BG100732A - Heat exchanger for a contaminated fluid - Google Patents

Abstract

The exchanger is used in the nuclear industry. The tubes (2) forming the tube core are welded and crimped across the whole width of the tubular plate (3) which defines the floating head (5) together with the sealing cover, and said tubular plate is also welded and crimped to the calandre (1) along the whole of its periphery.

Description

Настоящото изобретение се отнася до топлообменни устройства и по-специално тези, предназначени да охлаждат една загрята течност, която е била замърсена с радиоактивни вещества и която се изхвърля от корпуса на един ядрен реактор,The present invention relates to heat exchangers, and in particular those designed to cool a heated liquid which has been contaminated with radioactive substances and which is discharged from the housing of a nuclear reactor,

В ядрените централи са познати охлаждащи устройства наNuclear power plants have known cooling systems

V загряти и замърсени течности, които използват междинен топлообменник.V heated and contaminated liquids using an intermediate heat exchanger.

Този тип устройства съдържат един първи топлообменник, обикновено наричан междинен топлообменник, който осъществява един ' първи топлообмен между загрятата и замърсена течност, излизаща от реактора, и една първа охлаждаща течност и един втори топлообменник, който осъществява един втори топлообмен между първата охлаждаща течност и една втора охлаждаща течност, като последната се изхвърля навън,These types of devices comprise a first heat exchanger, commonly referred to as an intermediate heat exchanger, which performs a 'first heat exchange between the heated and contaminated fluid exiting the reactor, and one first coolant and a second heat exchanger that performs a second heat exchange between the first coolant a second coolant, the latter being thrown out,

С използването на тези устройства с междинен топлообменник се осигурява една двойна защита на околната среда от радиоактивно замърсяване. И наистина, за да има замърсяване трябва радиоактивните вещества да преминат през две стени, разделящи топлообменния процес (по една стена на един топлообменник) .The use of these devices with an intermediate heat exchanger provides one double protection of the environment from radioactive contamination. Indeed, in order to be contaminated, radioactive substances must pass through two walls separating the heat transfer process (one wall per heat exchanger).

• · • · · · · · • ·• · · · · · · ·

Тъй като охлаждащата течност и топлата течност, преминаващи през един топлообменник, имат различна температура, последният често е подложен на температурни градиенти и на преходни термични явления с голяма амплитуда през периодите на нормална експлоатация на ядрения реактор, а още по-големи, в случай на инцидент.Because the coolant and the warm fluid passing through a heat exchanger have different temperatures, the latter is often subjected to temperature gradients and transient thermal phenomena of large amplitude during normal reactor operation periods, and even more so in the case of a nuclear reactor. incident.

Една от основните задачи на проектантите на ядрени централи е да разработят междинен топлообменник, който да бъде колкото е възможно механично по-устойчив на упражняваните върху него усилия, които са резултат от разликите в деформирането на тръбите, през които минава охлаждащата течност и тези на каландъра на топлообменника, през които протича топлата течност.One of the main tasks of nuclear power plant designers is to develop an intermediate heat exchanger that is as mechanically resilient as possible to the forces exerted on it, which are the result of differences in the deformation of the pipes through which the coolant and the calender pass. of the heat exchanger through which the warm liquid flows.

За тази цел, е предвиден един силфон и една деформируема стена (френски патент N 712 359 и английски патент N 1286722 ) в междинния топлообменник, чиято задача е да поемат споменатите по-горе деформации. Освен това, в патент US-А N 3850231 се предлага едно устройство, съоръжено с междинен топлообменник в който са предвидени два силфона , през които трябва да премине топлата течност, преди да замърси охлаждащата течност и едно средство, разположено в затвореното пространство, ограничено от двата силфона, каландъра и плаващата глава, за да се детектира изтичането на топла течност през първия силфон.For this purpose, a bellows and one deformable wall (French patent N 712 359 and English patent N 1286722) are provided in the intermediate heat exchanger, which is designed to absorb the deformations mentioned above. In addition, U.S. Pat. No. 3,850,231 proposes a device equipped with an intermediate heat exchanger, which provides two bellows to pass warm liquid before it contaminates the coolant and one medium enclosed within a confined space. two bellows, a calender and a floating head to detect the flow of warm fluid through the first bellows.

