压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置的制作方法

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置。

背景技术：

蒸汽发生器是核电站一、二回路的枢纽，用于将反应堆产生的热量传递给二次侧产生蒸汽，并输送至汽轮机以推动发电机发电。

蒸汽发生器一次侧压力边界包括下封头、管板和管束，其中，下封头由分隔板分隔成进口水室和出口水室，反应堆冷却剂通过位于蒸汽发生器下封头上的进口接管进入，流经u形传热管，再经下封头上的出口接管流出。

蒸汽发生器二次侧压力边界包括管板、下部筒体、锥形筒体、上部筒体和上封头。给水经过给水接管进入蒸汽发生器，给水经过给水接管后进入给水环管，通过给水环管上的喷嘴喷出，与从汽水分离装置分离出来的饱和水混合后，流入管束套筒与壳体之间的环形下降通道，到达管板二次侧表面。通过套筒下端与管板二次侧表面间的间隙进入管束，水在通过管束上升时受热，部分水变成蒸汽，形成汽水混合物。汽水混合物流出管束顶部后，进入汽水分离器进行粗分离，然后由干燥器进行细分离，最后输出干饱和蒸汽。

蒸汽发生器传热管构成了一二次侧之间的承压边界，承担着隔离反应堆一回路冷却剂放射性物质的功能。传热管为壁厚1mm左右的无缝钢管，但其完整性必须得到保证，以防止传热管破裂、泄漏导致二回路系统严重受污染。

众所周知，通过给水系统进入蒸汽发生器的松动部件可能造成传热管的损伤。松动部件大小不一，通过给水环管上的j型管或喷淋头进入蒸汽发生器。在流体作用下，松动部件进入下降通道，通过管束套筒底部和管板之间的开口与传热管接触，在传热管表面形成凹痕，或者连续撞击痕迹。小于传热管间隙的松动部件可能进入管束内部，在流体相对滞止区域停留，停留的松动部件在流体的微作用力下发生高频小振幅运动，对传热管产生微动磨损，造成管壁减薄。撞击凹痕和微动磨损在严重情况下，均可能导致传热管破裂，引起核电厂非计划停堆，需要花费昂贵的代价进行修复。因此，防止外来的松动部件进入蒸汽发生器和防止已进入的松动部件迁移至管束的装置十分必要。

目前，已有的预防外来异物进入蒸汽发生器的装置主要采取筛选方式，即通过给水环管上设置小直径的j形管或者带有喷淋孔的i型管。当外来异物尺寸大于j型管内径或者喷淋孔直径时，可以被拦截在给水管道中。但是，尺寸小于j型管内径或者喷淋孔直径的异物仍可以通过并进入蒸汽发生器，这些松动部件，如金属条、焊条、金属片，仍会对传热管的完整性构成威胁。

有鉴于此，实有必要提供一种可靠的压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置，其可在核电站的调试、运行过程中，收集经过给水环管进入蒸汽发生器的松动部件，防止松动部件进入管束区域，改善传热管的工作环境。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术中的缺陷，提供一种可靠的压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置，可在核电站的调试、运行过程中，收集经过给水环管进入蒸汽发生器的松动部件，防止松动部件进入管束区域，改善传热管的工作环境。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种压水堆核电站蒸汽发生器用松动部件捕集装置，设置于泥渣收集器的顶板上，顶板上设有多个汽水分离器上升筒，其中，位于外围的相邻汽水分离器上升筒之间均设有固接在顶板上的捕集围板，每个捕集围板的两端分别固接在分离器上升筒的外表面上，捕集围板远离顶板的一端设有朝向顶板的中心延伸的折板。

