專利名稱：一種ads堆折流板管殼式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于核能安全與機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種ADS堆折流板管殼式換熱器。
背景技術(shù)：
驅(qū)動(dòng)堆將20世紀(jì)最重要的兩大核科學(xué)裝置加速器和反應(yīng)堆兩者結(jié)合起來，構(gòu)成了新的更安全、更干凈、更便宜的核能系統(tǒng)。次臨界裝置的包殼內(nèi)充滿了液態(tài)的鉛鉍合金。液態(tài)鉛鉍合金既是中子產(chǎn)生靶，又是慢化劑和冷卻剤。經(jīng)堆芯加熱過的液態(tài)鉛鉍合金流入換熱器時(shí)，通過數(shù)以萬計(jì)的傳熱管，把熱量傳給ニ回路中冷卻剤，然后帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。當(dāng)水處于臨界點(diǎn)(374°C，22. IMPa)以上的高溫高壓狀態(tài)時(shí)被稱為超臨界水。超臨界水的物性變化連續(xù)，不存在兩相共存的現(xiàn)象，具有氣態(tài)特性，可當(dāng)做単相流體來處理。不會(huì)發(fā)生沸騰危機(jī)問題，排除了傳熱狀態(tài)的不連續(xù)性。跟亞臨界水沸騰時(shí)密度突然變化不同， 超臨界水在擬臨界點(diǎn)附近的密度變化更小。即使溫度在擬臨界溫度之上，密度還是相對(duì)較聞?，F(xiàn)有換熱器種類繁多，其中管殼式換熱器使用最廣，在應(yīng)用的各類換熱器中約占70%，尤其在能源、化工、石油等行業(yè)至今仍占主導(dǎo)地位。管殼式換熱器的最大優(yōu)點(diǎn)是能承受高溫高壓，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量大，工作可靠；此外其制造簡單，生產(chǎn)成本低，選材范圍廣，清洗也方便。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式很多，主要有固定管板式、浮頭式、U型管式、滑動(dòng)管板式等。各種型式的典型管殼式換熱器都由封頭、管板、折流板和外殼組成。因此，管殼式換熱器通常又稱為折流板管殼式換熱器。在設(shè)計(jì)折流板管殼式換熱器時(shí)殼側(cè)的阻力常常成為制約設(shè)備選型的ー個(gè)主要因素，而且增加了殼側(cè)的泵功。目前驅(qū)動(dòng)堆處于設(shè)計(jì)與試驗(yàn)階段，在換熱器的ニ回路冷卻劑的選擇方面，國際上普遍采用的有低壓沸騰水、帶過熱蒸汽的水和有機(jī)溶劑三種。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)ADS次臨界反應(yīng)堆，設(shè)計(jì)ー種安全可靠、熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器。本實(shí)用新型提供ー種ADS堆折流板管殼式換熱器，其特征在于該ADS堆換熱器具有ー殼體；殼體內(nèi)設(shè)置有傳熱管和折流板，殼體上設(shè)置有熱流體進(jìn)ロ、熱流體出口、冷流體進(jìn)口和冷流體出ロ ；殼體兩端設(shè)有固定端管板，殼體上端經(jīng)固定端管板與固定端頭蓋相連，形成上腔體，殼體下端經(jīng)固定端管板與下封頭相連，形成下腔體，所述下腔體內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板將進(jìn)出換熱器的熱流體(液態(tài)鉛鉍合金)相隔離。所述殼體內(nèi)設(shè)置折流板的作用1、作為傳熱管的支撐結(jié)構(gòu)，避免流體誘導(dǎo)振動(dòng)；
