结构半剖示意图；
图2为蒸汽发生器外壁和管束套筒结构的半剖示意图；
图3为传热管示意图；
图中：1-一次侧导流罩；2-下管板；3-内壁筒体；4-外壁筒体；5-蒸汽接管；6-管束套筒；7-给水接管；8-上管板；9-上部水室隔板；10-上部水室；11-管束栅格板；12-传热管束；401-锥形筒体；601-管束套筒的外筒；601-1-外筒锥段；601-2-连接段；602-管束套筒的内筒；1201-上部直管段；1202-微波浪形管段；1203-下部直管段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种一体化反应堆蒸汽发生器作进一步描述。
如图1所示，本发明所述的一体化反应堆的蒸汽发生器带有双层筒体，即内壁筒体3和外壁筒体4，内壁筒体3和外壁筒体4的顶端和底端分别连接固定有上管板8和下管板2，上部水室隔板9将内壁筒体3和外壁筒体4顶端封堵,上部水室隔板9与上管板8之间形成上部水室10。一次侧导流罩1固定在内壁筒体3底端。
管束套筒6设置在内壁筒体3和外壁筒体4之间，传热管束12布置在管束套筒6和内壁筒体3之间；传热管束12上端穿过并焊接在上管板8上、下端穿过并焊接在下管板2上。
如图2所示，管束套筒6是一个“几”字型结构，分为管束套筒的外筒601和管束套筒的内筒602，管束套筒的外筒601和管束套筒的内筒602在顶端封闭连接。
如图2所示，在外壁筒体4的下段开设蒸汽接管5，外壁筒体4在蒸汽接管5以下形成锥形筒体401。在外壁筒体4的上段开设给水接管7，并且给水接管7延伸至管束套筒的外筒601。
管束套筒的外筒601在给水接管7下部形成锥段601-1。管束套筒的外筒601在底部与外壁筒体4连接形成连接段601-2，并且连接段601-2位于蒸汽接管5以下。
传热管束12包括上万根传热管，传热管束12从上自下布置多块管束栅格板11。如图3所示，每根传热管的中间部分是微波浪形管段1202，传热管的伸入上管板8的上部分是上部直管段1201，传热管的伸入下管板2的部分是下部直管段1203。
本发明所述的一体化反应堆的蒸汽发生器工作时：
一次侧流体（反应堆冷却剂）在位于内壁筒体底端的一次侧导流罩1内往上流动，沿内壁筒体3内部向上流动到达位于上部水室隔板9下方的上部水室10处；在上部水室10内进行流量分配，进入传热管束12的传热管管内并向下流动，直至到达一次侧导流罩1外侧向下流出。一次侧流体在传热管内往下流动的过程中，将热量通过传热管管壁传递给传热管管外的二次侧流体。
二次侧流体由给水接管7先进入管束套筒的外筒601和管束套筒的内筒602之间并往下流动，进入管束套筒的内筒602与锥形筒体401之间的环腔，再绕过管束套筒的内筒602底部，折返往上流动进入管束套筒的内筒602与内壁筒体3之间的区域，在冲刷传热管束12的过程中，吸收传热管管壁的热量，逐渐产生饱和或过热蒸汽。蒸汽继续往上流动，在顶部绕过管束套筒6，折返沿管束套筒的外筒601与外壁筒体4之间向下流动，最后通过蒸汽接管5流出。
本发明设置的管束套筒6结构，实现给水和蒸汽的实体隔离，提供给水分配空间和蒸汽缓冲空间，提供自身的热膨胀自由度。
蒸汽接管5位于传热区域的下部，蒸汽在离开发生器之前由管束套筒结构引导，向下流动，加热外壁筒体，使管束与外壁筒体的热膨胀差达到允许水平。
给水接管7位于传热区域的上部，给水在管束套筒结构里面向下流动，然后在底部流入管束区域。给水接管位于较高的位置，从而在接管破裂时，蒸汽发生器有较大的蓄水能力，满足事故缓解的要求。
蒸汽发生器的外壁筒体设置锥段，锥段为整个外壁筒体提供一定程度的热膨胀自由度。同时锥段也为蒸汽发生器下部法兰留出螺栓操作空间。
传热管是一种微波浪形管，强化传热。
Claims (5)
1.一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其中内壁筒体(3)、外壁筒体(4)、上管板(8)和下管板(2)形成环形空间，上部水室隔板(9)与上管板(8)之间形成上部水室(10)；一次侧导流罩(1)固定在内壁筒体(3)底端；传热管束(12)设置在内壁筒体(3)与外壁筒体(4)之间的环形空间，其上端穿过并焊接在上管板(8)上、下端穿过并焊接在下管板(2)；在外壁筒体(4)上分别开设给水接管(7)和蒸汽接管(5)，其特征在于：
在内壁筒体(3)和外壁筒体(4)之间设有“几”字型结构的管束套筒(6)，传热管束(12)布置在管束套筒(6)和内壁筒体(3)之间；
管束套筒(6)包括管束套筒的外筒(601)和管束套筒的内筒(602)，管束套筒的外筒(601)和管束套筒的内筒(602)在顶端封闭连接；
在外壁筒体(4)的下段开设蒸汽接管(5)，在外壁筒体(4)的上段开设给水接管(7)，并且给水接管(7)延伸至管束套筒的外筒(601)；
管束套筒的外筒(601)在底部与外壁筒体(4)连接形成连接段(601-2)，并且连接段(601-2)位于蒸汽接管(5)以下。
2.根据权利要求1所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述的外壁筒体(4)在蒸汽接管(5)以下形成锥形筒体(401)。
3.根据权利要求1所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述的管束套筒的外筒(601)在给水接管(7)下部形成锥段(601-1)。
4.根据权利要求1所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述的传热管束(12)的传热管的中间部分是微波浪形管段(1202)，传热管的伸入上管板(8)的上部分是上部直管段(1201)，传热管的伸入下管板(2)的部分是下部直管段(1203)。
5.根据权利要求2所述的一种一体化反应堆的蒸汽发生器，其特征在于：
一次侧流体在位于内壁筒体(3)底端的一次侧导流罩(1)内往上流动，沿内壁筒体(3)内部向上流动到达位于上部水室隔板(9)下方的上部水室(10)处；在上部水室(10)内进行流量分配，进入传热管束(12)的传热管管内并向下流动，直至到达一次侧导流罩(1)外侧向下流出；
二次侧流体由给水接管(7)先进入管束套筒的外筒(601)和管束套筒的内筒(602)之间并往下流动，进入管束套筒的内筒(602)与锥形筒体(401)之间的环腔，再绕过管束套筒的内筒(602)底部，折返往上流动进入管束套筒的内筒(602)与内壁筒体(3)之间的区域，在冲刷传热管束(12)的过程中，吸收传热管管壁的热量，逐渐产生饱和或过热蒸汽；蒸汽继续往上流动，在顶部绕过管束套筒(6)，折返沿管束套筒的外筒(601)与外壁筒体(4)之间向下流动，最后通过蒸汽接管(5)流出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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