RU2145697C1 - Heat exchanger for contaminated liquid - Google Patents

Abstract

FIELD: cooling of hot contaminated liquid used in nuclear industry. SUBSTANCE: the heat exchanger has tubes forming a bank welded and attached over the entire width of the tube plate, which together with the locking cover determines the movable head, and the tube plate proper is welded and attached to the body over its entire periphery. EFFECT: double protection of environment against radioactive leaks. 3 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам теплообмена и, в частности, к устройствам, предназначенным для охлаждения горячей жидкости, загрязненной радиоактивными веществами и выходящей из корпуса ядерного реактора. The present invention relates to heat transfer devices and, in particular, to devices for cooling a hot liquid contaminated with radioactive substances and leaving the nuclear reactor vessel.

На атомных электростанциях известны устройства охлаждения горячей и загрязненной жидкости, в которых используется промежуточный теплообменник. At nuclear power plants, cooling devices for hot and contaminated liquids using an intermediate heat exchanger are known.

Этот тип устройств содержит первый теплообменник, обычно называемый промежуточным теплообменником, который осуществляет первый теплообмен между горячей и загрязненной жидкостью, выходящей из реактора, и первой охлаждающей жидкостью, а также второй теплообменник, который осуществляет второй теплообмен между первой и второй охлаждающими жидкостями, причем вторая охлаждающая жидкость подается снаружи. This type of device comprises a first heat exchanger, usually called an intermediate heat exchanger, which carries out the first heat exchange between the hot and contaminated liquid leaving the reactor, and the first cooling liquid, and also a second heat exchanger, which carries out the second heat exchange between the first and second cooling liquids, the second cooling fluid is supplied externally.

Использование таких устройств с промежуточным теплообменником обеспечивает двойную защиту наружной окружающей среды от радиоактивных утечек. В самом деле, чтобы произошло загрязнение, радиоактивные вещества должны пройти через две разделяющие стенки теплообмена (по одной на теплообменник). The use of such devices with an intermediate heat exchanger provides double protection of the external environment from radioactive leaks. In fact, for contamination to occur, the radioactive substances must pass through two separating heat exchange walls (one per heat exchanger).

Поскольку охлаждающая и горячая жидкости, протекающие в теплообменнике, имеют несходные температуры, то в нормальном режиме работы ядерного реактора в теплообменнике часто возникают температурные градиенты и переходные тепловые процессы большой амплитуды, а во время возникновения аварии амплитуды этих процессов возрастают еще больше. Since the cooling and hot liquids flowing in the heat exchanger have dissimilar temperatures, in the normal operation of a nuclear reactor, temperature gradients and transient thermal processes of large amplitude often arise in the heat exchanger, and during an accident the amplitudes of these processes increase even more.

Одной из основных целей разработчиков атомных электростанций является придание промежуточному теплообменнику максимально возможной механической прочности, с тем чтобы он мог выдержать напряжения, возникающие в нем в результате различной степени деформации труб, по которым подается охлаждающая жидкость, и труб корпуса теплообменника, по которым протекает горячая жидкость. One of the main goals of the developers of nuclear power plants is to give the intermediate heat exchanger the maximum possible mechanical strength so that it can withstand the stresses that arise as a result of varying degrees of deformation of the pipes through which the coolant is supplied and the pipes of the heat exchanger body through which the hot liquid flows .

Из патента SU 1151809А, F 28 D 7/00, 1985 известен кожухотрубчатый теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, определяющий внутреннюю камеру и заканчивающийся головкой, в которой имеется входной (выходной) патрубок для охлаждающей жидкости, пару трубных решеток, установленных в указанной камере, причем одна из решеток жестко прикреплена к корпусу, а вторая формирует, вместе с запирающей крышкой, подвижную головку, в которой установлен выходной (входной) патрубок для охлаждающей жидкости, пучок параллельных труб, противоположные концы которых прикреплены к трубным решеткам, входной патрубок для впуска в камеру загрязненной горячей жидкости, прикрепленный к корпусу выходной патрубок для выпуска загрязненной горячей жидкости, патрубок для протекания охлаждающей жидкости. From the patent SU 1151809A, F 28 D 7/00, 1985, a shell-and-tube heat exchanger is known comprising a cylindrical body defining an inner chamber and ending with a head in which there is an inlet (outlet) nozzle for coolant, a pair of tube sheets installed in said chamber, one of the gratings is rigidly attached to the housing, and the second forms, together with a locking lid, a movable head, in which an output (inlet) pipe for coolant is installed, a bundle of parallel pipes, the opposite ends of which attached to the tube sheets, an inlet pipe for inlet of contaminated hot liquid into the chamber, an outlet pipe attached to the housing for discharging contaminated hot liquid, a pipe for coolant flow.

