Теплообменный аппарат

Предлагаемое техническое решение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок. Технической задачей является создание теплообменника обеспечивающего возможность естественной циркуляции по межтрубному пространству, а также позволяющего обеспечить выравнивание температур теплоносителя при отключенных модулях. Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность и ресурс работы теплообменника Задача решается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, размещенную концентрично корпусу центральную обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, в которой расположены теплообменные модули, состоящие из теплообменных элементов, подключенных к первичным коллекторам подвода и отвода теплоносителя, центральная обечайка закреплена на верхней части корпуса соосно с патрубком подвода теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, и установлена с зазором относительно нижней части корпуса, причем верхняя часть обечайки снабжена отверстиями, гидравлически связывающими ее внутреннюю полость с кольцевой полостью, кроме того, теплообменные элементы выполнены в виде многозаходных змеевиков, а первичные коллектора подвода и отвода теплоносителя соединены через промежуточный трубопровод со вторичными коллекторами, расположенными под корпусом и над корпусом соответственно.

Предлагаемое техническое решение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок.

Известны вертикальные змеевиковые теплообменники, содержащие цилиндрический корпус, по оси которого установлена цилиндрическая обечайка с рядами витков змеевиковых теплообменных труб, объединенных при помощи коллекторов. (См., например, ав. св. 879237 опуб. 07.11.1981, ав. св. 1206598 опуб. 23.01.1986 по кл. МПК F28D 7/02)

Теплообменники имеют значительные габариты и металлоемкость, в таких теплообменниках затруднен ремонт текущих секций и невозможна их замена.

Известен вертикальный кольцевой теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, концентрично размещенную обечайку и расположенные между ними изогнутые относительно вертикальной оси теплообменные элементы, заключенные в кожух и подключенные к первичным коллекторам подвода и отвода циркулирующего внутри труб теплоносителя образуя модули. Коллекторам подвода и отвода подсоединены трубопроводы подвода и отвода теплоносителя. (См., например, патент RU 2041439 опубл. 09.08.1995 по кл. МПК F28D 7/10.)

В теплообменнике такой конструкции упрощается поиск текущих модулей и повышается ремонтопригодность, так как появляется возможность замены вышедших из строя модулей.

Недостатками обусловленные наличием кожуха являются:

- проблематичность организации естественной циркуляции теплоносителя в межтрубном пространстве ввиду затесненности проходного сечения;

- неравномерность температур теплоносителя при отключении части модулей теплообменника, что при воздействии теплоносителя с большой разностью температур на элементы конструкции теплообменника снижает надежность работы теплообменника.

По наибольшему числу общих признаков теплообменник по патенту 2041439 выбираем за прототип.

Технической задачей является создание теплообменника обеспечивающего возможность естественной циркуляции по межтрубному пространству, а также позволяющего обеспечить выравнивание температур теплоносителя при отключенных модулях.

Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность и ресурс работы теплообменника.

Задача решается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, размещенную концентрично корпусу центральную обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, в которой расположены теплообменные модули, состоящие из теплообменных элементов, подключенных к первичным коллекторам подвода и отвода теплоносителя, центральная обечайка закреплена на верхней части корпуса соосно с патрубком подвода теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, и установлена с зазором относительно нижней части корпуса, причем верхняя часть обечайки снабжена отверстиями, гидравлически связывающими ее внутреннюю полость с кольцевой полостью, кроме того, теплообменные элементы выполнены в виде многозаходных змеевиков, а первичные коллектора подвода и отвода теплоносителя соединены через промежуточный трубопровод со вторичными коллекторами, расположенными под корпусом и над корпусом соответственно.

Кроме того, каждый коллектор выполнен в виде тора, а промежуточный трубопровод снабжен тройниками, обеспечивающими его соединение с коллекторами.

Теплообменники предлагаемой конструкции можно применять в контурах без циркуляционного насоса на основе естественной циркуляции, а также повысить его срок службы ввиду повышения надежности.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где показан общий вид теплообменного аппарата.

