專利名稱:一種一體化反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核電站反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種小型模塊化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器。
背景技術(shù)：
壓水堆核電站中，蒸汽發(fā)生器(steam generator, SG)是將一回路冷卻劑的熱量傳遞給二回路水，并使二回路水產(chǎn)生飽和或過熱蒸汽的重要設(shè)備。壓水堆所采用的蒸汽發(fā)生器，按其傳熱管形式分類，大致可分為四種:U形管式、直管式、螺旋管式、套管式。
U形管式蒸汽發(fā)生器在現(xiàn)役壓水堆核電站中應(yīng)用最廣，其傳熱管呈英語字母U的形狀。U形管兩端與同一塊管板進(jìn)行脹焊連接，熱量通過U形管的管壁由管內(nèi)流體傳給管外流體(或相反)。這種蒸汽發(fā)生器具有制造工藝成熟、承受熱形變能力強(qiáng)、壓降損失小、檢查維修可達(dá)性高等優(yōu)點(diǎn)。但其功率密度不是很高，同時(shí)傳熱管內(nèi)流體的流道和傳熱管布置是鏡像對(duì)稱的，U形管彎管段需設(shè)置抗振條。
直管式蒸汽發(fā)生器應(yīng)用較少，美國(guó)巴威(Babcock & Wilcox)公司生產(chǎn)的CNSS蒸汽發(fā)生器屬于這個(gè)范疇，此外近期巴威公司的mPower小型模塊化反應(yīng)堆和西屋(Westinghouse)公司的W-SMR小型模塊化反應(yīng)堆都采用一體化的直管式蒸汽發(fā)生器。這種蒸汽發(fā)生器的傳熱管直管兩端分別與管板進(jìn)行脹焊連接，熱量通過直管的管壁從管內(nèi)流體傳給管外流體(或相反)。這種蒸汽發(fā)生器的加工組裝更為簡(jiǎn)單，壓降損失很小，檢查維修性能好，對(duì)流體的流道和傳熱管布置空間沒有特殊要求。其最大弱點(diǎn)在于承受熱應(yīng)力能力差。這是因?yàn)橐坏﹥啥斯馨骞潭ㄖ?，傳熱管就不能自由地?zé)崦浝淇s。因此，直管式蒸汽發(fā)生器必須采用其它手段克服熱應(yīng)力的問題才能在工程上應(yīng)用。
螺旋管式又叫盤管式，雖然壓水反應(yīng)堆中應(yīng)用較少，但由于這種蒸汽發(fā)生器具有高效的傳熱能力、傳熱管具有自由的脹縮空間、管束長(zhǎng)而管板面積小等優(yōu)點(diǎn)使其得到設(shè)計(jì)者的青睞。巴威公司為Otto Hahn核動(dòng)力船舶生產(chǎn)的CNSG就屬于盤管式范疇。此外，韓國(guó)的SMART小型模塊化反應(yīng)堆、日本的MRX小型反應(yīng)堆、阿根廷的CAREM反應(yīng)堆等采用螺旋管式蒸汽發(fā)生器。這種發(fā)生器的最大缺點(diǎn)是在役檢查可達(dá)性差(無損檢測(cè)等)，此外制造和組裝也是一大難題。
套管是一種特殊的直管，其傳熱管是由兩根或多根直徑不等的直管在長(zhǎng)度方向上同心嵌套而成，冷熱流體在不同的套管內(nèi)交替流動(dòng)。因此套管式蒸汽發(fā)生器具有很高的傳熱能力。這種蒸汽發(fā)生器在流道和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳熱管制造、傳熱管組裝和焊接、檢查和維修等方面存在較大難度。目前這種蒸汽發(fā)生器在俄羅斯的某些反應(yīng)堆中應(yīng)用較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種一體化反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器，其適用于壓水反應(yīng)堆，實(shí)現(xiàn)將一次側(cè)熱量傳遞給二次側(cè)，產(chǎn)生飽和或過熱蒸汽的功能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其中內(nèi)壁筒體、夕卜壁筒體、上管板和下管板形成環(huán)形空間，上部水室隔板與上管板之間形成上部水室；一次側(cè)導(dǎo)流罩固定在內(nèi)壁筒體底端；傳熱管束設(shè)置在內(nèi)壁筒體與外壁筒體之間的環(huán)形空間，其上端穿過并焊接在上管板上、下端穿過并焊接在下管板；在外壁筒體上分別開設(shè)給水接管和蒸汽接管；[0009]在內(nèi)壁筒體和外壁筒體之間設(shè)有“幾”字型結(jié)構(gòu)的管束套筒，傳熱管束布置在管束套筒和內(nèi)壁筒體之間；管束套筒包括管束套筒的外筒和管束套筒的內(nèi)筒，管束套筒的外筒和管束套筒的內(nèi)筒在頂端封閉連接；在外壁筒體的下段開設(shè)蒸汽接管，在外壁筒體的上段開設(shè)給水接管，并且給水接管延伸至管束套筒的外筒；管束套筒的外筒在底部與外壁筒體連接形成連接段，并且連接段位于蒸汽接管以下。