Английският патент GB-A-12867222 и патент US-A-3850231 позволяват ефективно да се подобри устойчивостта към механичните деформации, дължащи се на разширяването, като се вгради един силфон. който поема тези деформации. Въпреки това, в топлообменниците, съгласно тези два патента, плътността на замърсената топла течност е намалена поради това, че замърсената топла течност се намира в директен контакт със силфона, през които тя може да изтече по- лесно.The British patent GB-A-12867222 and the patent US-A-3850231 effectively improve the resistance to mechanical deformation due to expansion by incorporating a bellows. which absorbs these deformities. However, in the heat exchangers according to these two patents, the density of the contaminated warm liquid is reduced because the contaminated warm liquid is in direct contact with the bellows, through which it can flow more easily.

• · · · · · • · • · ·· ·· · ···· · • · ··· ··· •······· ·· · ·· ··• · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

-3Съгласно патент US-A-3850231, топлата течност трябва да премине през два силфона, а не през един, както е съгласно английският патент, преди да зарази охлаждащата течност, но това отстранява само отчасти възможността от замърсяване на студената течност. И наистина, ако топлата течност може да изтече през първия силфон, то това е възможно да стане също и през втория в по-кратък или по-дълъг срок. В случай на нормално функциониране на реактора, ще бъде необходимо веднага след установяването на първото изтичане да се спрат операциите, което води до значителни преразходи и, в случай на повреда в работата на реактора, замърсяването ще бъде факт веднага след като топлата течност премине през втория силфон.-3According to US-A-3850231, warm fluid must pass through two bellows, rather than one, as per the English patent, before infecting the coolant, but this only partially eliminates the possibility of contamination of the cold liquid. Indeed, if warm fluid can leak through the first bellows, then it may also happen in the second in a shorter or longer period. In the case of the normal functioning of the reactor, it will be necessary to suspend operations immediately after the first leak has been established, leading to significant costs and, in the event of a failure in the reactor operation, contamination will occur as soon as the warm fluid passes through the second. bellows.

Ниската херметичност на тези междинни топлообменници, известни до днес, не позволява да се създаде устройство за топлообмен между реактора и външната среда само с един топлообменник.The low leakage of these intermediate heat exchangers, known to date, does not allow the creation of a heat exchange device between the reactor and the external environment with only one heat exchanger.

Настоящото изобретение се отнася до едно топлообменно устройство, което притежава такива характеристики на механична устойчивост на деформации, дължащи се на температурния градиент, които да са толкова добри, колкото са известните до днес топлообменници и което въпреки че има само един топлообменник, има значително подобрени херметични характеристики, така че това топлообменно устройство, което има само един топлообменник, може да бъде разположено в защитните мрежи на една ядрена централа с цел да осигури охлаждането на замърсената топла течност, излизаща от корпуса на реактора с помощта на охлаждаща течност, подавана директно от външната среда, включително и в старите ядрени централи, в които няма место за разполагане на устройство с два топлообменника.The present invention relates to a heat exchanger having such mechanical resistance characteristics due to the temperature gradient, which are as good as those known to date, and although there is only one heat exchanger, it has significantly improved airtight characteristics so that this heat exchanger, which has only one heat exchanger, can be housed in the safety nets of a nuclear power plant in order to provide cooling for the contaminated top la fluid exiting the reactor vessel by means of a coolant supplied directly from the external environment, including in old nuclear power plants, where there is no room for a dual heat exchanger arrangement.

