双壁传热管直流蒸汽发生器的制作方法

1.本发明涉及蒸汽发生器技术领域，尤其涉及一种双壁传热管直流蒸汽发生器。


背景技术：

2.蒸汽发生器是反应堆中的关键设备，是一二次侧介质传递热量的枢纽，其安全性具有十分重要的意义。目前国内外压水堆核电站反应堆系统的蒸汽发生器多采用单壁传热管，一般通过定期的在役检查或者定期预防性维修来保证承压边界的安全与可靠。随着近些年新技术的发展，液态金属反应堆逐渐获得批准建设工程应用。相比压水堆来说，但是由于液态金属介质的固有特点，其运行温度更高，危险性更大，对设备和材料的要求也更高。如日本的1970年代建设的“文殊堆”，在刚建成不久即发生了钠泄漏并引发爆炸火宅，导致反应堆被迫关停。因此对于液态金属堆蒸汽发生器的安全性，应当更加得到重视。
3.上述的液态金属反应堆是指以液态金属为冷却剂的反应堆，主要包括钠冷快堆、铅铋快堆、铅冷堆、钠钾堆、锂钾堆、铅锂堆、液汞堆等，以及其它未详细列举的金属反应堆。
4.上述的液态金属堆一般运行压力较低，但是运行温度较高，且冷却剂介质本身具有一定的危险性。如钠冷快堆、钠钾堆、锂钾堆、铅锂堆等采用的液态金属介质是较为活泼的碱性金属，一旦发生泄漏与水、空气等接触等将会发生剧烈的化学反应，并产生爆炸。液汞堆的在高温下的汞蒸气泄漏将会扩散至大气、土壤等环境中，对人类、动物以及其它生态产生较大破坏。铅铋快堆、铅冷堆等反应堆的等采用的液态金属介质对于一般的金属材料在高温下具有较强的溶解能力，极易造成传热管的腐蚀破损，进而导致放射性
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po泄漏到大气环境或者高压水进入反应堆容器。
5.传热管是蒸汽发生器、热交换器的核心换热单元，不仅承担着能量传输的任务，同时还是重要的压力边界或者屏蔽边界，避免高压侧介质泄漏至低压侧，以及避免危险性介质或者放射性物质泄漏。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种双壁传热管直流蒸汽发生器，该双壁传热管直流蒸汽发生器可以有效预防、隔离和抑制介质的泄漏。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种双壁传热管直流蒸汽发生器，包括由上到下依次设置在筒体内的蒸汽管板、上管板、下管板和给水管板，所述蒸汽管板和所述给水管板之间设有双壁传热管，所述双壁传热管包括紧密贴合的内壁管和外壁管，所述内壁管的上端部固定连接于所述蒸汽管板且下端部固定连接于所述给水管板，所述外壁管的上端部固定连接于所述上管板且下端部固定连接于所述下管板。
9.作为一种可实施的方式，所述蒸汽管板与所述上管板之间形成上监测腔室，所述下管板和所述给水管板之间形成下监测腔室，所述上监测腔室和所述下监测腔室内设有惰性气体。
10.作为一种可实施的方式，所述内壁管和外壁管之间开设有沟槽，所述沟槽连通所述上监测腔室和所述下监测腔室。
11.作为一种可实施的方式，位于所述上监测腔室和所述下监测腔室内的所述内壁管设置弯折部。
12.作为一种可实施的方式，所述上监测腔室和所述下监测腔室外设有膨胀节。
13.作为一种可实施的方式，所述筒体外设有膨胀节。
14.作为一种可实施的方式，所述内壁管的上端部、下端部分别与所述蒸汽管板、所述给水管板焊接。
15.作为一种可实施的方式，所述外壁管的上端部、下端部分别与所述上管板、所述下管板焊接。
16.作为一种可实施的方式，所述蒸汽管板的上方焊接或者法兰连接有蒸汽封头，所述蒸汽封头上设有蒸汽出口接管。
17.作为一种可实施的方式，述给水管板的下方焊接或者法兰连接有给水封头，所述给水封头上设有给水入口接管。
18.与现有技术相比，本发明提供的双壁传热管直流蒸汽发生器具有以下有益效果：
19.本发明提供的双壁传热管直流蒸汽发生器通过设置双壁传热管、蒸汽管板、上管板、下管板和给水管板，在不牺牲传热管的在役检查和维修性能的前提下，大幅提升了设备的可靠性和安全性。
