Парогенератор Российский патент 2003 года по МПК F22B1/02 

Предлагаемое изобретение относится к области атомной техники и предназначено для использования в АЭУ, преимущественно в установках с ВВЭР.

Актуальной задачей атомной техники является повышение надежности атомных энергетических установок.

Одним из основных элементов АЭУ, определяющих их надежность, является парогенератор, повышение надежности которого является одной из основных задач развития атомной энергетики на настоящем этапе.

Одним из основных типов парогенераторов, применяемых в настоящее время в атомной энергетике, является вертикальный парогенератор, основными элементами которого являются: вертикальный цилиндрический корпус, пучок U-образных теплообменных труб, горизонтальная плоская трубная доска, периферийный опускной канал нагреваемой среды. Подобные конструкции достаточно эффективны и позволяют иметь минимальные габариты атомной установки в целом.

Одним из основных недостатков такого типа парогенератора является следующий. Котловая вода (нагреваемая среда) по периферийному опускному каналу (представляющему собой кольцевой зазор, образованный корпусом парогенератора и обечайкой, окружающей пучок теплообменных труб) опускается в нижнюю часть парогенератора, разворачивается и движется по верхнему торцу трубной доски от ее периферии к центру. Так как в центральной зоне трубной доски скорость котловой воды приближается к нулю, это становится причиной накопления в данной зоне шламовых отложений, удаление которых является задачей весьма затруднительной.

Следствием этого является усиление фактора коррозионного повреждения теплообменных труб в данной зоне, что существенно сказывается на снижении надежности парогенератора.

По имеющейся информации предпринятые различные мероприятия по исключению процесса накопления шлама в центральной зоне трубной доски не сняли с повестки дня проблему в целом.

Известен парогенератор разработки ОКБ “Гидропресс” ПГ В-1000 (см. книгу “Парогенераторные установки атомных электростанций”. Москва: Энергоатомиздат, 1987 г., стр.67, 68, 69, рис. 4.12) для АЭС с ВВЭР, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с расположенными внутри вертикальными цилиндрическими коллекторами (“горячий” и “холодный”) греющего теплоносителя, поверхности теплообмена, выполненные из U-образных теплообменных труб, закрепленных концами в коллекторах греющего теплоносителя, сепараторы пара.

У парогенераторов этого типа в процессе эксплуатации происходит самоочищение поверхностей вертикальных коллекторов греющего теплоносителя от шламовых отложений путем естественного их “сваливания” с вертикальных поверхностей и смывки восходящими потоками котловой воды.

Но парогенераторы этого типа обладают следующими основными недостатками:

1. Большие размеры в плане, что определяет большие размеры контайнмента (защитной оболочки) реакторной установки и, как следствие, большие капитальные затраты на ее изготовление.

2. Дополнительное увеличение массы парогенератора за счет размещения внутри корпуса ПГ толстостенных коллекторов греющего теплоносителя большой массы.

3. Увеличение массы парогенератора (по сравнению с парогенераторами с трубными досками) по причине большего расчетного давления корпуса ПГ, определяемого исходя из рассмотрения проектной аварии разрыва коллектора греющего теплоносителя полным сечением.

Известен вертикальный парогенератор (см. а.с. СССР № 1019905, кл. F 22 B 1/06, опубликованное 15.11.84 г.), содержащий корпус с пучком вертикальных ширм, образованных трубами, радиально подключенными конечными участками к центральному цилиндрическому коллектору греющего теплоносителя, разделенному на входную и выходную камеры внутренней обечайкой (см. фиг.1 описания изобретения к авторскому свидетельству № 1019905).

У данной конструкции парогенератора также в процессе эксплуатации происходит самоочищение поверхности вертикального коллектора греющего теплоносителя от шламовых отложений путем естественного их “сваливания” с вертикальной поверхности и смывки восходящим потоком котловой воды.

Этот парогенератор в отличие от ранее рассмотренного имеет в плане минимальные размеры, что позволяет разместить реакторную установку в защитном контайменте минимальных размеров.

Одними из основных недостатков этого типа парогенератора являются:

1. Дополнительное увеличение массы парогенератора за счет размещения внутри корпуса ПГ толстостенного коллектора греющего теплоносителя большой массы.

