HUT75005A - Heat exchanger for a contaminated fluid - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya hőcserélő, amely közvetett úton cseréli ki a hőt egy lehűtendő, meleg, szennyezett közeg és egy hűtőközeg között, és amelynek hengeres hűtőköpenye (1) van, amely tartályt képez és egy fejben (4) végződik, amelybe a hűtőközeg számára belépő (kilépő) csatlakozás (9) van kialakítva, valamint a tartályba szerelt egy pár csőlapja (3) van és ezek közül az egyik mereven a hűtőköpenyre (1) van rögzítve és a másik egy zárőkupakkal lebegő fejet (5) képez, amelybe a hűtőközeg számára egy kilépő (belépő) csatlakozás (8) torkollik, valamint egy csőkötege (2) van, amely párhuzamos csövekből áll és ezek ellentétes végei a csőlapokhoz (3) vannak rögzítve, a szennyezett, meleg közeg számára egy belépő csatlakozása (7) van a hűtőköpenyben (1) és ugyancsak a szennyezett, meleg közeg számára kilépő csatlakozása (6) van a hűtőköpenyben (1), továbbá a hűtőközeg elvezetésére szolgáló csatlakozása (8) van, amely legalább részben egy membránból (10) áll. A találmány lényege, hogy a csőköteget (2) képező csövek a csőlap (3) teljes vastagsagara vannak hegesztve és korcolva, amely csőlap a zárókupakkal a lebegő fejet (5) képezi és a csőlap (3) a hűtőköpenyre (1) van hegesztve és korcolva, annak teljes kerületén. /(.(ábra)The present invention relates to a heat exchanger which indirectly replaces heat between a cooled, contaminated medium and a refrigerant, and which has a cylindrical cooling jacket (1) which forms a container and ends in a head (4) into which the refrigerant enters (4). an outlet connection (9) is formed, and a pair of tube plates (3) mounted in the container, one of which is rigidly fixed to the cooling jacket (1) and the other is formed by a cap (5) floating with a cap, into which a refrigerant is attached. the outlet (inlet) connection (8) is discharged, and a tube (2) is provided which consists of parallel tubes and the opposite ends of which are fixed to the pipe plates (3), an inlet connection (7) for the contaminated hot medium in the cooling jacket ( 1) and also the contaminated hot fluid outlet (6) in the cooling jacket (1) and the coolant discharge c (1). there is a collapse (8) which is at least partially formed by a membrane (10). It is an object of the present invention that the tubes forming the tube bundle (2) are welded and crimped by the entire thickness of the tube (3), which is the floating head (5) with the closure cap and the tube (3) welded and crimped on the cooling jacket (1). , on its entire perimeter. /(.(figure)

Description

A találmány tárgya hőcserélő, különösen olyan hőcserélő, amely radioaktív anyagokkal szennyezett és nukleáris reaktor reaktorteréből származó meleg közeg hűtésére szolgál.The present invention relates to a heat exchanger, in particular a heat exchanger, for cooling a hot medium contaminated with radioactive materials and coming from the reactor space of a nuclear reactor.

A nukleáris központokban ismertek berendezések a meleg és szennyezett közeg lehűtésére, amelyekben közbenső hőcserélőt alkalmaznak.Equipment for cooling hot and contaminated media using an intermediate heat exchanger is known in nuclear centers.

Az ilyen típusú berendezések első hőcserélőből állnak, amelyet általában közbenső hőcserélőnek neveznek, és amely egy első hőcserét hoz létre a reaktorból kilépő meleg, szennyezett közeg és egy első hűtőközeg között, és egy második hőcserélőt, amely második höcserét hoz létre az első hűtőközeg és egy második hűtőközeg között, amely utóbbit azután a külső levegőbe távolítanak el.Equipment of this type consists of a first heat exchanger, commonly referred to as an intermediate heat exchanger, which provides a first heat exchange between the hot contaminated fluid leaving the reactor and a first refrigerant, and a second heat exchanger providing a second heat exchange between the first refrigerant and a second refrigerant, which is then removed to the outside air.