作为本发明压水堆核电站蒸汽发生器用松动部件捕集装置的一种改进，所述捕集围板焊接在所述顶板上，所述捕集围板的两端分别焊接在分离器上升筒的外表面上。

作为本发明压水堆核电站蒸汽发生器用松动部件捕集装置的一种改进，所述折板与捕集围板之间圆弧过渡，过渡半径为5～25mm。

作为本发明压水堆核电站蒸汽发生器用松动部件捕集装置的一种改进，所述折板与捕集围板之间的夹角为30°-150°。

作为本发明压水堆核电站蒸汽发生器用松动部件捕集装置的一种改进，所述顶板设有中心区域小孔和外围周向区域小孔，所述捕集围板位于外围周向区域小孔的内侧。

作为本发明压水堆核电站蒸汽发生器用松动部件捕集装置的一种改进，所述捕集围板和折板在顶板投影形成的半径大于蒸汽发生器设置的给水环管喷淋管或j型管在顶板投影形成的半径。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种压水堆核电站立式蒸汽发生器，包括上部碟形封头、上部筒体、锥形筒体、下部筒体、管板和下封头，管板上设有多个管孔，倒u型管管束两端插入管孔并与管板机械连接，形成包括众多倒u型管的管束，管束外围设有套筒且上方设有套筒顶板，套筒和下部筒体、锥形筒体形成环形通道，其中，套筒顶板上设有泥渣收集器，泥渣收集器的顶板上设有松动部件捕集装置和多个汽水分离器上升筒，位于外围的相邻汽水分离器上升筒之间均设有固接在顶板上的捕集围板，每个捕集围板的两端分别固接在分离器上升筒的外表面上，捕集围板远离顶板的一端设有朝向顶板的中心延伸的折板。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述捕集围板焊接在所述顶板上，所述捕集围板的两端分别焊接在分离器上升筒的外表面上。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述套筒顶板设有开孔，开孔与同样数量的一组汽水分离器上升筒相连接，上升筒内部设置有旋叶，套筒内部因沸腾产生的蒸汽-水两相混合物流经套筒顶板开孔进入上升筒，在旋叶的作用下，蒸汽-水发生螺旋离心运动，在离心力的作用下，蒸汽-水发生分离。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，被分离的水重新进入设置于套筒顶板上方的水池，经初级分离器分离后的湿蒸汽继续向上流动经干燥器再次分离干燥，二次分离后的蒸汽通过设置在上部碟形封头中央的限流器流出蒸汽发生器。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，从汽水分离器分离出来的再循环水与给水环混合进入环形通道，环形通道的流体流动速度较大，套筒顶板上方中心区域的流体流动速度较慢，顶板的中心区域和外围周向区域存在压差。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述泥渣收集器上方设有给水管，给水管为近似圆形结构形式，直径小于套筒顶板的直径，水平布置在蒸汽发生器内部。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述折板与捕集围板之间圆弧过渡，过渡半径为5～25mm。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述折板与捕集围板之间的夹角为30°-150°。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述顶板设有中心区域小孔和外围周向区域小孔，所述捕集围板位于外围周向区域小孔的内侧。

作为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的一种改进，所述捕集围板和折板在顶板投影形成的半径大于蒸汽发生器设置的给水环管喷淋管或j型管在顶板投影形成的半径。

与现有技术相比，本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置的优点在于：在换料期间，蒸汽发生器二次侧水将被排空，设置的围板和折板可以捕集顶板上的松动部件，以免在流体作用下迁移进入环形通道。当蒸汽发生器排空时，围板和折板围合区域的水可以通过泥渣收集器顶板中心区域小孔排空，不会影响泥渣收集器顶板的在役工作。在往空的蒸汽发生器注水时，设置的围板和折板可以捕集顶板上的松动部件，以免在流体作用下迁移进入环形通道，因此可实现压水堆核电站立式蒸汽发生器的可靠运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器的结构示意图。

图2为图1中泥渣收集器的结构示意图。

图3为图2中松动部件捕集装置三种不同实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1所示，为本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器10的结构示意图。在图示实施方式中，蒸汽发生器10为立式管壳式换热器，其包括上部碟形封头12、上部筒体13、锥形筒体14、下部筒体15、管板16和下封头17。

管板16上设有成千上万个管孔18，倒u型管管束11两端插入管孔18并于管板16机械连接。管束11形成了与一回路换热的传热面，从而将一回路冷却剂的热量传递给二次侧，使二次侧的水沸腾产生蒸汽。

分隔板19将下封头17内部分隔为20和21两个腔室，形成了倒u型管的管联箱。腔室20为一次侧流体进口腔室，其与进口接管22相连。腔室21为一次侧流体出口腔室，其与出口接管23相连。因此，反应堆一次侧冷却剂从进口接管22进入腔室20，流经倒u型管束11的管内，进入腔室21，通过出口接管23流出蒸汽发生器。

管束11外围设置有套筒30，套筒30和下部筒体15、锥形筒体14形成了环形通道31。套筒30顶部设有泥渣收集器50，泥渣收集器50设有一组开孔40，开孔40与同样数量的一组汽水分离器上升筒41相连接，上升筒41内部设有旋叶42。套筒30内部因沸腾产生的蒸汽-水两相混合物流经套筒顶盖32上的开孔40，进入上升筒41，在旋叶42的作用下，蒸汽-水发生螺旋离心运动，在离心力的作用下，蒸汽-水发生分离。被分离的水重新进入泥渣收集器50上方的水池。经初级分离器分离后的湿蒸汽继续向上流动经干燥器60再次分离干燥，二次分离后的蒸汽通过设置在上部碟形封头12中央的限流器90流出蒸汽发生器。

