[发明专利]一种超高温超高压孔道式换热器/蒸发器设计方案

说明书

一种超高温超高压孔道式换热器/蒸发器设计方案，利用换热单元内部设置的特制椭圆形、半圆形或锥形孔道进行换热。以紧贴式多层金属热传导为主的小孔或微孔的孔道间热量交换，不仅传热系数高，传热能效好，一次侧二次侧传热温差小，在极端高温或极端高压条件下孔道间可安全稳定传热，而且高效简易、安全可靠。能较好的避免传统管壳式换热器在超高温超高压工作条件下的破管失水事故。与同等传热能力的管壳式换热器相比，孔道式换热器的体积、重量和造价减少三分之一以上。适宜的换热单元材料选择加之适宜的传热孔道设计选择情况下，支持不超过1000℃极端高温或不超过1000公斤极端高压严苛传热条件下传热。孔道式换热器/蒸发器属于传热设备技术领域，主要应用于核电火电、石油化工、化工医药、冶金能源、食品电子等领域。

(一)技术领域：

本发明是一种适用于极端高温或极端高压的新型换热器/蒸发器设计方案，利用换热单元模块内部设置的特制孔道进行换热，称作孔道式换热器/蒸发器。以传热材料热传导为主的小孔或微孔的孔道间热量交换，传热系数高，传热温差小，在极端高温或极端高压条件下孔道间可安全稳定传热，具有高效简易、安全可靠的特点，属于传热设备技术领域，主要应用领域为核电火电、石油化工、化工医药、冶金能源、食品电子等。

(二)背景技术：

核电蒸汽发生器(steam generator)是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备，在核反应堆中，核裂变产生的热量由冷却剂带出，通过蒸汽发生器将热量传递给二回路工质，使其产生具有一定温度、一定压力和一定干度的蒸汽。此蒸汽再进入汽轮机中做功，转换为电能或机械能。在这个能量转换过程中，蒸汽发生器既是一回路的设备，又是二回路的设备，所以被称为一、二回路的枢纽。核电蒸汽发生器也是核电站最为关键的主要设备之一，蒸汽发生器与反应堆压力容器相连，不仅直接影响电站的功率与效率，而且在进行热量交换时，还起着阻隔放射性载热剂的作用，对核电站安全至关重要。因此，蒸汽发生器执行安全一级等级、I类抗震类别、一级规范级别和质量保证一级的质量要求，其材料和制造的高技术含量均为当代制造业之最。

核电蒸汽发生器作为核岛一回路主设备，主要功能有：将一回路冷却剂的热量通过传热管传递给二回路给水，加热给水至沸腾，经过汽水分离后产生驱动汽轮机的干饱和蒸汽；作为一回路压力边界，承受一回路压力，并与一回路其他压力边界共同构成防止放射性裂变产物溢出的第三道安全屏障；在预期运行事件、设计基准事故工况以及过度工况下保证反应堆装置的可靠运行。实际运行经验表明，蒸汽发生器能否安全、可靠的运行，对整个核动力装置的经济性和安全可靠性有着十分重要的影响。

压水堆核电站通常采用立式、自然循环、U型管、管壳式蒸汽发生器。U形管式换热器是指管束由弯管半径不等的U形管组成且管子两端都固定在同一管板上的管壳式换热器。由于每根U形管可自由伸缩，管束与壳体之间不会产生温差应力。壳程内设置折流板、纵向隔板等。折流板由拉杆固定。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向以增加壳程介质流速。其结构比固定管板式换热器复杂，比浮头式换热器简单。