2. Увеличение массы парогенератора (по сравнению с вертикальными парогенераторами с трубными досками) по причине большего расчетного давления корпуса ПГ, определяемого исходя из рассмотрения проектной аварии разрыва цилиндрического коллектора греющего теплоносителя полным сечением.

Известен парогенератор (см. а.с. СССР № 1225496, кл. F 22 B 1/02, опубликованное 15.04.86 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, закрытый верхней и нижней сферическими крышками, U-образные теплообменные трубы, закрепленные концами горячей и холодной ветвей в нижней горизонтальной трубной доске, скрепленной с корпусом и образующей с нижней крышкой корпуса камеру греющего теплоносителя, опускной канал нагреваемой среды.

Конструктивное исполнение данного парогенератора наиболее близкое к заявляемому и в наибольшей степени удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к ПГ для АЭУ. Этот парогенератор имеет минимальные размеры в плане, наименьшую массу, минимальное расчетное давление корпуса ПГ по II контуру по сравнению с раннее рассмотренными конструкциями ПГ.

Однако в данном парогенераторе нагреваемая среда (котловая вода) из периферийного опускного канала, представляющего собой кольцевой зазор, образованный корпусом парогенератора и обечайкой, окружающей пучок теплообменных труб, поступает на трубную доску и движется по ней от ее периферии к центру, формируя в центральной зоне трубной доски трудно удаляемые шламовые отложения, обуславливающие интенсификацию коррозионных процессов, что существенно сказывается на снижении надежности парогенератора.

Решаемая задача - повышение надежности парогенератора путем смыва и удаления шламовых отложений с поверхности трубной доски.

Поставленная задача решается за счет того:

1. Что в парогенераторе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, закрытый верхней и нижней сферическими крышками, U-образные теплообменные трубы, закрепленные концами горячей и холодной ветвей в нижней трубной доске, коллекторы подвода и отвода сред, опускной канал нагреваемой среды, последний выполнен в виде выгородки, расположенной в диаметральной плоскости парогенератора, параллельной плоскости U-образных теплообменных труб, и подающей нагреваемую среду в центральную часть трубной доски, причем трубная доска выполнена сферической, снабженной на периферии кольцевым каналом, соединенным с продувочной системой.

2. Что выгородка в нижней части снабжена распределительным элементом, расположенным концентрично поверхности трубной доски.

Удаление шламовых отложений с поверхности сферической трубной доски происходит следующим образом.

Расположение в диаметральной плоскости парогенератора опускного канала нагреваемой среды (котловой воды), подающего котловую воду в центральную часть сферической трубной доски, обеспечивает движение котловой воды по поверхности трубной доски от ее центра к периферии.

Это принципиальное изменение характера движения котловой воды от центра к периферии в совокупности со сферической формой поверхности трубной доски обеспечивает очищение поверхности трубной доски от шламовых отложений за счет их естественного “сваливания” со сферической поверхности под действием тангенциальной составляющей силы тяжести и смыва полным расходом котловой воды.

При этом шлам накапливается вне пределов теплообменных труб на периферии сферической трубной доски в кольцевом канале - шламосборнике и удаляется из него постоянной сдувкой за пределы парогенератора продувочной системой.

Таким образом происходит постоянное и интенсивное самоочищение поверхности сферической трубной доски потоком котловой воды от шлама в процессе эксплуатации.

Суть изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез парогенератора А-А (общий вид).

На фиг.2 изображен вертикальный разрез парогенератора Б-Б фиг.1.

На фиг.3 - разрез В-В фиг.1.

На фиг.4 - разрез Г-Г фиг.1.

Парогенератор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, в верхней и нижней частях которого имеются сферические крышки, на которых расположены: патрубок подвода питательной воды 2, патрубок отвода пара 3, продувочные штуцера 4.

В нижней части корпуса расположены: сферическая трубная доска 5, сферическое днище 6, раздающий 7 и собирающий 8 коллекторы, разделенные вертикальной перегородкой 9.

В корпусе 1 установлены и подключены к сферической трубной доске 5 U-образные теплообменные трубы 10. Теплообменные трубы 10 горячими и холодными ветвями подключены соответственно к раздающему 7 и собирающему 8 коллекторам.

