[发明专利]双壁换热管及液态金属反应堆双壁管换热设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态金属反应堆换热器，尤其涉及一种液态金属反应堆双壁管换热设备、用于液态金属反应堆双壁管换热设备的双壁换热管和管束组件、以及破管检测方法和换热设备的维护方法。

背景技术

作为一种可大规模发展的清洁能源，核能对于国家能源供应和环境保护具有重要的支撑作用。基于安全、高效、可持续等目标，目前国际上正在研发的第四代核能系统中，液态金属反应堆是最具发展前景的反应堆类型之一。

液态金属反应堆作为第四代快堆，一回路系统一般采用池式布置，即主泵、主换热器(或蒸汽发生器)、核燃料组件等都布置在反应堆主容器内部。由于主换热器直接布置在反应堆主容器内部，且一次侧使用强腐蚀的液态金属介质，对于液态金属反应堆主换热器结构安全性提出了更高要求。

换热管是主换热器结构最薄弱的环节。目前，国际上液态金属反应堆主换热器结构，如日本钠冷快堆JSFR、俄罗斯铅铋快堆SVBR、欧盟铅铋快堆MYRRHA和铅冷快堆ALFRED等，都是采用双层换热管结构设计以提高主换热器结构安全性。

传统压水堆蒸汽发生器，主要通过一回路稳压器液位变化和二回路中放射性含量大幅升高来检测破管事故，破管事故响应缓慢，易造成大量放射性物质外逸；同时，压水堆蒸汽发生器破管后，只需要找出破裂的换热管并堵管维修，即可以继续正常使用。

液态金属反应堆主换热器，由于布置在反应堆堆池内，要求快速检测出破管事故。液态金属反应堆主换热器采用双层换热管结构，夹层间隙增加了换热管热阻，且破管后不能直接堵管维修，需要将整个换热器更换，增加了运行维护难度和维修成本。

发明内容

为解决现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的在于提供一种用于液态金属反应堆双壁管换热设备的双壁换热管，以便能够快速检测破管事故。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述双壁换热管的管束组件。

本发明的又一目的在于提供一种液态金属反应堆双壁管换热设备，以便在束管组件破管时，更换维修。

本发明的目的还在于提供一种破管检测方法，以对破管的双壁换热管进行检测。

本发明的目的还在于提供一种液态金属反应堆双壁管换热设备的维护方法，以降低换热器的维护难度和维修成本。

为此，本发明一方面提供了一种双壁换热管，用于液态金属反应堆的换热设备中，包括外管和内管，其特征在于，外管和内管二者之间的管壁夹层间隙中填充有低熔点合金，该低熔点合金上部覆盖有破壁检测气体。

进一步地，上述外管采用抗液态金属腐蚀的不锈钢，内管采用抗冷却流体腐蚀的合金。

进一步地，上述破壁检测气体为惰性气体。

根据本发明的另一方面，提供了一种管束组件，包括多根双壁换热管，双壁换热管为根据上面所描述的双壁换热管，双壁换热管仅上端固定以缓解轴向热应力。

根据本发明的又一方面，提供了一种液态金属反应堆双壁管换热设备，包括：多个相互独立的管束组件、壳侧导流部件、壳体、进口联箱、出口联箱、气体接管和阀门，其中，每个管束组件上端连接到壳体上、能够从壳体中取出，管束组件的进口接管与进口联箱连接，管束组件的出口接管与出口联箱连接，管束组件下部穿过壳侧导流部件，管束组件为根据上面所描述的管束组件。

进一步地，上述壳侧导流部件设置防短路挡板和/或支撑隔板。

本发明还提供了一种破管检测方法，用于液态金属反应堆双壁管换热设备中，包括监测各双壁换热管中破壁检测气体的压力，根据破壁检测气体的压力变化判断破管情况，其中，当破壁检测气体压力降低表示液态金属侧管壁破裂，当破壁检测气体压力升高表示冷却流体侧管壁破裂，其中，双壁换热管为根据权利要求上面所描述的双壁换热管。

本发明还提供了一种液态金属反应堆双壁管换热设备的维护方法，包括：利用破管检测方法对双壁换热管进行破管检测；当破壁检测气体压力降低表示液态金属侧管壁破裂，则切断惰性气体供应，关闭并排空换热设备，更换损坏的管束组件；当破壁检测气体压力升高表示冷却流体侧管壁破裂，切断冷却流体供应，关闭并排空换热设备，更换损坏管束组件。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)双壁管结构，夹层填充低熔点焊接保证换热效率，夹层上部覆盖气体可快速检测破管事故，有效防止大量放射性物质外逸，避免液态金属和冷却流体接触发生反应。

2)换热器整体采用多个管束组件结构，某根换热管破裂后，只需更换对应管束组件而无需将整个换热器更换，降低了换热器维护强度和成本；多个管束组件批量制造，降低了制造难度和制造成本。