本發(fā)明涉及一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱器，尤其涉及一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備、用于液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備的雙壁換熱管和管束組件、以及破管檢測(cè)方法和換熱設(shè)備的維護(hù)方法。

背景技術(shù)：

作為一種可大規(guī)模發(fā)展的清潔能源，核能對(duì)于國(guó)家能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)具有重要的支撐作用?；诎踩?、高效、可持續(xù)等目標(biāo)，目前國(guó)際上正在研發(fā)的第四代核能系統(tǒng)中，液態(tài)金屬反應(yīng)堆是最具發(fā)展前景的反應(yīng)堆類型之一。

液態(tài)金屬反應(yīng)堆作為第四代快堆，一回路系統(tǒng)一般采用池式布置，即主泵、主換熱器(或蒸汽發(fā)生器)、核燃料組件等都布置在反應(yīng)堆主容器內(nèi)部。由于主換熱器直接布置在反應(yīng)堆主容器內(nèi)部，且一次側(cè)使用強(qiáng)腐蝕的液態(tài)金屬介質(zhì)，對(duì)于液態(tài)金屬反應(yīng)堆主換熱器結(jié)構(gòu)安全性提出了更高要求。

換熱管是主換熱器結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)。目前，國(guó)際上液態(tài)金屬反應(yīng)堆主換熱器結(jié)構(gòu)，如日本鈉冷快堆JSFR、俄羅斯鉛鉍快堆SVBR、歐盟鉛鉍快堆MYRRHA和鉛冷快堆ALFRED等，都是采用雙層換熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高主換熱器結(jié)構(gòu)安全性。

傳統(tǒng)壓水堆蒸汽發(fā)生器，主要通過(guò)一回路穩(wěn)壓器液位變化和二回路中放射性含量大幅升高來(lái)檢測(cè)破管事故，破管事故響應(yīng)緩慢，易造成大量放射性物質(zhì)外逸；同時(shí)，壓水堆蒸汽發(fā)生器破管后，只需要找出破裂的換熱管并堵管維修，即可以繼續(xù)正常使用。

液態(tài)金屬反應(yīng)堆主換熱器，由于布置在反應(yīng)堆堆池內(nèi)，要求快速檢測(cè)出破管事故。液態(tài)金屬反應(yīng)堆主換熱器采用雙層換熱管結(jié)構(gòu)，夾層間隙增加了換熱管熱阻，且破管后不能直接堵管維修，需要將整個(gè)換熱器更換，增加了運(yùn)行維護(hù)難度和維修成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備的雙壁換熱管，以便能夠快速檢測(cè)破管事故。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用上述雙壁換熱管的管束組件。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備，以便在束管組件破管時(shí)，更換維修。

本發(fā)明的目的還在于提供一種破管檢測(cè)方法，以對(duì)破管的雙壁換熱管進(jìn)行檢測(cè)。

本發(fā)明的目的還在于提供一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備的維護(hù)方法，以降低換熱器的維護(hù)難度和維修成本。

為此，本發(fā)明一方面提供了一種雙壁換熱管，用于液態(tài)金屬反應(yīng)堆的換熱設(shè)備中，包括外管和內(nèi)管，其特征在于，外管和內(nèi)管二者之間的管壁夾層間隙中填充有低熔點(diǎn)合金，該低熔點(diǎn)合金上部覆蓋有破壁檢測(cè)氣體。

進(jìn)一步地，上述外管采用抗液態(tài)金屬腐蝕的不銹鋼，內(nèi)管采用抗冷卻流體腐蝕的合金。

進(jìn)一步地，上述破壁檢測(cè)氣體為惰性氣體。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種管束組件，包括多根雙壁換熱管，雙壁換熱管為根據(jù)上面所描述的雙壁換熱管，雙壁換熱管僅上端固定以緩解軸向熱應(yīng)力。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備，包括：多個(gè)相互獨(dú)立的管束組件、殼側(cè)導(dǎo)流部件、殼體、進(jìn)口聯(lián)箱、出口聯(lián)箱、氣體接管和閥門(mén)，其中，每個(gè)管束組件上端連接到殼體上、能夠從殼體中取出，管束組件的進(jìn)口接管與進(jìn)口聯(lián)箱連接，管束組件的出口接管與出口聯(lián)箱連接，管束組件下部穿過(guò)殼側(cè)導(dǎo)流部件，管束組件為根據(jù)上面所描述的管束組件。