Az ilyen típusú, közbenső hőcserélőt alkalmazó berendezések alkalmazásával a külső környezet kettős védelmét biztosítják a radioaktív szivárgásokkal szemben. Valójában ahhoz, hogy egy szennyeződés létrejöjjön, az kell, hogy a radioaktív közegek a hőcserélő két elválasztó falán menjenek keresztül, azaz hőcserélőnként egy-egy falon.The use of this type of intermediate heat exchanger device provides dual protection of the external environment against radioactive leaks. In fact, in order for a contamination to occur, radioactive media must pass through two separating walls of the heat exchanger, one wall per heat exchanger.

Mivel a hőcserélőn áthaladó hűtőközegnek és meleg közegnek különböző hőmérséklete van, ezek gyakran hömérsékletesésnek és nagy amplitúdójú átmeneti hő-jelenségeknek vannak kitéve a nukleáris reaktor normál működési periódusa alatt, és még nagyobbaknak, ha baleset történik.Because the refrigerant and warm medium passing through the heat exchanger have different temperatures, they are often subjected to temperature drops and high-amplitude transient heat phenomena during the normal operating period of a nuclear reactor, and even more so in the event of an accident.

A nukleáris központok tervezőinek egyik fő célja az, hogy a közbenső hőcserélőt mechanikusan olyan ellenállóvá tegyék, amennyire csak lehet, azokkal a feszültségekkel szemben, amelyek a hűtőközeget keringető csövek deformációja és a hőcserélő meleg közeg által átjárt hútőköpenyének deformációja közötti különbségek következtében lépnek fel.One of the main goals of nuclear center designers is to make the intermediate heat exchanger mechanically as resistant as possible to the stresses caused by the difference between deformation of the pipes circulating the refrigerant and deformation of the coolant casing passing through the heat exchanger.

• •a ««t ’ · · · · · « ·· ··· «· · . _M • • a «« t '· · · · · «·· ···« · ·. _M

-2Ebből a célból a közbenső hőcserélőben a 712 359 sz . FR szabadalom és az 1 286 722 sz. GB szabadalom alapján egy csömembránt és egy deformálható falat alkalmaznak, amelyeknek szerepe, hogy a fentemlített deformációkat felvegyék. Hasonló módon a 3 850 231 sz. US szabadalmi leírás egy olyan berendezést javasol, amelyben közbenső hőcserélő van, és ebben két csőmembrán van, amelyeken a meleg közegnek át kell haladni, mielőtt a hűtőközeget szennyezni tudná, és egy eszköze, amely a két csömembrán, a hűtőköpeny és a lebegő fej közötti zárt térben van elhelyezve, hogy jelezze a meleg közeg megszökését az első csőmembránon keresztül.-2For this purpose, the heat exchanger No. 712 359 in the intermediate heat exchanger is used. FR Patent No. 1,286,722; GB patent discloses a tubular diaphragm and a deformable wall which serve to absorb the abovementioned deformations. Similarly, U.S. Pat. U.S. Pat. is located in space to indicate the escape of the warm medium through the first tube membrane.

Az 1 286 722 sz. GB és a 3 850231 sz. US szabadalom szerinti megoldás valójában lehetővé teszi, hogy a hőtágulásból származó mechanikai deformációkkal szembeni ellenállást növeljék egy csőmembrán bevezetésével, amely ezeket a deformációkat felveszi. Emellett azonban az e szerint a két szabadalom szerint kialakított hőcserélőkben a szennyezett meleg közeg tömítettsége csökken, annak következtében, hogy a szennyezett meleg közeg közvetlenül érintkezik a csömembránnal, amelyen keresztül könnyebben meg tud szökni.No. 1,286,722. GB and U.S. Patent No. 3,850,231. In fact, the US patent makes it possible to increase the resistance to mechanical deformation resulting from thermal expansion by introducing a tubular membrane which absorbs these deformations. However, in addition, the heat exchangers constructed in accordance with these two patents reduce the impermeability of the contaminated heat medium due to the fact that the contaminated heat medium is in direct contact with the drip membrane, which allows it to escape more easily.