给水管70包括给水环管组件71和热套管组件72，给水环管组件71位于热套管组件71上方，以减轻管道内流体热分层效应。给水环管组件71为近似圆形结构形式，水平布置在蒸汽发生器10内部。给水环管组件71上焊接给水喷嘴73，开孔40和喷嘴73的数量根据主给水的流量计算确定。喷嘴73上设有数量众多的喷孔，喷孔的直径为5～9mm。

在蒸汽发生器10正常运行和正常运行瞬态工况下，蒸汽发生器10内的水位需要保证淹没给水出口。蒸汽发生器10主给水从热套管组件内的流体通道72a进入给水环管组件71内的流体通道71a，流经喷嘴内部的流体通道73a进入蒸汽发生器10内部。同时，由于喷嘴的开孔直径小，进入给水的异物可以被开孔拦截，大于喷嘴开孔内径的异物不会进入到蒸汽发生器10内部。通过给水环进入蒸汽发生器的主给水与分离器、干燥器分离出来的再循环水混合后进入环形通道31，然后通过套筒30底部的开口33进入管束11，经加热沸腾产生蒸汽。

请参照图2所示，为泥渣收集器50的结构示意图。泥渣收集器50的顶板51设置了数量众多的中心区域小孔51a、外围周向区域小孔51b，以及多个汽水分离器上升筒41。从汽水分离器分离出来的再循环水进入汽水分离器上升筒41的外部空间，大部分再循环水与给水环70出来的给水混合进入环形通道31。环形通道31的流体流动速度较大，套筒顶板上方的流体流动速度较慢，顶板51的中心区域51a和外围周向区域51b存在压差。上述压差的存在，使得一部分再循环水从顶板中心区域51a的小孔进入到泥渣收集器50，从外围周向区域51b的小孔流出。在泥渣收集器50内部，再循环水从中心呈辐射状沿半径不断变大的方向流动，流体速度逐渐降低，使得悬浮在再循环水中的泥渣颗粒沉积在泥渣收集器50内部的表面上，通过非能动的方式完成泥渣的沉积。

位于外围的相邻汽水分离器上升筒41之间均设有捕集围板80，捕集围板80焊接在顶板51上，其两端焊接在分离器上升筒41的外表面(也可以采用其他固接方式，如螺纹连接或铆接)。如此设置，蒸汽发生器外围的汽水分离器上升筒41和捕集围板80共同围合在泥渣收集器顶板51的外周围。围板80远离顶板51的一端设有朝向泥渣收集器50顶盖中心的折板81，折板81与围板80之间的夹角可以为90°±60°(30°-150°)。在本发明的其他实施方式中，折板81与围板80之间也可以设有圆弧过渡，过渡半径为5～25mm。

请参照图3所示，为松动部件捕集装置的结构示意图。松动部件捕集装置设立在泥渣收集器50的顶板上，包括围板80和与之连接的折板81，折板81朝向泥渣收集器50顶板51中心延伸。围板80位于泥渣收集器50顶板51外围区域51b小孔的内侧，因此，围板80的设置不影响顶板51的中心区域51a和外围周向区域51b的压差，不影响泥渣收集器的正常运行功能。

结合以上对本发明压水堆核电站立式蒸汽发生器及其松动部件捕集装置的具体实施方式的描述可以看出，相对于现有技术，本发明具有以下优点：

松动部件捕集装置的围板80和折板81在顶板51投影形成的半径大于给水环管喷淋管或j型管在顶板51投影形成的半径。由于泥渣收集器50上方的水池中心流体速度相对较小，当尺寸小于j型管内径或者喷淋孔直径的异物，如金属条、焊条、金属片，进入蒸汽发生器，在迁移至环形通道31之前，或在重力作用下沉降在顶板51上，或被围板80和折板81捕获。

在换料期间，蒸汽发生器二次侧水将被排空，设置的围板80和折板81可以捕集顶板51上的松动部件，以免在流体作用下迁移进入环形通道31。当蒸汽发生器排空时，围板80和折板81围合的区域的水可以通过泥渣收集器50顶板51中心区域51a小孔排空，不会影响泥渣收集器50顶板51的在役工作。在往空的蒸汽发生器注水时，设置的围板80和折板81可以捕集顶板51上的松动部件，以免在流体作用下迁移进入环形通道31。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

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