20.进一步地，所述蒸汽管板与所述上管板之间形成上监测腔室，所述下管板和所述给水管板之间形成下监测腔室，所述上监测腔室和所述下监测腔室内设有惰性气体，上下两个独立的监测腔室用来监测双壁传热管是否破裂。
21.进一步地，所述内壁管和外壁管之间开设有沟槽，所述沟槽连通所述上监测腔室和所述下监测腔室，更为有效地且准确地监测腔室内的气压变化。
22.采用双壁传热管设计制造的直流蒸汽发生器在预防、抑制因传热管腐蚀破损而引起的事故方面具有重大作用，理论上可以降低传热管破损导致事故概率可以降低1-2个数量级；结合内部压力监测，理论上可以根本上预防传热管破损事故。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
24.图1为本发明实施例所提供的双壁传热管直流蒸汽发生器的结构示意图，其中内壁管处于弯折状态；
25.图2为本发明实施例所提供的双壁传热管直流蒸汽发生器的结构示意图，其中上下监测腔室外设有膨胀节；
26.图3为本发明实施例所提供的双壁传热管的结构示意图；
27.图4为本发明实施例所提供的双壁传热管的结构示意图，其中内壁管和外壁管之间设有沟槽；
28.图5至图7为本发明实施例所提供的外壁管与上管板的焊接示意图；
29.图8至图10为本发明实施例所提供的内壁管与蒸汽管板的焊接示意图；
30.图11至图13为本发明实施例所提供的壳程筒体及进出口接管示意图。
31.附图标记说明：
32.1、筒体；2、蒸汽管板；3、上管板；4、下管板；5、给水管板；6、双壁传热管；7、内壁管；8、外壁管；9、上监测腔室；10、下监测腔室；11、沟槽；12、弯折部；13、膨胀节；14、蒸汽封头；15、蒸汽出口接管；16、给水封头；17、给水入口接管；18、壳程筒体；19、壳程接管；20、多孔窗；21、焊缝。
具体实施方式
33.虽然本发明的双壁传热管直流蒸汽发生器可以通过多种不同方式来实施，但是本文将结合附图对示例性实施方式进行详细描述，可以理解的是，本文的描述应被认为是对双壁传热管直流蒸汽发生器的结构进行举例说明，而无意将本发明的保护范围局限于示例性实施方式。因此，在本质上，附图和具体实施方式的描述应被认为用于说明而非限制本发明。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，本文的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
36.如图1和图2所示，本发明提供了一种双壁传热管直流蒸汽发生器包括由上到下依次设置在筒体1内的蒸汽管板2、上管板3、下管板4和给水管板5。蒸汽管板2和上管板3安装在上筒体部分(即上部筒体)，下管板4和给水管板5安装在下筒体部分(即下部筒体)。蒸汽管板2和给水管板5之间安装有一组双壁传热管6，双壁传热管6包括紧密贴合在一起的内壁管7和外壁管8。内壁管7的上端部固定连接到蒸汽管板2上并且内壁管7的管孔穿过蒸汽管板2，内壁管7的下端部固定连接到给水管板5并且内壁管7的管孔穿过给水管板5。外壁管8的上端部固定连接到上管板3上并且外壁管8的管孔穿过上管板3，外壁管8的下端部固定连接到下管板4并且外壁管8的管孔穿过下管板4。
37.蒸汽管板2与上管板3之间形成上监测腔室9，下管板4和给水管板5之间形成下监测腔室10，上监测腔室9和下监测腔室10内通入惰性气体，惰性气体例如为氩气、氮气或者氦气，充注压力应低于介于管程和壳程工作压力之间。
38.如图3和图4所示，双壁传热管6可以根据需要设计为不同规格，成品管规格尺寸范围如下：内管直径可以为6-20mm，壁厚可以0.5-5mm；传热管外管直径可以为8-28mm，壁厚可以为0.5-5mm；传热管的规格需根据设备运行流量参数、设备尺寸限制选择；传热管壁厚需根据运行温度、压力、介质腐蚀情况等因素综合计算确定。