Való igaz, hogy a 3 850 231 sz. US szabadalom szerinti megoldásnál a meleg közegnek két csőmembránon kell áthaladnia, a GB szabadalom szerinti egyetlen membrán helyett, mielőtt a hűtőközeget szennyezné, ez azonban csak részben akadályozza meg a hideg közeg elszennyeződésének lehetőségét. Valójában, ha a meleg közeg meg tud szökni az első csőmembránon keresztül, akkor ugyanezt fogja tenni a másodikon keresztül, rövidebb vagy hosszabb időn belül. A reaktor normál üzemelése esetében szükséges tehát, hogy az első szivárgás észlelésekor leállítsák az üzemelést, ami jelentős többletköltséget von maga után, és amennyiben a reaktor működésében üzemzavar következik be, a szennyeződés azonnal bekövetkezik, mihelyt a meleg közeg a második membránon áthalad.It is true that No. 3,850,231. In the US patent, the warm medium must pass through two tubular membranes instead of the single GB patent membrane before contaminating the refrigerant, but this only partially prevents contamination of the cold medium. In fact, if the warm medium can escape through the first tube membrane, it will do the same for the second, in a shorter or longer time. Therefore, during normal operation of the reactor, it is necessary to shut down the operation when the first leak is detected, which entails a significant additional cost, and if the reactor malfunctions, contamination will occur as soon as the hot medium passes through the second membrane.

-3Az ismert közbenső hőcserélők rossz tömítettsége nem teszi lehetővé egy olyan külső reaktor hőcserélő létrehozását, amely csupán egyetlen hőcserélőből áll.-3The poor sealing of known intermediate heat exchangers does not allow the creation of an external reactor heat exchanger consisting of a single heat exchanger.

A találmány feladata olyan hőcserélő létrehozása, amelynek a hőmérsékletesés következtében létrejövő deformációkkal szembeni mechanikai ellenállása ugyanolyan jó, mint az ismert hőcserélőké, ugyanakkor csak egyetlen hőcserélőből áll, tömítettségi jellemzői lényegesen jobbak, mint az ismert hőcserélőké, úgy, hogy ezt az egyetlen hőcserélőt a nukleáris reaktor segélykörében lehet elhelyezni, hogy biztosítsuk a reaktortérből távozó szennyezett meleg közeg hűtését egy olyan hűtőközeg segítségével, amely közvetlenül a külső környezetből származik, beleértve azokat a régi nukleáris központokat is, amelyeknél nincs hely két hőcserélő elhelyezésére.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a heat exchanger which has the same mechanical resistance to deformation as a result of a drop in temperature as known heat exchangers, but has only one heat exchanger and substantially better sealing properties than known heat exchangers. can be placed in its auxiliary circuit to provide cooling of the contaminated hot fluid leaving the reactor compartment using a refrigerant directly from the outside environment, including old nuclear centers that do not have space for two heat exchangers.

Ezt a feladatot a találmány értelmében egy olyan hőcserélővel valósítjuk meg, amelynél a csőköteget képező csövek a csőlap teljes vastagságára vannak hegesztve és korcolva, amely csőlap a zárókupakkal a lebegő fejet képezi, és a csölap a hűtőköpenyre van hegesztve és korcolva, annak teljes kerületén.This object is accomplished in accordance with the present invention by a heat exchanger in which the tubes forming the bundle are welded and corrugated to the entire thickness of the tube plate, the tube plate forming the floating head with the closure cap and the tube being welded and creased around its circumference.

A hűtőközeg kilépő csatlakozása, amely a lebegő fejben van kialakítva, legalább részben egy csőmembránból áll.The refrigerant outlet connection formed in the floating head comprises at least in part a tubular membrane.