2、提高殼側(cè)流體的流速，并使流體橫掠管束，從而強(qiáng)化殼側(cè)的傳熱。所述流體進(jìn)出口設(shè)置有儀表接ロ?？梢园惭b壓カ表、液位計(jì)等。本實(shí)用新型還進(jìn)ー步給出了傳熱管的排布方式，所述傳熱管排布方式是管心矩為正三角形，管心矩大于等于換熱管外徑的I. 25倍。這樣排列有利于殼程流體達(dá)到湍流，且排管數(shù)也多。本實(shí)用新型還進(jìn)ー步給出了傳熱管的類型，所述傳熱管為U形傳熱管。由于U形管可以自由伸縮，因此可以避免因管子受熱膨脹引起的熱應(yīng)力。所述殼體上設(shè)置有電導(dǎo)率測(cè)試儀。根據(jù)電導(dǎo)率的大小可以自動(dòng)控制換熱器的排污過程。所述殼體上還可以設(shè)置膨脹節(jié)。由于熱膨脹的 不同，會(huì)使殼體和管子的長度產(chǎn)生差異，引發(fā)不均勻膨脹，可以使用各種膨脹節(jié)9來消除膨脹引起的過剩的應(yīng)力。所述ー回路冷卻劑(熱流體)為Pb含量44. 5%，Bi含量55. 5%的液態(tài)鉛鉍合金。本實(shí)用新型對(duì)ニ回路冷卻劑(冷流體)進(jìn)行了改進(jìn)，ニ回路冷卻劑采用超臨界水。在傳遞同樣大小熱量的前提下，采用超臨界水作冷卻劑能夠縮小傳熱管的傳熱面積，進(jìn)而使換熱器設(shè)計(jì)得更加緊湊。同吋，它不會(huì)發(fā)生沸騰危機(jī)問題，使得換熱器更加安全。本實(shí)用新型提供的ADS堆折流板管殼式換熱器，采用超臨界水作為ニ回路冷卻剤，是ー種值得探索的新途徑。一回路冷卻劑為液態(tài)鉛鉍合金，在管程中流動(dòng)；ニ回路冷卻劑為超臨界水，在殼側(cè)流動(dòng)，其流動(dòng)方式為，從堆芯出來的液態(tài)鉛鉍合金從熱流體進(jìn)ロ流進(jìn)由固定端管板、下封頭和隔板圍成的下腔體ー側(cè)。隔板將下腔體分為兩側(cè)，同時(shí)也使進(jìn)出換熱器的熱流體液態(tài)鉛鉍合金隔離，下腔體的液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)入傳熱管，流經(jīng)傳熱管后匯集到下腔體另ー側(cè)，再經(jīng)熱流體出口流出，經(jīng)加熱加壓的超臨界水經(jīng)冷流體進(jìn)ロ流入殼程，沿折流板在殼體與傳熱管之間流動(dòng)，最后從冷流體出ロ流出。所述ー回路液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)入換熱器時(shí)溫度大約為480°C，流出換熱器時(shí)溫度大約為400°C左右；ニ回路超臨界水進(jìn)入換熱器時(shí)溫度大約為380°C，流出換熱器時(shí)溫度大約為430°C。換熱器一回路エ質(zhì)壓力為常壓；ニ回路エ質(zhì)壓カ為23MPa 25MPa。所述換熱器采用垂直立式布置。本實(shí)用新型的有益效果為優(yōu)化了換熱器的設(shè)計(jì)，更加緊湊；操作簡單，安全可靠；熱效率尚，換熱效能好。本實(shí)用新型提供的折流板管殼式換熱器能明顯減少殼側(cè)的泵功。超臨界水?dāng)M臨界溫度(例如在25MPa下其值大約為385°C )及其以上時(shí)，超臨界水的比焓很大。就它的密度和高比焓而言，它具有相對(duì)低的粘度。所以作為ー種冷卻剤，它具備優(yōu)良的性能。因此，采用超臨界水作為驅(qū)動(dòng)堆換熱器的ニ回路冷卻剤，具有很大的優(yōu)勢(shì)不需要汽水分離，ニ回路出口的超臨界水可以直接驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電；一回路液態(tài)鉛鉍合金的熱量能夠被有效地帶出；換熱所需ニ回路冷卻劑流量大大降低，從而使得換熱器更加緊湊，壓カ容器，安全殼，廠房都更小。本實(shí)用新型提供的基于超臨界水為エ質(zhì)的ADS堆換熱器，采用ニ回路冷卻劑為超臨界水的管殼式換熱器，優(yōu)化了換熱器的設(shè)計(jì)，使它更加緊湊；操作簡單，安全可靠；熱效率高，換熱效能好。

[0025]圖I為本實(shí)用新型ADS次臨界反應(yīng)堆換熱器示意圖；圖2為ADS次臨界反應(yīng)堆ニ回路系統(tǒng)圖；圖中標(biāo)號(hào)圖I中，I是熱流體進(jìn)ロ ；2是下封頭；3是隔板；4是熱流體出口 ；5是冷流體出口 ；6是殼體；7是固定端頭蓋；8是冷流體進(jìn)ロ ；9是膨脹節(jié)；10是殼體法蘭；11是腔體法蘭；12是儀表接ロ ；13是傳熱管；14是折流板；15是頭蓋法蘭；16是電導(dǎo)率測(cè)試儀；17是固定端管板；18是下腔體；19是上腔體。圖2中，20是換熱器；21是汽輪機(jī)；22是冷凝器；23是冷凝泵；24是低壓加熱器； 25是除氧器；26是給水泵；27是高壓加熱器。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本實(shí)用新型，但不以任何方式限制本實(shí)用新型。參看圖1，本實(shí)施例提供ー種ADS堆折流板管殼式換熱器，該ADS堆換熱器具有一殼體6 ;殼體6內(nèi)設(shè)置有傳熱管13和折流板14，殼體6上設(shè)置有熱流體進(jìn)ロ I、熱流體出ロ