進(jìn)一步地，上述殼側(cè)導(dǎo)流部件設(shè)置防短路擋板和/或支撐隔板。

本發(fā)明還提供了一種破管檢測(cè)方法，用于液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備中，包括監(jiān)測(cè)各雙壁換熱管中破壁檢測(cè)氣體的壓力，根據(jù)破壁檢測(cè)氣體的壓力變化判斷破管情況，其中，當(dāng)破壁檢測(cè)氣體壓力降低表示液態(tài)金屬側(cè)管壁破裂，當(dāng)破壁檢測(cè)氣體壓力升高表示冷卻流體側(cè)管壁破裂，其中，雙壁換熱管為根據(jù)權(quán)利要求上面所描述的雙壁換熱管。

本發(fā)明還提供了一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備的維護(hù)方法，包括：利用破管檢測(cè)方法對(duì)雙壁換熱管進(jìn)行破管檢測(cè)；當(dāng)破壁檢測(cè)氣體壓力降低表示液態(tài)金屬側(cè)管壁破裂，則切斷惰性氣體供應(yīng)，關(guān)閉并排空換熱設(shè)備，更換損壞的管束組件；當(dāng)破壁檢測(cè)氣體壓力升高表示冷卻流體側(cè)管壁破裂，切斷冷卻流體供應(yīng)，關(guān)閉并排空換熱設(shè)備，更換損壞管束組件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1)雙壁管結(jié)構(gòu)，夾層填充低熔點(diǎn)焊接保證換熱效率，夾層上部覆蓋氣體可快速檢測(cè)破管事故，有效防止大量放射性物質(zhì)外逸，避免液態(tài)金屬和冷卻流體接觸發(fā)生反應(yīng)。

2)換熱器整體采用多個(gè)管束組件結(jié)構(gòu)，某根換熱管破裂后，只需更換對(duì)應(yīng)管束組件而無(wú)需將整個(gè)換熱器更換，降低了換熱器維護(hù)強(qiáng)度和成本；多個(gè)管束組件批量制造，降低了制造難度和制造成本。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的液壓金屬反應(yīng)堆換熱設(shè)備的接觸式雙壁刺刀管的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖4是圖3所示接觸式雙壁刺刀管的橫截面示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1、管束組件； 1-1、換熱管(1-1)；

1-2、管壁凹槽； 2、殼側(cè)導(dǎo)流部件；

2-1、防短路擋板； 2-2、支撐隔板；

3、殼體； 4、進(jìn)口聯(lián)箱；

5、出口聯(lián)箱； 6、氣體接管；

7、閥門(mén)。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種液態(tài)金屬反應(yīng)堆雙壁管換熱設(shè)備，采用雙壁管組件式管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)雙壁管夾層氣體快速檢測(cè)破管事故，有效防止放射性物質(zhì)大量外逸；在夾層間隙填充低熔點(diǎn)合金，降低雙壁管熱阻，避免破管后兩側(cè)流體直接接觸；破管事故發(fā)生后，只需要更換破損的管束組件，而其余管束組件可繼續(xù)正常使用，降低了液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱器的維修成本和維修強(qiáng)度。

圖1至圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的液態(tài)金屬反應(yīng)堆換熱設(shè)備包括3個(gè)管束組件1、殼側(cè)導(dǎo)流部件2、殼體3、進(jìn)口聯(lián)箱4、出口聯(lián)箱5和氣體接管6，其中，每個(gè)管束組件1能夠獨(dú)立地從換熱器殼體3中取出，并通過(guò)進(jìn)口聯(lián)箱4和出口聯(lián)箱5相互連接起來(lái)。

