钠冷快堆用直管逆流式蒸汽发生器的制作方法

本发明涉及钠冷快堆领域，具体涉及一种钠冷快堆用直管逆流式蒸汽发生器。

背景技术：

钠冷快堆是以液态钠为冷却剂的反应堆，钠-水蒸汽发生器是钠冷快堆主热传输系统的主设备之一，其主要功能是实现液态钠回路和水/蒸汽回路之间的换热，使得水经过加热后，成为汽轮发电机所需的蒸汽，同时隔离液态钠和水/蒸汽。

蒸汽发生器对于核电站来说是非常重要的设备，也是事故率较高的设备。在钠冷快堆运行过程中，若设备本身存在微小缺陷，或者长期运行在高温、高压、高流速液体冲刷以及钠环境的恶劣条件下，钠-水蒸汽发生器运行过程中可能发生水、水蒸汽管路的泄漏。水与钠接触会导致钠水反应，钠水反应剧烈，并放出大量的热，使得钠水反应区附近的温度、压力急剧升高，漏孔腐蚀扩大，会造成泄漏的扩大和蔓延，不仅对蒸汽发生器造成破坏，严重情况会威胁钠冷快堆的正常运行，对设备的可靠运行提出了很高要求。

钠-水蒸汽发生器技术难度大、技术成熟度相对较低，现有的设备通常难以满足可靠性的要求，因此急需研发一种钠冷快堆用直管式逆流换热蒸汽发生器结构。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种钠冷快堆用直管逆流式蒸汽发生器，用于实现液态钠回路与水/蒸汽回路之间的换热，其特征在于，所述蒸汽发生器包括过热器和蒸发器，

所述过热器包括：

第一壳体；

第一管路，位于所述第一壳体内部，用于供蒸汽流动；以及

第一管间流道，位于所述第一壳体内部，用于供液态钠流动；；

所述第一管路的入口和出口分别开设于所述第一壳体的上部和下部，所述第一管间流道的入口和出口分别开设于所述第一壳体的下部和上部；

所述蒸发器包括：

第二壳体；

第二管路，位于所述第二壳体内部，用于供水或蒸汽流动；以及

第二管间流道，位于所述第二壳体内部，用于供液态钠流动；

所述第二管路的入口和出口分别开设于所述第二壳体的下部和上部，所述第二管间流道的入口和出口分别开设于所述第二壳体的上部和下部；

其中，所述第一管间流道的入口用于供外部的液态钠流入，所述第一管间流道的出口与所述第二管间流道的入口流体连通，所述第二管间流道的出口用于供液态钠流出所述蒸汽发生器；

