摘要：高温高压暂态综合试验回路作为CARR反应堆应用研究平台之一，主要是提高CARR反应堆的科研和应用能力，以满足核燃料和核材料在堆内??辐照试验的要求。 . 本文根据相关规范、标准和结构要求，设计了一套满足主循环工艺系统要求的关键设备——主循环换热器。 介绍了主回路换热器的类型和用途。 结果表明，所设计的套管式换热器满足换热及相关设计标准要求，结构简单、安全可靠，制造、安装、清洗维护方便，经济性好。
关键词：主回路换热器结构优化设计强度计算
CLC 编号：TK172 文档代码：A 文章编号：1674-098X(2020)06(c)-0022-02
1 简介
主电路系统是高温高压暂态综合试验电路的重要系统。 主回路换热器是主回路系统的重要非标设备。 在正常运行条件下，燃料束产生的热量被传递到二次回路冷却水。 ;主回路冷却液出口温度是通过调节主回路冷却液通过主回路热交换器的流量和二次回路冷却水流量来调节的，从而使主回路的运行参数控制在要求的范围内。 本文设计了一套用于主回路系统的平行套管换热器。
2 设计标准规范及设计原则
2.1 设计标准规范
(1) NB/T 20003-2010《核电站核岛机械设备无损检测》。
(2) EJ/T564-2006《核电厂物品包装、运输、装卸、接收、贮存和维护要求》。
(3) EJ/T1027-1996《压水堆核电厂核岛机械设备制造规范》。
(4) EJ/T1041-1996《压水堆核电厂核岛机械设备在役检验规程》。
(5) TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》。
(6) GB 150-2011《压力容器》。
(7) GB/T151-2014《管壳式换热器》。
(8)GB/T97.1-2002《A级平垫》。
(9)GB/T9112-2000《钢制管法兰的型式及参数》。
(10)GB/-2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》。
(11)NB/-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》。
(12) NB/-2011《承压设备焊接工艺评定》。
(13) NB/-2015《承压设备无损检测》。
(14)NB/-2011《压力容器焊接规程》。
(15) NB/-2011《承压设备产品焊接试件力学性能试验》。
(16)NB/-2011《承压设备焊接材料订货技术条件》。
(17)-2007《锅炉和热交换器用不锈钢无缝钢管》。
(18)NB/-2011《锅炉和热交换器用管材订货技术条件》。
(19)GB/T2102《钢管的验收、包装、标志和质量证明书》。
(20)-2009《承压设备用不锈钢钢板和钢带》。
(21)GB/T9115-2010《对焊钢管法兰》。
(22)RCC-M 2000+2002增补《压水堆核岛机械设备设计与建造规范》。
2.2 设计原则
安全可靠，按设计规范和标准设计； 结构简单合理； 材料规格和质量应符合国家标准。
2.3 设备分类
设备为核安全二级，SC-2； 质量保证等级：QA1； 抗震等级：Ⅰ类。
3 设备描述
主回路换热器为立式套管换热器。 其三维模型如图1所示，由一次水总管组件、换热室组件、二次进出水分配器组件、连接管等组成。 换热器主体由若干个套管式换热器并联组成。 高温一次水经一次侧进水集管分流后流经U型换热管，再经一次侧出水集管流入一次侧主管。 系统; 二次冷却水经二次侧入口分配器分流，流经换热管与机壳之间的环空，再经二次侧出口分配器流入二次侧主管道系统。 一次冷却水与二次冷却水的换热方式为单管程、单壳程完全逆流换热。
4 结构设计特点
通过结构设计，主要确定零件和连接方式，并根据热计算确定主要零件的尺寸。
4.1 换热室部件