·· ·· ·· ···· * · · · · · · · · · · · • · ·· ·· · · · · · · • · · · · ··· ···· ···· ·· · ·· ·· •4· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· · ·· ·· • 4

Топлообменникът, предмет на настоящото изобретение се състои от:The heat exchanger of the present invention consists of:

- един цилиндричен каландър, които определя един резервоар, в който е предвиден един тръбен съединител за вход (изход) на охлаждащата течност в един от краищата си,- a cylindrical calender which defines a reservoir in which a coolant inlet pipe (outlet) is provided at one end thereof,

- една двойка тръбни решетки монтирани в резервоара. Едната двойка е фиксирана неподвижно към каландъра. Другата е заварена и танцувана към каландъра по цялата си периферия и образува, заедно с един капак, една плаваща глава, в която е предвиден един тръбен ф съединител за изхода (входа) на охлаждащата течност.- one pair of tube grilles mounted in the tank. One pair is fixed to the calendar. The other is welded and danced to the calender all over its periphery and forms, together with one lid, a floating head, which provides a pipe f connector for the coolant outlet (inlet).

- един сноп успоредни тръби. Единият им край е неподвижно фиксиран към тръбната решетка, която е неподвижно свързана с каландъра. Другият им край е заварен и щанцуван по цялата дебелина на тръбната решетка, която е заварена и щанцувана по цялата си периферия към каландъра.- one bundle of parallel tubes. One end is fixed to the tube grid which is fixedly connected to the calender. The other end is welded and stamped along the entire thickness of the tube grid, which is welded and stamped along its entire periphery to the calender.

Тръбният съединител за изхода (входа) на охлаждащата течност, разположен в плаващата глава е образуван от един силфон.The coolant outlet (inlet) pipe connector located in the floating head is formed by a single bellows.

Контактът силфон-топла течност, съществувал съгласно известните днес патенти и който представлява слабото место по о отношение херметичността за радиоактивните вещества е, че топлообменникът, съгласно изобретението, е премахнат. Той е заменен, съгласно изобретението, с един контакт топла течност-тръбна решетка заварена и щанцувана към каландъра. много πο-херметична по отношение на радиоактивните вещества. Тази херметичност се дължи на това, че краищата на тръбите са заварени и щанцувани към тръбната решетка по цялата й дебелина, а самата тя е заварена и щанцувана по цялата си периферия към каландъра.The contact bellows-warm liquid, which existed according to patents known today, and which represents a weak point in the leakage of radioactive substances, is that the heat exchanger according to the invention has been removed. It has been replaced, according to the invention, by a single contact, a liquid-tube grate welded and stamped to the calender. very πο-hermetic with respect to radioactive substances. This tightness is due to the fact that the ends of the pipes are welded and stamped to the tube grille along its entire thickness, and it itself is welded and stamped along its entire periphery to the calender.

• · · · · · • ·• · · · · ·

• · · · · • · · · · · • · · • · · ·• · · · · · · · · · · · · · · · ·

Тези заварки могат да породят съмнението, че тръбната решетка ще стане много чуствителна към термичните натоварвания, които биха довели до влошаване на херметичността.These welds may give rise to the suspicion that the tubing will become very sensitive to thermal stresses, which would lead to a deterioration of the tightness.

Обаче, с използуването на един силфон, отдалечен от пространството, запазено за топлата течност, но достатъчно близко до тръбната решетка, се постигна достатъчно добро поемане на термичните натоварвания за да се защити тръбната решетка от тяхното вредно влияние, като силфонът предпазва тръбната решетка от термичните натоварвания, докато тръбната решетка предпазва силфона от контакт с ©However, by using a bellows away from the space reserved for the warm liquid but close enough to the tube grid, a sufficiently good absorption of the thermal loads was achieved to protect the tube grid from their harmful effect, while the bellows protects the tube grid loads while the tube grille prevents the bellows from contacting ©

топлата течност.warm liquid.

