本發(fā)明涉及核電站的一種新的管道設(shè)計方案，具體涉及一種可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，主要用于消除會引起管道熱瞬態(tài)和管道疲勞的熱分層。

背景技術(shù)：

波動管是核電站反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中除主管道以外最重要的核安全1級管道，用于連接主管道熱段和穩(wěn)壓器。

穩(wěn)壓器的主要功能為壓力控制、超壓保護、溫度控制以及容積補償?shù)?，會因冷卻劑溫度和體積的變化而出現(xiàn)流量波動。由于穩(wěn)壓器和主管道間的溫差較大，在某些特殊工況下，當(dāng)穩(wěn)壓器出現(xiàn)緩慢波出時，穩(wěn)壓器中的高溫流體進入波動管水平或傾角較小的管段，并位于波動管截面的上部，而下部則為主管道側(cè)的低溫流體，即發(fā)生熱分層現(xiàn)象。這使波動管管壁橫截面上出現(xiàn)較大溫差，引起局部熱應(yīng)力和總體彎曲應(yīng)力，對波動管的載荷、變形和疲勞壽命產(chǎn)生很大影響。為監(jiān)測熱分層狀態(tài)，以AP1000為例，在多個位置處設(shè)置了電阻溫度探測器對波動管的溫度進行監(jiān)測。

為緩解和消除熱分層，現(xiàn)有技術(shù)提出了以下幾類對波動管的改進方法。(1)改變波動管的走向。以某堆型為例，將與主管道的接管嘴改為豎直，并增大水平管段的傾角。(2)改變波動管內(nèi)部的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。如專利201210224735.3提出在與主管道接管的三通連接段增加旋流混合槽，專利201220113726.2提出在波動管水平段內(nèi)設(shè)置攪混器。(3)改變波動管外壁的溫度分布。如專利200920135851.1提出在波動管下部與保溫層間安裝加熱裝置。

有別于以上措施，本專利提出一種不改變波動管管道布置和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能且易于實現(xiàn)的設(shè)計方案，用于消除波動管熱分層。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)。

可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)包括：主管道和波動管；所述主管道和波動管之間設(shè)有支管，所述支管分部與所述主管道和所述波動管連接。

優(yōu)選地，所述支管的支管接管嘴位于所述波動管的波動管接管嘴的上游或下游。

優(yōu)選地，所述支管與所述波動管采用垂直對心連接，在所述波動管的內(nèi)部變?yōu)檠夭▌庸茌S線方向或偏向上部。

優(yōu)選地，所述支管與所述波動管采用傾斜、偏心連接。

優(yōu)選地，所述支管與所述波動管采用垂直對心連接，在所述波動管內(nèi)部連接一個三通結(jié)構(gòu)，可向兩側(cè)噴射。

優(yōu)選地，所述支管的進口處延伸到所述主管道的熱段內(nèi)部，并安裝半球面形結(jié)構(gòu)或端部封閉、側(cè)面開口的管狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述支管內(nèi)安裝泵。

優(yōu)選地，所述支管內(nèi)設(shè)有閥門。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，在核電站主管道和波動管間添加支管，將主管道熱段內(nèi)溫度較低的冷卻劑引至波動管，促進冷熱流體的混合，從而消除管道內(nèi)的熱分層。

2、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，通過低溫流體射入，可促進波動管內(nèi)冷熱流體的混合，使管道橫截面溫度分布更加平均。

3、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，通過低溫流體射入，可分段降低波動管的溫度，減小波動管的軸向溫度梯度。

4、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，對波動管的布置無影響，不必修改管道走向、標(biāo)高及相關(guān)設(shè)備的位置。

5、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，考慮到安全因素，支管的管徑較小，相對于主管道和波動管可忽略不計，對主管道和波動管的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能無影響。

6、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，低溫射流的位置可根據(jù)實際需要進行設(shè)計，流量可根據(jù)需要在運行中進行調(diào)整。

7、本發(fā)明提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，支管結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單可靠，易于實施，易于對現(xiàn)有核電站進行改造。

附圖說明

圖1核電站主回路示意圖；

圖2為本發(fā)明提出的包含支管的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)設(shè)計示意圖；

圖3為本發(fā)明提出的包含支管和泵的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)設(shè)計示意圖；

圖4為支管與主管道接管嘴處的半球形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為支管與主管道管嘴處管狀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為支管與波動管接管對心布置示意圖；

