自然循環(huán)及強(qiáng)迫循環(huán)回路系統(tǒng)的換熱器和預(yù)熱器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于反應(yīng)堆熱工水利領(lǐng)域,尤其涉及一種自然循環(huán)及強(qiáng)迫循環(huán)回路系統(tǒng)的 換熱器和預(yù)熱器設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 反應(yīng)堆可以利用自然循環(huán)不依賴外部動(dòng)力就將熱量導(dǎo)出的能力，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆非能 動(dòng)安全設(shè)施在事故下的運(yùn)行，從而提高反應(yīng)堆的安全性。
[0003] 自日本福島事件后，國(guó)際和國(guó)內(nèi)社會(huì)對(duì)核能安全提出了更高的要求,特別針對(duì)全 廠斷電和完全喪失冷卻鏈等超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故緩解措施的可靠性給予了越來越多的關(guān)注。 2012年6月國(guó)家核安全局對(duì)外發(fā)布的《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求（試 行）》中，多次提出對(duì)在運(yùn)和在建核電機(jī)組在核電) _部分或全部安全系統(tǒng)功能喪失的情況 下，如超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水事件條件下，應(yīng)該采取更多措施以帶出余熱。新近發(fā)布的《"十二五" 期間新建核電廠安全要求和審評(píng)原則》中，明確要求十二五期間新建核電廠須增加反應(yīng)堆 堆芯的余熱排出、應(yīng)急冷卻和最終熱阱的考慮,應(yīng)設(shè)置多樣化的最終熱阱。
[0004] ACPR1000項(xiàng)目目前的技術(shù)方案,盡管已經(jīng)針對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故設(shè)置了一些緩解措 施，但在核電廠安全系統(tǒng)多樣化設(shè)計(jì)方面尚有較大欠缺。根據(jù)目前確定論安全分析和PSA 分析結(jié)果,蒸汽發(fā)生器二次側(cè)相關(guān)事故具有重大貢獻(xiàn)。因此,需要針對(duì)完全喪失給水、主蒸 汽管道破裂及主給水管道破裂疊加輔助給水喪失、全廠斷電、完全喪失冷卻鏈等超設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)事故設(shè)置可靠性更高的多樣化緩解系統(tǒng)，而二次側(cè)非能動(dòng)余熱排除系統(tǒng)正符合該要求。 本發(fā)明正是針對(duì)上述問題而設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種自然循環(huán)及強(qiáng)迫循環(huán)回路系統(tǒng)的換熱器和預(yù) 熱器設(shè)計(jì)方法，旨在解決對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故設(shè)置的措施可靠性不夠高，核電廠安全系統(tǒng)多 樣化存在較大欠缺的問題。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的-種自然循環(huán)及強(qiáng)迫循環(huán)回路系統(tǒng)的換熱器和預(yù)熱器設(shè)計(jì) 方法，根據(jù)強(qiáng)迫循環(huán)實(shí)驗(yàn)回路的設(shè)計(jì)參數(shù)和功能需求，確定實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)換熱器和預(yù)熱器 的設(shè)計(jì)參數(shù),再分別對(duì)換熱器和預(yù)熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算,包括換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)、熱工和阻力計(jì)算，以及預(yù)熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱工計(jì)算、電參數(shù)計(jì)算、臨界熱 流密度計(jì)算、壓降計(jì)算和強(qiáng)度校核計(jì)算。
[0007] 進(jìn)一步,〇· 1麗換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
[0008] 管程設(shè)計(jì)壓力：17. 2MPa ;
[0009] 管程設(shè)計(jì)溫度：360°C ;
[0010] 管程工作壓力：15. 5MPa ;
[0011] 管程工作溫度：345 °C ;
[0012] 管程質(zhì)量流量：0· 6t/h ;
[0013] 換熱器功率：0.1MW;
[0014] 殼程設(shè)計(jì)壓力：1.0 MPa ;
[0015] 殼程工作壓力：1.0 MPa ;
[0016] 殼程設(shè)計(jì)溫度：100°C ;
[0017] 殼程入口溫度：45°C;
[0018] 殼程出口溫度：55 °C;
[0019] 管程工作介質(zhì)：去離子水；
[0020] 殼程工作介質(zhì)：循環(huán)冷卻水；
[0021] 0. 6MW換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
[0022] 管程設(shè)計(jì)壓力：17. 2MPa ;
[0023] 管程設(shè)計(jì)溫度：360°C ;
[0024] 管程工作壓力：15. 5MPa ;
[0025] 管程工作溫度：360 °C ;
[0026] 管程質(zhì)量流量：3. 6t/h ;
[0027] 換熱器功率：0· 6MW ;
[0028] 殼程設(shè)計(jì)壓力：1. OMPa ;
[0029] 殼程工作壓力：1. OMPa ;
[0030] 殼程設(shè)計(jì)溫度：KKTC ;
[0031] 殼程入口溫度：45°C;
[0032] 殼程出口溫度：55 °C;
[0033] 管程工作介質(zhì)：去離子水；
[0034] 殼程工作介質(zhì)：循環(huán)冷卻水。