Съгласно едно предпочитано приложение на изобретението, силфонът е по-близо до оста на каландъра на тръбната решетка, заварена и танцувана към каландъра, отколкото до върха на плаващата глава. Тъй като деформациите, дължащи се на температурния градиент, са найзначими при контакта на тръбната решетка и каландъра, фактът че силфонът е в непосредствено съседство с тръбната решетка осигурява това, че силфонът поема най-значимите деформации възможно най-бързо. И така, съгласно предпочитаното приложение на изобретението, ф топлообменникът е механично по-херметичен и по-устойчив от известните до днес и, по-специално, от описаните в патенти GB-A -12867222 и US-A38502.31.According to a preferred embodiment of the invention, the bellows is closer to the axis of the pipe grid calender welded and danced to the calender than to the tip of the floating head. Since deformations due to the temperature gradient are most significant at the contact of the tube grid and the calender, the fact that the bellows is adjacent to the pipe grid ensures that the bellows absorbs the most significant deformations as quickly as possible. Thus, according to a preferred embodiment of the invention, the heat exchanger is mechanically more sealed and more resistant than known to date and, in particular, than those described in patents GB-A-12867222 and US-A38502.31.

Съгласно едно друго приложение на изобретението, тръбният съединител на силфона е от същата страна на каландъра, на която е разположен тръбният съединител за вход на топлата течност, по-специално на същата образуващата на каландъра, Следователно, силфонът е възможно най-близко до точката на зоната на контакт топла течносттръбна решетка, където температурния градиент е максимален, Разполагайки силфона възможно най-близо до тази точка на тръбната решетка, се осигурява още по-висока ефективност при поемане на деформациите от силфона.According to another application of the invention, the bellows pipe connector is on the same side of the calender to which the pipe fluid inlet of the warm fluid is located, in particular of the same caliper forming pipe. Therefore, the bellows is as close to the point of the bellows as possible. the contact zone is a warm fluid tube tube, where the temperature gradient is maximum. By placing the bellows as close as possible to this point on the tube grid, it provides even greater efficiency in absorbing deformations from the bellows.

