一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器制造技术

本发明专利技术属于核电厂蒸汽发生器技术领域，涉及一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，特别涉及一种具有高效传热性能的蒸汽发生器内一二回路传热结构。最外端换热部分设计成卧式圆形蒸汽发生器，一回路冷却剂直接与蒸汽发生器内所有的毛细热管接触，热管内液体吸收冷却剂带来的热量后，向上流动，与二回路中水进行热交换，热管内流体经过放热，通过自然循环和毛细作用由内壁面向下流动，吸收一回路冷却剂的热量，循环往复；热管外壁，均匀分布螺旋状翅片；热量通过热管内液体传递给二回路水。所述结构在保证固定管束、防止管束受流体流动影响产生振动的同时，扩大换热面积和容积，提高换热效率；二次侧换热均匀，同时流动阻力减小，腐蚀产物和化学产物不易沉积，提高该装置的使用寿命。

A heat pipe steam generator with spiral fins

【技术实现步骤摘要】
一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器
本专利技术属于核电厂蒸汽发生器
，特别涉及一种具有更安全高效传热性能的蒸汽发生器一二回路换热系统。
技术介绍
本专利技术属于核电厂蒸汽发生器
，特别涉及一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构。1.蒸汽发生器作为核电厂的重要设备，将一回路冷却剂中的热量传递给二回路给水，使其产生饱和蒸汽供给二回路动力装置。作为连接一回路与二回路的设备，蒸汽发生器在一、二回路之间构成防止放射性外泄的第二道屏障。在大亚湾核电站的蒸汽发生器中，共有4474根倒U形管，为固定管束，防止换热管受流体流动影响产生振动，保证管束之间不发生碰撞，沿管束直管段方向上共有9块支撑隔板。支撑隔板由不锈钢制成，厚30毫米。蒸汽发生器支撑隔板只具有固定防震作用。其U型管受热不均和应力腐蚀问题没有得到根本性解决。在核电厂主要有以下三种蒸汽发生器：由美国西屋公司生产的U行管立式蒸汽发生器、俄罗斯设计的U型管卧式蒸汽发生器、美国B&W公司设计的立式直管蒸汽发生器。（1）美国西屋公司生产的U行管立式蒸汽发生器，其特点是通过自然循环驱动工质的流动从而产生饱和蒸汽，一回路冷却剂在由管板连接的U型管组成的管束内流动，在管束上方装有汽水分离器和蒸汽干燥装置。很明显可以看出其缺点在于只能得到饱和蒸汽，这对汽轮机中间去湿装置要求高；得到的饱和蒸汽温度低，因此蒸汽压力相对较低，使得二回路热效率不高；其次为了U型管弯管部分防振，管子拱形部分的固定很麻烦；特别是该方式因为U型管进出口内冷却剂温度不均以及弯曲部分弯曲半径不同，会产生极其复杂的热偏差产生热应力，因而对安全性产生很大的挑战。（2）相对于（1）中立式蒸汽发生器，俄罗斯设计的蒸汽发生器为U型管卧式蒸汽发生器，同样适用U型管。它的优点是没有了水平管板，取而代之的是立式圆柱形联箱，在联箱表面不会形成滞留区。并且卧式蒸汽发生器具有较大的蒸汽空间，单位蒸发面的负荷较立式蒸汽发生器的小，因而采用较简单的汽水分离装置就能保证蒸汽质量满足标准要求。但是U型管卧式蒸汽发生器也有一些缺点，出口蒸汽的湿度对水位波动比较敏感，因而对水位控制要求较高，此外，U型管固有受热不仅的缺点还是没有改变，最内侧U型管与最外侧U型管弯曲半径能相差100倍以上，产生不同幅度的热膨胀和振动，对安全性产生很大的挑战。（3）最后一种常用的是美国B&W公司设计的立式直管蒸汽发生器，优点是出口得到的通常是过热蒸汽，有较高的热效率，并且由于它的传热管是直管式，应力不均减小，且不带汽水分离器、蒸汽干燥装置等，因此便于制造和组装。但是也有两个严重缺点：首先是二回路水容量小，一旦给水中断，二回路容易烧干，不能把一回路热量传出去，从而引起事故，因此对给水自动控制的要求高；其次它不能像自然循环式蒸汽发生器那样排污，给水带入的盐分将大部分沉积在传热管上。因此，直流式蒸汽发生器对给水品质及传热管材料的抗腐蚀性要求高。2.热管是一种具有高效传热能力的传热元件，是一种内部含有流动流体的封闭腔体。它利用液态工质的相变换热传递能量。具有热阻小、传热效率高、结构简单、性能稳定、成本低等优点，是一种高效的传热管热元件，近些年得到广泛的应用。重力热管在结构上分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。液体工质在底部受热发生相变，吸收大量的热后汽化为气体，此时在腔体内产生局部高压，驱动气相高速流动；经过绝热段，在冷凝段因外界温度低于管内温度，内部气体开始液化成液体，之后通过重力作用回流到蒸发段，如此循环往复。热量即通过热管内液体不断液-气-液的转换实现热量的传递。与传统的换热元件相比，热管无需外动力，可靠性高，并且因为中间有固体壁面将需要换热的两端液体隔开，有效阻止需要换热的液体间的混合。对核电站蒸汽发生器一二回路换热来说，一回路万一发生破损，势必会污染二回路水的质量，使其带有放射性，对人对环境造成严重的危害，热管这一优点，完美避开水质污染这一问题。就算热管破损，两流体也不会出现混渗现象，使得蒸汽发生器整体的安全可靠性获得保证。且热管表面温度分布均匀，防止由于一回路进出口位置不同而带来的热偏差，减小由于换热不均带来的应力腐蚀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的技术缺陷，提供一种利用带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器。参考目前三种主要一二回路换热管效率和安全问题，引入热管作为媒介，隔绝一回路冷却剂因管道破损直接污染二回路水事故，既可以自然循环，其传热效率又高于传统U型管，使用直热管代替U型管来消除热应力影响，设计的卧式圆柱形蒸发器其传热效率又远大于（3）中立式蒸发器效率，从而提高反应堆的安全性。本专利技术的技术方案如下：一种利用带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，一回路冷却剂从入口流入蒸汽发生器下端，热量并非直接传递给二回路，而是传递给热管的蒸发段和绝热段，换热后的冷却剂从出口流出回到堆芯吸收堆芯产生的热量后再从入口流入蒸汽发生器形成一回路循环。二回路的水经环形给水管通过J型管接头流入蒸汽发生器，水与热管部分的冷凝段接触，吸收热管内纳米流体释放的热量汽化成水蒸气，通过干燥器将湿度降低到0.25%以下，再经蒸汽导管汇集到蒸汽联箱内，蒸汽进入常规岛，推动汽轮机做功，做功后的蒸汽凝结成水最终再经环形给水管流入蒸汽发生器，形成二回路循环。一二回路之间用隔板完全阻绝，避免因管道破损污染二回路。热管内流体使用纳米流体，外壁设置外螺纹，强化换热，支撑板等间距水平布置在一二回路中，用于固定热管组。该蒸汽发生器内设有隔板、支撑板和热管，用于完全隔绝一二回路流体接触，并通过热管作为媒介把一回路热量传递给二回路。所述隔板一回路区域,安装半月形支撑板，与热管连接处五缝隙焊接在一起，增长一回路入口侧冷却剂流动路径，使冷却剂中的热量与热管内流体能充分交换。所述隔板二回路区域，安装四叶梅花孔支撑板，既起到支撑热管防止其由于水流冲击左右摇摆的危险，又可以有效的平衡热应力，使对流换热更充分，支撑板两端固定在蒸汽发生器内壁上。热管密集竖直插在隔板上，总长度约，直径、厚度约、围绕热管外壁分布螺旋翅片其上半部分位于隔板上方并与二回路接触，下半部分位于隔板下方并与一回路接触，剩余部分焊接在隔板上，保证一回路冷却剂不会通过密封处流入二回路。热管使用316L或310S不锈钢，热管内的流体选用导热更强的纳米流体强化换热，纳米流体有碳纳米管、、等,可选取作纳米流体，颗粒直径取20nm，体积浓度1.5%-2.5%。热管外螺旋逆时针方向分布长、厚、翅间距的翅片。为了进一步消除热偏差，二回路的进水口设计成环状分布在支撑板上方处，从环状处引出J型给水管接头，二回路水由接头流入蒸发器内部与热管接触，其中，环形给水管管径，管厚，J型管数量为，直径，管厚，环状均匀排布，结合热管的使用，该方式有效避免因热偏差而产生的热应力，提高安全性。主蒸汽管道和主给水管道均使用Inconel690作为材料，具有良好的力学性能，可提供较好的温度和压力裕度。蒸汽导管位于干燥器上方，下端连接干燥器，穿过蒸汽发生器外壁面与外部蒸汽联箱相连，蒸汽导管与蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，其特征在于，包括一回路入口段（1）和出口段（2）、重力热管组（3）、半月形支撑板（4）、四叶梅花孔支撑板（5）、二回路环形给水管（6）、J型给水管接头（7）、壳体（8）内热管上端还布置有干燥器（9）、蒸汽导管组（10）、蒸汽导管组下端与干燥器连接、上端与蒸汽联箱（11）连接、一二回路隔板（12）固定。/n

