缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统技术方案

本发明专利技术公开一种缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，用于缓解核电厂管道的热分层效应，核电厂管道包括主管道以及与主管道连接的支管道，支管道包括竖向管段与横向管段，竖向管段与主管道连接，横向管段与竖向管段远离主管道的一端连接，横向管段具有敏感区域，缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统包括：热管装置，热管装置沿主管道和支管道下侧外壁面轴向延伸设置，用于将热量输送至敏感区域以消除或缓解热分层效应；测温装置，测温装置设置在横向管段位于敏感区域的外周，用于检测敏感区域的温度。其可减少管道热分层、热循环和热震荡的发生，可降低管道疲劳发生的概率从而提高机组可用率，降低放射性物质释放风险，提升机组的运行安全水平。提升机组的运行安全水平。提升机组的运行安全水平。

【技术实现步骤摘要】
缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统


[0001]本专利技术涉及核电
，尤其涉及一种缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统。

技术介绍

[0002]缩略语和关键术语定义：
[0003]热分层(Thermal stratification)：由于流体密度差导致的管道或容器内的温度梯度分布现象。广义的热分层概念也包含热循环与热震荡现象。
[0004]热循环(Thermal Cycling)：由于分层水位的变化、流体温度变化或者湍流渗透导致的管道或容器内壁面某处的温度波动现象。
[0005]热震荡(Thermal Striping)，由于分层界面的界面波所致的循环温度随时间的高频次波动。
[0006]核电厂运行期间会存在很多复杂的热工水力现象，特别是与反应堆冷却剂系统相连的停滞管道上，这些管道一端与反应堆冷却剂系统管道相连，受到高速流体扰动，另一端长期由于封闭(通常设置阀门)流体处于滞止状态。在湍流渗透、阀门泄露、环境散热等因素综合作用，会产生复杂的热工水力现象如热分层、热循环和热震荡，这些现象长期存在将会对系统管道造成热应力和热疲劳影响，甚至对核电厂的安全产生威胁。经验反馈表明国外核电站在十年大修时发现管道敏感部位出现裂纹甚至泄露。因此在核电厂设计、运维过程中应充分考虑这些热工水力现象。
[0007]在现有核电厂机组设计中对于降低热分层、热循环和热震荡引起的管道热疲劳主要技术方案有两种：一是设置敏感区域管道的疲劳监测及阀门泄漏监测；二是在机组检修过程中开展体积检查，以验证压力边界完整性。
[0008]由于热分层效应引发的管道缺陷问题具有一定长期性和隐蔽性，据国外核电站经验反馈，基准点检查完好的管道，经过十年运维后局部出现了裂纹。针对此技术特点现有技术存在如下问题：
[0009]‑
不论是设置监测或定期开展检查，都需要精准定位敏感位置，前期需要做大量的筛选、分析、试验工作。
[0010]‑
现有技术基于“事后”解决，是发现问题后才开展后续的维修、缓解或替换工作。对电站可用率和安全性提出挑战。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统。
[0012]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，用于缓解核电厂管道的热分层效应，所述核电厂管道包括主管道以及与所述主管道连接且连通的至少一个支管道，所述支管道包括竖向管段与横向管段，所述
竖向管段与所述主管道连接，所述横向管段与所述竖向管段远离所述主管道的一端连接，所述横向管段具有敏感区域，所述缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统包括：
[0013]热管装置，所述热管装置沿所述主管道和所述支管道下侧外壁面轴向延伸设置，用于将热量输送至所述敏感区域以消除或缓解热分层效应；
[0014]测温装置，所述测温装置设置在所述横向管段位于所述敏感区域的外周，用于检测所述敏感区域的温度。
[0015]在一些实施例中，所述缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统包括设于所述核电厂管道外周的保温层；
[0016]所述热管装置与所述测温装置均设于所述保温层内。
[0017]在一些实施例中，所述保温层的制造材料为岩棉、硅酸铝棉、玻璃棉或泡沫玻璃中的至少一种。
[0018]在一些实施例中，所述热管装置具有依次连接的吸热段、中间段和放热段；
[0019]所述放热段设于所述横向管段位于所述敏感区域的外周，所述中间段外周设有隔热层。
[0020]在一些实施例中，所述隔热层的制造材料为岩棉、硅酸铝棉、玻璃棉或泡沫玻璃中的至少一种。
[0021]在一些实施例中，所述热管装置包括多根热管。
[0022]在一些实施例中，分层流体中冷流体被加热所需热量由以下公式计算得到：
[0023]Q1＝c
·
m
·
ΔT
[0024]其中，c:水的比热；ΔT：冷热流体温差，ΔT＝T
