RU2583324C1 - Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором - Google Patents

Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором Download PDF

Info

Publication number
RU2583324C1
RU2583324C1 RU2014150427/06A RU2014150427A RU2583324C1 RU 2583324 C1 RU2583324 C1 RU 2583324C1 RU 2014150427/06 A RU2014150427/06 A RU 2014150427/06A RU 2014150427 A RU2014150427 A RU 2014150427A RU 2583324 C1 RU2583324 C1 RU 2583324C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam generator
heat exchange
reactor
heat transfer
pipes
Prior art date
Application number
RU2014150427/06A
Other languages
English (en)
Inventor
Дмитрий Александрович Лахов
Алексей Владимирович Сафронов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to RU2014150427/06A priority Critical patent/RU2583324C1/ru
Application filed by Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") filed Critical Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС")
Priority to EP15868379.7A priority patent/EP3236150A4/en
Priority to PCT/RU2015/000785 priority patent/WO2016093736A2/ru
Priority to JP2017550453A priority patent/JP2018506724A/ja
Priority to CN201580076021.4A priority patent/CN107250664B/zh
Priority to CA2970600A priority patent/CA2970600A1/en
Priority to KR1020177019088A priority patent/KR20170103810A/ko
Priority to EA201650102A priority patent/EA032753B1/ru
Priority to UAA201707376A priority patent/UA121984C2/ru
Priority to US15/535,360 priority patent/US20170321879A1/en
Priority to BR112017012525-0A priority patent/BR112017012525A2/pt
Priority to JOP/2015/0305A priority patent/JOP20150305B1/ar
Priority to ARP150104053A priority patent/AR102985A1/es
Application granted granted Critical
Publication of RU2583324C1 publication Critical patent/RU2583324C1/ru
Priority to ZA201704656A priority patent/ZA201704656B/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/023—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • F22B1/162—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour in combination with a nuclear installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/002—Component parts or details of steam boilers specially adapted for nuclear steam generators, e.g. maintenance, repairing or inspecting equipment not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F22B37/228—Headers for distributing feedwater into steam generator vessels; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0132—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by slats, tie-rods, articulated or expandable rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0064—Vaporizers, e.g. evaporators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Изобретение относится к энергетике, в частности к горизонтальным парогенераторам для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) и к реакторной установке с ВВЭР и горизонтальным парогенератором. Реакторная установка с ВВЭР с горизонтальным парогенератором включает в себя ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубными коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, главный циркуляционный насос, а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура. Внутренний диаметр корпуса Dкорп, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны из указанных соотношений. При этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из диапазонов: 90°≤α≤150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм. Изобретение повышает интенсивность теплопередачи, надежность и долговечность парогенератора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к горизонтальным парогенераторам для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) и к реакторной установке с ВВЭР и горизонтальным парогенератором.
В атомных электростанциях (АЭС) с реакторами типа ВВЭР важнейшим элементом первого контура реакторной установки (РУ) является парогенератор. В нем за счет тепла, получаемого в реакторе, вырабатывается пар, который затем используется как рабочее тело турбины для производства электроэнергии. Кроме выработки пара парогенераторы должны надежно и постоянно во всех режимах работы АЭС обеспечивать охлаждение активной зоны реактора.
При работе парогенератора через него прокачивается высокорадиоактивный теплоноситель первого контура. По этой причине парогенераторы АЭС располагаются внутри защитной гермооболочки (контайнмента) реакторного здания, и габариты парогенераторов существенно влияют размеры защитной гермооболочки.
Со времени создания реакторных установок для атомных электростанций с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) сложились два различных подхода к конструкции парогенераторов - парогенераторы вертикального типа и парогенераторы горизонтального типа. В первом случае парогенератор имеет вертикально расположенный корпус и вертикально ориентированные U-образные теплообменные трубы, заделанные в горизонтальную трубную доску. Во втором случае парогенератор имеет горизонтально расположенный корпус и горизонтально ориентированные теплообменные трубы, заделанные в вертикально установленные входной и выходной коллекторы теплоносителя первого контура. В настоящее время обе конструктивные концепции оформились в устойчивые, но отличающиеся друг от друга направления развития техники. Причем заявленное изобретение относится к концепции горизонтальных парогенераторов и к их использованию в составе реакторных установок в совокупности с реакторами типа ВВЭР.
Из уровня техники известны различные варианты конструкции горизонтальных парогенераторов, различающиеся между собой надежностью, габаритами, мощностью, плотностью компоновки пучка теплообменных труб, расположением внутрикорпусных устройств, металлоемкостью и другие характеристиками.
Парогенератор, раскрытый в международной заявке WO 9320386, МПК F22B 1/02, опубл. 14.10.1993, имеет горизонтально ориентированный корпус и расположенный в нем горизонтально пучок теплообменных труб, заделанных в вертикально установленные входной и выходной коллекторы теплоносителя первого контура. При этом устройство раздачи питательной воды расположено в середине пучка теплообменных труб, что приводит к значительному горизонтальному разрыву в наполнении корпуса парогенератора теплообменной поверхностью. Следствием недостаточного наполнения корпуса парогенератора теплообменными трубами является низкая мощность, повышенная металлоемкость и меньшая долговечность парогенератора реакторной установки вследствие меньшего количества теплообменных труб.
Известен горизонтальный парогенератор, описанный в патенте РФ на полезную модель №100590, МПК F22B 37/00, опубл. 20.12.2010. Горизонтальный парогенератор содержит корпус, к каждому торцу которого приварено эллиптическое днище, содержащее патрубок ревизии с плоской крышкой, в котором согласно предлагаемой полезной модели, отношение средней высоты патрубка ревизии к внутреннему диаметру патрубка ревизии составляет не более 0,9 и не менее 0,1. Данное техническое решение направлено на уменьшение габаритов парогенератора для упрощения его доставки от завода-изготовителя к месту монтажа и увеличения свободного пространства в боксе парогенератора. Уменьшение продольных габаритов достигается путем выполнения более коротким патрубка ревизии, а не за счет изменения длины корпуса парогенератора, то есть снижение металлоемкости в данном устройстве не достигается.
Зарубежными аналогами производимых в России реакторов ВВЭР являются реакторы типа PWR (реактор с водой под давлением, англ.: pressurized water reactor). Реакторные установки с реакторами типа PWR обычно оснащаются вертикальными парогенераторами.
В отличие от упомянутых парогенераторов с вертикально расположенным корпусом горизонтальные парогенераторы обладают следующими известными особенностями, вытекающими из их конструкции:
- умеренная паровая нагрузка допускает использование простой схемы сепарации при надежном обеспечении требуемой влажности пара;
- умеренная скорость среды во втором контуре исключает опасность вибрации теплообменных труб и других элементов парогенератора;
- вертикальные цилиндрические входной и выходной коллекторы первого контура позволяют избежать накопления шламовых отложений на их поверхности и за счет этого снизить опасность коррозионного повреждения теплообменных труб в районе мест заделки их в указанные коллекторы;
- повышенный запас воды во втором контуре способствует более надежному расхолаживанию реактора через парогенератор в случае использования аварийного водопитания, а большая аккумулирующая способность такого парогенератора смягчает переходные режимы эксплуатации реакторной установки;