所述第二管路的入口用于供外部的水流入，所述第二管路的出口与所述第一管路的入口流体连通，所述第一管路的出口用于供蒸汽流出所述蒸汽发生器。

在一些实施例中，所述第一管路和所述第二管路的主体均为由多根换热管组成的管束结构。

在一些实施例中，所述第一管路和所述第二管路的上、下端均为腔室；

四个所述腔室分别由四个管板在所述第一壳体和所述第二壳体内部空间的上、下端分隔而成；

所述多根换热管穿透对应的所述管板以与所述腔室流体连通；

所述第一管路和所述第二管路的入口和出口分别与对应的所述腔室直接流体连通。

在一些实施例中，在所述第二管路的下端的腔室内，所述多根换热管的进口处设置有节流装置。

在一些实施例中，沿所述管束结构的轴向设置有多个管束支撑板。

在一些实施例中，所述管束结构的外侧设置有管束包壳。

在一些实施例中，所述第一管间流道和所述第二管间流道均包括上、下部的钠腔和所述管束包壳内的换热段；

所述第一管间流道和所述第二管间流道的入口和出口分别与对应的所述钠腔直接流体连通。

在一些实施例中，所述第一壳体和所述第二壳体在中部的直径较小；

所述第一壳体和所述第二壳体在上、下部的直径较大，使得所述第一壳体和所述第二壳体上、下部的内壁与对应的所述管束包壳的外壁之间的空间形成所述钠腔。

在一些实施例中，所述管束包壳在上、下端均设有流量分配装置，使得液态钠通过所述流量分配装置进入或流出所述管束包壳内。

在一些实施例中，所述第一壳体和所述第二壳体的中部的外壁上设置有膨胀节。

基于上述技术方案可知，本发明分别设计了过热器和蒸发器，使液态钠从过热器的下部流入，上部流出，再从蒸发器的上部流入，下部流出；同时水/蒸汽从蒸发器的下部流入，上部流出，再从过热器的上部流入，下部流出。这样便实现了水/蒸汽与液态钠的逆向换热，并提高了换热效果，以产生需要的蒸汽；同时该结构可行可靠。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为根据本发明实施例的钠冷快堆用直管逆流式蒸汽发生器的整体结构简图；

图2为图1中的过热器的具体结构示意图；

图3为图1中的蒸发器的具体结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

参照图1，为本发明的实施例中的钠冷快堆用直管逆流式蒸汽发生器的结构简图。本发明的实施例提供了一种钠冷快堆用直管逆流式蒸汽发生器，用于实现液态钠回路与水/蒸汽回路之间的换热，包括过热器1和蒸发器2。

过热器1和蒸发器2的结构类似，二者均包括壳体，壳体内均包括供蒸汽流动的管路和供液态钠流动的管间流道。

图1中，a表示液态钠的流向；b表示水/蒸汽的流向。如图1所示，过热器1内，管路的入口和出口分别开设于壳体的上部和下部，管间流道的入口和出口分别开设于壳体的下部和上部。蒸发器2内，管路的入口和出口分别开设于壳体的下部和上部，管间流道的入口和出口分别开设于壳体的上部和下部。

本发明的实施例中，外部的液态钠从过热器1的管间流道入口流入，过热器1的管间流道出口与蒸发器2的管间流道入口流体连通，蒸发器2的管间流道出口供换热后的液态钠流出。

另一方面，外部的水从蒸发器2的管路入口流入，蒸发器2的管路出口与过热器1的管路入口流体连通，过热器1的管路出口供换热后产生的蒸汽流出。

优选地，可通过接管与对应的入口或出口连通，以供液态钠或水/蒸汽的流入和流出。所用的接管需满足设备的传热、排气、排液、事故监测和事故处理等功能。

可见，本发明分别设计了过热器1和蒸发器2，使液态钠从过热器1的下部流入，上部流出，再从蒸发器2的上部流入，下部流出；同时水/蒸汽从蒸发器2的下部流入，上部流出，再从过热器1的上部流入，下部流出。这样便实现了水/蒸汽与液态钠的逆向换热，以产生需要的蒸汽，同时该结构可行可靠。

进一步参照图2和图3，分别为图1中的过热器1和蒸发器2的具体结构图。根据一些实施例，过热器1中的管路的主体为由多根换热管组成的管束结构17；同样地，蒸发器2中的管路的主体为由多根换热管组成的管束结构27。

通过管束结构17、27的设计，能使得液态钠与水/蒸汽之间的换热更加充分。在一个具体实施例中，单根的换热管为直管形式的单层管，且为无缝钢管，多根换热管之间以三角形的方式排列。

根据一些实施例，如图2所示，过热器1中，管路的上、下端分别为腔室111和112；腔室111和112分别由管板121和122在过热1的壳体10内部空间的上、下端分隔而成。

同样地，如图3所示，蒸发器2中，管路的上、下端分别为腔室211和212；腔室211和212分别由管板221和222在蒸发器2的壳体20内部空间的上、下端分隔而成。

进一步地，过热器1中，多根换热管的上端穿透管板121以与腔室111流体连通；多根换热管的下端穿透管板122以与腔室112流体连通。蒸发器2中，多根换热管的上端穿透管板221以与腔室211流体连通；多根换热管的下端穿透管板222以与腔室212流体连通。过热器1与蒸发器2的管路的入口和出口分别与对应的腔室直接流体连通。换热管与对应的管板的连接接头可采用胀焊连接工艺进行连接，在管板的全厚度上进行胀接。

