CN105091631A - 一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，所述换热器采用内衬螺旋通道同轴式换热管束和多管板形成监测通道，并在该监测通道内充入较高压力的保护气体，这样能够避免传统换热管泄漏造成的两种流体的接触，设备安全性高。当内管或者外管发生泄漏时，监测通道中较高压力的流体会通过内管或外管的缺陷进入泄露管一侧的流体中，导致监测通道中流体压力降低，再通过压力检测器反馈的信号可以确切得知泄漏的发生。本发明的换热器将传统为防止介质内漏使用中间回路作为安全屏障的回路取消，降低一次性建设投资费用，提高经济性能。

Description

一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器

技术领域

本发明涉及热交换领域，特别是涉及一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器。

背景技术

目前，换热器的品种有很多种，在核能反应堆常用的管壳式换热器其换热管壁出现缺陷可能发生内漏，两种介质的混合后从而造成介质污染、***、甚至核泄漏等严重后果。

以现有钠冷快堆为例，如图1所示，采用钠-钠-水/汽的三回路热传输***，将一回路冷却***的热量经中间热交换器传给二回路主冷却***，再经蒸汽换热器将热传给水/蒸汽***，这样的结构能够防止一回路***中放射性钠与蒸汽发生器中的水相接触，避免蒸汽发生器中发生大面积钠水反应，保障反应堆的堆芯安全。

然而，二回路***的设置，必然需要大量铺设管道、钠阀、额外的换热设备-中间热交换器和二次钠泵以及相应的钠净化、钠充排等，其直接后果是导致反应堆***复杂、一次性建设投资费用较高，影响钠冷快堆电站的经济性能。

在安全性要求非常高的核能领域，对于换热器出现内漏时不能实时监测，特别是换热管壁出现微小的渗漏缺陷时，无法监测，久之将对***产生很大的安全隐患。

因此，提供一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，用于解决现有技术中换热器不能实时监测内漏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，所述同轴管式换热器至少包括：外壳、第一管板、第二管板以及同轴式换热管束；

所述第一管板和第二管板安装在所述外壳中，所述外壳包括第一壳体、第二壳体和第三壳体；

所述第一壳体与第一管板形成第一空腔，所述第二壳体与第二管板形成第二空腔；所述第三壳体与第一管板及第二管板形成第三空腔；

所述同轴式换热管束包括若干根换热管，每根换热管包括外管、嵌套在所述外管内部的内管，所述外壳和内管之间形成螺旋通道；

所述内管的管口固定在所述第一管板上并与所述第一空腔连通；所述外管的管口固定在所述第二管板上，使所述螺旋通道与所述第三空腔连通。

可选地，所述第一壳体上设置有第一流体入口和第一流体出口，第一流体通过第一流体入口进入第一空腔，再进入内管进行换热后从第一流体出口流出。

可选地，所述第二壳体上设置有第二流体入口和第二流体出口，第二流体通过第二流体入口进入第二空腔，沿着所述外管的外壁进行换热后从第二流体出口流出。

可选地，所述第三壳体上设置有第三流体入口，第三流体通过第三流体入口进入第三空腔，再进入螺旋通道，保持一定的压力不循环。

可选地，所述第三流体的压力大于所述第一流体和第二流体的压力。

可选地，所述第三流体入口处设置有压力检测器。

可选地，所述第三流体为氮气或者惰性气体。

可选地，所述螺旋通道中设置有环绕在所述内管外壁上的螺旋结构。

可选地，所述螺旋结构的材料为纯铜或者铜合金。

可选地，所述螺旋结构与所述内管外壁及外管内壁均接触。

可选地，所述第一空腔中还设置一挡板，用于隔离换热前后的第一流体。

可选地，所述外管和内管为U型管，所述外管安装在第二空腔中。

可选地，所述外管和内管为直管，所述外管安装在第二空腔中。

可选地，所述第一管板包括第一板和第二板，所述内管的一个管口固定在所述第一板上、另一个管口固定在所述第二板上；所述第二管板包括第三板和第四板，所述外管的一个管口固定在所述第三板上、另一个管口固定在所述第四板上。

如上所述，本发明的一种具备实时监测泄漏功能的同轴管式换热器，具有以下有益效果：采用内衬螺旋通道同轴式换热管束和多管板形成的监测通道，在此监测通道内充入较高压力的保护气体，能够避免传统换热管泄漏造成的两种流体的接触，设备安全性高；即使出现换热管泄漏也不影响***安全，甚至可以继续运行，此举大大提高了***的安全可靠性。由于监测气体与工作介质的较高压力差，即使出现换热管微小渗漏，也能实时通过监测气体的压力监测器放大反馈出泄漏信号，提高了换热器泄漏监测的灵敏性和快速响应能力。在传统换热器内集成了第三种气体监测保护功能，将传统为防止介质内漏使用中间回路作为安全屏障的回路取消，从而降低一次性建设投资费用，提高经济性能。

