本發(fā)明涉及電力行業(yè)，更具體地涉及用于具有水-水能量反應堆(vver)的核電站的臥式蒸汽發(fā)生器。

背景技術：

臥式蒸汽發(fā)生器廣泛用于不是針對核工業(yè)應用設計但具有許多與應用于核電站的蒸汽發(fā)生器的顯著特征均一的顯著特征的發(fā)電領域中。例如，2008年6月4日公布的歐洲專利申請ep1927809(ipc：f22b1/02)中記載的蒸汽發(fā)生器就是這樣。該蒸汽發(fā)生器具有鼓狀的壓力容器。容器縱向軸線是水平的或大致水平的。容器容納中空熱交換管，這些熱交換管被分組成多個區(qū)段并且大部分互相平行地布置，并且固定在支承框架中。1994年10月28日公布的日本專利申請jph06300201(ipc：f22b1/16)和1998年5月29日公布的日本專利申請jph10141603(ipc：f22b1/18)以及2014年1月8日公布的中國實用新型專利申請cn203384952(ipc：f22b1/16)中記載了類似的解決方案。特定結構使用豎向管板來封閉熱交換管，這種管板的制造與高的單位結構特定金屬量和復雜的工藝相關聯(lián)以確保熱交換管埋入管板內期間的接合部的密封性。具有管板的蒸汽發(fā)生器的運轉可能引起泥漿蓄積在其表面上，這會激起腐蝕過程。所述蒸汽發(fā)生器的熱輸出和蒸汽產(chǎn)能值低于對用于核電站的蒸汽發(fā)生器的要求。

要求專利權的發(fā)明涉及用于核電站的總體上臥式的蒸汽發(fā)生器(“蒸汽發(fā)生器”)，例如，如國際申請wo9320386(公布于1993年10月14日，ipcf22b1/02)和國際申請wo9320385(公布于1993年10月14日，ipcf22b1/02)中記載的蒸汽發(fā)生器，而不涉及立式蒸汽發(fā)生器。

所述的用于核電站的已知臥式蒸汽發(fā)生器的設計中不具有管板。相反，在臥式蒸汽發(fā)生器容器中包括兩個豎向的圓筒形集管，即與水平熱交換管束連接的主回路冷卻劑的入口集管和出口集管。在所述集管的豎向圓筒形表面中安裝有水平地布置的熱交換管。主回路冷卻劑的圓筒形集管的制造工藝需要比管板低的單位結構特定金屬量。

要求專利權的發(fā)明的最接近類別為專利ru30928(公布于2003年7月10日，ipcf22b1/02)中公開的蒸汽發(fā)生器。該蒸汽發(fā)生器包括容器、入口集管和出口集管，所述入口集管和出口集管與水平直列式熱交換管束連接，所述熱交換管束配備有間隔裝置并利用所述間隔裝置之間的豎向管間通道分隔成多組。水平熱交換管分別以(1.44÷1.55)·d和(1.35÷1.40)·d的水平和豎向相對間距安裝，其中d是熱交換管的直徑。該技術方案允許選擇管束中的熱交換管的最佳布置間距，但無法維持蒸汽發(fā)生器總尺寸，這對于提高蒸汽發(fā)生器容積內的主、副回路冷卻劑之間的熱交換效率而言是必要的和充分的。

同時，一方面，增大的蒸汽發(fā)生器容器長度或直徑允許增加熱交換表面積，然而，它帶來許多缺點：

-蒸汽發(fā)生器難以運輸，

-在將蒸汽發(fā)生器安裝在支承件上時可能存在困難，

-熱交換管的增大的長度增加了它們的制造復雜性，

-容器及其內部的增加的特定金屬量，

-蒸汽發(fā)生器在反應堆設備建筑的箱體內可能不貼合，從而引起發(fā)電設備結構和蒸汽發(fā)生器組裝期間的困難。

用于核電站的臥式蒸汽發(fā)生器的已有模型已經(jīng)具有超過蒸汽發(fā)生器的鐵路運輸可以接受的極限值的容器直徑。容器直徑的進一步增大將使蒸汽發(fā)生器不可以進行鐵路運輸，這被認為是不合理的，因為水上運輸方式并不常見。