可以理解的是，仅有腔室212中的主要为液态水；在经过蒸发器2内的换热后，腔室211和111中主要为微过热蒸汽；经过过热器1的再次换热后，腔室112中主要为过热蒸汽。图3中，仅示出了蒸发器2中管路的入口200，即外部供水的入口，开设于壳体20靠近底端的位置。其余腔室对应的入口或出口的流体为蒸汽，并与接管连通。

优选地，在腔室212内，多根换热管的进口处设置有节流装置201，节流装置201可以为格栅板。通过设置节流装置201，可防止设备在低功率工况运行时发生流动不稳定的现象。

优选地，沿管束结构17的轴向设置有多个管束支撑板170；沿管束结构27的轴向设置有多个管束支撑板270。管束支撑板用于防止流致振动的发生。

优选地，管束结构17的外侧设置有管束包壳18；管束结构27的外侧设置有管束包壳28。管束包壳用于防止换热时内部的液态钠旁流，提高换热效果。

根据一些实施例中，如图2所示，过热器1中，管间流道包括上、下端的钠腔141和142以及管束包壳18内的换热段。同样地，如图3所示，蒸发器2中，管间流道包括上、下端的钠腔241和242以及管束包壳28内的换热段。可以理解的是，换热段为换热管管壁与管束包壳之间的空间形成的管间流道。换热时，水/蒸汽在换热管内流动，液态钠在换热段内以相反的方向流动。过热器1中管间流道的入口162和出口161分别与钠腔142和141直接流体连通，蒸发器2中管间流道的入口261和出口262分别与钠腔241和242直接流体连通；即管间流道的入口和出口是开设在钠腔对应的壳体处。

优选地，如图2所示，壳体10在中部的直径较小，在上、下部的直径较大，即壳体10在上、下部的直径大于壳体10在中部的直径，使得壳体10上、下部的内壁与管束包壳18的外壁之间的空间分别形成钠腔141和142。同样地，如图3所示，壳体20在中部的直径较小，在上、下部的直径较大，即壳体20在上、下部的直径大于壳体20在中部的直径，使得壳体20上、下部的内壁与管束包壳28的外壁之间的空间分别形成钠腔241和242。

优选地，管束包壳18在上、下端分别设有流量分配装置131和132，使得液态钠通过流量分配装置进入或流出管束包壳18内；管束包壳28在上、下端分别设有流量分配装置231和232，使得液态钠通过流量分配装置进入或流出管束包壳28内。通过设置流量分配装置，使液态钠流量均匀地进入或流出管束包壳内部的换热段。

优选地，壳体10中部的外壁上设置有膨胀节19；壳体20中部的外壁上设置有膨胀节29。膨胀节用于补偿管束结构与壳体之间的热膨胀差，防止因热膨胀发生事故。还可以在膨胀节的外侧设置可拆卸的外罩，用于保护膨胀节。

本发明的实施例中，蒸汽发生器的主要结构部件材料可采用2.25cr1mo。过热器1与蒸发器2均通过支撑钢梁进行支撑，具体可采用上部耳式支座，下部抱环结构以进行设备的垂直和水平支撑；壳体10和壳体20的内部分别设置有支撑部15和25。整体上看，过热器1的上部耳式支座和蒸发器2的上部耳式支座可位于同一高度，蒸发器2的总长度略长与过热器1。优选地，壳体10和壳体20的外壁还设有电加热装置；在液态钠流动的一侧的壳体、接管、管板处可设有热屏蔽组件。

综上，本发明的实施例中，分别设计了过热器和蒸发器，使液态钠从过热器的下部流入，上部流出，再从蒸发器的上部流入，下部流出；同时水/蒸汽从蒸发器的下部流入，上部流出，再从过热器的上部流入，下部流出。换热时，水/蒸汽在换热管内流动，液态钠在换热段内以相反的方向流动。这样便实现了水/蒸汽与液态钠的逆向换热，并提高了换热效果，以产生需要的蒸汽；同时这样的结构可行可靠。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。