- горизонтальное расположение поверхности теплообмена обеспечивает надежную естественную циркуляцию среды по первому контуру даже при снижении уровня воды ниже верхних рядов теплообменных труб;
- обеспечиваются благоприятные условия для естественной циркуляции теплоносителя первого контура в аварийных режимах;
- обеспечивается удобный доступ к пучку теплообменных труб для обслуживания и контроля как со стороны первого контура, так и второго контура. В нижних точках корпуса парогенератора, где возможно оседание и накопление шлама, нет теплообменных труб, поэтому в случае скопления коррозионно-активных примесей в нижней части корпуса парогенератора возможен смыв шлама через систему продувки и штуцеры.
Из уровня техники известны разработки, относящиеся к атомной промышленности, включающие в себя создание горизонтальных парогенераторов на базе использования опыта конструирования вертикальных парогенераторов. Например, из патента США US 5331677, МПК F22B 37/00, опубл. 19.07.1994, известна реакторная установка, оснащенная реактором с водой под давлением, которая включает в себя реактор, насос для перекачивания охлаждающей жидкости, имеющий входное отверстие, соединенное с выпускным отверстием корпуса реактора, парогенератор, имеющий входное отверстие, соединенное с высокотемпературным трубопроводом на выходе упомянутого насоса, и выход низкотемпературного трубопровода, подсоединенный к входному отверстию корпуса реактора. Парогенератор имеет горизонтально ориентированный корпус, внутри которого размещен горизонтально U-образный пучок теплообменных труб. Теплообменные трубы заделаны в вертикально расположенную трубную доску. Использование трубной доски в конструкции горизонтального парогенератора имеет недостатки, связанные с большой металлоемкостью, сложностью изготовления, сложностью обеспечения герметичности соединения теплообменных труб с трубной доской. Использование трубной доски не позволяет разместить большое количество труб в парогенераторе, как следствие, они имеют значительную длину. Конструкция упомянутого парогенератора, приблизительно, соответствует конструкции парогенератора вертикального типа, который в составе данной реакторной установки размещен горизонтально.
Особенностью такой реакторной установки является небольшое количество труб в ее парогенераторах, вследствие того, что в раздающей камере установлена одна трубная доска, то есть вся теплообменная поверхность обеспечивается одной петлей U-образных труб, при этом теплообменные трубы имеют большую длину и малую толщину боковой стенки. Это приводит к снижению эксплуатационной надежности реакторной установки, так как парогенераторы имеют малый запас на глушение теплообменных труб и большее гидравлическое сопротивление теплообменных труб со стороны первого контура, что негативно сказывается на протекании аварийных режимов.
Еще один недостатком реакторной установки является радиальное расположение ее парогенераторов, приводящее к увеличению размеров реакторного здания. Это усложняет конструкцию контайнмента и увеличивает объемы капитального строительства.
На действующих атомных электростанциях в России и за рубежом с точки зрения надежности и экономичности хорошо зарекомендовали себя реакторные установки типа ВВЭР-1000. Естественно, что в процессе длительной эксплуатации периодически выявляются узлы и детали реакторной установки, требующие усовершенствования.
Так, в патенте РФ на полезную модель №143541, МПК G21С 1/03, опубл. 27.07.2014, описана реакторная установка (РУ) типа ВВЭР-1000, которая имеет четыре петли циркуляции теплоносителя первого контура, в каждой из которых установлен парогенератор типа ПГВ-1000 и главный циркуляционный насос (ГЦН). Петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ состоит из двух частей. Первая часть - это горячий циркуляционный трубопровод, соединяющий РУ с парогенератором, и вторая часть - это холодный циркуляционный трубопровод, по которому из парогенератора теплоноситель первого контура откачивается при помощи ГЦН в реактор. Функцией каждой петли циркуляции РУ является беспрепятственная транспортировка теплоносителя первого контура из реактора через парогенератор и ГЦН обратно в реактор. Основной функцией парогенератора является выработка сухого насыщенного пара за счет тепла, переносимого в парогенератор из активной зоны ядерного реактора теплоносителем первого контура. РУ, парогенератор и ГЦН соединяются между собой сварным трубопроводом, имеющим внутренний диаметр 850 мм (Ду850). Причем РУ соединяется с парогенератором ГЦТ, имеющим вертикальный гиб трубы радиусом 1340 мм. Под напором горячей воды первого контура происходит тепловое расширение и вибрация всех систем первого контура. На изгибы трубопроводов и сварные соединения петли циркуляции первого контура оказывается воздействие теплоносителем при высоком давлении и температуре, что может привести к их повреждениям вплоть до образования трещин. Цитируемая полезная модель, в частности, направлена на решение задачи предотвращения повреждений сварного шва №111 на циркуляционном трубопроводе. Для решения указанной проблемы предлагается горячий коллектор парогенератора соединить с горячим циркуляционным трубопроводом через малый коллектор, так чтобы длина горячего циркуляционного трубопровода от нижнего края малого коллектора до изгиба горячего циркуляционного трубопровода не превышала 0,25 м, а длина холодного циркуляционного трубопровода была бы выполнена соответственно длине горячего циркуляционного трубопровода.
Недостатком данной полезной модели является усложнение конструкции и технологии изготовления парогенератора. Дополнительный малый коллектор предложено приваривать к основному выходному коллектору через дополнительное сварное соединение, невозможность проведения ремонта которого снижает эксплуатационную надежность парогенератора и реакторной установки.
Задачей заявленного изобретения является улучшение эксплуатационных показателей реакторной установки за счет увеличения количества теплообменных труб в корпусе парогенератора без существенного увеличения габаритов, с возможностью размещения его в боксах здания реакторной установки без увеличения объемов капитального строительства.
Кроме того, показатель увеличения количества теплообменных труб в парогенераторе важен для повышения мощности парогенератора, для улучшения параметров пара, в частности давления, что в свою очередь позволяет повысить КПД реакторной установки. Увеличение количества теплообменных труб в корпусе парогенератора также повышает показатели долговечности эксплуатации, поскольку при наличии запасного количества теплообменных труб, при выходе из строя одной или нескольких труб, они могут быть заглушены с продолжением эксплуатации устройства. При увеличении количества теплообменных труб в корпусе парогенератора, работающего в составе реакторной установки, реактор лучше расхолаживается, то есть повышается коэффициент запаса до кризиса теплопередачи в активной зоне реактора. Увеличение количества теплообменных труб в корпусе парогенератора также снижает показатель металлоемкости корпуса, поскольку повышение мощности устройства достигается в корпусе меньшего размера.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении интенсивности теплопередачи, надежности и долговечности парогенератора за счет повышения количества теплообменных труб, размещенных в его корпусе, при одновременном обеспечении условий ремонтопригодности и технологичности изготовления U-образных труб, а также снижении металлоемкости корпуса парогенератора.
Технический результат от использования заявленного изобретения также заключается в повышении надежности, долговечности и эффективности работы реакторной установки, а также в снижении металлоемкости парогенераторов реакторной установки при обеспечении технологичности их изготовления.
Для решения поставленной задачи заявлен горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий цилиндрический корпус, снабженный, по меньшей мере, патрубком подвода питательной воды и патрубком отвода пара, а также двумя эллиптическими днищами, внутрикорпусными устройствами, входным и выходным коллекторами теплоносителя первого контура, соединенными с пучком теплообменных труб, образующим теплообменную поверхность парогенератора, причем пучок теплообменных труб разделен на пакеты межтрубными коридорами, отличающийся тем, что расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении корпуса парогенератора выбрано из соотношения: 0 ,4 ≤ s D корп ≤ 0 ,6
Figure 00000001
 , где Dкорп - внутренний диаметр корпуса парогенератора, а длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбрана из соотношения:
Figure 00000002
где Dкол - наружный диаметр коллектора теплоносителя в сверленой части, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град;