所提出的臥式蒸汽發(fā)生器的組裝方法的最接近類別是作者為n.g.rassokhin的書《核電站的蒸汽發(fā)生器單元(steamgeneratorunitsofnuclearpowerplants)》(moscow,energatomizdat,1987,pp.65-68)中記載的方法。所述方法需要制造焊接而成的鍛造殼的圓筒形鋼容器、兩個壓制而成的橢圓形底部、主回路冷卻劑的入口集管和出口集管、給水和化學試劑集管、其它容器內部構件以及u形的熱交換管束的蒸汽發(fā)生器。在蒸汽發(fā)生器組裝期間，首先，將殼水平對齊并彼此焊接，然后將豎向集管安裝在容器中并通過焊接固定，然后安裝用于管束的支承件，形成熱交換管束，安裝其它容器內部構件，并且最終將橢圓形底部焊接到容器上。由于蒸汽發(fā)生器容器的大尺寸和重量，鍛鋼殼的水平組裝和焊接相當耗費人力并且不適合加工。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于在不顯著增大總尺寸的情況下形成具有增大的蒸汽發(fā)生產(chǎn)能的、符合可靠性和制造容易性要求的蒸汽發(fā)生器。

技術效果是，減少了蒸汽發(fā)生器容器的單位結構特定金屬量，同時在具有熱交換表面的同一容器中干燥所產(chǎn)生的蒸汽。

出于述及的目的，我們要求一種具有水平熱交換管束的蒸汽發(fā)生器的專利權，所述蒸汽發(fā)生器包括焊接而成的圓筒形容器、容器內部構件、與形成蒸汽發(fā)生器的熱交換表面的熱交換管束連接的入口集管和出口集管，所述圓筒形容器由鋼殼制成，并且配備有至少一個給水供給連接管和至少一個蒸汽去除連接管以及兩個橢圓形的底部，其中所述蒸汽發(fā)生器容器的內徑dvess基于下式來選擇：

其中：dvess是蒸汽發(fā)生器容器的內徑，mm，

d是蒸汽發(fā)生器的額定產(chǎn)能，t/h，

ntb是位于容器中的管束的熱交換管的數(shù)目，個，

sv、sh分別是熱交換管束的豎向排和水平排中的熱交換管之間的間距，mm，

k是管束中的熱交換管的布置標識(對于直列式布置k＝1，而對于交錯式布置k＝2)，

h是蒸汽發(fā)生器容器管填充高度。

蒸汽發(fā)生器容器從底部向上至其內徑的四分之三以下的高度充填有熱交換管束，蒸汽發(fā)生器容器的頂部部分中的其余空間被留出用于蒸汽干燥。н≤3/4dvess。

蒸汽發(fā)生器熱交換管束中的管被寬度為100至250mm的豎向管間通道分組成多組，所述管間通道用于改善循環(huán)和布置用于管的緊固和間隔的支承元件。

蒸汽發(fā)生器熱交換管束以相鄰管之間的均一豎向間隙不超過管束中的管的豎向間距的方式從底部向上連續(xù)地充填有熱交換管。

所述蒸汽發(fā)生器至少包括以下內部構件：位于熱交換管束上方的給水供給和分配裝置、位于蒸汽空間中的緊急給水供給和分配裝置、用于在蒸汽發(fā)生器沖洗期間供給化學試劑的裝置、具有可變穿孔的沉浸式穿孔板和頂部穿孔板。

要求專利權的發(fā)明的第二目的是一種用于具有水平熱交換管束的蒸汽發(fā)生器容器的組裝方法，該方法包括：制造具有內徑dvess的鋼殼；組裝和焊接殼以便形成圓筒形容器；至少為容器配備給水供給連接管和蒸汽去除連接管、入口集管和出口集管；將容器與熱交換管束連接；布置容器內部構件；將兩個橢圓形的底部安裝在圓筒形容器的端部上；然后將它們焊接到容器上。通過將殼對齊來執(zhí)行容器組裝，例如，首先將兩個較厚的殼對齊而形成容器的中央部分并焊接在一起。然后，在容器中央部分位于兩側的狀態(tài)下將兩個較薄的殼對齊并焊接?；谝韵卤嚷蕘磉x擇容器的內徑dvess：