Теплообменный аппарата предназначен для осуществления теплообмена между средой второго контура (пар-вода), циркулирующей во внутритрубном пространстве, и охлаждающей средой (вода-пар), циркулирующей в межтрубном пространстве. Теплообмен происходит в условиях естественной циркуляции по контуру охлаждающей и охлаждаемой сред в системе аварийного расхолаживания парогенерирующего блока ядерной энергетической установки при авариях, связанных с длительным обесточиванием.

Теплообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного крышкой 2 и днищем 3. Внутри корпуса 1 размещена цилиндрическая обечайка 4, которая закреплена на крышке 2 соосно с патрубком подвода 5 охлаждающего теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве. Обечайка 4 предназначена для организации циркуляции среды в межтрубном пространстве. В верхней части обечайки 4 выполнены отверстия 6, гидравлически связывающие внутреннюю полость обечайки 4 с кольцевой полостью 7, образованной обечайкой 4 и корпусом 1. В кольцевой полости расположена теплообменная поверхность, состоящая из модулей, образованных теплообменными элементами 8, выполненными в виде змеевиков, навитых на оправку 9 в несколько рядов. Концы теплообменных элементов 8 объединены по входу и выходу первичными коллекторами подвода 10 и отвода 11, выполненными в виде торов. Первичные коллекторы 10 и 11 через промежуточный трубопровод 12 соединены с вторичными раздающими (паровыми) 13 и собирающими (водяными) 14 коллекторами, расположенными соответственно под днищем 3 и над крышкой 2, которые также выполнены в виде тора. Промежуточный трубопровод 12 снабжен тройниками 15 и 16, обеспечивающими его соединение с первичными 10, 11 и вторичными коллекторами 13, 14. На днище 3 корпуса 1 расположен штуцер 17 для соединения с емкостью запаса воды.

На наружной поверхности корпуса 1 закреплены опоры 18 для установки и закрепления теплообменного аппарата.

Во время нормальной эксплуатации реакторной установки теплообменный аппарат по внутритрубному и межтрубному пространству заполнен водой.

По внутритрубному пространству теплообменный аппарат подсоединен к парогенератору, а по межтрубному пространству к аварийной емкости с запасом воды (на чертеже не показано).

При авариях пар из парогенератора поступает во вторичный раздающий коллектор 13, откуда через первичные коллектора 10 раздается по теплообменным элементам 8 модулей. Проходя через теплообменные элементы 8, пар охлаждается водой, находящейся в межтрубном пространстве, и конденсируется, затем поступает в собирающий коллектор 14. Вода, находящаяся в межтрубном пространстве, нагревается до образования пара или паро-водяной смеси и выходит из теплообменного аппарата в аварийную емкость с запасом воды.

Конструкция предлагаемого теплообменника позволяет обеспечить естественную циркуляцию по межтрубному пространству, а также выравнивание температур теплоносителя при отключенных модулях, что повышает надежность и ресурс работы теплообменника.

В материалах заявки описан конкретный пример применения предложенного теплообменного аппарата, который изготовлен и испытан.

1. Теплообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, размещенную концентрично корпусу центральную обечайку, образующую с корпусом кольцевую полость, в которой расположены теплообменные модули, состоящие из теплообменных элементов, подключенных к первичным коллекторам подвода и отвода теплоносителя, отличающийся тем, что центральная обечайка закреплена на верхней части корпуса соосно с патрубком подвода теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, и установлена с зазором относительно нижней части корпуса, причем верхняя часть обечайки снабжена отверстиями, гидравлически связывающими ее внутреннюю полость с кольцевой полостью, кроме того, теплообменные элементы выполнены в виде многозаходных змеевиков, а первичные коллекторы подвода и отвода теплоносителя соединены через промежуточный трубопровод со вторичными коллекторами, расположенными под корпусом и над корпусом соответственно.

2. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый коллектор выполнен в виде тора.

3. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый промежуточный трубопровод снабжен тройниками.