Однако такое техническое решение не обеспечивает достаточного сопротивления механическим деформациям, которым подвергаются элементы теплообменника, а также достаточных гарантий непроницаемости в случае утечки загрязненной жидкости. However, such a technical solution does not provide sufficient resistance to mechanical deformations to which the heat exchanger elements are subjected, as well as sufficient guarantees of impermeability in case of leakage of contaminated liquid.

Технической задачей настоящего изобретения является создание теплообменного устройства, которое обладает механической прочностью к деформациям, возникающим в результате температурного градиента, не уступающей соответствующей прочности известных теплообменников, и которое обладает такой значительно улучшенной непроницаемостью, что может быть установлено во вспомогательных цепях ядерного реактора для обеспечения охлаждения горячей загрязненной жидкости, выходящей из корпуса реактора, при помощи охлаждающей жидкости, которая подается непосредственно из наружной окружающей среды, причем устройство может также быть установлено на старых атомных электростанциях, не располагающих возможностями для установки громоздкого оборудования. An object of the present invention is to provide a heat exchange device that has mechanical deformation resistance resulting from a temperature gradient that is not inferior to the corresponding strength of known heat exchangers, and which has such significantly improved impermeability that it can be installed in auxiliary circuits of a nuclear reactor to provide hot cooling contaminated fluid exiting the reactor vessel by means of a coolant that feeds directly from the external environment, and the device can also be installed in old nuclear power plants that do not have the ability to install bulky equipment.

Поставленная задача решается тем, что в известном теплообменнике, предназначенном для обеспечения косвенного обмена теплом между подлежащей охлаждению горячей и загрязненной жидкостью и охлаждающей жидкостью, и содержащем цилиндрический корпус, ограничивающий внутреннюю камеру и заканчивающийся головкой, в которой имеется входной (выходной) патрубок для охлаждающей жидкости; пару трубных решеток, установленных в указанной камере, причем одна из решеток жестко прикреплена к корпусу, а вторая формирует, вместе с запирающей крышкой, подвижную головку, в которой установлен выходной (входной) патрубок для охлаждающей жидкости; пучок параллельных труб, противоположные концы которых прикреплены к трубным решеткам; входной патрубок для впуска в камеру загрязненной горячей жидкости; прикрепленный к корпусу выходной патрубок для выпуска загрязненной горячей жидкости и патрубок для протекания охлаждающей жидкости, в котором этот патрубок для протекания охлаждающей жидкости, по меньшей мере частично, является элементом компенсационного сильфона, а образующие пучок трубы приварены и прикреплены по всей ширине трубной решетки, которая вместе с запирающей крышкой формирует подвижную головку, и указанная трубная решетка также приварена и прикреплена к корпусу по всей своей периферии. The problem is solved in that in the known heat exchanger, designed to provide an indirect heat exchange between the hot and contaminated liquid to be cooled and the coolant, and containing a cylindrical body, limiting the inner chamber and ending with a head in which there is an inlet (outlet) pipe for coolant ; a pair of tube sheets installed in the specified chamber, one of the sheets being rigidly attached to the housing, and the second forms, together with a locking lid, a movable head in which an outlet (inlet) pipe for coolant is installed; a bundle of parallel pipes, the opposite ends of which are attached to the tube sheets; inlet pipe for inlet of contaminated hot liquid into the chamber; an outlet pipe attached to the housing for discharging contaminated hot fluid and a coolant flow pipe, in which this coolant flow pipe is at least partially an element of the expansion bellows, and the bundle-forming pipes are welded and attached across the entire width of the tube sheet, which together with a locking lid forms a movable head, and the specified tube sheet is also welded and attached to the housing along its entire periphery.