• · · · « · • ·• · · · · ·

• · ·· · · · · · · • · ·· ·· · · · · · 9 • · · · · ··· ···· ···· ·· · »· ·· '01 нофуиз ниДа ίο ихоеихо иохочо ао я у-ахининаяд 9 eaevj BieTneaevu Axdia наДиаДаби а хооньех вхегпеУжвухо ен (впохеи) ettoxa ее g уахиниДачо Hagqdx нийз xooHhax evuoi ехенаоскювг ен (ettoxen) ettoxa εε уахинийачо надчск нийа найиейасШ а вйчДнвуея Xxdqg с earn erneaevu енйа енедихном a t есИйнвуем ич>| хооньах e.evnWwvxo ен (еДохаи) вДоха ее б уахиниДачо wagqdx ниДа наХГиаДаби ;? снеюх я у eaevx енДа 0 ваггючаее |. xqdQtfHBveyj ε имхатаб ахиндчдх вн енихадай exev«n ου инеаАПнвт и инабеаве ео ζ ахидчйх ε nxxarnad ахиндчск лгжаи нвдихною a owhMXOBh наЯвИ а ох^оя г идчск ионо иео [ : ооичак erneWevxo ен анваенимайн εε ‘g идчбх иавсЮ ионо ниДа о неИдено t ачйнвувх ниДа вжйчДчо яиннамдооуиох хвинааехоДаби охаинахабдоеи ohobvj4o яиннамдооуиох ниДа вн анеаАеуоиеи ен ахиниивн хо ниНа dawndu oxex cwbo наДей а охаинвоиио тя внажоуисю вхвсМхиф вн ndexo ашгиеяАнхааПно аьаа вн оханеавнаиабачоо ве иуи BvediHan енадйв внДа вя HtfoxsBCi aiHHaaioUoasHodu ен оханеаиувмен eatsvoasou охаинахабдоеи i4MMHHawgoovuoi \юонниха1люах emaVoxltfou HdAjnoo ехиннамдооупох eatf анои χβιλμ etf eagudi Baxa^odxoA иеах и а ан esox. eaionodxoA оанД ахихвнеои otf вовнхо βο оП1 нчаен оняадиг/ eanvew ao охноя хооньах вГпвЯжвухо о ‘eoAudoM 10 вГпвнихеи iooHhai eviiox вхеназЬчмве ettxevxo ‘вибеав ен ивнЛуо а ‘охиох ‘doxxead Hadtib нийа вн eoAudox вн eindaa енхиГпее BHtfa а онваеуоиеи atfag etf os хвйвуояеои ¹охаинаха0доеи ohobvj4o ‘еяинна!Л1дооуиох ен хооаиьиохоА вньинехам и хоонитажЬх ахияиюисюхмейех ‘ниьен ачяв! o[j• · · · · · · · · • • · · · · · · · · 9 • • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ihoeiho iohocho ao January y-ahininayad 9 eaevj BieTneaevu Axdia naDiaDabi a hoonyeh vhegpeUzhvuho ene (vpohei) ettoxa ee g uahiniDacho Hagqdx Niese xooHhax evuoi ehenaoskyuvg ene (ettoxen) ettoxa εε uahiniyacho nadchsk niya nayieyasSh a vychDnvueya Xxdqg to earn erneaevu enya enedihnom at esIynvuem ir> | hoonyah e.evnWwvxo he (eDohai) in Doha her b wahiniDacho wagqdx nidA onHGiaDabi ;? sniuh i in eaevx enda 0 wagging |. xqdQtfHBveyj ε imhatab ahindchdh HV enihaday exev «n ου ineaAPnvt and inabeave ec ζ ahidchyh ε nxxarnad ahindchsk lgzhai nvdihnoyu a owhMXOBh light and ooh ^ Oya d idchsk iono CLIL [: ooichak erneWevxo ene anvaenimayn εε 'g idchbh iavsYu iono NIDA o neIdeno t achynvuvh NIDA vzhychDcho yainnamdoouioh hvinaaehoDabi ohainahabdoei ohobvj4o yainnamdoouioh NIDA HV aneaAeuoiei ene ahiniivn ho Nina dawndu oxex cwbo Nadel and ohainvoiio it vnazhouisyu vhvsMhif HV ndexo ashgieyaAnhaaPno ayaa HV ohaneavnaiabachoo ve iui BvediHan enadyv vnDa leaves to HtfoxsBCi aiHHaaioUoasHodu ene ohaneaiuvmen eatsvoasou ohainahabdoei i4MMHHawgoovuoi \ yuonniha1lyuah emaVoxltfou HdA jnoo ehinnamdoopoh eatf anoi χβιλμ etf eagudi Baxa ^ odxoA ieah and a en esox. eaionodxoA oanD ahihvneoi otf vovnho βο oP1 nchaen onyaadig / eanvew ao ohnoya hoonyah vGpvYazhvuho o 'eoAudoM 10 vGpvnihei iooHhai eviiox vhenazYchmve ettxevxo' vibeav ene ivnLuo a 'New Jersey' doxxead Hadtib niya HV eoAudox HV eindaa enhiGpee BHtfa a onvaeuoiei atfag etf os hvyvuoyaeoi ¹ ohainaha0doei ohobvj4o 'yayina! l1doooihoh en hooaiyiohoA vnyahah and hoonitazhh ahiyayyuyushuhmeyah' nien achyav! o [j

ОНОВУ.1ЧО за etf εεTHEN 1 for etf εε

OHW0IAi£4SOHW0IAi £ 4S

-s• · · · · · • · ·······«·· • · ·· · · · · · · · 9 • · 9 9 9 9 9 9 • 999 9999 99 · ·· ·· • / Дадени са:-s • · · · · · • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 • · 9 9 9 9 9 9 • 999 9999 99 · ·· ·· • / Given:

- ZZ'. основна ос на цилиндричния каландър, 1- ZZ '. main axis of the cylindrical calender, 1

- XX’ ос на тръбния съединител 8, предвиден в плаващата глава..- XX 'axis of the pipe connector 8 provided in the floating head.

- YV'. ос на тръбния съединител 7. предвиден в каландъра за входа (изхода) на топлата течност- YV '. axis of pipe connector 7. provided in the calender for the inlet (outlet) of the warm liquid

Тръбния съединител 8, по отношение ос ZZ' е разположено поблизо до тръбната решетка 3 отколкото до върха на плаващата глава 5.The pipe connector 8, with respect to the ZZ 'axis, is located closer to the tube grate 3 than to the top of the floating head 5.

