RU2179289C2

RU2179289C2 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2179289C2
Application number: RU95121485A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Никишин; Н.Б. Трунов; Г.А. Таранков; С.А. Логвинов
Original assignee: Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс"
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: passive heat abstraction of nuclear reactor. SUBSTANCE: the heat exchanger has a bank of heat-exchanging tubes 1 connected to the upper and lower (3) chambers of heat-transfer agent. The bank of tubes is enclosed in housing 4 fed to which from the bottom is the cooling medium (air). Lower chamber 3 is provided with a drainage in the form of pipe connection 5, whose inlet is positioned above the outlets of the lower row of tubes of bank 1. Flooding of the outlets of the lower tubes of bank 1 results in reduction of temperature fluctuations on the tube walls. EFFECT: enhanced operate reliability of the heat exchanger. 1 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно к теплообменникам систем пассивного отвода тепла (СПОТ). The invention relates to nuclear energy, and more particularly to heat exchangers for passive heat removal systems (SPOT).

В случае аварий с потерей электроснабжения энергоблока требуется пассивный отвод тепла остаточных тепловыделений ядерного реактора, например, путем использования теплообменника, охлаждаемого воздухом /1/. In case of accidents with loss of power supply of the power unit, passive heat removal of residual heat of a nuclear reactor is required, for example, by using an air-cooled heat exchanger / 1 /.

Известен теплообменник /2/, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя. Known heat exchanger / 2 / containing a bunch of slightly inclined pipes located in the channel into which the cooling medium enters from below, and connected to the upper and lower coolant chambers.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является теплообменник /3/, содержащий пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенный к верхней и нижней камерам теплоносителя, последняя из которых снабжена дренажем для удаления теплоносителя из нижней камеры. Closest to the proposed invention is a heat exchanger / 3 / containing a bunch of slightly inclined pipes located in the channel into which the cooling medium flows from below and connected to the upper and lower coolant chambers, the last of which is equipped with a drain to remove the coolant from the lower chamber.

При использовании такого теплообменника в СПОТ ядерной энергетической установки пассивный принцип достигается путем отсечения теплообменника по воздушному тракту. При этом за счет потерь тепла через теплоизоляцию воздушного тракта охлаждаемый теплоноситель (пар) в трубах частично конденсируется, причем наиболее сильная конденсация происходит в нижних трубах пучка, которые охлаждаются воздухом с наименьшей температурой. На нижней образующей внутренней стенки труб образуется пленка конденсата. В процессе конденсации пар через верхнюю и нижнюю камеры движется в зону конденсации. When using such a heat exchanger in the SPOT of a nuclear power plant, the passive principle is achieved by cutting off the heat exchanger through the air path. In this case, due to heat losses through the thermal insulation of the air path, the cooled heat carrier (steam) in the pipes partially condenses, and the most severe condensation occurs in the lower tubes of the beam, which are cooled by air with the lowest temperature. A condensate film forms on the lower generatrix of the inner wall of the pipes. In the process of condensation, steam moves through the upper and lower chambers into the condensation zone.

Недостатком известных теплообменников является пониженная надежность в режиме ожидания, когда теплообменник отсечен по воздушному тракту. При этом поток пара из нижней камеры срывает пленку конденсата с внутренней поверхности труб, что приводит к образованию пробок и неравномерному охлаждению стенок трубы. Кроме того, наличие встречных потоков пара создает турбуленцию, также приводящую к отрыву пленки конденсата от стенки трубы. Следствием описанных явлений является возникновение температурных пульсаций на стенке трубы, вызывающих циклические напряжения, снижающие эксплуатационную надежность теплообменника. A disadvantage of the known heat exchangers is reduced reliability in standby mode when the heat exchanger is cut off through the air duct. In this case, the steam flow from the lower chamber tears the condensate film from the inner surface of the pipes, which leads to the formation of plugs and uneven cooling of the pipe walls. In addition, the presence of oncoming steam flows creates turbulence, which also leads to the separation of the condensate film from the pipe wall. A consequence of the described phenomena is the occurrence of temperature pulsations on the pipe wall, causing cyclic stresses that reduce the operational reliability of the heat exchanger.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности теплообменника путем снижения температурных напряжений на стенках труб. The aim of the invention is to increase the operational reliability of the heat exchanger by reducing temperature stresses on the pipe walls.

Задачей изобретения является сохранение условий для равномерного стока конденсата, образующегося в режиме ожидания, в выходную камеру теплообменника. The objective of the invention is to maintain conditions for a uniform drain of condensate formed in standby mode into the output chamber of the heat exchanger.

Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы теплообменника и снижение вероятности аварии из-за усталостного разрыва труб теплообменника, работающих под давлением. The technical result of the invention is to increase the service life of the heat exchanger and reduce the likelihood of an accident due to fatigue rupture of the heat exchanger tubes operating under pressure.

Указанная цель достигается тем, что в известном теплообменнике, содержащем пучок слабонаклонных труб, расположенных в канале, в который снизу поступает охлаждающая среда, и присоединенных к верхней и нижней камерам теплоносителя, последняя из которых снабжена дренажем для удаления теплоносителя из нижней камеры, согласно изобретению упомянутый дренаж для удаления теплоносителя расположен выше точки присоединения к нижней камере по крайней мере одного ряда труб пучка. This goal is achieved by the fact that in the known heat exchanger containing a bundle of slightly inclined pipes located in the channel into which the cooling medium flows from below and connected to the upper and lower coolant chambers, the latter of which is provided with a drainage to remove the coolant from the lower chamber, according to the invention, said drainage to remove the coolant is located above the point of attachment to the lower chamber of at least one row of bundle pipes.