[0010]如上所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其所述的外壁筒體在蒸汽接管以下形成錐形筒體。[0011]如上所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其所述的管束套筒的外筒在給水接管下部形成錐段。[0012]如上所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其所述的傳熱管的中間部分是微波浪形管段，傳熱管的伸入上管板的上部分是上部直管段，傳熱管的伸入下管板的部分是下部直管段。[0013]如上所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其一次側(cè)流體在位于內(nèi)壁筒體底端的一次側(cè)導(dǎo)流罩內(nèi)往上流動(dòng)，沿內(nèi)壁筒體內(nèi)部向上流動(dòng)到達(dá)位于上部水室隔板下方的上部水室處；在上部水室內(nèi)進(jìn)行流量分配，進(jìn)入傳熱管束的傳熱管管內(nèi)并向下流動(dòng)，直至到達(dá)一次側(cè)導(dǎo)流罩外側(cè)向下流出；二次側(cè)流體由給水接管先進(jìn)入管束套筒的外筒和管束套筒的內(nèi)筒之間并往下流動(dòng)，進(jìn)入管束套筒的內(nèi)筒與錐形筒體之間的環(huán)腔，再繞過管束套筒的內(nèi)筒底部，折返往上流動(dòng)進(jìn)入管束套筒的內(nèi)筒與內(nèi)壁筒體之間的區(qū)域，在沖刷傳熱管束的過程中，吸收傳熱管管壁的熱量，逐漸產(chǎn)生飽和或過熱蒸汽；蒸汽繼續(xù)往上流動(dòng)，在頂部繞過管束套筒，折返沿管束套筒的外筒與外壁筒體之間向下流動(dòng)，最后通過蒸汽接管流出。[0014]本發(fā)明的效果在于:本發(fā)明提供一種與現(xiàn)有技術(shù)都有差異的蒸汽發(fā)生器，其設(shè)計(jì)的流體行程結(jié)構(gòu)平衡傳熱管束與外壁筒體之間的熱膨脹，通過微波浪形的傳熱管設(shè)計(jì)強(qiáng)化傳熱能力，通過設(shè)計(jì)的管束筒體結(jié)構(gòu)、外壁筒體結(jié)構(gòu)、給水和蒸汽管線位置等，實(shí)現(xiàn)良好的工程應(yīng)用。本發(fā)明提供的蒸汽發(fā)生器可以應(yīng)用于特定的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)或其它蒸汽發(fā)生設(shè)施中。[0015]本發(fā)明結(jié)構(gòu)一方面平衡了管束與外壁筒體之間的熱膨脹，另一方面使給水接管位于較高位置，從而在接管破裂時(shí)具有較高的蓄水和事故緩解能力。其次，傳熱管采用微波浪形管，從而強(qiáng)化傳熱能力，可降低蒸汽發(fā)生器的高度。最后設(shè)計(jì)的管束套筒結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給水和蒸汽的實(shí)體隔離，提供給水分配空間和蒸汽緩沖空間，提供自身的熱膨脹自由度，滿足工程應(yīng)用。


[0016]圖1為本發(fā)明所述的蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)半剖示意圖；[0017]圖2為蒸汽發(fā)生器外壁和管束套筒結(jié)構(gòu)的半剖示意圖；[0018]圖3為傳熱管示意圖；[0019]圖中:1-一次側(cè)導(dǎo)流罩；2_下管板；3_內(nèi)壁筒體；4_外壁筒體；5_蒸汽接管；6-管束套筒；7_給水接管；8_上管板；9_上部水室隔板；10-上部水室；11-管束柵格板；12_傳熱管束；401_錐形筒體；601-管束套筒的外筒；601-1_外筒錐段；601-2_連接段；602_管束套筒的內(nèi)筒；1201-上部直管段；1202-微波浪形管段；1203-下部直管段。
具體實(shí)施方式