A csőmembrán - meleg közeg csatlakozás, amely az ismert megoldásoknál a radioaktív közegekkel szembeni tömítettség egy gyenge pontját képezte, a találmány szerinti hőcserélőben ki van küszöbölve. Ehelyett a találmány szerint egy meleg közeg - lap érintkezést hoztunk létre, amely a hütőköpenyre van korcolva és hegesztve és a radioaktív közegekkel szemben sokkal jobb tömítést ad. Ez a tömítettség azzal van biztosítva, hogy a csövek végei hozzá vannak korcolva és hegeszetve a csőalaphoz, annak teljes vastagságában, és hogy a csőlap maga is rá van korcolva és hegesztve a hütőköpeny teljes kerületére.The tubular membrane-warm fluid connection, which was a weak point in the prior art for sealing against radioactive media, is eliminated in the heat exchanger of the present invention. Instead, in accordance with the present invention, a hot medium sheet contact is formed which is folded and welded onto the cooling jacket and provides a much better seal against radioactive media. This tightness is ensured by the fact that the ends of the tubes are crimped and welded to the tube base at its full thickness and that the tube plate itself is folded and welded to the entire circumference of the cooling jacket.

-4Ezeknél a hegesztéseknél attól lehetne félni, hogy a csőlap nagyon érzékeny lesz a termikus feszültségekre, ami a tömítettséget ismét veszélyeztethetné.-4With such welding, one would fear that the tube plate would be very sensitive to thermal stresses, which could again compromise the seal.

Ha egy membránt alkalmazunk, amely eléggé távol van a meleg közeg számára fenntartott tértől, de elegendően közel a csölaphoz, akkor a termikus feszültségeket kielégítően lehet abszorbeálni úgy, hogy a csőlap minden káros hatástól védve legyen, amennyiben a membrán védi a csőlapot a termikus feszültségektől, ugyanakkora csőlap védi a membránt a meleg közeggel való érintkezéstől.If a membrane is used that is far enough away from the space reserved for the warm medium but close enough to the tube, thermal stresses can be adequately absorbed so that the tube is protected from any adverse effects, provided the membrane protects the tube from thermal stresses, the same tube protects the membrane from contact with the warm medium.

A találmány egy előnyös kivitele szerint a hűtőközeg elvezetésére szolgáló csatlakozás és a meleg közeg számára a belépő csatlakozás a henger ugyanazon alkotóján helyezkedik el. A hömérsékletesésből származó deformációk a csőlap és a hütőköpeny érintkezési szintjén a legjelentősebbek, és az a tény, hogy a membrán a csőlap közvetlen közelében helyezkedik el, biztosítja, hogy a membrán a leglényegesebb deformációkat a lehető leggyorsabban veszi fel. így tehát a találmány ezen előnyös kivitele szerint a találmány szerinti hőcserélő sokkal tömítettebb és jobban ellenáll a mechanikai feszültségeknek, mint az ismert megoldások.According to a preferred embodiment of the invention, the refrigerant outlet connection and the inlet connection for the hot medium are located on the same component of the cylinder. The deformations resulting from the temperature drop are most significant at the level of contact between the tube plate and the cooling jacket, and the fact that the diaphragm is located in close proximity to the tube plate ensures that the membrane absorbs the most significant deformation as quickly as possible. Thus, according to this preferred embodiment of the invention, the heat exchanger according to the invention is much more sealed and more resistant to mechanical stresses than the known solutions.

A találmány egy másik előnyös kivitele szerint a membránhoz társított csatlakozás a hűtököpenynek ugyanazon az oldalán van, mint a meleg közeg belépő csatlakozása, különösen pedig a hűtőköpeny ugyanazon alkotóján helyezkedik el. Ebből következik, hogy a membrán a lehető legközelebb van a meleg közeg és csőlap érintkezési szakaszához, ahol a hömérsékletesés a legnagyobb. Azáltal, hogy a membránt a csőlap ezen pontjához a lehető legközelebb helyeztük el, biztosítjuk, hogy a membrán a deformációkat a lehető legnagyobb hatékonysággal veszi fel.According to another preferred embodiment of the invention, the membrane connection is on the same side of the cooling jacket as the inlet connection of the warm medium, and in particular on the same component of the cooling jacket. It follows that the membrane is as close as possible to the contact between the hot medium and the tube sheet where the temperature drop is greatest. By placing the diaphragm as close as possible to this point on the tube sheet, it is ensured that the diaphragm absorbs the deformation with maximum efficiency.