給水從進(jìn)口聯(lián)箱4進(jìn)入管束組件1，通過(guò)雙壁刺刀式換熱管1-1與殼側(cè)液態(tài)金屬換熱，生成的過(guò)熱蒸汽從出口聯(lián)箱5流出；液態(tài)金屬?gòu)膿Q熱器殼體3的入口窗進(jìn)入換熱器內(nèi)，自上而下沿管外向下流出換熱器。

當(dāng)某個(gè)管束組件1的換熱管破裂后，通過(guò)關(guān)閉對(duì)應(yīng)閥門(mén)隔離該管束組件1，其他管束組件1可以繼續(xù)正常使用；后期只需更換對(duì)應(yīng)管束組件1，而無(wú)需將整個(gè)換熱器更換。

3個(gè)管束組件1采用環(huán)形排列，具有降低換熱設(shè)備對(duì)反應(yīng)堆直徑尺寸的技術(shù)效果。

換熱設(shè)備的多個(gè)相互獨(dú)立的管束組件1通過(guò)法蘭連接集成到殼體3上；管束組件1內(nèi)的換熱管1-1僅上端固定以緩解軸向熱應(yīng)力，采用不同金屬的雙壁換熱管，外管采用抗液態(tài)金屬腐蝕的不銹鋼，內(nèi)管采用抗冷卻流體腐蝕的合金，管壁夾層填充氣體可快速檢測(cè)破管事故；殼側(cè)導(dǎo)流部件3頂部設(shè)置防短路擋板3-1消除非布管區(qū)域旁流，內(nèi)部設(shè)置支撐隔板3-2防止管束振動(dòng)。

當(dāng)換熱器的多個(gè)相互獨(dú)立的小型管束組件的某換熱管破裂后，只需更換對(duì)應(yīng)管束組件而無(wú)需將整個(gè)換熱器更換，降低了換熱器維護(hù)強(qiáng)度和成本。同時(shí)，多個(gè)管束組件批量制造，降低了制造難度和制造成本。雙壁管夾層內(nèi)低熔點(diǎn)合金保證雙壁管換熱效率，氣體壓力變化可以快速檢測(cè)破管事故，有效防止大量放射性物質(zhì)外逸，避免液態(tài)金屬和加熱流體接觸發(fā)生反應(yīng)。

結(jié)合參照?qǐng)D1至圖4，每個(gè)管束組件1由31根同心圓排列的接觸式雙壁刺刀式換熱管1-1組成，管壁間隙1-2填充低熔點(diǎn)合金和覆蓋氣體。換熱設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部充滿常壓液態(tài)金屬、高壓冷卻流體以及檢測(cè)破管的中壓惰性氣體，根據(jù)惰性氣體壓力變化趨勢(shì)判斷破管情況。

惰性氣體壓力降低表示雙壁管外管壁面破裂，應(yīng)及時(shí)切斷惰性氣體供應(yīng)，關(guān)閉并排空換熱設(shè)備，更換損壞管束組件；惰性氣體壓力升高表示雙壁管內(nèi)管壁面破裂，應(yīng)及時(shí)切斷冷卻流體供應(yīng)，關(guān)閉并排空換熱設(shè)備，更換損壞管束組件。

正常運(yùn)行時(shí)，換熱設(shè)備內(nèi)充滿常壓液態(tài)金屬、高壓冷卻流體以及檢測(cè)破管的中壓惰性氣體，根據(jù)惰性氣體壓力變化趨勢(shì)判斷破管情況，其中：惰性氣體壓力降低表示液態(tài)金屬側(cè)管壁破裂，切斷惰性氣體供應(yīng)，關(guān)閉并排空換熱設(shè)備，更換損壞管束組件；惰性氣體壓力升高表示冷卻流體側(cè)管壁破裂，切斷冷卻流體供應(yīng)，關(guān)閉并排空換熱設(shè)備，更換損壞管束組件。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。