B1 - ширина центрального межтрубного коридора пучка теплообменных труб, мм;
В2 - ширина межтрубного коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Sкол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Sг - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
Nтр - количество теплообменных труб в парогенераторе, шт.;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора,
при этом центральный угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов:
90°≤α≤150° и 300≤Δ≤1000 мм.
От выбора расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении корпуса парогенератора из указанного выше эмпирического соотношения зависит возможность разместить в парогенераторе наибольшее количество теплообменных труб при обеспечении условий ремонтопригодности, надежности и эффективности теплопередачи.
От выбора длины Lк корпуса парогенератора зависит компоновка реакторной установки в реакторном здании, поскольку четыре крупногабаритных парогенератора сложно вписать в ограниченные размеры контайнмента. При этом длина Lк корпуса парогенератора, выбранная в соответствии с заявленным изобретением, гарантирует технологичность изготовления U-образных труб теплообменного пучка, формирующих теплопередающую поверхность парогенератора, что важно для обеспечения их цельности и надежности работы реакторной установки.
В соответствии с заявленным изобретением теплообменный пучок парогенератора заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке. Пучок разделен на пакеты межтрубными коридорами. Ширина вертикальных межтрубных коридоров составляет 100-250 мм. Горизонтально расположенные теплообменные трубы заведены в отверстия вертикально установленных коллекторов теплоносителя первого контура. Изгиб теплообменных труб при соединении с коллектором теплоносителя выполнен радиусом не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм. Для соблюдения требований прочности боковых стенок коллектора теплоносителя площадь зоны его сверления на наружной поверхности не менее чем на 20% должна превышать площадь отверстий, выполненных в нем для присоединения теплообменных труб.
Кроме того, парогенератор в качестве внутрикорпусных устройств может содержать по меньшей мере следующие устройства: устройство подвода и раздачи питательной воды, расположенное над пучком теплообменных труб, устройство подвода и раздачи питательной воды в аварийных режимах, расположенное в паровом пространстве, устройство подачи химических реагентов при промывке парогенератора, погруженный дырчатый лист и потолочный дырчатый лист.
Вторым объектом заявленного изобретения является реакторная установка с водо-водяным энергетическим реактором и горизонтальным парогенератором, включающая ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубными коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, главный циркуляционный насос, а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура, причем внутренний диаметр корпуса Dкорп, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны, соответственно, из соотношений:
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
где D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч;
Nтр - количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.;
Sв и Sг - шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах (k=1 для коридорной компоновки, k=2 для шахматной компоновки);
Н - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм;
Dкол - наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град;
B1 - ширина центрального коридора пучка теплообменных труб, мм;
В2 - ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Sкол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора,
при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов:
90°≤α<150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм.
Для улучшения сейсмической устойчивости парогенератор и главный циркуляционный насос реакторной установки могут быть прикреплены к стенкам реакторного здания с помощью гидроамортизаторов.
Для повышения кавитационного запаса за счет снижения температуры в рабочей камере главный циркуляционный насос реакторной установки может быть размещен после парогенератора по ходу движения теплоносителя первого контура по циркуляционной петле.
Для повышения эксплуатационной надежности реакторной установки на каждой петле может быть установлено по два главных циркуляционных насоса. То есть главный циркуляционный насос может быть размещен в циркуляционной петле, как на горячей, так и на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода. При этом повышение надежности достигается за счет возможности резервирования одного из насосов.
В другом варианте компоновки реакторной установки два главных циркуляционных насоса пониженной мощности могут быть установлены параллельно на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода. Это позволит уменьшить габариты насосов, повысить запас надежности и технико-экономические показатели работы реакторной установки.
Кроме того, в составе реакторной установки может быть предусмотрено размещение задвижек на нитках главного циркуляционного трубопровода. Это позволяет повысить эксплуатационную надежность реакторной установки за счет возможности отсечения парогенератора от реактора и проведения ремонтных работ без вывода из эксплуатации реакторной установки.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлен горизонтальный разрез гермооболочки с размещенной в ней реакторной установкой.
На фиг. 2 представлен горизонтальный разрез корпуса парогенератора.
На фиг. 3 показан фрагмент горизонтального разреза корпуса парогенератора в области соединения теплообменных труб с коллектором теплоносителя первого контура.
На фиг. 4 показано поперечное сечение парогенератора, выполненное по оси входного коллектора теплоносителя первого контура.
На фиг. 5 показана шахматная компоновка теплообменных труб.
На фиг. 6 показана коридорная компоновка теплообменных труб.
На фиг. 7 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура реакторной установки (РУ) с расположением главного циркуляционного насоса (ГЦН) на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ).
На фиг. 8 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ с расположением ГЦН на холодной и на горячей нитке ГЦТ.
На фиг. 9 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ с расположением двух ГЦН на холодной нитке ГЦТ.
На фиг. 10 показана петля циркуляции теплоносителя первого контура РУ с размещением задвижек на холодной и на горячей нитке ГЦТ.
Оборудование реакторной установки, включая парогенераторы, а также ее системы безопасности размещаются в реакторном отделении АЭС. Реакторное отделение состоит из герметичной и негерметичной частей. В герметичной части, называемой обычно гермооболочкой или контайнментом, располагается оборудование первого контура и реактор.
На фиг. 1 представлен горизонтальный разрез гермооболочки 1 с размещенной в ней реакторной установкой. Гермооболочка выполнена в виде цилиндра из предварительно напряженного железобетона, толщина которой, например, для проекта ВВЭР-1000 составляет 1,2 метра при внутреннем диаметре 45 метров и высоте 52 м.
В центральной части гермооболочки 1 размещен реактор 2, соединенный при помощи главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ) 3 с парогенераторами 4. Для перекачки ГЦТ теплоносителя первого контура (воды под давлением) из парогенераторов 4 в реактор 2 и обратно служат главные циркуляционные насосы (ГЦН) 5. Для поддержания стабильности давления и компенсации изменений объема теплоносителя при его разогреве или расхолаживании в составе реакторной установки дополнительно используются компенсаторы давления 6. Как показано на фиг. 1, парогенераторы 4 занимают в контайнменте площадь больше, чем любое другое оборудование реакторной установки. Однако потребности развития общества требуют увеличения выработки электроэнергии, а от АЭС - повышения мощности реакторных установок, следовательно, увеличения теплообменной поверхности и габаритов парогенераторов, которые в настоящее время уже с трудом вписываются в боксы реакторных зданий. Причем дальнейшее увеличение площади и размеров контайнментов экономически невыгодно по причине значительного роста объемов и стоимости капитального строительства при сооружении АЭС.
Заявленное изобретение позволяет повысить интенсивность теплопередачи, надежность и долговечность парогенератора за счет повышения количества теплообменных труб, размещенных в его корпусе, что позволяет улучшить эксплуатационные показатели реакторной установки без существенного увеличения габаритов с возможностью размещения парогенераторов в боксах контайнмента заданных размеров.