其中：dvess是蒸汽發(fā)生器容器的內徑，mm，

d是蒸汽發(fā)生器的額定產(chǎn)能，t/h，

ntb是位于容器中的管束的熱交換管的數(shù)目，個，

sv、sh分別是熱交換管束的豎向排和水平排中的熱交換管之間的間距，mm，

k是管束中的熱交換管的布置標識(對于直列式布置k＝1，而對于交錯式布置k＝2)，

h是蒸汽發(fā)生器容器管填充高度。

蒸汽發(fā)生器容器從底部向上至其內徑的四分之三以下的高度充填有熱交換管束，蒸汽發(fā)生器容器的頂部部分中的其余空間被留出用于蒸汽干燥。

在優(yōu)選選擇中，蒸汽發(fā)生器的圓筒形容器由通過焊縫結合的三個鍛造殼組裝而成。

作為替代選擇，蒸汽發(fā)生器的圓筒形容器可以由通過焊縫結合的四個鍛造殼組裝而成。

蒸汽發(fā)生器容器的橢圓形底部是壓制而成的。

用于蒸汽發(fā)生器容器的材料是高強度珠光體級鋼，包括鋼10gn2mfa。

優(yōu)選而言，蒸汽發(fā)生器容器的最大內徑為4200mm，以便有利于鐵路運輸問題。

熱交換管通過分段彎曲而形成為u形的盤管并且布置成束。管以朝向主回路冷卻劑集管的液力坡度安裝在熱交換管束中以便提供熱交換管的徹底排空。

在焊接殼之后，對蒸汽發(fā)生器圓筒形容器上的焊縫進行機械和熱處理并覆以保護性涂層。

附圖說明

參考圖1-3更詳細地描述與具有水平熱交換管的蒸汽發(fā)生器及其組裝方法有關的本發(fā)明的實施例。

圖1示出蒸汽發(fā)生器容器的總圖。

圖2示出從橢圓形的底部看去的蒸汽發(fā)生器的剖視圖。

圖3示出具有間隔元件的熱交換管。

具體實施方式

用于vver核電站的蒸汽發(fā)生器是具有沉浸式熱交換表面的臥式單容器熱交換單元，其包括以下如附圖所示的構件：容器1、熱交換管束2(也稱為管束、熱交換束)、主回路冷卻劑的入口集管和出口集管3、給水供給和分配裝置4、緊急給水供給和分配裝置5、頂部穿孔板6、沉浸式穿孔板7、化學試劑供給裝置8。

容器1決定蒸汽發(fā)生器的主尺寸，其容納主回路的入口集管和出口集管3、熱交換管束2形式的熱交換表面以及容器內部構件。

容器1是具有焊接在其兩端上的橢圓形的底部10的臥式長形焊接式圓筒形集裝箱，所述橢圓形的底部10具有用于到達設置在所述底部上的副回路容積的檢修孔11。

容器1還包含主回路冷卻劑供給和去除連接管12、蒸汽去除連接管13、給水供給連接管14和其它連接管以及檢修孔。

主回路冷卻劑的集管3是不同直徑和厚度的厚壁式圓筒。它們由高強度珠光體級鋼制成，并且它們的內表面具有保護性防腐蝕積層。集管3的圓筒形中央部分具有用于緊固熱交換管15的端部的穿孔。集管3的上部具有用于經(jīng)副回路的檢修孔9到達內部的縫隙。

蒸汽發(fā)生器的熱交換表面由熱交換管15形成，所述熱交換管由08cr18ni10ti級奧氏體不銹鋼制成。熱交換管形成為布置成管束2的u形盤管并以朝向集管3的坡度安裝以便提供熱交換管15的徹底排空的可能性。熱交換管15通過端部與集管3的內表面的對焊而固定在集管3中。利用集管3的外表面附近的機械卷曲對集管3的壁厚進行熱交換管15的液壓脹接，直至集管3與熱交換管15之間的間隙(縫隙)閉合。熱交換管15利用諸如波形帶和扁平板的間隔元件16互相以特定間隔(在管束2中間隔開)安裝(圖3)。該固定結構允許熱交換管15在熱膨脹期間移動。

