ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2000 года по МПК F28D7/00 F28F9/02 

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.

На атомных электростанциях известны устройства охлаждения горячей и загрязненной жидкости, в которых используется промежуточный теплообменник.

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.

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).

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.

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.

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.

Однако такое техническое решение не обеспечивает достаточного сопротивления механическим деформациям, которым подвергаются элементы теплообменника, а также достаточных гарантий непроницаемости в случае утечки загрязненной жидкости.

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.

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.

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.

Желательно, чтобы патрубок для протекания охлаждающей жидкости и входной патрубок для впуска в камеру загрязненной горячей жидкости находились на одной образующей стенке цилиндра.

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.

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.

На фигуре приложенного чертежа, который дается лишь в качестве примера, показан один вариант осуществления предлагаемого изобретением теплообменника.

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.

Относительно оси ZZ' патрубок 8 находится ближе к трубной решетке 3, чем к верхней части подвижной головки 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.

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.

Изобретение предназначено для охлаждения горячей загрязненной жидкости, используемой в ядерной промышленности. Теплообменник содержит трубы, образующие пучок, приваренные и закрепленные по всей ширине трубной решетки, которая вместе с запирающей крышкой определяет подвижную головку, а сама трубная решетка также приварена и закреплена на корпусе по всей своей периферии. Результатом изобретения является обеспечение двойной защиты окружающей среды от радиоактивных утечек. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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. 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. 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.