Заявленный горизонтальный парогенератор 4 для реакторной установки с ВВЭР содержит цилиндрический корпус 7, снабженный, по меньшей мере, патрубком 8 подвода питательной воды и патрубком 9 отвода пара, а также двумя эллиптическими днищами 10, внутрикорпусными устройствами, входным 11 и выходным 12 коллекторами теплоносителя первого контура, соединенными с пучком 13 теплообменных труб, образующим теплообменную поверхность парогенератора, причем пучок теплообменных труб разделен на пакеты 14 и 15 межтрубными коридорами 16. Для решения поставленной задачи расстояние S (фиг. 2) между осями коллекторов 11 и 12 теплоносителя первого контура в поперечном направлении корпуса 7 парогенератора выбрано из соотношения: 0 ,4 ≤ s D корп ≤ 0 ,6
Figure 00000001
 , где Dкорп - внутренний диаметр корпуса парогенератора, а длина парогенератора Lк, измеренная по внутренним поверхностям эллиптических днищ, выбрана из соотношения:
Figure 00000005
где Dкол - наружный диаметр коллектора теплоносителя в сверленой части, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град;
B1 - ширина центрального межтрубного коридора пучка теплообменных труб, мм;
В2 - ширина межтрубного коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Sкол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм. Указанный шаг измеряется как расстояние от центра одной теплообменной трубы до центра соседней теплообменной трубы в горизонтальном ряду по наружной поверхности коллектора теплоносителя;
Sг - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм. Указанный шаг измеряется как расстояние от центра одной теплообменной трубы до центра соседней теплообменной трубы в горизонтальном ряду, как показано на фиг. 5 и 6;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2. Площадь теплообменной поверхности парогенератора измеряется как сумма площади поверхности труб теплообменного пучка;
Nтр - количество теплообменных труб в парогенераторе, шт.;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы 17 теплообменного пучка до внутренней поверхности днища 10 парогенератора по продольной оси парогенератора, мм;
при этом центральный угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов:
90°≤α≤150° и 300≤Δ≤1000 мм.
В соответствии с заявленным изобретением теплообменный пучок 13 парогенератора заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами b между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке, как показано на фиг. 5 и 6. Горизонтально расположенные теплообменные трубы заведены в отверстия вертикально установленных коллекторов 11 и 12 теплоносителя первого контура. Изгиб теплообменных труб при соединении с коллектором теплоносителя, как показано на фиг. 3, выполнен радиусом Rг не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм.
Парогенератор в качестве внутрикорпусных устройств может содержать по меньшей мере следующие устройства: устройство 18 подвода и раздачи питательной воды, расположенное над пучком 13 теплообменных труб, устройство 19 подвода и раздачи питательной воды в аварийных режимах, расположенное в паровом пространстве, устройство 20 подачи химических реагентов при промывке парогенератора, погруженный дырчатый лист 21 и потолочный дырчатый лист 22.
При работе парогенератора 4 теплоноситель первого контура из реактора 2 подается во входной коллектор 11 парогенератора, раздается по трубам теплообменного пучка 13 и движется по ним к собирающему выходному коллектору 12, передавая свою теплоту котловой воде, т.е. теплоносителю второго контура (рабочему телу) через стенку теплообменной поверхности. Питательная вода через патрубок 8 и соединенное с ним устройство 18 подвода и раздачи питательной воды подается в объем парогенератора и пополняет уровень котловой воды в парогенераторе, прогревается за счет смешения с имеющейся там пароводяной смесью. Прогретая до насыщения вода вовлекается в контур циркуляции парогенератора (второй контур). На теплообменной поверхности парогенератора теплоноситель второго контура вскипает и поднимается наверх в подъемных участках контура циркуляции. Для отделения влаги от пара в парогенераторе используется одноступенчатая гравитационно-осадительная сепарация. Отвод пара из парогенератора осуществляется через паровые патрубки 9 в верхней части корпуса 7.
Компенсация массы пара, покидающей теплообменный пучок 13, осуществляется за счет опускного движения воды в межтрубных коридорах 16, 23 по всей высоте пакета труб и в зазоре между корпусом парогенератора и трубным пучком.
Эмпирическое соотношение, которое предложено для определения длины парогенератора Lк, учитывает технологические требования к изгибу труб теплообменной поверхности возле днищ парогенератора. U-образную форму трубам теплообменного пучка придают в три изгиба. При этом угол, соответствующий центральному изгибу, составляет от 90° до 150°, а расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища составляет от 300 до 1000 мм, что важно по технологическим и технико-экономическим соображениям. Предпочтительной является величина центрального углом изгиба теплообменных труб, составляющая 120°.
Выражение 0,4≤S/Dкорп≤0,6 характеризует конструкцию парогенератора, в котором пакеты теплообменных труб имеют, примерно, одинаковую ширину. При равной ширине пакетов теплообменных труб, когда S/Dкорп=0,5, в парогенератор помещается наибольшее количество теплообменных труб при прочих, равных условиях, что снижает металлоемкость корпуса парогенератора.
Собрать парогенератор, расстояние между коллекторами которого в поперечном направлении не попадает в указанный диапазон, возможно, но количество труб в таком парогенераторе будет меньше необходимого для обеспечения показателей эффективности его работы вследствие того, что внутреннее пространство корпуса использовано не эффективно. А именно, при расстоянии S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении S≤0,4·Dкорп, значительное пространство в центральной части парогенератора, прилегающее к продольной плоскости сечения в зоне расположения теплообменного пучка, останется незаполненным теплообменными трубами по следующей причине. Для заведения теплообменных труб в отверстия коллектора теплоносителя они должны иметь заданный радиус изгиба Rг (фиг. 3), а на конце - прямолинейный участок, превышающий по длине глубину отверстия в стенке коллектора, в которое их заделывают. При этом радиусы изгиба теплообменных труб, для введения их в отверстия коллектора, выполняют размером не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм.
При расстоянии S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении S≥0,6·Dкорп значительное пространство в периферийной части парогенератора, прилегающее к боковым стенкам корпуса в зоне расположения теплообменного пучка, останется незаполненным теплообменными трубами по указанной выше причине, поскольку для заведения теплообменных труб в отверстия коллектора теплоносителя они должны иметь заданный радиус изгиба, а на конце - прямолинейный участок, превышающий по длине глубину отверстия, в которое их заделывают. Изготовление парогенератора при выборе внутреннего диаметра его корпуса Dкорп, расстояния S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении и длины парогенератора Lк (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) позволяет разместить в корпусе парогенератора выбранного размера наибольшее количество теплообменных труб, обеспечив их надежное крепление, а также получение требуемой влажности пара в корпусе минимального диаметра, и удовлетворить требованиям технологичности изготовления U-образных теплообменных труб. При этом размеры парогенератора Dкорп и Lк выбраны с учетом его размещения в составе реакторной установки в боксах контайнмента.
Реакторная установка, содержащая заявленный парогенератор, показана на фиг. 1. Она содержит ядерный реактор 2 с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор 4 с горизонтальным пучком 13 теплообменных труб, разделенных на пакеты 14 и 15 межтрубными коридорами 16 и соединенных с коллекторами 11 и 12 теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса 7 с эллиптическими днищами 10, главный циркуляционный насос 5, а также главный циркуляционный трубопровод 3 теплоносителя первого контура. При этом внутренний диаметр корпуса 7 Dкорп, расстояние S между осями коллекторов 11 и 12 теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ 10 выбраны, соответственно, из соотношений:
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
где D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч;
Nтр - количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.;
Sв и Sг - шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм, как показано на фиг. 5 и 6;