От това следва, че силфонът 10 поема по-бързо деформациите, появяващи се в зоната на съединяване на тръбната решетка с каландъра. зона, е която температурният градиент е най-висок.It follows that the bellows 10 absorbs more quickly the deformations occurring in the area of connection of the tube grid with the calender. zone which is the highest temperature gradient.

В предпочитания модел на реализация, ъгълът образуван в нормалната равнина на оста ZZ¹, между проекцията на оста ХХ\ на равнината и проекцията на оста YY’ на същата равнина е нула. По този начин силфонът се намира възможно най-близо до зоната, в която температурният градиент е максимален, което му позволява бързо да поеме деформациите.In the preferred embodiment, the angle formed in the normal plane of the ZZ axis ¹ , between the projection of the axis XX \ on the plane and the projection of the axis YY 'on the same plane is zero. In this way, the bellows is located as close as possible to the zone where the temperature gradient is maximum, which allows it to absorb the deformations quickly.

Claims (3)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPatent Claims 1 Топлообемнник предназначен за индиректен обмен на топлина между една топла и замърсена течност за охлаждане и една охлаждаща (ечносг топлообменник състоящ се от един цилиндричн каландър (1), определящ един резервоар, завършващ с една глава (4) в която е разположен един тръбен съединител (9) за входа (изхода) на охлаждащата течност, една двойка тръбни решетки (3) монтирани в резервоара едната фиксирана към каландъра а другата - определяща, заедно с един кожух, една плаваща глава (5) в която е разположен един тръбен съединител (8) за изхода (входа) на охлаждащата течност., един сноп успоредни тръби (2) миито противоположни краища са фиксирани към тръбните решетки, един тръбно съединение (7) за входа (изхода) на замърсената топла течност в резервоара което тръбно съединение е разположено в каландъра, едно гоъбно съединение (8) за изхода на замърсената топла течност от резервоара, което тръбно съединение е разположено в каландъра, едно тръбно съединение (11) за протичане на охлаждащата течност което съединение е определено отчасти от силфона (10), характеризиращ с» с това, че тръбите (3) образуващи снопа тръби са заварени и танцувани по цялата дебелина на тръбната решетка, която, заедно с кожуха определя плаващата ( лава (5), като тръбната решетка е също заварена и танцувана към каландъра по цялата си периферия1 Heat exchanger intended for the indirect exchange of heat between a warm and contaminated coolant and a cooling medium (heat exchanger consisting of a cylindrical calender (1) defining a reservoir terminating with one head (4) in which a tubular connector is arranged (9) for the inlet (outlet) of the coolant, one pair of tubular grilles (3) mounted in the tank one fixed to the calender and the other defining, together with one housing, a floating head (5) in which a pipe connector (5) is located. 8) for the output (input) of coolant., one bundle of parallel tubes (2) my opposite ends are fixed to the tube grilles, one tube joint (7) for the inlet (outlet) of the contaminated warm liquid in the tank which tube joint is located in the calender, one sponge joint (8 ) for the outlet of the contaminated hot liquid from the tank, which pipe connection is located in the calender, one pipe connection (11) for the flow of coolant which connection is determined partly by the bellows (10), characterized in that the pipes (3 ) forming and the tube bundles are welded and danced over the entire thickness of the tube grate, which, together with the casing, determines the floating (lava (5), the tube grille is also welded and danced to the calender throughout its periphery 2 - Топлообменник, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че тръбното съединение (11) състоящо се от силфона (10) е по-блозо разположено, по отношение на оста на каландъра, до тръбната решетка, която е заварена и шанцована към каландъра, отколкото до върха на плаващата глава.A heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pipe connection (11) consisting of the bellows (10) is more closely positioned, relative to the axis of the calender, to the tube grille which is welded and punched to the calender than to the top of the floating head. • · • * · · • ·• · · · · 3 - Топлообменник, съгласно претениция 1 или 2 характеризиращ се с това, че тръбното съединение (11) и тръбното съединение (7) са разположени на една и съща образуваща на цилиндъра.3 - A heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe connection (11) and the pipe connection (7) are located on the same cylinder forming part.