При этом предпочтительно располагать патрубок, являющийся, по меньшей мере частично, элементом сильфона, относительно оси корпуса ближе к приваренной и прикрепленной к корпусу трубной решетке, чем к верхней части подвижной головки. In this case, it is preferable to arrange the pipe, which is at least partially an element of the bellows, relative to the axis of the housing closer to the tube sheet welded and attached to the housing than to the upper part of the movable head.

Желательно, чтобы патрубок для протекания охлаждающей жидкости и входной патрубок для впуска в камеру загрязненной горячей жидкости находились на одной образующей стенке цилиндра. It is desirable that the pipe for the flow of coolant and the inlet pipe for inlet into the chamber of contaminated hot liquid are on the same generatrix of the cylinder wall.

Таким образом, непроницаемость и механическая прочность предлагаемого изобретения теплообменника позволяют использовать его во вспомогательной цепи корпуса реактора, которая в случае аварии обеспечивает охлаждение выходящей из указанного корпуса загрязненной горячей жидкости охлаждающей жидкостью, которая подается непосредственно снаружи. Thus, the impermeability and mechanical strength of the heat exchanger of the invention make it possible to use it in the auxiliary circuit of the reactor vessel, which in the event of an accident provides cooling of the contaminated hot liquid leaving the said vessel with a cooling liquid that is supplied directly from the outside.

При использовании известных устройств это исключается, и чтобы обеспечить соответствующую непроницаемость, указанные устройства должны содержать по меньшей мере два теплообменника. Следовательно, предлагаемый настоящим изобретением теплообменник позволяет снизить издержки производства атомной электростанции или издержки обновления атомных электростанций старого типа. When using known devices, this is eliminated, and in order to ensure adequate impermeability, these devices must contain at least two heat exchangers. Therefore, the heat exchanger proposed by the present invention can reduce the production costs of a nuclear power plant or the costs of updating an old type of nuclear power plants.

На фигуре приложенного чертежа, который дается лишь в качестве примера, показан один вариант осуществления предлагаемого изобретением теплообменника. The figure of the attached drawing, which is given only as an example, shows one embodiment of the heat exchanger proposed by the invention.

Показанный теплообменник содержит корпус 1, в котором находится пучок прямых труб 2, по которым проходит охлаждающая жидкость. Этот пучок труб 2, показанный лишь частично, устанавливается между трубными решетками 3. Трубы 2 приварены и укреплены по всей толщине трубных решеток 3. Корпус 1 заканчивается головкой 4, в которой имеется входной (выходной) патрубок 9 для охлаждающей жидкости. Головка 5 установлена с возможностью перемещения относительно корпуса 1. На корпусе теплообменника имеется входной (выходной) патрубок для загрязненной горячей жидкости. На подвижной головке 5 предусмотрен выходной (входной) патрубок для охлаждающей жидкости. Патрубок 8 частично является элементом компенсационного сильфона 10. В теплообменнике определяют:
- ZZ', главную ось цилиндрического корпуса 1;
- XX', ось патрубка 8, предусмотренного в подвижной головке;
-YY' ось патрубка 7, предусмотренного в корпусе для подвода (отвода) горячей жидкости.The heat exchanger shown comprises a housing 1 in which there is a bundle of straight pipes 2 through which coolant passes. This tube bundle 2, shown only partially, is installed between the tube sheets 3. The tube 2 is welded and fastened over the entire thickness of the tube sheets 3. The housing 1 ends with a head 4, in which there is an inlet (outlet) pipe 9 for coolant. The head 5 is mounted with the possibility of movement relative to the housing 1. On the heat exchanger housing there is an inlet (outlet) pipe for contaminated hot liquid. On the movable head 5, an outlet (inlet) pipe for coolant is provided. The pipe 8 is partly an element of the compensation bellows 10. In the heat exchanger determine:
- ZZ ', the main axis of the cylindrical body 1;
- XX ', the axis of the pipe 8 provided in the movable head;
-YY 'axis of the nozzle 7 provided in the housing for supplying (discharging) hot liquid.