Ilymódon a találmány szerinti hőcserélő tömítettségi tulajdonsága és mechanikai szilárdsága lehetővé teszi, hogy azt egy nukleáris reaktor reaktorterében a segélykörben alkalmazzuk, amely, meghibásodás esetén a reaktortérből • · · · · · • ··· · ··· ··· • · · · · · · kilépő szennyezett meleg közeget lehűti egy olyan hűtőközeggel, amely közvetlenül a külső levegőbe üríthető.In this way, the sealing property and mechanical strength of the heat exchanger of the present invention allow it to be used in the reactor compartment of a nuclear reactor in the auxiliary circuit, which, in the event of a failure, is removed from the reactor compartment. · · · Exhausted contaminated warm medium is cooled with a refrigerant that can be discharged directly into the outside air.

A jelenleg ismert berendezések esetében erre nincs lehetőség, és ezeknek a berendezéseknek legalább két hőcserélőt kell tartalmazniuk ahhoz, hogy a megfelelő tömítettséget biztosítsák.This is not possible in the case of currently known devices and these devices must include at least two heat exchangers in order to ensure proper sealing.

A találmány szerinti hőcserélő ezzel szemben lehetővé teszi a nukleáris központ gyártási költségeinek vagy a régi nukleáris központok felújítási költségeinek csökkentését.The heat exchanger of the present invention, on the other hand, makes it possible to reduce the cost of manufacturing the nuclear center or the cost of renovating the old nuclear center.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amely a találmány szerinti hőcserélő példaként! kiviteli alakját tünteti föl.The invention will be described in more detail with reference to the drawing, which is an example of a heat exchanger according to the invention. design.

Az ábrázolt hőcserélőnek 1 hútőköpenye van, amelyben 2 csőköteg helyezkedik el és ez lényegében egyenes és benne a hűtőközeg halad. A 2 csőköteg, amelyet csak részben ábrázoltunk, a két 3 csőlap között van elhelyezve. A 2 csőköteg csövei a 3 csőlap teljes vastagságába be vannak korcolva és hegesztve. Az 1 hűtőköpeny 4 fejben végződik, amelybe belépő (kilépő) 9 csatlakozás van elhelyezve a hűtőközeg számára. Az 5 fej lebegöen van elhelyezve az 1 hűtőköpenyen. Az 1 hútőköpenyen azonkívül egy belépő (kilépő) 7 csatlakozás van a szennyezett, meleg közeg számára. A lebegöen szerelt 5 fejen a hűtőközeg számára 8 csatlakozás van. A 8 csatlakozás részben 10 membránból áll.The heat exchanger depicted has a cooling jacket 1 in which a bundle of tubes 2 is located and is substantially straight and the refrigerant passes therein. The tube bundle 2, shown only partially, is located between the two tube plates 3. The tubes of the bundle 2 are crimped and welded to the full thickness of the tube plate 3. The cooling jacket 1 terminates in a head 4 in which an inlet (outlet) connection 9 is provided for the refrigerant. The head 5 is floating on the cooling jacket 1. In addition, the cooling jacket 1 has an inlet connection 7 for the contaminated warm medium. The floating head 5 has 8 connections for refrigerant. The connection 8 consists in part of 10 membranes.

A rajzon látható a hengeres 1 hütőköpeny Z, Z' főtengelye, a lebegő 5 fejen lévő 8 csatlakozás X, X* tengelye, és a 7 csatlakozás Y, Y tengelye.The drawing shows the crankshaft Z, Z 'of the cylindrical cooling jacket 1, the X, X * axis of the coupling 8 on the floating head 5 and the Y, Y axis of the coupling 7.

A 8 csatlakozás a Z-Z' főtengely mentén közelebb van a 3 csölaphoz, mint a lebegő 5 fej csúcsa.The coupling 8 along the crankshaft Z-Z 'is closer to the flap 3 than the tip of the floating head 5.

Ebből következik, hogy a 10 membrán gyorsabban veszi fel azokat a deformációkat, amelyek a 3 csőlap és az 1 hütőköpeny csatlakozási szakaszában vannak, azaz abban a szakaszban, ahol a hőmérsékletesés a maximális.It follows that the diaphragm 10 absorbs more rapidly the deformations which are in the connection section of the tube plate 3 and the cooling jacket 1, that is, in the section where the temperature drop is maximum.