附图说明

图1为现有技术中某钠冷快堆蒸汽发生器***原理图。

图2为本发明取消中间回路的钠冷快堆蒸汽发生器***原理图。

图3为实施例一中具备实时监测泄漏功能的同轴管式换热器整体结构示意图。

图4为实施例一中同轴式换热管束中单根换热管的结构示意图。

图5为实施例二中具备实时监测泄漏功能的同轴管式换热器整体结构示意图。

元件标号说明

1第一壳体

101第一流体入口

102第一流体出口

2第二壳体

201第二流体入口

202第二流体出口

3第三壳体

301第三流体入口

4第一管板

41第一板

42第二板

5第二管板

51第三板

52第四板

6外管

7内管

8螺旋通道

9螺旋结构

10第一空腔

11第二空腔

12第三空腔

13挡板

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图3所示，本实施例提供一种具备实时监测泄漏功能的同轴管式换热器，所述同轴式换热器至少包括外壳、第一管板4、第二管板5以及同轴式换热管束。

所述外壳包括第一壳体1、第二壳体2和第三壳体3。所述第一壳体1上设置有第一流体入口101和第一流体出口102，所述第二壳体2上设置有第二流体入口201和第二流体出口202，所述第三壳体3上设置有第三流体入口301。

所述第一管板4和第二管板5安装在所述外壳中。具体地，所述第一管板4位于所述第一壳体1和第三壳体3之间，所述第二管板5位于所述第三壳体3和第二壳体2之间，所述第一壳体1与第一管板4形成第一空腔10，所述第二壳体2与第二管板5形成第二空腔11；所述第三壳体3与第一管板4及第二管板5形成第三空腔12。

所述同轴式换热管束包括若干根换热管，所述换热管的结构如图3和图4所示，每根换热管包括外管6、嵌套在所述外管6内部的内管7，所述外壳6和内管7之间形成螺旋通道8。

所述内管7的管口固定在所述第一管板4上并与所述第一空腔10连通；所述外管6的管口固定在所述第二管板5上，使所述螺旋通道8与所述第三空腔12连通。

本实施例中，所述外管6为U型管，且安装在第二空腔11中。此时，所述外管6的两个管口位于同一水平面，所述内管7的两个管口也位于同一水平面。这种情况下，所述外管6的两个管口可以同时固定在同一管板上，即第二管板5上；所述内管7的两个管口也可以同时固定在同一管板上，即第一管板4上。

考虑到换热管内流体的的温度、压力及腐蚀影响等原因，所述内管7和外管6可以选择相同或者不同的材料，以达到节约成本的目的。例如，所述内管7可以为哈氏合金，所述外管6为哈氏合金或者不锈钢304等，在此不限。另外，所述外管6和内管7不限于光管，即，根据需要，所述外管6和内管7的表面也可以设置凹凸图案等等。

本实施例提供的同轴管式换热器工作时，分别由第一流体入口101和第二流体入口201通入相应的具有一定温差的流体进行换热。具体工作过程为：

第一流体通过所述第一流体入口101进入第一空腔10，再进入内管7进行换热后从第一流体出口102流出并循环。即，所述第一流体进入第一空腔10后，与所述内管7的内壁面接触换热。为了使第一流体沿着正确的路径流动，在所述第一空腔10中设置有挡板13，隔离换热前后的第一流体。

第二流体通过所述第二流体入口201进入第二空腔11，沿着所述外管6的外壁进行换热后从第二流体出口202流出并循环。即所述第二流体进入第二空腔11后，与所述外管6的外壁面接触换热。

第三流体通过所述第三流体入口301进入第三空腔12，再进入螺旋通道8，保持一定的压力不循环。通入所述第三空腔12及螺旋通道8的第三流体具有较高的压力，保持压力稳定。第三流体可以作为第一流体和第二流体间的高压屏障。具体要求公式为：P3>(P1,P2)max，其中，P1表示第一流体压力，P2表示第二流体压力，P3表示第三流体压力，即所述第三流体的压力应当大于所述第一流体和第二流体的压力。

所述第三流体要求与第一流体、第二流体均不发生物理或化学反应的气体或者液体，根据实际介质可以选择氮气或者惰性气体等。

所述的第三流体入口301安装有压力检测器(未予以图示)。所述压力检测器能够检测到所述内管7或外管6是否发生泄漏。当内管7或者外管6发生泄漏时，由于第三流体压力大于第一流体和第二流体的压力，第三流体会通过内管7或外管6的缺陷进入泄露管一侧的流体中，导致所述第三流体的压力降低，通过压力检测器反馈的信号能够确切得知泄漏的发生，以便于采取应急措施。

进一步地，为了增强所述第一流体和第二流体之间的热交换，可以在所述螺旋通道8中设置内衬的螺旋结构9，所述螺旋结构9环绕在所述内管7外壁上，优选地，所述螺旋结构9直接与内管7外壁以及外管6内壁接触。