Относительно оси ZZ' патрубок 8 находится ближе к трубной решетке 3, чем к верхней части подвижной головки 5. Relative to the axis ZZ ', the pipe 8 is closer to the tube sheet 3 than to the upper part of the movable head 5.

Из этого следует, что компенсационный сильфон 10 позволяет более быстро нейтрализовать деформации, возникающие в зоне контакта трубной решетки с корпусом, то есть в зоне, где температурный градиент является максимальным. From this it follows that the compensation bellows 10 allows you to more quickly neutralize the deformation that occurs in the contact zone of the tube sheet with the housing, that is, in the zone where the temperature gradient is maximum.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения угол, образуемый в плоскости, перпендикулярной к оси ZZ', между проекцией оси XX' на плоскость и проекцией оси YY' на ту же плоскость, равен нулю. Следовательно, компенсационный сильфон находится как можно ближе к зоне, в которой температурный градиент является максимальным, что позволяет сильфону быстро нейтрализовать деформации. In a preferred embodiment of the invention, the angle formed in a plane perpendicular to the axis ZZ 'between the projection of the axis XX' on the plane and the projection of the axis YY 'on the same plane is zero. Therefore, the compensation bellows is located as close as possible to the zone in which the temperature gradient is maximum, which allows the bellows to quickly neutralize deformations.

Claims (3)

1. Теплообменник, предназначенный для обеспечения косвенного обмена теплом между подлежащей охлаждению горячей и загрязненной жидкостью и охлаждающей жидкостью, который содержит цилиндрический корпус, определяющий внутреннюю камеру и заканчивающийся головкой, в которой имеется входной (выходной) патрубок для охлаждающей жидкости; пару трубных решеток, установленных в указанной камере, причем одна из решеток жестко прикреплена к корпусу, а вторая формирует, вместе с запирающей крышкой, подвижную головку, в которой установлен выходной (входной) патрубок для охлаждающей жидкости, пучок параллельных труб, противоположные концы которых прикреплены к трубным решеткам, входной патрубок для впуска в камеру загрязненной горячей жидкости, прикрепленный к корпусу выходной патрубок для выпуска загрязненной горячей жидкости, патрубок для протекания охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что последний, по меньшей мере частично, является элементом компенсационного сильфона, а образующие пучок трубы приварены и прикреплены по всей ширине трубной решетки, которая вместе с запирающей крышкой формирует подвижную головку, и указанная трубная решетка также приварена и прикреплена к корпусу по всей своей периферии. 1. A heat exchanger designed to provide an indirect heat exchange between the hot and contaminated liquid to be cooled and the cooling liquid, which comprises a cylindrical body defining an inner chamber and ending with a head in which there is an inlet (outlet) pipe for the coolant; a pair of tube sheets installed in the specified chamber, one of the sheets being rigidly attached to the body, and the second one, together with a locking cover, forms a movable head in which the outlet (inlet) pipe for coolant is installed, a bunch of parallel pipes, the opposite ends of which are attached to tube sheets, an inlet pipe for inlet of contaminated hot liquid into the chamber, an outlet pipe attached to the housing for discharging contaminated hot liquid, a pipe for coolant to flow, from characterized in that the latter, at least in part, is an element of the compensation bellows, and the bundle-forming pipes are welded and attached along the entire width of the tube sheet, which together with the locking cover forms a movable head, and said tube sheet is also welded and attached to the body throughout its periphery. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что патрубок, являющийся, по меньшей мере частично, элементом сильфона, располагается относительно оси корпуса ближе к приваренной и прикрепленной к корпусу трубной решетке, чем к верхней части подвижной головки. 2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pipe, which is at least partially an element of the bellows, is located relative to the axis of the housing closer to the tube sheet welded and attached to the housing than to the upper part of the movable head. 3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что патрубок для протекания охлаждающей жидкости и входной патрубок для впуска в камеру загрязненной горячей жидкости находятся на одной образующей стенки цилиндра. 3. The heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe for the flow of coolant and the inlet pipe for inlet into the chamber of contaminated hot liquid are on the same generatrix of the cylinder wall.