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種一體化反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器作進(jìn)一步描述。[0021]如圖1所示，本發(fā)明所述的一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器帶有雙層筒體，即內(nèi)壁筒體3和外壁筒體4，內(nèi)壁筒體3和外壁筒體4的頂端和底端分別連接固定有上管板8和下管板2，上部水室隔板9將內(nèi)壁筒體3和外壁筒體4頂端封堵，上部水室隔板9與上管板8之間形成上部水室10。一次側(cè)導(dǎo)流罩I固定在內(nèi)壁筒體3底端。[0022]管束套筒6設(shè)置在內(nèi)壁筒體3和外壁筒體4之間，傳熱管束12布置在管束套筒6和內(nèi)壁筒體3之間；傳熱管束12上端穿過并焊接在上管板8上、下端穿過并焊接在下管板2上。[0023]如圖2所示，管束套筒6是一個(gè)“幾”字型結(jié)構(gòu)，分為管束套筒的外筒601和管束套筒的內(nèi)筒602，管束套筒的外筒601和管束套筒的內(nèi)筒602在頂端封閉連接。[0024]如圖2所示，在外壁筒體4的下段開設(shè)蒸汽接管5，外壁筒體4在蒸汽接管5以下形成錐形筒體401。在外壁筒體4的上段開設(shè)給水接管7，并且給水接管7延伸至管束套筒的外筒601。[0025]管束套筒的外筒601在給水接管7下部形成錐段601-1。管束套筒的外筒601在底部與外壁筒體4連接形成連接段601-2，并且連接段601-2位于蒸汽接管5以下。[0026]傳熱管束12包括上萬根傳熱管,傳熱管束12從上自下布置多塊管束柵格板11。如圖3所示，每根傳熱管的中間部分是微波浪形管段1202，傳熱管的伸入上管板8的上部分是上部直管段1201，傳熱管的伸入下管板2的部分是下部直管段1203。[0027]本發(fā)明所述的一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器工作時(shí):[0028]一次側(cè)流體(反應(yīng)堆冷卻劑)在位于內(nèi)壁筒體底端的一次側(cè)導(dǎo)流罩I內(nèi)往上流動(dòng)，沿內(nèi)壁筒體3內(nèi)部向上流動(dòng)到達(dá)位于上部水室隔板9下方的上部水室10處；在上部水室10內(nèi)進(jìn)行流量分配，進(jìn)入傳熱管束12的傳熱管管內(nèi)并向下流動(dòng)，直至到達(dá)一次側(cè)導(dǎo)流罩I外側(cè)向下流出。一次側(cè)流體在傳熱管內(nèi)往下流動(dòng)的過程中，將熱量通過傳熱管管壁傳遞給傳熱管管外的二次側(cè)流體。[0029]二次側(cè)流體由給水接管7先進(jìn)入管束套筒的外筒601和管束套筒的內(nèi)筒602之間并往下流動(dòng)，進(jìn)入管束套筒的內(nèi)筒602與錐形筒體401之間的環(huán)腔，再繞過管束套筒的內(nèi)筒602底部，折返往上流動(dòng)進(jìn)入管束套筒的內(nèi)筒602與內(nèi)壁筒體3之間的區(qū)域，在沖刷傳熱管束12的過程中，吸收傳熱管管壁的熱量，逐漸產(chǎn)生飽和或過熱蒸汽。蒸汽繼續(xù)往上流動(dòng)，在頂部繞過管束套筒6，折返沿管束套筒的外筒601與外壁筒體4之間向下流動(dòng)，最后通過蒸汽接管5流出。[0030]本發(fā)明設(shè)置的管束套筒6結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)給水和蒸汽的實(shí)體隔離，提供給水分配空間和蒸汽緩沖空間，提供自身的熱膨脹自由度。[0031]蒸汽接管5位于傳熱區(qū)域的下部，蒸汽在離開發(fā)生器之前由管束套筒結(jié)構(gòu)引導(dǎo)，向下流動(dòng)，加熱外壁筒體，使管束與外壁筒體的熱膨脹差達(dá)到允許水平。[0032]給水接管7位于傳熱區(qū)域的上部，給水在管束套筒結(jié)構(gòu)里面向下流動(dòng)，然后在底部流入管束區(qū)域。給水接管位于較高的位置，從而在接管破裂時(shí)，蒸汽發(fā)生器有較大的蓄水能力，滿足事故緩解的要求。[0033]蒸汽發(fā)生器的外壁筒體設(shè)置錐段，錐段為整個(gè)外壁筒體提供一定程度的熱膨脹自由度。同時(shí)錐段也為蒸汽發(fā)生器下部法蘭留出螺栓操作空間。[0034]傳熱管是一種微波浪形管，強(qiáng)化傳熱。
權(quán)利要求