所述螺旋结构9的截面、螺距不局限于等截面和等螺距，可以根据实际需要进行变化。所述螺旋结构9的截面形状可以是圆形、方形等等，在此不限。所述螺旋结构9可以为整体连续布置，或者分段布置等等，在此不限。内衬的螺旋结构9选择具有导热性好、延展性好、线膨胀率高的纯铜或者铜合金等，但不局限于此。

本实施例提供的同轴管式换热器具备实时监测泄漏功能，通过设置第三流体通道，来避免换热器内漏导致的两种流体接触，该换热器安全可靠。如图2所示为本发明取消了防止介质内漏而作为安全屏障的中间回路(二回路)，这样可以降低一次性建设投资费用，提高经济性能。本实施例提供的同轴管式换热器可以广泛应用在核能、航空航天、石油化工、动力机械、食品、医药等领域中。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中外管6和内管7的两个管口不在同一水平面上，这种情况下，则需要不同水平高度的管板进行管口的固定。

作为示例，所述外管6和内管7均为直管，所述外管6安装在第二空腔11中。如图5所示，分别需要两块板对所述外管6和内管7的管口进行固定。

具体地，所述第一管板包括第一板41和第二板42。所述内管7的一个管口固定在所述第一板41上、另一个管口固定在所述第二板42上；所述第二管板包括第三板51和第四板52，所述外管6的一个管口固定在所述第三板51上、另一个管口固定在所述第四板52上。

与实施例一相比，本实施例中的第一壳体1分开为两个部分，与第一板41及第二板42形成两个第一空腔10，两个第一空腔10由内管7连通。所述第一流体入口101和第一流体出口102分别设置在两个第一壳体1上。

所述第三壳体3也分开为两个部分，与第三板51及第四板52形成两个第三空腔12，两个第三空腔12由螺旋通道8连通。第三流体入口301可以设置在第三壳体3的任何位置。

所述第二壳体2为一个部分，与第三板51及第四板52形成第三空腔11，所述第二流体入口201和第二流体出口202设置在第二壳体2上。

所述第一流体、第二流体和第三流体在换热器中的工作原理与实施例一相同，在此不再重述。

综上所述，本发明提供一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，该换热器采用内衬螺旋通道同轴式换热管束和多管板形成的监测通道，在此监测通道内充入较高压力的保护气体，能够避免传统换热管泄漏造成的两种流体的接触，设备安全性高。在传统换热器内集成了第三种气体监测保护功能，将传统为防止介质内漏使用中间回路作为安全屏障的回路取消，从而降低一次性建设投资费用，提高经济性能。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于，所述同轴管式换热器至少包括：外壳、第一管板、第二管板以及同轴式换热管束；

所述第一管板和第二管板安装在所述外壳中，所述外壳包括第一壳体、第二壳体和第三壳体；

所述第一壳体与第一管板形成第一空腔，所述第二壳体与第二管板形成第二空腔；所述第三壳体与第一管板及第二管板形成第三空腔；

所述同轴式换热管束包括若干根换热管，每根换热管包括外管和嵌套在所述外管内部的内管，所述外壳和内管之间形成螺旋通道；

所述内管的管口固定在所述第一管板上并与所述第一空腔连通；所述外管的管口固定在所述第二管板上，使所述螺旋通道与所述第三空腔连通。

2.根据权利要求1所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第一壳体上设置有第一流体入口和第一流体出口，第一流体通过第一流体入口进入第一空腔，再进入内管进行换热后从第一流体出口流出。

3.根据权利要求2所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第二壳体上设置有第二流体入口和第二流体出口，第二流体通过第二流体入口进入第二空腔，沿着所述外管的外壁进行换热后从第二流体出口流出。

4.根据权利要求3所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第三壳体上设置有第三流体入口，第三流体通过第三流体入口进入第三空腔，再进入螺旋通道，保持一定的压力不循环。

5.根据权利要求4所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第三流体的压力大于所述第一流体和第二流体的压力。

6.根据权利要求4所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第三流体入口处设置有压力检测器。

7.根据权利要求4所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第三流体为氮气或者惰性气体。

8.根据权利要求1所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述螺旋通道中设置有环绕在所述内管外壁上的螺旋结构。

9.根据权利要求8所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述螺旋结构的材料为纯铜或者铜合金。

10.根据权利要求8所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述螺旋结构与所述内管外壁及外管内壁均接触。

11.根据权利要求2所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第一空腔中还设置一挡板，用于隔离换热前后的第一流体。

12.根据权利要求1～11任一项所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述外管和内管为U型管，所述外管安装在第二空腔中。

13.根据权利要1～10任一项所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述外管和内管为直管，所述外管安装在第二空腔中。

14.根据权利要求13所述的具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器，其特征在于：所述第一管板包括第一板和第二板，所述内管的一个管口固定在所述第一板上、另一个管口固定在所述第二板上；所述第二管板包括第三板和第四板，所述外管的一个管口固定在所述第三板上、另一个管口固定在所述第四板上。