k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах (k=1 для коридорной компоновки, k=2 для шахматной компоновки);
Н - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм, как показано на фиг. 4;
Dкол - наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град;
B1 - ширина центрального коридора пучка теплообменных труб, мм;
B2 - ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Sкол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Нпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора,
при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов:
90°≤α≤150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм.
Для улучшения сейсмической устойчивости парогенератор и главный циркуляционный насос реакторной установки могут быть прикреплены к стенкам реакторного здания с помощью гидроамортизаторов 24.
На фиг. 7-9 показаны варианты компоновки предложенной реакторной установки на примере одной из четырех циркуляционных петель, в которой холодная нитка ГЦТ обозначена позицией 25, а горячая нитка - 26.
Для повышения кавитационного запаса за счет снижения температуры теплоносителя в рабочей камере, как показано на фиг. 7, главный циркуляционный насос 5 реакторной установки 2 может быть размещен после парогенератора 4 по ходу движения теплоносителя первого контура по циркуляционной петле на холодной нитке 25 ГЦТ 3.
В другом варианте, показанном на фиг. 8, для повышения эксплуатационной надежности реакторной установки на каждой циркуляционной петле может быть установлено по два главных циркуляционных насоса 5. То есть главный циркуляционный насос 5 может быть размещен в циркуляционной петле, как на горячей нитке 26, так и на холодной нитке 25 главного циркуляционного трубопровода. При этом повышение надежности достигается за счет возможности резервирования одного из насосов.
В следующем варианте компоновки реакторной установки два главных циркуляционных насоса 5 пониженной мощности могут быть установлены параллельно на холодной нитке 25 главного циркуляционного трубопровода, как показано на фиг. 9. Это позволит уменьшить габариты насосов, повысить запас надежности и технико-экономические показатели работы реакторной установки.
Кроме того, в составе реакторной установки может быть предусмотрено размещение задвижек 27 на нитках 25 и 26 главного циркуляционного трубопровода, как показано на фиг. 10. Это позволяет повысить эксплуатационную надежность реакторной установки за счет возможности отсечения парогенератора от реактора и проведения ремонтных работ без вывода из эксплуатации реакторной установки.
Реакторная установка работает следующим образом.
Технологическая схема реакторной установки двухконтурная. Первый контур является радиоактивным и размещен в контайнменте 1, в него входит водо-водяной энергетический реактор 2, типа ВВЭР, и четыре циркуляционные петли ГЦТ 3, по которым через активную зону реактора 2 с помощью главных циркуляционных насосов 5 прокачивается теплоноситель первого контура - вода под давлением (160 кгс/см2). Температура воды на входе в реактор, примерно, 289°С, на выходе - 322°С. Нагретая в реакторе 2, вода направляется по четырем трубопроводам ГЦТ 3 в парогенераторы 4. Давление и уровень теплоносителя первого контура поддерживаются при помощи парового компенсатора давления 6.
Второй контур - нерадиоактивный, состоит из испарительной и водопитательной установок, блочной обессоливающей установки и турбоагрегата (не показаны). Теплоноситель первого контура охлаждается в парогенераторах 4, отдавая при этом тепло воде второго контура. Насыщенный пар, производимый в парогенераторах 4, через патрубки 9 отвода пара и паровой коллектор направляется к турбоустановке, приводящей во вращение электрогенератор.
Пример
Осуществляется строительство реакторной установки АЭС с ВВЭР. По условиям надежного расхолаживания реактора парогенератор должен иметь площадь теплообменной поверхности парогенератора Нпто=6000 м2.
Для реакторной установки изготовлен парогенератор, имеющий следующие параметры:
- паропроизводительность одного парогенератора реакторной установки D=1500 т/ч;
- наружный диаметр коллектора первого контура в сверленой части Dкол=1200 мм;
- ширина центрального коридора пучка теплообменных труб B1=200 мм;
- ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, В2=200 мм;
- наружный диаметр теплообменных труб d=16 мм;
- шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка Sг=24 мм;
- шаг между теплообменными трубами в вертикальном ряду теплообменного пучка Sв=22 мм;
- количество теплообменных труб в парогенераторе Nтр=10000 шт.;
- признак компоновки теплообменного пучка k=1 для коридорной компоновки;
- высота наполнения корпуса парогенератора трубами Н=2300 мм.
В соответствии с заявленным изобретением внутренний диаметр корпуса парогенератора Dкорп выбирается из диапазона в соответствии со следующим соотношением:
Figure 00000009
Figure 00000010
Расстояние S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении выбирается из диапазона в соответствии со следующим соотношением:
Figure 00000011
Длина парогенератора Lк (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) выбирается из диапазона в соответствии со следующими соотношениями:
Figure 00000012
при 90°≤α≤150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм, тогда 13790 мм≤Lк≤16807 мм.
Если внутренний диаметр корпуса парогенератора Dкорп будет меньше 2825 мм, то в таком парогенераторе будет невозможно обеспечить надежное крепление теплообменных труб дистанционирующими элементами, так как для них не останется места, следовательно, не будет выполнено требование надежности конструкции парогенератора. Корпус парогенератора с внутренним диаметром более 4202 мм не выгодно размещать в реакторной установке, так как он увеличивает ее металлоемкость, а влажность генерируемого пара и КПД установки не улучшаются, но увеличиваются размеры контайнмента. В парогенераторе размещается та же величина теплообменной поверхности, поэтому теплоноситель в ГЦТ реакторной установки пребывает в том же диапазоне температур. Коэффициент запаса до кризиса теплопередачи в активной зоне реактора, как следствие, не растет.
Длина парогенератора Lк (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) величиной менее 13790 мм не позволяет обеспечить технологичность гибки и крепежа теплообменных труб в U-образный пучок, т.к. угол изгиба трубы превышает 150°, а расстояние между наружными трубами пучка и днищем корпуса составляет менее 300 мм, что не позволяет разместить опору пучка.
Длина парогенератора Lк (по внутренним поверхностям эллиптических днищ) величиной более 16807 мм не целесообразна, так как при увеличении длины корпуса парогенератора показатели качества пара, например осушки, не улучшаются, и площадь теплообменной поверхности остается постоянной, равной 6000 м2, в связи с тем, что увеличение длины парогенератора происходит не за счет увеличения количества теплообменных труб и роста теплопередающей поверхности, а за счет изгиба труб под более острым углом и избыточных зазоров между пучком теплообменных труб и днищами парогенератора. Таким образом, происходит увеличение металлоемкости парогенератора реакторной установки без увеличения коэффициента запаса до кризиса теплопередачи в активной зоне реактора, без улучшения параметров пара по влажности и давлению в парогенераторе, а также происходит увеличение размеров контайнмента без положительного технического эффекта в работе реакторной установки.
Если расстояние S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении выбрано менее 1130 мм, то центральная часть теплообменного пучка парогенератора не будет заполнена трубами. Так как для закрепления теплообменной трубы в отверстии боковой стенки коллектора теплоносителя первого контура ее конец должен иметь прямолинейную форму на отрезке длиной более глубины указанного отверстия. Если указанное условие не выполняется, то теплообменная труба не может быть размещена и закреплена в отверстии боковой стенки коллектора теплоносителя. Таким образом, если центральная часть теплообменного пучка парогенератора не будет заполнена трубами, это не позволит обеспечить заданное количество теплообменных труб в объеме парогенератора и обеспечить теплообменную поверхность парогенератора в заданных габаритах, что снижает эксплуатационные показатели реакторной установки.
Если расстояние S между осями коллекторов теплоносителя в поперечном направлении выбрано более 2521 мм, то будет невозможно разместить пучок теплообменных труб возле боковой стенки корпуса парогенератора, что также не позволит обеспечить теплообменную поверхность заданной площади и эксплуатационные показатели реакторной установки.