圖7為支管與波動管接管偏心布置示意圖；

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，反應(yīng)堆冷卻劑管道(2-1、2-2、3-1、3-2、3-3、3-4，簡稱主管道)是連接反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主設(shè)備(反應(yīng)堆壓力容器1、蒸汽發(fā)生器5-1和5-2、主泵4-1、4-2、4-3、4-4)的環(huán)路管道，承受反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的溫度壓力，是系統(tǒng)的壓力邊界。主管道分為兩個環(huán)路，每個環(huán)路均包含冷段和熱段。穩(wěn)壓器7是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，主要功能是在各種運行工況和事故工況下對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)進行壓力控制和超壓保護。波動管6即為連接主管道熱段和穩(wěn)壓器底部的管道。

如圖2和圖3所示，在主管道2和波動管4間添加覆蓋保溫層的支管6(內(nèi)徑為15mm-100mm)，與主管道通過鑄造三通或焊接三通連接。根據(jù)實際情況，支管接管嘴位置可位于波動管接管嘴的上游或下游位置處。

如圖2和圖3所示為包含支管的波動管設(shè)計示意圖，支管6走向可根據(jù)實際工程情況如空間結(jié)構(gòu)等進行設(shè)計調(diào)整。為確保有效消除熱分層，支管與波動管的接管位置取決于熱分層發(fā)生的位置，支管的數(shù)量取決于波動管受熱分層影響的管段數(shù)量。

如圖2和圖3所示，為在必要時對支管流動進行隔離或調(diào)節(jié)循環(huán)流量，在支管中設(shè)置兩個串聯(lián)的閥門裝置，也可額外設(shè)置流量孔板用于流量調(diào)節(jié)。若存在多個支管，根據(jù)實際需要可在每根支管上再布置一個閥門。

支管中的流動以主管道側(cè)和波動管側(cè)的壓差作為驅(qū)動力。為確保流量滿足所需并充分利用主泵所提供的動能，如圖4、圖5所示，在支管進口處延伸到主管道熱段內(nèi)部安裝有一個半球形結(jié)構(gòu)或端部封閉、側(cè)面開口的管狀結(jié)構(gòu)，用于將主管道內(nèi)冷卻劑的速度壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)橹Ч苓M口處的靜壓頭，從而增加支管兩端的壓差，保證在主泵低轉(zhuǎn)速工況下也能提供足夠的流量。另外，如圖3所示，也可在支管中添加泵，用以提供額外的揚程驅(qū)動支管中的流動。

為確保引入波動管的低溫流體與波動管上部高溫流體的充分混合，本發(fā)明提出以下三種支管-波動管接管方案：

1)如圖6所示，支管與波動管垂直對心連接，在波動管內(nèi)部變?yōu)檠夭▌庸茌S線方向或偏向上部。為增大流速，擴大低溫流體的噴射范圍，將出口縮小并變?yōu)闄E圓結(jié)構(gòu)；

2)如圖6所示，支管與波動管垂直對心連接，在波動管連接至三通，使低溫流體向兩側(cè)噴射

3)如圖7所示，支管與波動管傾斜偏心連接，低溫流體射入后可有效促進冷熱流體的攪混。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例具有以下有益效果：

1、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，在核電站主管道和波動管間添加支管，將主管道熱段內(nèi)溫度較低的冷卻劑引至波動管，促進冷熱流體的混合，從而消除管道內(nèi)的熱分層。

2、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，通過低溫流體射入，可促進波動管內(nèi)冷熱流體的混合，使管道橫截面溫度分布更加平均。

3、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，通過低溫流體射入，可分段降低波動管的溫度，減小波動管的軸向溫度梯度。

4、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，對波動管的布置無影響，不必修改管道走向、標(biāo)高及相關(guān)設(shè)備的位置。

5、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，考慮到安全因素，支管的管徑較小，相對于主管道和波動管可忽略不計，對主管道和波動管的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能無影響。

6、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，低溫射流的位置可根據(jù)實際需要進行設(shè)計，流量可根據(jù)需要在運行中進行調(diào)整。

7、本實施例提供的可消除熱分層的冷卻劑管道系統(tǒng)，支管結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單可靠，易于實施，易于對現(xiàn)有核電站進行改造。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認為超出本發(fā)明的范圍。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。