套筒式换热室组件作为换热主体，主要由换热管、U型膨胀节和异径三通组成。 一次水在换热管内流动，二次水流经换热管与外壳之间的环形通道，两者完全逆流换热。
换热管符合-2007《锅炉和换热器用不锈钢无缝钢管》和GB/T151-2014《管壳式换热器》的有关规定。 在满足上述要求的前提下，内换热管还应满足换热管的相关技术条件。 换热管为整条无缝钢管，整体弯制而成，无纵向焊缝和环向焊缝，确保换热器强度满足使用要求。 其制造、检验和验收均按RCC-M 2000《压水堆核岛机械设备设计与建造规范》的要求执行。
采用U型膨胀节作为可自由伸缩的弹性补偿元件。 具有工作可靠、性能优良、结构简单、紧凑、制造容易等优点。 与外壳连接采用对焊，膨胀节本身环焊缝采用全焊透结构，100%射线探伤。 设计的换热室组件在结构上具有以下三个特点： (1) U型换热管：采用全弯制，U型弯头可自由伸缩，实现完全热补偿并减少热应力。 (2)U型膨胀节：能自由伸缩的柔性构件，利用其弹性实现局部热补偿，减小热应力。 (3)异径三通：避免应力集中和外壳开口焊接结构。
4.2 主集管组件
集管是主回路换热器的关键部件，一次侧集管总成由封头和集管两部分焊接而成。 为保证进出口集管的强度和质量，防止泄漏和提高密封性，集管采用整体锻造结构，也有利于减小流体阻力。 平盖头结构简单不锈钢换热管弯制，制造容易，但较厚。 换热管与集箱的焊接连接应符合RCC-M 2000《压水堆核岛机械设备设计与建造规范》第二卷材料篇及相关技术条件的要求。
4.3 二次侧分配器总成
二次侧分配器总成优先采用头管箱，承压能力强。 主要由主管、堵头、管接头和法兰焊接而成。 在结构上，有利于压力介质的均匀分布。 二次侧分配器总成与换热室总成采用法兰连接，拆装方便，有利于水压试验和泄漏试验。
5 强度核算
根据RCC-M 2000+2002增补《压水堆核岛机械设备设计与建造规范》C3324相关章节不锈钢换热管弯制，换热管壁厚、换热管弯管壁厚、外套管最小厚度，二次接水管最小厚度，集管总成集管最小厚度，集管总管壁厚，二次接水管筒体最小厚度侧分配器总成，计算出圆头最小厚度，结果均满足要求，孔加固按RCC-M 2002中C3332的规定，由于孔径32mm≤ 50mm，不需要孔加固。 该支架满足RCC-M中C3363的要求。
6结语
(1)本文合理选择主回路换热器型式，满足设计功能要求和换热要求。 所设计的并联套管换热器结构简单，制造、安装、清洗维护方便，安全可靠。 和经济优势。
(2)已进行结构设计和强度计算，设计的主回路换热器能满足RCC-M 2000《压水堆核岛机械设备设计与建造规范》的要求。
参考
[1] 周长江． 管壳式换热器工艺设计[J]． 广东化工, 2017, 44(20): 155-156.
[2] 王文凯． 管壳式换热器结构设计与强度计算[J]. 化工与装备, 2018(9): 196-197, 176.
[3] 马凤坤，刘凯，胡文举，等．换热器工艺及结构设计[J]． 盐业与化工, 2016, 45(7): 35-39.
[4] 余巧玲． 浅谈压力容器设计中的常见问题及对策[J]． 中国装备工程, 2018(18): 90-92.
[5] 郭金辉． 管壳式换热器设计中的振动分析[J]. 化学品管理, 2018(28): 136-138.
[6] 刘俊成． 管壳式换热器泄漏原因分析及改进设计思路[J]． 民营科技, 2018(11): 68.
常见问题解答（FAQ）
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换热管怎么做 U 型管？
U 型管需先按弯曲半径弯制再做固溶处理，弯管段壁厚减薄率要控制，弯曲后需做气密性和探伤检测。
不锈钢换热管怎么提高换热效率？
可选用薄壁管降低热阻，采用内螺纹管或翅片管增加换热面积，同时保持管内流速在设计范围内。
