[实用新型]浮头式铅铋换热装置

说明书

技术领域

本实用新型属于核能热交换设备领域，特别涉及一种浮头式铅铋换热装置。具体说，具体说包括强迫循环和自然循环两种传热流动方式，是一种在双侧实现流动传热的装置。由铅铋换热装置管程内流动的铅铋合金传递给壳程流动的冷却剂水，并由冷却剂水带走热量，完成一个循环，由此带走在ADS次临界反应堆产生的热量，以保证ADS系统的正常安全运行。

背景技术

加速器驱动系统ADS(accelerate driven system，)是一种高效的核废物嬗变技术。其组成是：中能强流质子加速器；外源中子产生靶；次临界反应堆。由于ADS系统冷却剂采用的是铅铋合金流体，因此，有效地导出其带有的热量。目前，世界上还没有建成ADS反应堆，国外正进行实验回路研究。无论是欧洲实验加速器驱动系统(XADS)所采用的列管式中间换热器；还是意大利CIRCE管板式换热器；还有意大利NACIE自然循环实验回路设计的套管型换热器；再有意大利比萨大学采用钢螺旋片加强湍流作用同轴套管换热器；最后加上瑞典皇家理工学院(KTH)TALL单套管式换热，大部分采用套管式换热器。循环方式主要采取强迫循环，自然循环也越来越得到重视。国内目前ADS研究刚刚起步，正在开展铅铋实验回路设计研究。其中换热装置是很重要的一个环节，直接关系到实验回路的实现运行成功。

套管式换热器作为一种常用换热设备，其优点是结构简单，适用于高温高压流体，特别是小容量流体的传热。主要缺点是流动阻力大，金属消耗量多，而且体积大，占地面积大，故用于传热面积不大的换热器。另外，在需要带走由铅铋合金较大流量所携带热量时，就需要超过10米高的管道，加工制造比较困难。

管壳式换热器以其对温度、压力、介质的适应性，耐用性及经济性，在换热设备中始终占有70％的主导地位。因此管壳式换热器的标准化工作为世界多个工业发达国家所重视，也为ISO国际标准化组织所重视。管壳式换热器主要有固定管板式、U型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与U型管式的缺陷，浮头式做了结构上的改进，两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，不会产生温差应力等优点，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头式换热器应用最广泛，在油田集装储运系统中，60％～70％的换热器为浮头式换热器。考虑到铅铋换热装置端部温差较大，具有较大的膨胀压力，并需要带走铅铋合金较大流量所携带的热量，为更好、更安全地实现热量的有效传递，就必须设计一种传热装置，以更好地适应ADS系统的基本要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中套管式换热器作为一种常用换热设备，其优点是结构简单，适用于高温高压流体，特别是小容量流体的传热。主要缺点是流动阻力大，金属消耗量多，而且体积大，占地面积大，故用于传热面积不大的换热器。另外，在需要带走由铅铋合金较大流量所携带热量时，就需要超过10米高的管道，加工制造比较困难的不足而提供一种浮头式铅铋换热装置，其特征在于，该装置是一种在双侧进行流动传热的装置，具有强迫循环和自然循环两种流动传热方式；

所述浮头式铅铋换热装置的结构如下：在钢板包成的圆柱钢管壳10上端连接上封头11，上封头11顶端固定一次侧铅铋合金流体进口6、圆柱钢管壳10上段侧面固定二次侧冷却水出口9，圆柱钢管壳10下段侧面固定二次侧冷却剂水入口8，一次侧换热管2支撑在圆柱钢管壳10内的浮动管板15上，二次侧冷却剂换热壳4固定在圆柱钢管壳10内壁，形成夹层换热通道；浮头5的浮头壳体固定在圆柱钢管壳10下端，一次侧铅铋合金流体出口7固定在浮头壳体16的端部中央。

所述浮头的结构为在浮头壳体16内浮动管板15固定在浮头法兰12上部，浮头盖13固定在浮头法兰12下部；浮头法兰12不与浮头壳体16固定连接；浮头盖13与浮头壳体16之间形成浮头滑动空间14。

所述圆柱钢管壳与浮头壳体16及上封头11均为法兰连接。

所述一次侧浮头换热管在浮动管板上的排列方式为排列角为30°的正三角形A、排列角为60°的转角正三角形B、排列角为90°的正方形C、排列角为45°的转角正方形D排列或者同心圆排列E；这些排列方式单独使用或组合使用。

所述铅铋合金换热装置两侧流体的流动，即可以在回路系统中增加泵装置，使其强迫循环流动换热，也可以在回路系统中不增加泵装置，使其自然循环换热，两种传热流动方式；两侧流动换热形式可以相同，也可也不同。

所述换热装置的浮头，在浮头滑动空间内上下移动，有效防止由于温差带来应力膨胀。