位于容器1中的內部裝置包括以下構件：

-位于熱交換管束2上方的給水供給和分配裝置4。所述裝置4由管道和分配管組成，所述管道和分配管沿其全長具有用于去除給水的孔口。用于其制造的主要材料是不銹鋼，

-位于蒸汽空間中并且包括由集管和分配管的緊急給水供給和分配裝置5，所述分配管沿其全長具有用于去除給水的孔口，用于其制造的材料是不銹鋼，

-用于蒸汽發(fā)生器沖洗期間的化學試劑供給的裝置8，該裝置位于蒸汽空間中并且包括集管，所述集管具有沿其全長、用于化學試劑去除的孔口。用于其制造的材料是不銹鋼，

-頂部穿孔板6，該頂部穿孔板位于蒸汽發(fā)生器的上部中并且被設計成降低從蒸汽發(fā)生器進行蒸汽去除期間的集管效應。用于其制造的材料是不銹鋼。

-具有交替穿孔的沉浸式穿孔板7，該沉浸式穿孔板位于熱交換管束2的上方并且被設計成調整蒸發(fā)面蒸汽負荷。用于其制造的主要材料是不銹鋼。

該蒸汽發(fā)生器結構的操作原理如下。在反應堆中加熱的冷卻劑被供給到主回路冷卻劑的入口集管或分配集管(集管3中的一個集管)。冷卻劑從分配集管被給送至熱交換管15，運動經(jīng)過所述熱交換管，從而經(jīng)熱交換壁面向鍋爐水傳熱，并且匯集在主回路冷卻劑的出口集管或收集集管(另一集管3)中。冷卻劑通過循環(huán)泵從收集集管返回反應堆。蒸汽發(fā)生器容器1以在操作期間應維持的一定液位充填有鍋爐水。給水通過給水供給和分配裝置4供給至蒸汽發(fā)生器。從其中流出的給水與鍋爐水混合并被加熱至飽和溫度。從冷卻劑傳遞的熱消耗在蒸汽發(fā)生器的管間空間中的鍋爐水蒸發(fā)和蒸汽發(fā)生上。所產(chǎn)生的蒸汽上行至蒸汽發(fā)生器的分離部，該分離部包括自由容積、分離裝置或其組合。在經(jīng)過蒸汽發(fā)生器的分離部之后，蒸汽具有設計額定的濕度。然后經(jīng)蒸汽去除裝置從蒸汽發(fā)生器去除蒸汽，所述蒸汽去除裝置包括蒸汽去除連接管13和安裝在所述蒸汽去除連接管前方的頂部穿孔板6。通過蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電的蒸汽-動力處理循環(huán)中。

在一般情況下，緊急給水供給和分配裝置5、化學試劑供給裝置8、頂部穿孔板6、沉浸式穿孔板7是蒸汽發(fā)生器的可選(非關鍵)構件。需要它們以提高蒸汽發(fā)生器的運轉可靠性、耐久性等，并且它們可以被包括或不包括在不同的臥式蒸汽發(fā)生器結構中。緊急給水供給和分配裝置5用于在主給水管路損壞的情況下和在反應堆設備在設計基準事故的情況下經(jīng)副回路冷卻期間向蒸汽發(fā)生器供水?；瘜W試劑供給裝置8用于在蒸汽發(fā)生器的定期沖洗期間去除蓄積的沉積物和腐蝕產(chǎn)物。該裝置用于向蒸汽發(fā)生器供給化學試劑。使用沉浸式穿孔板7來調整蒸汽發(fā)生器蒸氣空間中的蒸汽負荷。這是提供蒸汽發(fā)生的分離參數(shù)所必需的，并且其僅與高功率蒸汽發(fā)生器相關。頂部穿孔板6用于通過在蒸汽路徑上形成阻力來在蒸汽發(fā)生器蒸汽空間中形成蒸汽速率的均勻曲線，這是提供蒸汽發(fā)生器中的可靠蒸汽分離所必需的。