[0035] 進(jìn)一步，預(yù)熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)為：
[0036] 設(shè)計(jì)壓力：17. 2MPa ;
[0037] 運(yùn)行壓力：15. 5MPa ;
[0038] 設(shè)計(jì)流量：2000kg/m2. s ;
[0039] 設(shè)計(jì)溫度：500°C ;
[0040] 設(shè)計(jì)加熱功率：0· 3麗；
[0041] 最大熱流密度：225kW/m2。
[0042] 進(jìn)一步，預(yù)熱器的臨界熱流密度校核采用以下兩式進(jìn)行計(jì)算，取二者中的小值作 為校核數(shù)據(jù)參考值：
[0043]
[0044]
[0045] 進(jìn)一步，所述的換熱器包括第一主換熱器、第二主換熱器、輔助換熱器，第一主換 熱器和輔助換熱器功率為〇. 6MW,結(jié)構(gòu)型式為管殼式，第二主換熱器功率為0. 1MW，結(jié)構(gòu)型 式為套管式；
[0046] 第一主換熱器和輔助換熱器的結(jié)構(gòu)包括上封頭、隔板、管側(cè)殼體、管側(cè)進(jìn)出口接 管、固定管板、殼側(cè)筒體、換熱管、殼側(cè)進(jìn)出口組件、下封頭、殼側(cè)排水口組件，去離子水進(jìn)口 與去離子水出口間用隔板分隔,換熱管固定于固定管板上,換熱管的不同位置裝有足夠數(shù) 量的支撐板和擋板，下封頭____t裝有殼側(cè)排水口組件；
[0047] 第二主換熱器的結(jié)構(gòu)包括二次側(cè)進(jìn)出口組件、二次側(cè)鋼管、盲板、一次側(cè)鋼管、支 架、一次側(cè)進(jìn)出口法蘭組件，一次側(cè)鋼管與二次側(cè)鋼管間通過盲管連接，換熱器依靠支架進(jìn) 行支撐及管線布置。
[0048] 進(jìn)一步,預(yù)熱器采用蛇形管串聯(lián)結(jié)構(gòu)，預(yù)熱器由入口組件、加熱段組件和出口組件 組成，采用三段等長(zhǎng)的Φ 32 X 3. 5mm的0Crl8Ni IOTi不銹鋼管并聯(lián)加熱,每段有效加熱長(zhǎng)度 為5. Om,加熱功率為IOOkW ;
[0049] 所述入口組件由螺栓、螺母、墊片、絕緣襯套、平墊片連接的進(jìn)口法蘭組成,所述加 熱組件由鋼管、彎頭組成，加熱段組件依靠固定支架進(jìn)行支撐，固定支架與鋼管間依靠卡箍 連接，卡箍與鋼管間裝有絕緣板
[0050] 本發(fā)明提高了超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故設(shè)置的措施的可靠性和核電廠安全系統(tǒng)的多樣化， 具有很高的工程價(jià)值。
【附圖說明】
[0051] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的第一主換熱器和輔助換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的第--主換熱器和輔助換熱器的布管示意圖；
[0053] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的第二主換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的第二主換熱器的A-A視圖；
[0055] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)熱器的A-A視圖。
[0057] 圖中：1- ____t封頭；2-隔板；3-管側(cè)殼體；4-管側(cè)進(jìn)出□接管；5-固定管板；6-殼側(cè) 筒體；7-換熱管；8-殼側(cè)進(jìn)出口組件；9-下封頭；10-殼側(cè)排水口組件；11-二次側(cè)進(jìn)出口 組件；12-二次側(cè)鋼管；13-盲板；14- 一次側(cè)鋼管；15-支架；16- -次側(cè)進(jìn)出口法蘭組件； 17-螺栓；18-螺母；19-墊片；20-絕緣襯套；21-平墊片；22-進(jìn)口法蘭；23-銅排；24-鋼 管；25-固定支架；26-彎頭；27-出口法蘭；28-卡箍；29-絕緣板。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例,對(duì)本本發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0059] 1、換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)
[0060] 強(qiáng)迫循環(huán)回路系統(tǒng)設(shè)置3臺(tái)換熱器，1臺(tái)換熱器位于旁通回路,位于混凝器冷端入 口之前，其功能是初步降低混凝器冷端流體的溫度；另外2臺(tái)換熱器位于混凝器后,其功能 是進(jìn)一步降低回路系統(tǒng)的溫度，設(shè)計(jì)參數(shù)分別為：
[0061] 〇· IMW換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
[0062]
[0063] 0. 6麗換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
[0064]
[0065]

[0066] 2、換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0067] 如圖1所示為主換熱器和輔助換熱器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，第一主換熱器和輔助換熱器 的設(shè)計(jì)功率為〇. 6麗,結(jié)構(gòu)型式為U型管殼式。去離子水走管側(cè),進(jìn)口為a，出口為b,冷卻 水走殼側(cè)進(jìn)口為c，出口為d。主要結(jié)構(gòu)包括上封頭1、隔板2、管側(cè)殼體3、管側(cè)進(jìn)出口接管 4、固定管板5、殼側(cè)筒體6、換熱管7、殼側(cè)進(jìn)出口組件8、下封頭9、殼側(cè)排水口組件10。去 離子水進(jìn)口 a與去離子水出口 b間用隔板2分隔，換熱管7固定于固定管板5上，使用前應(yīng) 對(duì)連接處進(jìn)行氦檢漏試驗(yàn),換熱管7的不同位置應(yīng)裝有足夠數(shù)量的支撐板和擋板,下封頭9 上裝有殼側(cè)排水口組件10,以保證有效的排空。主換熱器和輔助換熱器內(nèi)換熱管布置如圖 2所示。
[0068] 如圖