摘要：高溫高壓暫態綜合試驗回路作為CARR反應堆應用研究平臺之一，主要是提高CARR反應堆的科研和應用能力，以滿足核燃料和核材料在堆內??輻照試驗的要求。 . 本文根據相關規范、標準和結構要求，設計了一套滿足主循環工藝系統要求的關鍵設備——主循環換熱器。 介紹了主回路換熱器的類型和用途。 結果表明，所設計的套管式換熱器滿足換熱及相關設計標準要求，結構簡單、安全可靠，制造、安裝、清洗維護方便，經濟性好。

關鍵詞：主回路換熱器結構優化設計強度計算

CLC 編號：TK172 文檔代碼：A 文章編號：1674-098X(2020)06(c)-0022-02

1 簡介

主電路系統是高溫高壓暫態綜合試驗電路的重要系統。 主回路換熱器是主回路系統的重要非標設備。 在正常運行條件下，燃料束產生的熱量被傳遞到二次回路冷卻水。 ;主回路冷卻液出口溫度是通過調節主回路冷卻液通過主回路熱交換器的流量和二次回路冷卻水流量來調節的，從而使主回路的運行參數控制在要求的范圍內。 本文設計了一套用于主回路系統的平行套管換熱器。

2 設計標準規范及設計原則

2.1 設計標準規范

(1) NB/T 20003-2010《核電站核島機械設備無損檢測》。

(2) EJ/T564-2006《核電廠物品包裝、運輸、裝卸、接收、貯存和維護要求》。

(3) EJ/T1027-1996《壓水堆核電廠核島機械設備制造規范》。

(4) EJ/T1041-1996《壓水堆核電廠核島機械設備在役檢驗規程》。

(5) TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》。

(6) GB 150-2011《壓力容器》。

(7) GB/T151-2014《管殼式換熱器》。

(8)GB/T97.1-2002《A級平墊》。

(9)GB/T9112-2000《鋼制管法蘭的型式及參數》。

(10)GB/-2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》。

(11)NB/-2010《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》。

(12) NB/-2011《承壓設備焊接工藝評定》。

(13) NB/-2015《承壓設備無損檢測》。

(14)NB/-2011《壓力容器焊接規程》。

(15) NB/-2011《承壓設備產品焊接試件力學性能試驗》。

(16)NB/-2011《承壓設備焊接材料訂貨技術條件》。

(17)-2007《鍋爐和熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》。

(18)NB/-2011《鍋爐和熱交換器用管材訂貨技術條件》。

(19)GB/T2102《鋼管的驗收、包裝、標志和質量證明書》。

(20)-2009《承壓設備用不銹鋼鋼板和鋼帶》。

(21)GB/T9115-2010《對焊鋼管法蘭》。

(22)RCC-M 2000+2002增補《壓水堆核島機械設備設計與建造規范》。

2.2 設計原則

安全可靠，按設計規范和標準設計； 結構簡單合理； 材料規格和質量應符合國家標準。

2.3 設備分類

設備為核安全二級，SC-2； 質量保證等級：QA1； 抗震等級：Ⅰ類。

3 設備描述

主回路換熱器為立式套管換熱器。 其三維模型如圖1所示，由一次水總管組件、換熱室組件、二次進出水分配器組件、連接管等組成。 換熱器主體由若干個套管式換熱器并聯組成。 高溫一次水經一次側進水集管分流后流經U型換熱管，再經一次側出水集管流入一次側主管。 系統; 二次冷卻水經二次側入口分配器分流，流經換熱管與機殼之間的環空，再經二次側出口分配器流入二次側主管道系統。 一次冷卻水與二次冷卻水的換熱方式為單管程、單殼程完全逆流換熱。