热流体
‑
T
冷流体
；m：被加热管道的水质量，ρ
冷流体
：冷流体密度；d：分层管道管径；L：分层管道长度；
[0025]热管吸热量由以下公式计算得到：
[0026]Q2＝K
·
A
·
ΔT
m
·
t；
[0027]其中，K：传热系数，根据热管材料确定；A：总传热面积；ΔT
m
：对数平均温差，ΔT
max
＝T
热流体
‑
T1；ΔT
min
＝T
冷流体
‑
T1；T1：热管内流体饱和温度；t：加热时间；
[0028]热管的设置数量由以下公式计算得到：
[0029][0030][0031]其中，Q2＝η
·
Q1，η热损系数，取0.98；F：单根热管的传热面积。
[0032]在一些实施例中，所述热管为圆管或方管。
[0033]在一些实施例中，所述测温装置包括多个测温单元，多个所述测温单元沿所述横向管段的轴向和/或周向布置在所述横向管段位于所述敏感区域的外周。
[0034]在一些实施例中，多个所述测温单元沿所述横向管段的轴向对称布置在所述横向管段位于所述敏感区域的上下外表面。
[0035]在一些实施例中，所述测温单元包括热电偶或热电阻。
[0036]在一些实施例中，所述测温装置与电厂主控通讯连接。
[0037]实施本专利技术具有以下有益效果：该缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统用于减少管道热分层、热循环和热震荡的发生，可降低管道疲劳发生的概率，从而提高机组可用率，降低放射性物质释放风险，提升机组的运行安全水平。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，应当理解地，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他相关的附图。附图中：
[0039]图1是本专利技术一些实施例中的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统的示意图。
具体实施方式
[0040]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0041]还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，用于缓解核电厂管道的热分层效应，所述核电厂管道包括主管道(10)以及与所述主管道(10)连接且连通的至少一个支管道(20)，所述支管道(20)包括竖向管段(21)与横向管段(22)，所述竖向管段(21)与所述主管道(10)连接，所述横向管段(22)与所述竖向管段(21)远离所述主管道(10)的一端连接，所述横向管段(22)具有敏感区域，其特征在于，所述缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统包括：热管装置(51)，所述热管装置(51)沿所述主管道(10)和所述支管道(20)下侧外壁面轴向延伸设置，用于将热量输送至所述敏感区域以消除或缓解热分层效应；测温装置(52)，所述测温装置(52)设置在所述横向管段(22)位于所述敏感区域的外周，用于检测所述敏感区域的温度。2.根据权利要求1所述的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，其特征在于，所述缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统包括设于所述核电厂管道外周的保温层(53)；所述热管装置(51)与所述测温装置(52)均设于所述保温层(53)内。3.根据权利要求2所述的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，其特征在于，所述保温层(53)的制造材料为岩棉、硅酸铝棉、玻璃棉或泡沫玻璃中的至少一种。4.根据权利要求1所述的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，其特征在于，所述热管装置(51)具有依次连接的吸热段(511)、中间段(512)和放热段(513)；所述放热段(513)设于所述横向管段(22)位于所述敏感区域的外周，所述中间段(512)外周设有隔热层(54)。5.根据权利要求4所述的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，其特征在于，所述隔热层(54)的制造材料为岩棉、硅酸铝棉、玻璃棉或泡沫玻璃中的至少一种。6.根据权利要求1所述的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，其特征在于，所述热管装置(51)包括多根热管。7.根据权利要求6所述的缓解核电厂管道热分层效应的轴向传热系统，其特征在于，分层流体中冷流体被加热所需热量由以下公式计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亚甫，王明远，李盛杰，董鹏飞，马兆国，梁浩鑫，唐琼辉，王峰，
申请(专利权)人：中广核工程有限公司阳江核电有限公司中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：