摘要：高溫高壓暫態(tài)綜合試驗(yàn)回路作為CARR反應(yīng)堆應(yīng)用研究平臺(tái)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(yàn)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(jì)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(jì)的套管式換熱器滿足換熱及相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)強(qiáng)度計(jì)算

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

1 簡(jiǎn)介

主電路系統(tǒng)是高溫高壓暫態(tài)綜合試驗(yàn)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(guò)調(diào)節(jié)主回路冷卻液通過(guò)主回路熱交換器的流量和二次回路冷卻水流量來(lái)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(jì)了一套用于主回路系統(tǒng)的平行套管換熱器。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

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

(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(yàn)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(jí)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(wú)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(píng)定》。

(13) NB/-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》。

(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(yàn)》。

(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(wú)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(yàn)收、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書(shū)》。

(20)-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板和鋼帶》。

(21)GB/T9115-2010《對(duì)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(jì)與建造規(guī)范》。

2.2 設(shè)計(jì)原則

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

2.3 設(shè)備分類

設(shè)備為核安全二級(jí)，SC-2； 質(zhì)量保證等級(jí)：QA1； 抗震等級(jí)：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(gè)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(jì)特點(diǎn)

通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要確定零件和連接方式，并根據(jù)熱計(jì)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(dòng)，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(wú)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(wú)縫鋼管，整體彎制而成，無(wú)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(yàn)和驗(yàn)收均按RCC-M 2000《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、緊湊、制造容易等優(yōu)點(diǎn)。 與外殼連接采用對(duì)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(jì)的換熱室組件在結(jié)構(gòu)上具有以下三個(gè)特點(diǎn)： (1) U型換熱管：采用全彎制，U型彎頭可自由伸縮，實(shí)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(shí)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(kāi)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(jiǎn)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(jì)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(yàn)和泄漏試驗(yàn)。

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(jì)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(jì)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(yǔ)

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

(2)已進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，設(shè)計(jì)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(jì)與建造規(guī)范》的要求。

參考

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