[发明专利]一种蒸汽发生器倾斜管束换热实验装置及方法

说明书

一种蒸汽发生器倾斜管束换热实验装置及方法，该实验装置包括倾斜管束、矩形套管、入口渐扩段、出口渐缩段、整流件、入口接管、出口接管，其中，入口渐扩段和入口接管依次焊接在矩形套管下部，出口渐缩段和出口接管依次焊接在矩形套管上部，倾斜管束通过预留通孔从外部斜向45°向下插入矩形套管，整流件安装在矩形套管下部，实验装置通过入口接管和出口接管与整个试验管道系统相连接，上述装置整体结构简单，容易加工，成本低廉，为蒸汽发生器倾斜管束的流动和传热特性的研究提供了模拟装置；本发明还提供该实验装置的实验方法；该方法能进行单相水、蒸汽‑水两相流体的实验，通过改变工质的进口参数对蒸汽发生器倾斜管束换热特性测试实验和验证试验。

技术领域

本发明涉及核电厂蒸汽发生器技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器倾斜管束换热实验装置及方法。

背景技术

蒸汽发生器是核反应堆中一、二回路的枢纽，它将一回路产生的热量传递给二回路，产生蒸汽驱动汽轮器发电。正常工况下，流过堆芯的较热冷却剂从压力容器出口管嘴流出，经过热管段进入蒸汽发生器，在蒸汽发生器U形管区被二次侧的水冷却，之后经过渡管段进入主泵，由主泵升压后再经冷管段注入堆芯。二次侧的水得到一次侧传递的热量，发生汽化，经汽水分离作用后到达汽轮器系统，驱动汽轮器发电。如果蒸汽发生器传热管发生破损，一次侧冷却剂就会进入二次侧，造成辐射的泄露，威胁核电厂安全。传热管破损的原因主要有磨损、腐蚀和疲劳等，这些现象都和蒸汽发生器内的流动和换热特征密切相关，因此针对蒸汽发生器传热管开展换热特性的测试或实验验证非常重要。本发明正是基于这种需求而提供了一种可以在传热管倾斜的工况下进行蒸汽发生器换热管束换热特性实验的装置。现有的针对蒸汽发生器传热管换热的实验及理论仍然存在一些不足，如只能进行单管实验、对于倾斜管束换热只能采用近似和经验关系式的方法计算，无法满足或提高核电关键设备的可靠性要求。

例如，中国专利申请号CN 201320188149.8公开了一种管外强制对流换热实验装置。该装置包括带有喇叭进口的通风管、测试管、实验管、测速管、扩张管、离心引风机。通风管内设有栅格结构，通风管与测试管间设有稳流滤网，测试管内设有温度计，实验管内设有发热管，取风管与微压计相连。该发明结构简单，制作维修成本低，其实验气流稳定性好且湍流度也较好，有效提高了测试的精度。但是该装置气流量小，只能进行空气的单管换热实验，无法进行单相水或蒸汽-水流体的管束换热实验，也无法进行倾斜管束的实验。

又例如，中国专利申请号CN 202101956 U，公开了一种单管换热管测试装置。该装置包括换热管、壳体、输送泵、储液罐及进、出口阀，其特征在于：所述换热管为单根换热管体，所述壳体由包括若干筒节、位于端部的筒节连接封头和封板，所述筒节均由圆管、筒节端部法兰和筒管上、下部接管组成，各筒节经由端部法兰依次连接；所述换热管的进、出口分别经阀门与管程储液罐连接；所述壳体的每个筒节的上接管分别经阀门连接壳程流量分配器，壳程流量分配器与壳程储液罐连接，每个筒节的下接管分别经阀门连接混流器，壳程混流配器与壳程储液罐连接。基于该装置可获得实际换热器单根换热管的传热特性，进一步对管壳式换热器节点温度进行预测，以确定管壳式换热器管程和壳程流体的节点温度。但是该发明还是基于单管实验，不能满足管束特性试验的要求。

例如，中国专利申请号CN201510039037.X公布了一种汽水分离再热器管束实验装置及方法。该实验装置包括矩形截面的换热管束实验段，依次焊接在换热管束实验段下部的下矩形段、入口渐扩段和入口接管，依次焊接在换热管束实验段上部的上矩形段、出口渐缩段和出口接管，所述实验装置通过入口接管和出口接管与试验管道系统相连接；所述下矩形段内装配有不锈钢丝网，在所述下矩形段和上矩形段上分别对称焊接有一对测温组件和一对测压组件。该装置能在汽水分离再热器管外实际的具有一定干度的高温高压蒸汽工作条件下进行再热器管束换热和压降测试和验证。但是该发明无法进行单相水和水相占比较高的蒸汽-水两相流体换热实验，同时只能进行水平管束实验，无法进行倾斜管束实验。

发明内容