Egy előnyös kivitelnél a Z-Z' tengelyre merőleges síkban kialakított szög, az X-X' tengelynek a síkra vett vetülete és az Y-Y tengelynek a síkra vett vetü• · · · · · * ··· · · · · ···In a preferred embodiment, the angle formed in a plane perpendicular to the Z-Z 'axis, the plane projection of the X-X' axis and the plane projection of the Y-Y axis.

-6lete között, zérus. A membrán így ahhoz a szakaszhoz, ahol a hőmérsékletesés a legnagyobb, a lehető legközelebb helyezkedik el, ami lehetővé teszi, hogy a deformációkat a lehető leggyorsabban felvegye.-6 between your hands, zero. The diaphragm is thus located as close as possible to the section where the temperature drop is greatest, allowing the deformation to be absorbed as quickly as possible.

Claims (3)

Szabadalmi igénypontokClaims 1. Hőcserélő, amely közvetett úton cseréli ki a hőt egy lehűtendő, meleg, szennyezett közeg és egy hűtőközeg között, és amelynek hengeres hűtőköpenye (1) van, amely tartályt képez és egy fejben (4) végződik, amelybe a hűtőközeg számára belépő (kilépő) csatlakozás (9) van kialakítva, valamint a tartályba szerelt egy pár csőlapja (3) van és ezek közül az egyik mereven a hűtőköpenyre (1) van rögzítve és a másik egy zárókupakkal lebegő fejet (5) képez, amelybe a hűtőközeg számára egy kilépő (belépő) csatlakozás (8) torkollik, valamint egy csőkötege (2) van, amely párhuzamos csövekből áll és ezek ellentétes végei a csőlapokhoz (3) vannak rögzítve, a szennyezett, meleg közeg számára egy belépő csatlakozása (7) van a hűtőköpenyben (1) és ugyancsak a szennyezett, meleg közeg számára kilépő csatlakozása (6) van a hűtőköpenyben (1), továbbá a hűtőközeg elvezetésére szolgáló csatlakozása (8) van, amely legalább részben egy membránból (10) áll, azzal jellemezve, hogy a csőköteget (2) képező csövek a csőlap (3) teljes vastagságára vannak hegesztve és korcolva, amely csőlap a zárókupakkal a lebegő fejet (5) képezi és a csőlap (3) a hűtőköpenyre (1) van hegesztve és korcolva, annak teljes kerületén.A heat exchanger that indirectly exchanges heat between a cool, hot, contaminated medium to be cooled and a cylindrical cooling jacket (1) forming a reservoir and terminating in a head (4) into which the refrigerant enters (exiting) ) is provided with a connection (9) and a pair of tubular plates (3) mounted in the container, one of which is rigidly fixed to the cooling jacket (1) and the other forming a cap (5) floating with a closure into which a refrigerant outlet (inlet) connection (8), and a tube bundle (2) consisting of parallel tubes and opposite ends of which are secured to the tube plates (3), an inlet connection (7) for the contaminated hot medium (1) ) and also a connection (6) for the contaminated hot medium in the cooling jacket (1) and a connection (8) for the cooling medium n comprising at least part of a membrane (10), wherein the tubes forming the bundle (2) are welded and folded to the full thickness of the tube plate (3), the tube plate forming the floating head (5) and the tube plate (5). 3) it is welded and crimped on the cooling jacket (1) throughout its circumference. 2. Az 1. igénypont szerinti hőcserélő, azzal jellemezve, hogy a csatlakozás (8), amely legalább részben egy membránból (10) áll, a hütököpeny (1) tengelye mentén közelebb van a hűtököpenyhez hegesztett és korcolt csőlaphoz (3), mint a lebegő fej (5) csúcsa.Heat exchanger according to Claim 1, characterized in that the connection (8), which at least partly consists of a diaphragm (10), is closer to the heat shield welded and folded pipe plate (3) along the axis of the cooling jacket (1). the tip of a floating head (5). 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hőcserélő, azzal jellemezve, hogy a csatlakozás (8) és a csatlakozás (7) a henger ugyanazon alkotóján helyezkedik el.Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the connection (8) and the connection (7) are located on the same component of the cylinder.