Claims (11)

1. Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором, содержащий цилиндрический корпус, снабженный, по меньшей мере, патрубком подвода питательной воды и патрубком отвода пара, а также двумя эллиптическими днищами, внутрикорпусными устройствами, входным и выходным коллекторами теплоносителя первого контура, соединенными с пучком теплообменных труб, образующим теплообменную поверхность парогенератора, причем пучок теплообменных труб разделен на пакеты межтрубными коридорами, отличающийся тем, что расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении парогенератора выбрано из соотношения:
Figure 00000013
, где Dкорп - это внутренний диаметр корпуса парогенератора, а длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбрана из соотношения:
Figure 00000014

где Dкол - наружный диаметр коллектора теплоносителя в сверленой части, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град;
B1 - ширина центрального межтрубного коридора пучка теплообменных труб, мм;
B2 - ширина межтрубного коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Sкол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Sг - шаг между теплообменными трубами в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
Hпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
Nтр - количество теплообменных труб в парогенераторе, шт.;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, мм;
при этом центральный угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов:
90°≤α≤150° и 300≤Δ≤1000 мм.
2. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что теплообменный пучок заполнен теплообменными трубами равномерно снизу доверху с зазорами между соседними трубами по вертикали, не превышающими вертикальный шаг труб в пучке.
3. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что ширина вертикальных межтрубных коридоров составляет 100-250 мм.
4. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что изгиб теплообменных труб при соединении их с коллектором теплоносителя выполнен радиусом не менее 60 мм, предпочтительно не менее 100 мм.
5. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что площадь зоны сверления коллектора теплоносителя по наружной поверхности не менее чем на 20% превышает площадь отверстий для соединения с ним теплообменных труб.
6. Реакторная установка с водо-водяным энергетическим реактором и горизонтальным парогенератором, включающая ядерный реактор с четырьмя циркуляционными петлями, каждая из которых содержит парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб, разделенных на пакеты межтрубными коридорами и соединенных с коллекторами теплоносителя первого контура внутри цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, главный циркуляционный насос, а также главный циркуляционный трубопровод теплоносителя первого контура, отличающаяся тем, что внутренний диаметр корпуса Dкорп, расстояние S между осями коллекторов теплоносителя первого контура в поперечном направлении и длина парогенератора Lк по внутренним поверхностям эллиптических днищ выбраны, соответственно, из соотношений:
Figure 00000015