39.双壁传热管6包括内壁管7和外壁管8，内壁管7穿入到外壁管8中，内壁管17与外壁管28紧密贴合到一起，内壁管7与外壁管8之间无明显流道间隙，即内壁管7不能在外壁管8内进行径向活动。内壁管7的外侧面紧贴外壁管8的内侧面。双壁传热管具有很高的安全性和可靠性；该双壁套管结构主要应用于钠冷快堆、铅铋快堆蒸汽发生器、高温高压换热设备
以及其它具有危险性的换热设备中,可以大幅降低传热管破损所导致的运行危险和事故。双壁传热管6由内壁管7和外壁管8组成，同时发生破损泄露的概率大幅降低，内壁管7和外壁管8紧密贴合，即使发生泄露，也可以抑制介质的泄露速率。双壁传热管6采用无间隙配合结构，既实现了结构上的紧凑，同时内外管壁之间的传热性能大幅提升。内壁管7和外壁管8之间是物理分离的，单层管的腐蚀裂纹不会延伸至另一层管壁上。外壁管对内壁管有一定的支撑作用，可以减小内管由于管程高压介质所需壁厚余量。
40.优选地，如图4所示，内壁管7和外壁管8之间开设有沟槽11，沟槽11连通上监测腔室9和下监测腔室10。上监测腔室9和下监测腔室10内的内壁管7设置弯折部12。通过监测上监测腔室9和下监测腔室10内的气压变化即可判断是内壁管7破裂还是外壁管8破裂。当上监测腔室9或者下监测腔室10中的惰性气体的压力升高则说明内壁管7破裂，当上监测腔室9或者下监测腔室10中的惰性气体的压力降低则说明外壁管8破裂。
41.优选地，如图5至图10所示，内壁管7的上端部与蒸汽管板2焊接，内壁管7的下端部与给水管板5焊接，并且外壁管8的上端部与上管板3焊接，外壁管8的下端部与下管板4焊接。通过上部筒体分别与蒸汽管板2、上管板3焊接组成上部腔室(即上监测腔室9)；腔室上根据需要可以设置膨胀节，以及其他气压监测装置和仪表。相应地，通过下部筒体分别与给水管板5、下管板4焊接组成下部腔室(即下监测腔室10)；腔室上根据需要可以设置膨胀节，以及其他气压监测装置和仪表。
42.考虑到壳程筒体与管束热膨胀差异，可以在外筒体上设置膨胀节13，以缓解管束(外壁管)与筒体之间的热膨胀差。同理，可以在上监测腔室9、下监测腔室10的筒体上可以设置膨胀节13，以消除双壁套管的内管与上下腔室直接热膨胀，或者可以在双壁套管的内壁管7上，设置一定的螺旋圈或者部分弯折(即弯折部12)，即在监测腔室9和下监测腔室10内的内壁管7设置弯折部12(如图1所示)。双壁套管管束与筒体之间可以设置内套筒，在套筒与筒体之间形成相对的滞止区。
43.如图1和图2所示，蒸汽管板2的上方焊接或者法兰连接有蒸汽封头14，蒸汽封头14上设有蒸汽出口接管15。给水管板5的下方焊接或者法兰连接有给水封头16，给水封头16上设有给水入口接管17。
44.双壁传热管直流蒸汽发生器的壳侧进出口接管、以及筒体结构可以采用如图1、图2所示的双层筒体结构，中间形成环形腔室。同时也可以采用普通的单筒体结构，如图11至图13示出了壳程筒体18、壳程接管19和多孔窗20，壳程接管19包括壳程进口接管和壳程出口接管，壳程进口接管布置在上部筒体，壳程出口接管布置在下部筒体。壳程进出口筒体上可以设置有均流孔，均流孔的形状包括圆孔、腰形孔、矩形条状孔、方形孔、正六边形等，均流孔的布置形式可以为正方形、三角形、圆形、或者其它不规则布置方式。
45.本发明的双壁传热管直流蒸汽发生器通过筒体、封头、管束、管板、接管等部件构建了换热器两侧介质的流道，与一般的常规单壁管蒸汽发生器/换热器不同的是采用了双壁管。通过采用双壁套管与上下四层管板连接，其中外套管与中间两层管板连接，内管与最外侧两层管板连接，这样四层管板与内外两层管之间构建一个腔室，通过在腔室内充注一定压力的惰性气体介质，可以通过监测该腔室压力的变化实现对传热管是否破损泄露的判断。其结构尺寸包括直径和高度等均不受限制，根据规模可以放大和缩小。其运行温度和压力等也十分广泛，根据选用的材料和规格大小，管程压力可达到25mpa及以上，壳程压力可
达到2mpa及以上。
46.以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。