一种用于核电厂波动管热分层缓解设备的制作方法

本发明属于核电厂稳压器波动管技术领域，特别涉及一种核电厂稳压器波动管热分层缓解设备。

背景技术：

当一回路压力波动时，主回路冷却剂温度较低、密度高，占据了稳压器波动管水平管段截面的下部，而稳压器中冷却剂温度较高、密度低，则占据波动管水平管段截面的上部，这就是稳压器波动管热分层现象。这种分层面的上下震荡及不均匀温度分布的重复出现会导致高集中应力、较大弯曲应力、局部塑性变形、疲劳直至波动管损坏，对波动管的完整性造成不可逆的破坏。以下两种情况中易出现波动管热分层现象。其一，是当反应堆启、停堆，升降温瞬态或一回路冷却剂压力出现波动时，冷却剂会经波动管在主管道和稳压器间流动，即存在波人、波出两种情况。其二，是指反应堆稳态运行时，稳压器喷雾阀会连续产生一股强制小流量喷雾流，直接流向主管道。当前针对波动管热分层现象产生机理的研究表明：冷却剂温度、流速及布置方式三个因素对热分层现象由重要影响，可利用这三个因素对热分层现象采取缓解措施。（1）目前有研究拟采用在波动管保温层空隙增设电加热器，用于提高管道下部冷流体的温度，结果表明此方法对缓解热分层有明显效果。由于此方法尚未成熟，在测量系统、升温控制系统及对管道本身力学影响等方面还有待进一步研究，所以并没有在电厂中得到广泛应用。（2）流速方面主要目的在于增大流速以避免分层现象的发生其研究表明流速的增加虽能减轻热分层现象，但无法根本消除最大流体温差并且流速提升限值等问题还有待进一步研究。（3）目前有两种对于波动管布置方式的优化方案，第一种是最直接的优化方法即将波动管水平段倾角加大，结果表明，随着倾角的逐渐增加，热分层出现的位置随波动管的走向向主管道方向移动，热分层现象明显减弱，但由热分层现象导致的最大大管道截面温差并未未减少。第二种是在主管道和波动管之间加一竖直管段，随着整直段长度的增加，热分层现象得到明显缓解。当流速达到一定数值时热分层现象可基本消除。虽然改变布置方式是缓解热分层现象最直接、最方便的手段。但反应堆厂房内空间有限，波动管倾角的变化势必会导致稳压器高度的变化，同时对力学分析、土建等方面也存在一定影响，所以这种方法存在局限性。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种核电厂稳压器波动管热分层缓解设备。

本发明采用的技术方案为：所述设备分别布置在稳压器下方直管段和主管道上方直管段，本设备属于类套管型压力容器。

所述的稳压器下方容器ⅰ入口管延伸入容器底部附近，主管道上方容器入口延伸至容器上部ⅱ附近。

所述压力容器出口、入口管内半径r，管道厚度0.2r,容器壁厚0,4r。

所述的压力容器ⅰ、ⅱ内径为4r的圆柱体，高度6r。

所述的在圆柱体两端生成半径为4r的半球端部得到容器ⅰ、ⅱ。

所述的容器ⅰ入口管丛容器顶部中心深入容器12r，出口管丛底部中心伸出。

所述的容器ⅱ入口管丛容器下部中心深入容器14r,出口丛距离容器上部6r的侧面伸出。

所述的容器ⅱ入口顶端开斜口角度α度，方向与出口反向。

本发明的有益效果为：（1）本发明所述增加设备在保证稳压器波动管功能的同时，在发生波出现象是，容器ⅰ可以有效减缓容器出口温度的升高，可有效缓解热分层；（2）在发生波入现象时，容器ⅱ可以有效减缓容器出口温度的降低，可有效缓解热分层；（3）在核电厂正常运行时，由于容器ⅰ、ⅱ上部形成气腔，可有效缓解压力、温度的波动，减小对管道的冲击；（4）由于安装容器ⅰ、ⅱ，有效的缓解了温差，所以容器ⅰ、ⅱ间的管道可任意布置，简化管道结构。

附图说明

图1为所述稳压器下方容器ⅰ的结构图；

图2为所述主管道上方容器ⅱ的结构图；

图3为缓解设备、波动管道的布置图。

具体实施方式

本发明提供了一种缓解稳压器波动管热分层的设备，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

该设备分别由布置在稳压器下方的容器ⅰ和主管道上方的容器ⅱ构成，容器的入口延伸至容器内一定距离。由于波动管内流速较低，所以借助浮力和重力来加强冷热流体的混合，从而慢慢提升和降低出口温度。根据容器容量的容量大小，可对水平管道的热分层进行不同程度的缓解。本发明给出的管道、容器参数可将水平部分管道上下部温差减小至原来的1/4左右。在反应堆停堆、启动时会发生波入和波出现象，此时管道产生的热分层最大温差可达150k，甚至更高。此设备可有效缓解这一温差至30-40k。这样使温差减小，管道应力幅值减小，可承载较多次数的载荷循环。所以对管道影响减小，对管道有保护作用。本发明采用的设计参数过于保守，在几何设计上过于简单。在实际工程应用时，可对设计参数和几何结构进行优化。

容器ⅰ通过焊接的方式布置在稳压器正下方距离h处，入口管伸入容器底部12r，出口在底部，用焊接的方式和波动管相连，其结构如图1。

容器ⅱ用焊接的方式布置在主管道正上方距离h，入口管深入容器上部14r，出口在容器侧面距离顶部6r，为了保证流量分配更均匀，入口顶端开斜口角度为α度，方向和出口方向相反，其结构如图2。

压力容器的制作采用锻造方式，分别锻造上中下三部分，在通过焊接方式连接成形。在入口制作为双侧管嘴结构，容器内短管焊接在内侧管嘴，容器外入口管焊接在外侧。出口为单侧管嘴，与出口管连接。

在容器内部的管，采用导热性能较好的材料，这样有利于热量的传递，更利于流体混合。由于附加的设备有一定重量而且有较多焊接结构，所以要增添支撑结构，以减少震动。

理论上，容器ⅰ、ⅱ出口之间的管道可根据空间任意布置，这里给出简单的布置方法，如图3。

另外，这种设备也可用于其他存在热分层的管道系统。

技术特征：

技术总结
本发明属于核电厂稳压器波动管技术领域，特别涉及一种核电厂稳压器波动管在波入、波出工况下的热分层缓解设备。主要是在波动管的两端安装两个类套管容器Ⅰ和Ⅱ，其主要特征为入口深入容器内部一定深度。在波入、波出现象时较高温度差流体以较低速度进入容器。利用浮力和重力使得冷热流体充分混合，降低温度梯度，从而缓解热分层。而且此设备在核电厂正常运行时也可以缓冲压力和温度波动。由于此容器属于压力容器所以可以承载压力波动，并且在容器壁面温度分布温差不大，不会产生过大热应力差异。本发明只是在稳压器下方和主管道上方安置两个容器，对核电厂其他设备布置影响较小，而且波动管可以任意路线布置，节约管道长度，减少弯管数量。具有结构简单，使用方便，制作技术成熟的特点。

技术研发人员：侯荣彬;黄美;李景太;杨梦灵;赵颖
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2017.06.05
技术公布日：2017.09.22