Figure 00000016

Figure 00000017

где D - номинальная паропроизводительность парогенератора, т/ч;
Nтр - количество теплообменных труб в корпусе парогенератора, шт.;
Sв и Sг - шаг между теплообменными трубами соответственно в вертикальном и в горизонтальном ряду теплообменного пучка, мм;
k - признак компоновки теплообменного пучка в пакетах (k=1 для коридорной компоновки, k=2 для шахматной компоновки);
Н - высота наполнения корпуса парогенератора трубами, мм;
Dкол - наружный диаметр коллектора первого контура в зоне сверления, мм;
α - центральный угол изгиба теплообменных труб, град;
B1 - ширина центрального коридора пучка теплообменных труб, мм;
B2 - ширина коридора пучка теплообменных труб, расположенного напротив коллектора теплоносителя, мм;
Sкол - окружной шаг теплообменных труб по наружной поверхности коллектора теплоносителя, мм;
Hпто - площадь теплообменной поверхности парогенератора, м2;
d - наружный диаметр теплообменных труб, мм;
Δ - расстояние от внешней трубы теплообменного пучка до внутренней поверхности днища парогенератора по продольной оси парогенератора, мм;
при этом угол α изгиба теплообменных труб и расстояние Δ выбраны из следующих диапазонов:
90°≤α≤150° и 300 мм≤Δ≤1000 мм.
7. Реакторная установка по п. 6, отличающаяся тем, что парогенератор и главный циркуляционный насос соединены со стенками реакторного здания с помощью гидроамортизаторов.
8. Реакторная установка по п. 6, отличающаяся тем, что главный циркуляционный насос размещен после парогенератора по ходу движения теплоносителя первого контура по циркуляционной петле.
9. Реакторная установка по п. 6, отличающаяся тем, что в циркуляционной петле, как на горячей, так и на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода, размещен главный циркуляционный насос.
10. Реакторная установка по п. 6, отличающаяся тем, что на холодной нитке главного циркуляционного трубопровода размещены два главных циркуляционных насоса, установленных параллельно.
11. Реакторная установка по п. 6, отличающаяся тем, что на нитках главного циркуляционного трубопровода установлены задвижки.
RU2014150427/06A 2014-12-12 2014-12-12 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором RU2583324C1 (ru)

Priority Applications (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150427/06A RU2583324C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
UAA201707376A UA121984C2 (ru) 2014-12-12 2015-12-09 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки
JP2017550453A JP2018506724A (ja) 2014-12-12 2015-12-09 加圧水型原子炉施設用の横置蒸気発生器、及びそれを有する原子炉施設
CN201580076021.4A CN107250664B (zh) 2014-12-12 2015-12-09 用于反应堆设备的卧式蒸汽发生器
CA2970600A CA2970600A1 (en) 2014-12-12 2015-12-09 Horizontal steam generator for a reactor plant with a water-cooled water-moderated power reactor and a reactor plant with the said steam generator
KR1020177019088A KR20170103810A (ko) 2014-12-12 2015-12-09 원자력 발전소용 수평 증기 발생기
EP15868379.7A EP3236150A4 (en) 2014-12-12 2015-12-09 Horizontal steam generator for a reactor plant
PCT/RU2015/000785 WO2016093736A2 (ru) 2014-12-12 2015-12-09 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
US15/535,360 US20170321879A1 (en) 2014-12-12 2015-12-09 Horizontal Steam Generator for a Reactor Plant with a Water-Cooled Water-Moderated Power Reactor and a Reactor Plant with the said Steam Generator
BR112017012525-0A BR112017012525A2 (pt) 2014-12-12 2015-12-09 ?gerador de vapor horizontal para uma instalação de reator com um reator de potência moderado por água e resfriado por água e uma instalação de reator com o dito gerador de vapor?
EA201650102A EA032753B1 (ru) 2014-12-12 2015-12-09 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
JOP/2015/0305A JOP20150305B1 (ar) 2014-12-12 2015-12-10 مولد بخار ماء أفقى لمنشأة مفاعل مع مفاعل متوسط الطاقة المائية مبرد بالماء و منشأة مفاعل مع مولد بخار الماء المذكور
ARP150104053A AR102985A1 (es) 2014-12-12 2015-12-11 Generador de vapor horizontal para el conjunto del reactor con reactor de agua a presión y el conjunto del reactor con el generador de vapor indicado
ZA201704656A ZA201704656B (en) 2014-12-12 2017-07-11 Horizontal steam generator for a reactor plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150427/06A RU2583324C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2583324C1 true RU2583324C1 (ru) 2016-05-10

Family

ID=55959896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014150427/06A RU2583324C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20170321879A1 (ru)
EP (1) EP3236150A4 (ru)
JP (1) JP2018506724A (ru)
KR (1) KR20170103810A (ru)
CN (1) CN107250664B (ru)
AR (1) AR102985A1 (ru)
BR (1) BR112017012525A2 (ru)
CA (1) CA2970600A1 (ru)
EA (1) EA032753B1 (ru)
JO (1) JOP20150305B1 (ru)
RU (1) RU2583324C1 (ru)
UA (1) UA121984C2 (ru)
WO (1) WO2016093736A2 (ru)
ZA (1) ZA201704656B (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106340328A (zh) * 2016-09-09 2017-01-18 中国核工业二三建设有限公司 核电站压力容器筒体和蒸汽发生器的找正、调平方法
CN112923347A (zh) * 2021-01-20 2021-06-08 西安石油大学 一种新型环型阵列流量分配装置设计
RU2769975C1 (ru) * 2020-12-31 2022-04-12 Цзянсуская корпорация по ядерной энергетике Устройство для восстановления изоляции нагревательной трубы электронагревателя компенсатора давления на атомной электростанции и способ работы устройства
RU211005U1 (ru) * 2021-12-30 2022-05-18 Андрей Васильевич Попов Передвижной мобильный парогенератор