Над сферической трубной доской 5 концентрично ей, на определенном расчетном расстоянии, установлен сферический распределительный элемент 11 с отверстиями, через которые проходят теплообменные трубы 10.

Распределительный элемент 11 необходим для лучшей организации заданного направления и скорости движения котловой воды по поверхности сферической трубной доски от ее центра к периферии.

В верхней части корпуса 1 установлены: коллектор питательной воды 12, центробежные сепараторы глубокой осушки 13.

В центральной части трубного пучка между U-образными теплообменными трубами 10 размещена выгородка котловой воды 14 (опускной канал), имеющая в верхней своей части в поперечном сечении форму прямоугольника, а в нижней своей части в поперечном сечении крестообразную форму.

Крестообразная форма нижней части выгородки котловой воды 14 продиктована необходимостью размещения над центральной частью трубной доски в пространстве, свободном от теплообменных труб, сливного окна в торце нижней части выгородки с расчетной площадью проходного сечения.

Выгородка котловой воды 14 в верхней своей части подсоединена к корпусу 1, а в нижней своей части - к распределительному элементу 11.

Выгородка котловой воды 14 в поперечном своем сечении может также иметь: форму прямоугольника со скругленными по радиусу углами, овальную форму, эллиптическую форму.

Работа парогенератора происходит следующим образом.

Греющий теплоноситель из реактора поступает в раздающий коллектор 7 и раздается по U-образным теплообменным трубам 10. Проходит по ним, отдавая тепло котловой воде, и поступает в собирающий коллектор 8, откуда поступает в реактор.

Питательная вода из патрубка 2 подается в питательный коллектор, откуда в выгородку котловой воды (опускной канал) 14, где смешивается с отсепарированной водой, и образовавшаяся смесь - котловая вода поступает в нижнюю часть парогенератора в зазор между распределительным элементом 11 и поверхностью сферической трубной доски 5, омывает поверхность сферической трубной доски от его верхней точки по “наклонной” поверхности к периферии, смывая шламовые отложения.

Далее котловая вода разворачивается и поступает в межтрубное пространство теплообменной поверхности, а шлам отбрасывается в кольцевой канал - шламосборник и удаляется из него за пределы парогенератора через продувочные штуцера 4 продувочной системой.

Небольшая часть котловой воды поступает в межтрубное пространство теплообменной поверхности через зазоры между теплообменными трубами 10 и отверстиями для них в распределительном элементе 11.

В межтрубном пространстве котловая вода частично испаряется, пароводяная смесь поднимается в верх парогенератора, поступает в центробежные сепараторы 13, отсепарированная вода направляется в выгородку котловой воды 14, а насыщенный пар - вверх и отводится через патрубок 3.

Предлагаемая конструкция парогенератора позволяет значительно повысить его надежность благодаря применению интенсивного самоочищения поверхности сферической трубной доски потоком котловой воды от шламовых отложений в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в установках с водо-водяными энергетическими реакторами. Техническая задача - повышение надежности парогенератора путем смыва и удаления шламовых отложений с поверхности трубной доски. Задача решается тем, что опускной канал нагреваемой среды выполнен в виде выгородки, расположенной в диаметральной плоскости парогенератора, параллельной плоскости U-образных теплообменных труб, и подающей нагреваемую среду в центральную часть трубной доски, причем трубная доска выполнена сферической, снабженной на периферии кольцевым каналом, соединенным с продувочной системой. Выгородка в нижней части может быть снабжена распределительным элементом, расположенным концентрично поверхности трубной доски. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Парогенератор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, закрытый верхней и нижней сферическими крышками, U-образные теплообменные трубы, закрепленные концами горячей и холодной ветвей в нижней трубной доске, коллекторы подвода и отвода сред, опускной канал нагреваемой среды, отличающийся тем, что опускной канал нагреваемой среды выполнен в виде выгородки, расположенной в диаметральной плоскости парогенератора, параллельной плоскости U-образных теплообменных труб, и подающий нагреваемую среду в центральную часть трубной доски, причем трубная доска выполнена сферической, снабженной на периферии кольцевым каналом, соединенным с продувочной системой.2. Парогенератор по п.1, отличающийся тем, что выгородка в нижней части снабжена распределительным элементом, расположенным концентрично поверхности трубной доски.