【技术特征摘要】
1.一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，其特征在于，包括一回路入口段（1）和出口段（2）、重力热管组（3）、半月形支撑板（4）、四叶梅花孔支撑板（5）、二回路环形给水管（6）、J型给水管接头（7）、壳体（8）内热管上端还布置有干燥器（9）、蒸汽导管组（10）、蒸汽导管组下端与干燥器连接、上端与蒸汽联箱（11）连接、一二回路隔板（12）固定。


2.根据权利要求1所述的一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽发生器改变传热方式，利用厚度为，直径的隔板隔绝一二回路液体，通过热管作为媒介吸收一回路冷却剂的热量传递给二回路水。


3.根据权利要求2所述的一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，其特征在于，所述热管密集竖直插在隔板上，总长度约，直径、厚度约、围绕热管外壁分布螺旋翅片其上半部分位于隔板上方并与二回路接触，下半部分位于隔板下方并与一回路接触，剩余部分焊接在隔板上，保证一回路冷却剂不会通过密封处流入二回路。


4.根据权利要求3所述的一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，其特征在于，所述螺旋翅片厚，逆时针旋转分布在热管外壁上，螺距，翅片长。


5.根据权利要求3所述的一种带螺旋形翅片的热管式蒸汽发生器，其特征在于，取消传统换热器一回路挡板装置，冷却剂从...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄继缘，黄美，马玉琢，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11