4 結構設計特點

通過結構設計，主要確定零件和連接方式，并根據熱計算確定主要零件的尺寸。

4.1 換熱室部件

套筒式換熱室組件作為換熱主體，主要由換熱管、U型膨脹節和異徑三通組成。 一次水在換熱管內流動，二次水流經換熱管與外殼之間的環形通道，兩者完全逆流換熱。

換熱管符合-2007《鍋爐和換熱器用不銹鋼無縫鋼管》和GB/T151-2014《管殼式換熱器》的有關規定。 在滿足上述要求的前提下，內換熱管還應滿足換熱管的相關技術條件。 換熱管為整條無縫鋼管，整體彎制而成，無縱向焊縫和環向焊縫，確保換熱器強度滿足使用要求。 其制造、檢驗和驗收均按RCC-M 2000《壓水堆核島機械設備設計與建造規范》的要求執行。

采用U型膨脹節作為可自由伸縮的彈性補償元件。 具有工作可靠、性能優良、結構簡單、緊湊、制造容易等優點。 與外殼連接采用對焊，膨脹節本身環焊縫采用全焊透結構，100%射線探傷。 設計的換熱室組件在結構上具有以下三個特點： (1) U型換熱管：采用全彎制，U型彎頭可自由伸縮，實現完全熱補償并減少熱應力。 (2)U型膨脹節：能自由伸縮的柔性構件，利用其彈性實現局部熱補償，減小熱應力。 (3)異徑三通：避免應力集中和外殼開口焊接結構。

4.2 主集管組件

集管是主回路換熱器的關鍵部件，一次側集管總成由封頭和集管兩部分焊接而成。 為保證進出口集管的強度和質量，防止泄漏和提高密封性，集管采用整體鍛造結構，也有利于減小流體阻力。 平蓋頭結構簡單不銹鋼換熱管彎制，制造容易，但較厚。 換熱管與集箱的焊接連接應符合RCC-M 2000《壓水堆核島機械設備設計與建造規范》第二卷材料篇及相關技術條件的要求。

4.3 二次側分配器總成

二次側分配器總成優先采用頭管箱，承壓能力強。 主要由主管、堵頭、管接頭和法蘭焊接而成。 在結構上，有利于壓力介質的均勻分布。 二次側分配器總成與換熱室總成采用法蘭連接，拆裝方便，有利于水壓試驗和泄漏試驗。

5 強度核算

根據RCC-M 2000+2002增補《壓水堆核島機械設備設計與建造規范》C3324相關章節不銹鋼換熱管彎制，換熱管壁厚、換熱管彎管壁厚、外套管最小厚度，二次接水管最小厚度，集管總成集管最小厚度，集管總管壁厚，二次接水管筒體最小厚度側分配器總成，計算出圓頭最小厚度，結果均滿足要求，孔加固按RCC-M 2002中C3332的規定，由于孔徑32mm≤ 50mm，不需要孔加固。 該支架滿足RCC-M中C3363的要求。

6結語

(1)本文合理選擇主回路換熱器型式，滿足設計功能要求和換熱要求。 所設計的并聯套管換熱器結構簡單，制造、安裝、清洗維護方便，安全可靠。 和經濟優勢。

(2)已進行結構設計和強度計算，設計的主回路換熱器能滿足RCC-M 2000《壓水堆核島機械設備設計與建造規范》的要求。

參考

[1] 周長江． 管殼式換熱器工藝設計[J]． 廣東化工, 2017, 44(20): 155-156.

[2] 王文凱． 管殼式換熱器結構設計與強度計算[J]. 化工與裝備, 2018(9): 196-197, 176.

[3] 馬鳳坤，劉凱，胡文舉，等．換熱器工藝及結構設計[J]． 鹽業與化工, 2016, 45(7): 35-39.

[4] 余巧玲． 淺談壓力容器設計中的常見問題及對策[J]． 中國裝備工程, 2018(18): 90-92.

[5] 郭金輝． 管殼式換熱器設計中的振動分析[J]. 化學品管理, 2018(28): 136-138.

[6] 劉俊成． 管殼式換熱器泄漏原因分析及改進設計思路[J]． 民營科技, 2018(11): 68.