用于核電站的臥式蒸汽發(fā)生器以如下方式組裝：首先，例如由四個鍛鋼殼制造圓筒形容器1。在水平或豎向位置組裝蒸汽發(fā)生器容器。例如，通過利用所有四個殼的后續(xù)對齊從底部向上將鋼殼上下堆疊來進行豎向組裝。豎向組裝方法在最大限度地降低成本的同時提高了組裝精度。在組裝期間，通過以足夠用于殼的剛性連接的數(shù)量焊接工藝接片來將對齊的殼與結合區(qū)域連接。在這種情況下，為了有利于高空焊接操作，搭建用于焊接工人的輔助內部和外部環(huán)形平臺。然后，利用起重機將組裝好的容器返回水平位置，檢查焊縫溝槽，然后，進行環(huán)形縫的下一次自動焊接操作。此后，對焊縫進行熱處理并在蒸汽發(fā)生器容器的內表面上堆積保護性涂層。此后可另外涂覆熱擴散涂層。

為了進行蒸汽發(fā)生器組裝的下一階段，制造一件式或雙構件壓制而成的橢圓形底部11、給水供給和分配裝置4、蒸汽去除連接管13、入口集管和出口集管3、數(shù)量為ntb的具有外徑dtb的熱交換管15。然后，將上述裝置安裝并固定在容器1中，特別是將集管3、用于熱交換管束2的支承件和其它指定容器內部構件焊接到容器1上。將橢圓形的底部11安裝并焊接到容器1上。利用蒸汽發(fā)生器容器的內表面上的積層覆蓋將蒸汽發(fā)生器容器和底部結合的焊縫。

以下裝置也可以被制造并安裝在容器1中：緊急給水供給和分配裝置5、化學試劑供給裝置8、頂部穿孔板6和沉浸式穿孔板7。這些元件對于蒸汽發(fā)生器而言是可選的，然而，如上所述，它們被設計成改進蒸汽發(fā)生器運轉。

蒸汽發(fā)生器容器1從底部向上至容器內徑的四分之三以下的高度充填有熱交換管束2，蒸汽發(fā)生器容器的頂部部分中的其余空間被留出用于蒸汽干燥。熱交換管束如圖2所示被分組成多組，這些組通過寬度為100至250mm的豎向管間通道分隔開。

特別地，理想而言，蒸汽發(fā)生器容器從底部向上至其內徑的四分之三以下但不低于蒸汽發(fā)生器容器的水平軸線上方的150至400mm的高度充填有熱交換管束。

熱交換管束2形成為使得其從底部向上連續(xù)地充填有熱交換管15。間隔元件16確保熱交換管束2中的間隙不超過管束2中的熱交換管15的豎向間距。

示例1。

制造設定的蒸汽發(fā)生產(chǎn)能為1470t/h的蒸汽發(fā)生器，其熱交換管具有內徑dtb＝16mm和壁厚δ＝1.5mm。熱交換管束包含10,980個交錯式熱交換管，k＝2。熱交換管束豎向排中的熱交換管之間的間距為sv＝38mm。熱交換管管束水平排中的熱交換管之間的間距為sh＝23mm，熱交換管束充填高度h為2300mm。

根據(jù)該示例，蒸汽發(fā)生器容器由四個鍛造殼制造為焊接的圓筒形容器，所述鍛造殼具有與容器的各端連接的兩個壓制而成的橢圓形底部。基于以下比率來選擇蒸汽發(fā)生器容器的內徑dvess：

dvessmax＝1.827·н＝4,202mm。

如果蒸汽發(fā)生器的設計中包含可移除的隔板，則原則上可以制造具有設定的蒸汽發(fā)生產(chǎn)能的、直徑小于2700mm的蒸汽發(fā)生器。然后可以減小蒸汽發(fā)生器容器的尺寸并且使其容積完全填充以熱交換表面。直徑為2700mm的容器可以容納多達13,102個直徑為16mm的管，對于交錯式布置而言熱交換管之間的間距sv＝38mm，sh＝23mm。然而，考慮到用于熱交換管束的緊固和間隔元件將被放置在蒸汽發(fā)生器中，并且冷卻劑集管的全部表面不可以用于裝管，所以實際上不可能制造具有設定的蒸汽發(fā)生產(chǎn)能(具有設定的蒸汽交換表面參數(shù))和小于2700mm的容器直徑的金屬蒸汽發(fā)生器。這種蒸汽發(fā)生器的容器不具有用于蒸汽干燥的空間。

