[發(fā)明專利]一種螺旋流式防沉積倒U型管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310322644.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN104344758A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周濤;劉亮;陳娟;宋明強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): F28F1/00
• 分類號(hào): F28F1/00;F28F9/22;F28F19/00;G21C15/02;G21C15/14
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 劉冬梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備和核能領(lǐng)域，涉及到蒸汽發(fā)生器用螺旋流式防沉積倒U型管。

背景技術(shù)

核電站是利用核裂變或核聚變反應(yīng)所釋放的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。核電站的內(nèi)部它通常由一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)組成。反應(yīng)堆是核電站的核心。反應(yīng)堆工作時(shí)放出的熱能，由一回路系統(tǒng)的冷卻劑帶出，用以產(chǎn)生蒸汽。因此，整個(gè)一回路系統(tǒng)被稱為“核供汽系統(tǒng)”，它相當(dāng)于火電廠的鍋爐系統(tǒng)。由蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電的二回路系統(tǒng)，與火電廠的汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)基本相同。

自從核電站問世以來(lái)，在工業(yè)上成熟的發(fā)電堆主要有以下三種：輕水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它們相應(yīng)地被用到三種不同的核電站中，形成了現(xiàn)代核發(fā)電的主體。

目前，熱中子堆中的大多數(shù)是用輕水慢化和冷卻的所謂輕水堆。輕水堆又分為壓水堆和沸水堆。現(xiàn)以壓水堆為例說(shuō)明蒸汽發(fā)生器的作用。

壓水堆核電站的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)完全隔開，它是一個(gè)密閉的循環(huán)系統(tǒng)。該核電站的原理流程為：主泵將高壓冷卻劑送入反應(yīng)堆，一般冷卻劑保持在120～160個(gè)大氣壓。在高壓情況下，冷卻劑的溫度即使300℃多也不會(huì)汽化。冷卻劑把核燃料放出的熱能帶出反應(yīng)堆，并進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，通過(guò)數(shù)以千計(jì)的傳熱管，把熱量傳給管外的二回路水，使水沸騰產(chǎn)生蒸汽；冷卻劑流經(jīng)蒸汽發(fā)生器后，再由主泵送入反應(yīng)堆，這樣往復(fù)循環(huán)，不斷地把反應(yīng)堆中的熱量帶出并轉(zhuǎn)換產(chǎn)生蒸汽。從蒸汽發(fā)生器出來(lái)的高溫高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。做過(guò)功的廢汽在冷凝器中凝結(jié)成水，再由凝結(jié)給水泵送入加熱器，重新加熱后送回蒸汽發(fā)生器。這就是二回路循環(huán)系統(tǒng)。

由此可見，蒸汽發(fā)生器是連接一、二回路的重要設(shè)備，被稱為一、二回路的樞紐。蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠地運(yùn)行對(duì)整個(gè)核動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性有著十分重要的影響。而所謂的蒸汽發(fā)生器中的傳熱管則為整齊排列的倒U型管束，倒U型管束是蒸汽發(fā)生器最重要的換熱組件，由堆芯流出的高溫冷卻劑經(jīng)由倒U型管束與管外的水進(jìn)行換熱后再流回堆芯，不斷循環(huán)往復(fù)，進(jìn)行熱傳遞，倒U型管束換熱能力的好壞決定了蒸汽發(fā)生器換熱能力的大小。

然而在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，由于燃料棒、堆內(nèi)構(gòu)件等部件會(huì)受高壓過(guò)冷冷卻劑的腐蝕沖刷、磨蝕-腐蝕、FAC（管道流體加速腐蝕）效應(yīng)的影響，會(huì)產(chǎn)生許多細(xì)小的顆粒物。這些顆粒物會(huì)隨冷卻劑進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，附著在倒U型管內(nèi)壁上，相當(dāng)于在傳熱過(guò)程中增加了一層傳熱熱阻，降低傳熱效率，影響了核動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)又因?yàn)轭w粒物的附著，導(dǎo)致倒U型管內(nèi)冷卻劑的流量分配不均衡，引起管束振動(dòng)，惡劣的情況下會(huì)影響核動(dòng)力裝置的安全性及可靠性。

目前國(guó)內(nèi)主要的防沉積措施主要有機(jī)械式、通電式、袋式、濕式等。但由于倒U型管壁薄，管徑小，對(duì)上述措施的實(shí)施均有限制，目前國(guó)內(nèi)的大型核電站如秦山二期核電站、大亞灣核電站和嶺奧核電站中對(duì)流經(jīng)倒U型管的冷卻劑中的顆粒物均無(wú)良好的防沉積效果。

目前，尚未有對(duì)作為核心部件的倒U型管結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的報(bào)道，這是由于倒U型管壁薄、管徑小，對(duì)防沉積方式有進(jìn)一步的限制。

如能對(duì)通過(guò)對(duì)倒U型管結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)并選用適當(dāng)?shù)牟牧希赡軙?huì)開發(fā)出具有良好的防沉積效果的倒U型管，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決一回路系統(tǒng)中顆粒物的在倒U型管中的附著而引起的安全可靠性降低及核動(dòng)力裝置經(jīng)濟(jì)性下降的問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)在倒U型管中設(shè)置螺旋折流板，對(duì)一回路冷卻劑產(chǎn)生良好的導(dǎo)向作用，改變一回路冷卻劑的流動(dòng)方式，由直線流動(dòng)變成連續(xù)的螺旋狀流動(dòng)，由于換熱器折流板殼程中的一回路冷卻劑呈螺旋式的柱塞流動(dòng)方式，在殼程橫截面徑向產(chǎn)生速度梯度，由于蒸汽發(fā)生器中的每根倒U型管換熱管都置于作為換熱介質(zhì)的一回路冷卻劑的旋渦中，提高了一回路冷卻劑的流體徑向湍流程度，有利于沖刷殼程內(nèi)的顆粒物及沉淀物，有效防止顆粒物沉積于倒U型管管壁上，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供如下技術(shù)方案。

第一方面，本發(fā)明提供蒸汽發(fā)生器用螺旋流式防沉積倒U型管，其特征在于：該倒U型管包括：筒狀倒U型管管壁及其內(nèi)部設(shè)置的螺旋折流板，

其中，螺旋折流板的螺旋面通過(guò)與倒U型管中心線垂直正交、其長(zhǎng)度為倒U型管半徑的直線段做下述螺旋運(yùn)動(dòng)而形成：所述直線在沿所述倒U型管中心線方向作等速移動(dòng)的同時(shí)，又繞所述倒U型管中心線作等角速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，

即，螺旋折流板的螺旋面為阿基米德螺旋面，螺旋折流板的外邊緣與倒U型管內(nèi)壁相接，螺旋折流板的螺旋角為20°-50°，

其中，倒U型管內(nèi)部流通一回路冷卻劑，倒U型管外流過(guò)二回路冷卻劑。