1.一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其中內(nèi)壁筒體(3)、外壁筒體(4)、上管板(8)和下管板(2)形成環(huán)形空間，上部水室隔板(9)與上管板(8)之間形成上部水室(10);—次側(cè)導(dǎo)流罩(I)固定在內(nèi)壁筒體(3)底端；傳熱管束(12)設(shè)置在內(nèi)壁筒體(3)與外壁筒體(4)之間的環(huán)形空間，其上端穿過并焊接在上管板(8)上、下端穿過并焊接在下管板(2);在外壁筒體(4)上分別開設(shè)給水接管(7)和蒸汽接管(5)，其特征在于: 在內(nèi)壁筒體(3)和外壁筒體(4)之間設(shè)有“幾”字型結(jié)構(gòu)的管束套筒(6)，傳熱管束(12)布置在管束套筒(6)和內(nèi)壁筒體(3)之間； 管束套筒(6)包括管束套筒的外筒(601)和管束套筒的內(nèi)筒(602)，管束套筒的外筒(601)和管束套筒的內(nèi)筒(602)在頂端封閉連接； 在外壁筒體(4 )的下段開設(shè)蒸汽接管(5 )，在外壁筒體(4 )的上段開設(shè)給水接管(7 )，并且給水接管(7)延伸至管束套筒的外筒(601)； 管束套筒的外筒(601)在底部與外壁筒體(4)連接形成連接段(601-2)，并且連接段(601-2)位于蒸汽接管(5)以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其特征在于:所述的外壁筒體(4)在蒸汽接管(5)以下形成錐形筒體(401)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其特征在于:所述的管束套筒的外筒(601)在給水接管(7)下部形成錐段(601-1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其特征在于:所述的傳熱管的中間部分是微波浪形管段(1202)，傳熱管的伸入上管板(8)的上部分是上部直管段(1201)，傳熱管的伸入下管板(2)的部分是下部直管段(1203)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其特征在于: 一次側(cè)流體在位于內(nèi)壁筒體(3 )底端的一次側(cè)導(dǎo)流罩(I)內(nèi)往上流動(dòng),沿內(nèi)壁筒體(3 )內(nèi)部向上流動(dòng)到達(dá)位于上部水室隔板(9 )下方的上部水室(10 )處；在上部水室(10 )內(nèi)進(jìn)行流量分配，進(jìn)入傳熱管束(12)的傳熱管管內(nèi)并向下流動(dòng)，直至到達(dá)一次側(cè)導(dǎo)流罩(I)外側(cè)向下流出； 二次側(cè)流體由給水接管(7)先進(jìn)入管束套筒的外筒(601)和管束套筒的內(nèi)筒(602)之間并往下流動(dòng)，進(jìn)入管束套筒的內(nèi)筒(602)與錐形筒體(401)之間的環(huán)腔，再繞過管束套筒的內(nèi)筒(602)底部，折返往上流動(dòng)進(jìn)入管束套筒的內(nèi)筒(602)與內(nèi)壁筒體(3)之間的區(qū)域，在沖刷傳熱管束(12)的過程中，吸收傳熱管管壁的熱量，逐漸產(chǎn)生飽和或過熱蒸汽；蒸汽繼續(xù)往上流動(dòng)，在頂部繞過管束套筒(6)，折返沿管束套筒的外筒(601)與外壁筒體(4)之間向下流動(dòng)，最后通過蒸汽接管(5)流出。
專利摘要
本發(fā)明提供一種一體化反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，其在內(nèi)壁筒體和外壁筒體之間設(shè)有幾字型結(jié)構(gòu)的管束套筒，傳熱管束布置在管束套筒和內(nèi)壁筒體之間；管束套筒包括管束套筒的外筒和管束套筒的內(nèi)筒，管束套筒的外筒和管束套筒的內(nèi)筒在頂端封閉連接；在外壁筒體的下段開設(shè)蒸汽接管，在外壁筒體的上段開設(shè)給水接管，并且給水接管延伸至管束套筒的外筒；管束套筒的外筒在底部與外壁筒體連接形成連接段，并且連接段位于蒸汽接管以下。本發(fā)明結(jié)構(gòu)一方面平衡了管束與外壁筒體之間的熱膨脹，另一方面使給水接管位于較高位置，從而在接管破裂時(shí)具有較高的蓄水和事故緩解能力。管束套筒結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給水和蒸汽的實(shí)體隔離，提供給水分配空間和蒸汽緩沖空間。
文檔編號(hào)G21D1/00GKCN103177783SQ201310012331
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月14日
發(fā)明者申屠軍, 巢孟科, 林千, 林紹萱, 司勝義, 孟劍, 廖亮, 尤巖 申請(qǐng)人:上海核工程研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan