摘要：高溫高壓暫態(tài)綜合試驗回路作為CARR反應(yīng)堆應(yīng)用研究平臺之一，主要是提高CARR反應(yīng)堆的科研和應(yīng)用能力，以滿足核燃料和核材料在堆內(nèi)??輻照試驗的要求。 . 本文根據(jù)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計了一套滿足主循環(huán)工藝系統(tǒng)要求的關(guān)鍵設(shè)備——主循環(huán)換熱器。 介紹了主回路換熱器的類型和用途。 結(jié)果表明，所設(shè)計的套管式換熱器滿足換熱及相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠，制造、安裝、清洗維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好。

關(guān)鍵詞：主回路換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計強(qiáng)度計算

CLC 編號：TK172 文檔代碼：A 文章編號：1674-098X(2020)06(c)-0022-02

1 簡介

主電路系統(tǒng)是高溫高壓暫態(tài)綜合試驗電路的重要系統(tǒng)。 主回路換熱器是主回路系統(tǒng)的重要非標(biāo)設(shè)備。 在正常運(yùn)行條件下，燃料束產(chǎn)生的熱量被傳遞到二次回路冷卻水。 ;主回路冷卻液出口溫度是通過調(diào)節(jié)主回路冷卻液通過主回路熱交換器的流量和二次回路冷卻水流量來調(diào)節(jié)的，從而使主回路的運(yùn)行參數(shù)控制在要求的范圍內(nèi)。 本文設(shè)計了一套用于主回路系統(tǒng)的平行套管換熱器。

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計原則

2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

(1) NB/T 20003-2010《核電站核島機(jī)械設(shè)備無損檢測》。

(2) EJ/T564-2006《核電廠物品包裝、運(yùn)輸、裝卸、接收、貯存和維護(hù)要求》。

(3) EJ/T1027-1996《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備制造規(guī)范》。

(4) EJ/T1041-1996《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢驗規(guī)程》。

(5) TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

(6) GB 150-2011《壓力容器》。

(7) GB/T151-2014《管殼式換熱器》。

(8)GB/T97.1-2002《A級平墊》。

(9)GB/T9112-2000《鋼制管法蘭的型式及參數(shù)》。

(10)GB/-2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》。

(11)NB/-2010《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》。

(12) NB/-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》。

(13) NB/-2015《承壓設(shè)備無損檢測》。

(14)NB/-2011《壓力容器焊接規(guī)程》。

(15) NB/-2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件力學(xué)性能試驗》。

(16)NB/-2011《承壓設(shè)備焊接材料訂貨技術(shù)條件》。

(17)-2007《鍋爐和熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》。

(18)NB/-2011《鍋爐和熱交換器用管材訂貨技術(shù)條件》。

(19)GB/T2102《鋼管的驗收、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書》。

(20)-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板和鋼帶》。

(21)GB/T9115-2010《對焊鋼管法蘭》。

(22)RCC-M 2000+2002增補(bǔ)《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計與建造規(guī)范》。

2.2 設(shè)計原則

安全可靠，按設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計； 結(jié)構(gòu)簡單合理； 材料規(guī)格和質(zhì)量應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 設(shè)備分類

設(shè)備為核安全二級，SC-2； 質(zhì)量保證等級：QA1； 抗震等級：Ⅰ類。

3 設(shè)備描述

主回路換熱器為立式套管換熱器。 其三維模型如圖1所示，由一次水總管組件、換熱室組件、二次進(jìn)出水分配器組件、連接管等組成。 換熱器主體由若干個套管式換熱器并聯(lián)組成。 高溫一次水經(jīng)一次側(cè)進(jìn)水集管分流后流經(jīng)U型換熱管，再經(jīng)一次側(cè)出水集管流入一次側(cè)主管。 系統(tǒng); 二次冷卻水經(jīng)二次側(cè)入口分配器分流，流經(jīng)換熱管與機(jī)殼之間的環(huán)空，再經(jīng)二次側(cè)出口分配器流入二次側(cè)主管道系統(tǒng)。 一次冷卻水與二次冷卻水的換熱方式為單管程、單殼程完全逆流換熱。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)

通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要確定零件和連接方式，并根據(jù)熱計算確定主要零件的尺寸。

4.1 換熱室部件

套筒式換熱室組件作為換熱主體，主要由換熱管、U型膨脹節(jié)和異徑三通組成。 一次水在換熱管內(nèi)流動，二次水流經(jīng)換熱管與外殼之間的環(huán)形通道，兩者完全逆流換熱。

換熱管符合-2007《鍋爐和換熱器用不銹鋼無縫鋼管》和GB/T151-2014《管殼式換熱器》的有關(guān)規(guī)定。 在滿足上述要求的前提下，內(nèi)換熱管還應(yīng)滿足換熱管的相關(guān)技術(shù)條件。 換熱管為整條無縫鋼管，整體彎制而成，無縱向焊縫和環(huán)向焊縫，確保換熱器強(qiáng)度滿足使用要求。 其制造、檢驗和驗收均按RCC-M 2000《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計與建造規(guī)范》的要求執(zhí)行。

采用U型膨脹節(jié)作為可自由伸縮的彈性補(bǔ)償元件。 具有工作可靠、性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造容易等優(yōu)點(diǎn)。 與外殼連接采用對焊，膨脹節(jié)本身環(huán)焊縫采用全焊透結(jié)構(gòu)，100%射線探傷。 設(shè)計的換熱室組件在結(jié)構(gòu)上具有以下三個特點(diǎn)： (1) U型換熱管：采用全彎制，U型彎頭可自由伸縮，實現(xiàn)完全熱補(bǔ)償并減少熱應(yīng)力。 (2)U型膨脹節(jié)：能自由伸縮的柔性構(gòu)件，利用其彈性實現(xiàn)局部熱補(bǔ)償，減小熱應(yīng)力。 (3)異徑三通：避免應(yīng)力集中和外殼開口焊接結(jié)構(gòu)。

4.2 主集管組件

集管是主回路換熱器的關(guān)鍵部件，一次側(cè)集管總成由封頭和集管兩部分焊接而成。 為保證進(jìn)出口集管的強(qiáng)度和質(zhì)量，防止泄漏和提高密封性，集管采用整體鍛造結(jié)構(gòu)，也有利于減小流體阻力。 平蓋頭結(jié)構(gòu)簡單不銹鋼換熱管彎制，制造容易，但較厚。 換熱管與集箱的焊接連接應(yīng)符合RCC-M 2000《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計與建造規(guī)范》第二卷材料篇及相關(guān)技術(shù)條件的要求。

4.3 二次側(cè)分配器總成

二次側(cè)分配器總成優(yōu)先采用頭管箱，承壓能力強(qiáng)。 主要由主管、堵頭、管接頭和法蘭焊接而成。 在結(jié)構(gòu)上，有利于壓力介質(zhì)的均勻分布。 二次側(cè)分配器總成與換熱室總成采用法蘭連接，拆裝方便，有利于水壓試驗和泄漏試驗。

5 強(qiáng)度核算

根據(jù)RCC-M 2000+2002增補(bǔ)《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計與建造規(guī)范》C3324相關(guān)章節(jié)不銹鋼換熱管彎制，換熱管壁厚、換熱管彎管壁厚、外套管最小厚度，二次接水管最小厚度，集管總成集管最小厚度，集管總管壁厚，二次接水管筒體最小厚度側(cè)分配器總成，計算出圓頭最小厚度，結(jié)果均滿足要求，孔加固按RCC-M 2002中C3332的規(guī)定，由于孔徑32mm≤ 50mm，不需要孔加固。 該支架滿足RCC-M中C3363的要求。

6結(jié)語

(1)本文合理選擇主回路換熱器型式，滿足設(shè)計功能要求和換熱要求。 所設(shè)計的并聯(lián)套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、清洗維護(hù)方便，安全可靠。 和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

(2)已進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算，設(shè)計的主回路換熱器能滿足RCC-M 2000《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計與建造規(guī)范》的要求。

參考

[1] 周長江． 管殼式換熱器工藝設(shè)計[J]． 廣東化工, 2017, 44(20): 155-156.

[2] 王文凱． 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度計算[J]. 化工與裝備, 2018(9): 196-197, 176.

[3] 馬鳳坤，劉凱，胡文舉，等．換熱器工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]． 鹽業(yè)與化工, 2016, 45(7): 35-39.

[4] 余巧玲． 淺談壓力容器設(shè)計中的常見問題及對策[J]． 中國裝備工程, 2018(18): 90-92.

[5] 郭金輝． 管殼式換熱器設(shè)計中的振動分析[J]. 化學(xué)品管理, 2018(28): 136-138.

[6] 劉俊成． 管殼式換熱器泄漏原因分析及改進(jìn)設(shè)計思路[J]． 民營科技, 2018(11): 68.