因此，在蒸汽發(fā)生器容器直徑小于滿足以下標準的值的情況下無法實現(xiàn)所述技術效果：

另一方面，制造具有超過4202mm的內徑的蒸汽發(fā)生器容器是不可行的，因為它將增加單位結構的特定金屬量，導致運輸困難，增加反應堆建筑中的蒸汽發(fā)生器箱體和基建成本，但不會對反應堆設備蒸汽干燥參數(shù)有任何改善。

蒸汽發(fā)生器的蒸汽干燥參數(shù)進而取決于該值和蒸發(fā)面上方的蒸汽空間的構型。根據(jù)要求專利權的發(fā)明，由鍋爐水覆蓋、即沉浸在蒸發(fā)面之下的熱交換管束應當被分組成具有蒸汽發(fā)生器容器的內徑的四分之三以下的高度(h≤3/4dvess)的多組，蒸汽發(fā)生器容器的頂部部分中的其余空間被留出用于蒸汽干燥。在這些條件下，實現(xiàn)了合適的蒸汽干燥參數(shù)。

然而，如果熱交換管束的高度超過3/4dvess，例如，h＝4/5dvess，則蒸發(fā)面寬度也將接近4/5dvess，并且分離區(qū)段高度將為1/5dvess。因此，蒸汽發(fā)生器分離區(qū)段將呈具有較大收斂角度的擴散器(confuser)形狀，并且蒸汽發(fā)生器中的蒸汽分離將變得不可能。

示例2。

制造高功率蒸汽發(fā)生器。將sg蒸汽發(fā)生產(chǎn)能設定在40000t/h級。為了形成熱交換表面，使用外徑為12mm的熱交換管。各管以2mm的最小間隙布置。管束中的熱交換管之間的間距為sv＝sh＝14mm。管布置為交錯式的(k＝1)。

通過在足以針對設定布置以設定間距容納設定數(shù)目的熱交換管的最小值的范圍內選擇蒸汽發(fā)生器容器直徑來減少單位結構的特定金屬量，只要蒸汽能在位于熱交換管束上方的蒸汽空間中被干燥即可。

要求專利權的發(fā)明允許我們利用以下經(jīng)驗式選擇用于蒸汽發(fā)生器容器內徑的最小值：

此外，取決于蒸汽發(fā)生器的額定輸出，根據(jù)要求專利權的發(fā)明，基于蒸汽發(fā)生器容器直徑的對應范圍，可以選擇不同數(shù)量的熱交換管。

為了改善熱交換狀況，管束中的管之間的間距可以增大至18mm(sv＝sh＝18mm)。從以上用于熱交換管間距的兩種選擇的關系式獲得的數(shù)據(jù)在表1中被示出。

表1中指出的用于最小sg容器直徑的值的比較表明，為了以更大間距(其中sv＝sh＝18mm)將熱交換管放置在管束中，需要更多空間，這可以通過容器直徑的進一步增大來實現(xiàn)，容器直徑的進一步增大導致用于制造的金屬的成本上升。

在要求專利權的發(fā)明中指出的容器直徑與管束中的熱交換管的數(shù)目之間的經(jīng)驗式允許確定針對設定的布置和間距放置設定數(shù)目的管所需的最小容器直徑，只要蒸汽能在位于熱交換管束上方的蒸汽空間中干燥即可。在這種情況下，熱交換管束在容器內部的管組中被成排擺放。熱交換管組具有蒸汽發(fā)生器容器直徑的四分之三以下的高度并且完全由鍋爐水覆蓋。蒸汽發(fā)生器容器中的其余空間用于蒸汽干燥。

蒸汽發(fā)生器的蒸汽空間中的蒸汽干燥由于可移除的蒸汽干燥容器的缺少而有助于減少其特定金屬量。

表1