4、冷流體進(jìn)ロ 8和冷流體出ロ 5 ;殼體兩端設(shè)有固定端管板17,殼體6上端經(jīng)固定端管板17與固定端頭蓋7相連，形成上腔體19，殼體6下端經(jīng)固定端管板17與下封頭2相連，形成下腔體18，所述下腔體18內(nèi)設(shè)置有隔板3，隔板3將進(jìn)出換熱器的熱流體(液態(tài)鉛鉍合金)相隔離。本實(shí)用新型采用ニ回路冷卻劑為超臨界水的折流板管殼式換熱器，一回路冷卻劑為液態(tài)鉛鉍合金，在管程中流動(dòng)；ニ回路冷卻劑為超臨界水，在殼側(cè)流動(dòng)。其流動(dòng)方式為，從堆芯出來的液態(tài)鉛鉍合金從熱流體進(jìn)ロ I流進(jìn)由固定端管板17、下封頭2和隔板3圍成的下腔體18 —側(cè)。隔板3將下腔體分為兩側(cè)，同時(shí)也使進(jìn)出換熱器的熱流體液態(tài)鉛鉍合金隔離。下腔體18的液態(tài)鉛鉍合金垂直向上進(jìn)入傳熱管13，然后流過換熱管13的彎頭，并垂直向下流經(jīng)另ー側(cè)傳熱管13，之后匯集到下腔體18另ー側(cè)，再經(jīng)熱流體出口 4流出。經(jīng)加熱加壓的超臨界水經(jīng)冷流體進(jìn)ロ 8流入殼程，沿折流板14在殼體6與傳熱管13之間流動(dòng)，最后從冷流體出ロ 5流出。傳熱管區(qū)最外層與殼體6之間留有一定的間隙。這是為了制造時(shí)的最低需要。在殼體6內(nèi)部與折流板14之間也留有一定的間隙以便折流板14可以滑入殼體6。在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)9。由于熱膨脹的不同,會(huì)使殼體6和傳熱管13的長度產(chǎn)生差異，引發(fā)不均勻膨脹，可以使用各種膨脹節(jié)9來消除膨脹引起的過剩的應(yīng)力。固定端管板17在殼體6上延伸出去兼做與管側(cè)聯(lián)箱相緊固連接的殼體法蘭10 ；固定端頭蓋7在與固定端管板17相鄰處設(shè)置有頭蓋法蘭15 ;下封頭2在與固定端管板相鄰處設(shè)置有腔體法蘭11。流體進(jìn)出口設(shè)置有儀表接ロ 12。可以安裝壓カ表、液位計(jì)等。傳熱管13的排布方式是管心矩為正三角形，管心矩等于換熱管外徑的I. 25倍。這樣排列有利于殼程流體達(dá)到湍流且排管數(shù)也多。殼體6上設(shè)置有電導(dǎo)率測(cè)試儀16。根據(jù)電導(dǎo)率的大小可以自動(dòng)控制換熱器的排污過程。[0039]殼體6公稱直徑300mm，并由標(biāo)準(zhǔn)壁厚的鋼制公稱管制成。傳熱管13由奧氏不銹鋼316L制成。傳熱管13外徑取為25mm ;長徑比定為5. 5 : I ;管長定為8 9m。采用長管是因?yàn)閭鳠崦娣e大，且傳熱過程無相變。采用適合于無相變對(duì)流傳熱的橫缺形折流板，折流板14間距為殼體6直徑的1/3 1/2倍,且不應(yīng)小于50mm。固定端管板17厚度為45 50mm，且采用鍛件。換熱器兩頭都采用封頭腔體，移動(dòng)腔體可以檢測(cè)管端情況。參看圖2，在換熱器20中換熱過的超臨界水，進(jìn)入汽輪機(jī)21并推動(dòng)汽輪機(jī)21做功，做完功的乏汽在冷凝器22中被冷卻，然后依次經(jīng)過冷凝泵23、低壓加熱器24、除氧器25、給水泵26、高壓加熱器27。最后經(jīng)加熱加壓的超臨界水重新流入換熱器20。ニ回路超臨界水如此不斷循環(huán)。一回路液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)入換熱器時(shí)溫度大約為480°C，流出換熱器時(shí)溫度大約為400°C左右；ニ回路超臨界水進(jìn)入換熱器時(shí)溫度大約為380°C，流出換熱器時(shí)溫度大約為430°C。換熱器一回路エ質(zhì)壓力為常壓；ニ回路エ質(zhì)壓カ為23MPa 25MPa。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.ー種ADS堆折流板管殼式換熱器,其特征在于該ADS堆換熱器具有ー殼體(6);殼體(6)內(nèi)設(shè)置有傳熱管(13)和折流板(14)，殼體(6)上設(shè)置有熱流體進(jìn)ロ(I)、熱流體出ロ(4)、冷流體進(jìn)ロ(8)和冷流體出口(5);殼體兩端設(shè)有固定端管板(17)，殼體(6)上端經(jīng)固定端管板與固定端頭蓋(7)相連，形成上腔體(19)，殼體(6)下端經(jīng)固定端管板與下封頭(2)相連，形成下腔體(18)，所述下腔體(18)內(nèi)設(shè)置有隔板(3)，隔板(3)將進(jìn)出換熱器的熱流體相隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在干所述流體進(jìn)出口設(shè)置有儀表接ロ(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于所述傳熱管(13)排布方式是管心矩為正三角形，管心矩大于等于換熱管外徑的I. 25倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于所述傳熱管(13)為U形傳熱管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于所述殼體(6)上設(shè)置有電導(dǎo)率測(cè)試儀 (16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于所述殼體(6)上設(shè)置膨脹節(jié)(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于熱流體為液態(tài)鉛鉍合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于冷流體為超臨界水。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換熱器，其特征在于熱流體在管程中流動(dòng)；冷流體在殼側(cè)流動(dòng)，其流動(dòng)方式為，從堆芯出來的液態(tài)鉛鉍合金從熱流體進(jìn)ロ(I)流進(jìn)由固定端管板(17)、下封頭(2)和隔板(3)圍成的下腔體(18) —側(cè)，下腔體(18)的液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)入傳熱管(13)，流經(jīng)傳熱管(13)后匯集到下腔體(18)另ー側(cè)，再經(jīng)熱流體出口(4)流出，超臨界水經(jīng)冷流體進(jìn)ロ(8)流入殼程，沿折流板(14)在殼體(6)與傳熱管(13)之間流動(dòng)，最后從冷流體出口(5)流出。
專利摘要本實(shí)用新型公開了屬于核能安全與機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的一種ADS堆折流板管殼式換熱器。該ADS堆換熱器具有一殼體；殼體內(nèi)設(shè)置有傳熱管和折流板，殼體上設(shè)置有熱流體進(jìn)口、熱流體出口、冷流體進(jìn)口和冷流體出口；殼體兩端設(shè)有固定端管板，殼體上端經(jīng)固定端管板與固定端頭蓋相連，形成上腔體，殼體下端經(jīng)固定端管板與下封頭相連，形成下腔體，所述下腔體內(nèi)設(shè)置有隔板，隔板將進(jìn)出換熱器的熱流體相隔離。本實(shí)用新型提供的基于超臨界水為工質(zhì)的ADS堆換熱器，采用二回路冷卻劑為超臨界水的管殼式換熱器，優(yōu)化了換熱器的設(shè)計(jì)，使它更加緊湊；操作簡單，安全可靠；熱效率高，換熱效能好。
文檔編號(hào)F28D7/06GK202485495SQ20122006985
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者周濤, 程萬旭, 羅峰, 陳娟 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)