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583324C1 (ru) * 2014-12-12 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
RU2583321C1 (ru) * 2014-12-12 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб и способ его сборки
CN107688718B (zh) * 2017-09-15 2022-11-18 中国核电工程有限公司 一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法
CN109990256B (zh) * 2019-04-09 2020-12-04 中国核动力研究设计院 一种针对模块式小堆的主蒸汽管线布置结构及布置方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993020386A1 (en) * 1992-04-03 1993-10-14 Vítkovice A.S. Feed system of a heat exchanger
US5331677A (en) * 1992-02-27 1994-07-19 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Pressurized water reactor plant
RU96214U1 (ru) * 2010-04-05 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU100590U1 (ru) * 2010-08-02 2010-12-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU143541U1 (ru) * 2014-01-28 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО "ВНИИАЭС") Петля циркуляции теплоносителя первого контура реакторной установки типа ввэр-1000

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1147064A (en) * 1965-06-15 1969-04-02 Atomic Energy Authority Uk Improvements in or relating to heat exchangers
FR2500676A1 (fr) * 1981-02-24 1982-08-27 Commissariat Energie Atomique Dispositif de refroidissement de secours d'un reacteur nucleaire refroidi a l'eau
SU1168771A1 (ru) * 1984-01-06 1985-07-23 Южный Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского Парогенератор
JPS60195487A (ja) * 1984-03-19 1985-10-03 三菱重工業株式会社 一体構造式加圧水型原子炉
SU1714290A1 (ru) * 1989-05-26 1992-02-23 Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского Способ работы горизонтального парогенератора
RU2106026C1 (ru) * 1995-10-17 1998-02-27 Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных станций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных станций Система защиты защитной оболочки реакторной установки водо-водяного типа
JPH11294706A (ja) * 1998-04-08 1999-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd シェル・チューブ熱交換器型横置蒸気発生器
RU2231144C2 (ru) * 2002-05-20 2004-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" Министерства Российской Федерации по атомной энергии Устройство аварийного охлаждения ядерного реактора
RU2226722C1 (ru) * 2002-08-02 2004-04-10 Фгуп Окб "Гидропресс" Ядерная паропроизводительная установка
RU142667U1 (ru) * 2004-08-24 2014-06-27 Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Компания "Зиомар" Парогенератор
US9534779B2 (en) * 2011-04-04 2017-01-03 Westinghouse Electric Company Llc Steam generator tube lane flow buffer
RU2583324C1 (ru) * 2014-12-12 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС") Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
ES2791310T5 (es) * 2015-02-27 2023-06-19 Technip France Sistema de caldera de calor residual y método para enfriar un gas de proceso

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331677A (en) * 1992-02-27 1994-07-19 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Pressurized water reactor plant
WO1993020386A1 (en) * 1992-04-03 1993-10-14 Vítkovice A.S. Feed system of a heat exchanger
RU96214U1 (ru) * 2010-04-05 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU100590U1 (ru) * 2010-08-02 2010-12-20 Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" Парогенератор
RU143541U1 (ru) * 2014-01-28 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО "ВНИИАЭС") Петля циркуляции теплоносителя первого контура реакторной установки типа ввэр-1000

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106340328A (zh) * 2016-09-09 2017-01-18 中国核工业二三建设有限公司 核电站压力容器筒体和蒸汽发生器的找正、调平方法
CN106340328B (zh) * 2016-09-09 2022-05-20 中国核工业二三建设有限公司 核电站压力容器筒体和蒸汽发生器的找正、调平方法
RU2769975C1 (ru) * 2020-12-31 2022-04-12 Цзянсуская корпорация по ядерной энергетике Устройство для восстановления изоляции нагревательной трубы электронагревателя компенсатора давления на атомной электростанции и способ работы устройства
CN112923347A (zh) * 2021-01-20 2021-06-08 西安石油大学 一种新型环型阵列流量分配装置设计
RU211005U1 (ru) * 2021-12-30 2022-05-18 Андрей Васильевич Попов Передвижной мобильный парогенератор
RU2788352C1 (ru) * 2022-10-11 2023-01-17 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОПАР" Мобильный парогенератор с функцией аппарата высокого давления

Also Published As

Publication number Publication date
AR102985A1 (es) 2017-04-05
UA121984C2 (ru) 2020-08-25
ZA201704656B (en) 2019-11-27
BR112017012525A2 (pt) 2018-02-27
KR20170103810A (ko) 2017-09-13
JOP20150305B1 (ar) 2023-09-17
EA032753B1 (ru) 2019-07-31
CN107250664B (zh) 2019-10-11
WO2016093736A9 (ru) 2016-08-25
WO2016093736A3 (ru) 2016-08-04
WO2016093736A2 (ru) 2016-06-16
EA201650102A1 (ru) 2017-09-29
CA2970600A1 (en) 2016-06-16
US20170321879A1 (en) 2017-11-09
CN107250664A (zh) 2017-10-13
EP3236150A4 (en) 2018-10-31
JP2018506724A (ja) 2018-03-08
EP3236150A2 (en) 2017-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2583324C1 (ru) Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
US11120920B2 (en) Steam generator for nuclear steam supply system
US5011652A (en) Nuclear power facilities
RU2515579C2 (ru) Парогенератор
KR101743910B1 (ko) 수동형 원자로 냉각시스템
US9786395B2 (en) Air-cooled heat exchanger and system and method of using the same to remove waste thermal energy from radioactive materials
CA2969827A1 (en) Containment internal passive heat removal system
US11901088B2 (en) Method of heating primary coolant outside of primary coolant loop during a reactor startup operation
RU2583321C1 (ru) Парогенератор с горизонтальным пучком теплообменных труб и способ его сборки
EA037574B1 (ru) Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор
CN211929059U (zh) 一种压水堆非能动换热器
CN206861492U (zh) 一种带有水平支承连接板的压水堆用蒸汽发生器
JPH05223980A (ja) 管式熱交換器
WO2016093739A2 (ru) Горизонтальный парогенератор атомной электростанции и способ его сборки
JP2018537641A (ja) 蒸気発生器
EP3926643A2 (en) Inverse steam generator for fast neutron reactor having lead coolant
US20240093950A1 (en) Green energy thermal storage system
KR20230071687A (ko) 이중벽단일통과-증기발생기
KR20130077602A (ko) 증기발생기
JP2013186085A (ja) 原子力発電所及びその工法

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181031

Effective date: 20181031

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181031

Effective date: 20200226

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181031

Effective date: 20210202