При таком устройстве дренажа выходные отверстия по крайней мере одного ряда труб в нижней камере затоплены конденсатом, который препятствует проникновению в трубы пара из нижней камеры. Пар движется в зону конденсации только из верхней камеры попутно с потоком конденсата, что создает условия для равномерного стекания конденсата в нижнюю камеру. В результате достигается более равномерное охлаждение стенок труб, снижаются температурные пульсации, что приводит к повышению эксплуатационной надежности теплообменника. With such a drainage device, the outlets of at least one row of pipes in the lower chamber are flooded with condensate, which prevents steam from entering the lower chamber from entering the pipes. Steam moves to the condensation zone only from the upper chamber along with the condensate stream, which creates the conditions for uniform condensate drainage into the lower chamber. As a result, more uniform cooling of the pipe walls is achieved, temperature pulsations are reduced, which leads to an increase in the operational reliability of the heat exchanger.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен вертикальный разрез теплообменника. The invention is illustrated in the drawing, which shows a vertical section of a heat exchanger.

Теплообменник состоит из пучка теплообменных труб 1, присоединенных к верхней 2 и нижней 3 камерам теплоносителя. Трубный пучок заключен в кожух 4, в который снизу поступает охлаждающая среда (воздух). Нижняя камера 3 снабжена дренажем в виде патрубка 5, входное отверстие которого расположено выше выходных отверстий нижнего ряда труб пучка 1. The heat exchanger consists of a bundle of heat transfer tubes 1 connected to the upper 2 and lower 3 chambers of the coolant. The tube bundle is enclosed in a casing 4, into which a cooling medium (air) enters from below. The lower chamber 3 is provided with drainage in the form of a pipe 5, the inlet of which is located above the outlet openings of the lower row of tubes of the beam 1.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

В режиме ожидания, когда теплообменник отсечен по воздушному тракту, за счет потерь тепла через теплоизоляцию кожуха 4 охлаждаемый теплоноситель в трубах пучка 1 частично конденсируется, причем наиболее сильная конденсация происходит в нижних трубах пучка 1, которые охлаждаются воздухом с наименьшей температурой. На нижней образующей внутренней стенки труб образуется пленка конденсата. Пленка стекает в нижнюю камеру 3, причем за счет верхнего расположения дренажа в виде патрубка 5 нижние ряды труб затоплены конденсатом. В процессе конденсации пар движется в зону конденсации только через верхнюю камеру 2 попутно с движением конденсата. При этом конденсат стекает в нижнюю камеру 3 равномерно, что приводит к снижению температурных напряжений в стенках труб. In standby mode, when the heat exchanger is cut off through the air duct, due to heat losses through the insulation of the casing 4, the cooled heat carrier in the tubes of the bundle 1 partially condenses, the most severe condensation occurring in the lower tubes of the bundle 1, which are cooled by air with the lowest temperature. A condensate film forms on the lower generatrix of the inner wall of the pipes. The film flows into the lower chamber 3, and due to the upper location of the drainage in the form of a pipe 5, the lower rows of pipes are flooded with condensate. In the process of condensation, steam moves into the condensation zone only through the upper chamber 2 along with the movement of the condensate. When this condensate flows down into the lower chamber 3 evenly, which leads to a decrease in temperature stresses in the walls of the pipes.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает существенным преимуществом по сравнению с прототипом. Внедрением предлагаемого решения достигается повышение надежности теплообменника. Thus, the proposed technical solution has a significant advantage compared to the prototype. The implementation of the proposed solution is achieved by increasing the reliability of the heat exchanger.

Экономическая эффективность применения предлагаемого решения определяется увеличением срока службы теплообменника и снижением вероятности аварии в результате усталостного разрыва труб теплообменника, работающих под давлением. The economic efficiency of the proposed solution is determined by increasing the life of the heat exchanger and reducing the likelihood of an accident as a result of fatigue rupture of heat exchanger pipes operating under pressure.

Наиболее целесообразно предложенные решения использовать в теплообменниках СПОТ ядерных энергетических установок, имеющих воздушное охлаждение и отсекаемых по воздушному тракту в режиме ожидания. It is most expedient to use the proposed solutions in the SPOT heat exchangers of nuclear power plants that have air cooling and are cut off through the air duct in standby mode.

Источники информации
1. А.с. СССР N 1507096, МПК G 21 C 15/18.Sources of information
1. A.S. USSR N 1507096, IPC G 21 C 15/18.

2. Патент Англии N 1270568, МПК F 28 d 7/02. 2. England patent N 1270568, IPC F 28 d 7/02.

3. Патент Англии N 1173717, НКЛ F 4 S. 3. England patent N 1173717, NKL F 4 S.

Claims

A heat exchanger containing a bundle of slightly inclined pipes located in a channel into which a cooling medium enters from below and connected to the upper and lower coolant chambers, the last of which has a drain to remove the coolant from the lower chamber, characterized in that the said drain to remove the coolant is located above points of attachment to the lower chamber of at least one row of beam tubes.