CS244743B1

CS244743B1 - Spacer tube grille of heat exchanger

Info

Publication number: CS244743B1
Application number: CS85264A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Matal; Vladimir Smakal; Ludovit Papp; Pavel Klimes
Original assignee: Oldrich Matal; Vladimir Smakal; Ludovit Papp; Pavel Klimes
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1986-08-14
Also published as: CS26485A1

Abstract

Očelem vynálezu je dosažení možnosti namontovat horizontální svazek trubek po jednotlivých řadách a současně vyloučení případného namáhání kterékoliv trubky svazku. Uvedeného účelu se dosáhne tak, že distanční trubková mříž se skládá z distančních prutů, které tvoří spojovací prut a alespoň dva na něm upevněné tuhé distanční elementy s alespoň dvěma pružnými distančními elementy, vloženými mezi každou řadu trubek nad sebou tak, že leží v jedné rovině kolmé na svazek trubek, a distanční prut je zpravidla nad poslední řadou trubek překryt nosníkem. Vynálezu je možno využít zejména v jaderné energetice.The purpose of the invention is to achieve the possibility of mounting a horizontal tube bundle in individual rows and at the same time eliminating any possible stress on any tube of the bundle. The stated purpose is achieved in that the spacer tube grid consists of spacer rods, which form a connecting rod and at least two rigid spacer elements fixed thereon with at least two flexible spacer elements, inserted between each row of tubes one above the other so that they lie in one plane perpendicular to the tube bundle, and the spacer rod is usually covered by a beam above the last row of tubes. The invention can be used in particular in nuclear power engineering.

Description

Vynález se týká distanční trubkového mříže výměníku tepla a řeší podstatné zvýšení životnosti teplosměnných trubek tohoto výměníku.The present invention relates to a heat exchanger spacing tube and to a substantial increase in the service life of heat exchanger tubes.

Pro dlouhodobý a spolehlivý provoz, zejména v jaderné energetice, se doposud stále hledá vhodné řešení distanční trubkové mříže, zajištující fixaci a uložení svazku teplosměnných trubek ve výměníku tepla. Nejnovější zkušenosti z jaderně energetických provozů dokazuji, že jedním z rozhodujících momentů ovlivňujících dlouhodobou životnost a provozuschopnost výměníků tepla, zvláště parních generátorů, je vzájemné působení teplosměnné trubky, v níž proudí teplosměnná látka a distanční mříže a dále vody, z níž je generována vodní pára. Toto vzájemné působení se projevuje negativně tehdy, jde-li o horizontální trubkové svazky uložené v distančních mřížích s háhodnou, při výrobě a montáži nedefinovatelnou a mnohdy nezjistitelnou vůlí, jsou-li trubky svazku při provozu zatěžovány přídavným tlakovým zatížením s náhodným působením o náhodné velikosti, vyvolaným zejména přenášením vlastní tíhy trubkového svazku a dále dochází-li v oblasti styku trubek a distatnční mříže k cyklu začínajícímu tvorbou nánosů, pokračujícímu odpadáváním nánosů při vibracích těchto trubek, obnažením aktivovaného povrchu trubek, dalším jejich korozním napadením, doprovázeným opětovnou tvorbou nánosů a zeslabením jejich stěn a rovněž i tehdy, dochází-li k lokálnímu zahušťování solí při generaci páry v oblasti styku trubek a distančních mříží. Zvlášť významně se tyto jevy vyskytují u horizontálně orientovaných svazků trubek.For long-term and reliable operation, especially in the nuclear power industry, a suitable solution of the distance tube grille is still being sought, ensuring the fixation and placement of the heat exchanger tube bundle in the heat exchanger. Recent experience in nuclear power plants has shown that one of the decisive factors affecting the longevity and operability of heat exchangers, especially steam generators, is the interaction of the heat exchange tube in which the heat transfer substance and the spacers flow and the water from which water vapor is generated. This interaction has a negative effect if the bundles are horizontal tubes bundled in distance gratings with a hefty, undefined and often undetectable play during production and assembly, if the bundle tubes are subjected to an additional accidental pressure load of random size during operation, caused mainly by the transfer of the weight of the tube bundle and also in the area of contact between the tubes and the distal lattice, a cycle beginning with the formation of deposits, continuing dropping of deposits during vibrations of these tubes, walls, and also when there is a local thickening of the salts during steam generation in the area of contact between the pipes and the grids. These phenomena occur particularly significantly with horizontally oriented tube bundles.

Jsou známa uložení horizontálního svazku trubek a řešení jeho distančních mříží ve výměnících tepla, která jsou tvořena např. několika deskami, v nichž jsou vytvořeny otvory pro průchod teplosměnných trubek, které jsou v těchto otvorech s určitou vůlí uloženy. Deska je pak v podstatě distanční mříží. Toto řešení se s výhodou využívá v případech, kdy je pro materiál výměníku přijatelný střední a nízký teplotní rozdíl mezi oběma pracovními látkami a kdy lze bez problémů svazek trubek z výměníku při jeho odstavení z provozu vyjmout, provést kontrolu trubek a mříží, případně nahradit svazek novým. Dochází-li však ve větší míře k vibracím trubek, zejména způsobeným obtékáním teplosměnné látky, je nevýhodou to, že trubky jsou v místech jejich uložení poškozovány otlakem a oklepáváním, případně anodickou korozí, čímž dochází ke snížení životnosti a zvýšení nákladů na údržbu a opravy, popřípadě na výměnu celého svazku trubek.It is known to accommodate a horizontal tube bundle and to solve its distance grids in heat exchangers, which are formed, for example, by several plates, in which openings for the passage of heat exchange tubes are formed which are accommodated in these openings with a certain play. The plate is then essentially a spacer grid. This solution is advantageously used in cases where medium and low temperature difference between the two working substances is acceptable for the material of the exchanger and when the tube bundle can be removed from the exchanger during its decommissioning, tube and grilles inspection or replacement with new . However, if tube vibration occurs to a greater extent, in particular due to bypassing the heat exchanger, the disadvantage is that the tubes are damaged by pressure and knocking and / or anodic corrosion at their locations, thereby reducing service life and increasing maintenance and repair costs, or to replace the entire bundle of tubes.

Dále jsou známy různé varianty řešení distančních mříží k uložení horizontálních svazků trubek ve výměníku, jako např. takové, kdy řady trubek jsou uloženy mezi horizontálními plochými nosníky ve vlnitém distančním plechu. Toto řešení je sice do určité míry výhodné pro montáž výměníku tepla, ale jeho nevýhodou je to, že jednotlivé trubky jsou uloženy v distanční mříži s náhodnou a nezjistitelnou vůlí a že v důsledku průhybu plochých nosníků za provozu jsou některé trubky svazku zatěžovány dlouhodobým přídavným zatížením náhodné velikosti a tak individuálně a náhodně nesou tíhu celého svazku a přídavné zatížení.Further, various variants of spacers are known for accommodating horizontal bundles of tubes in an exchanger, such as those where the rows of pipes are placed between horizontal flat beams in a corrugated spacer plate. This solution is to some extent advantageous for the installation of a heat exchanger, but it has the disadvantage that the individual tubes are placed in a distance grid with random and undetectable clearance and that due to the deflection of the flat beams during operation some tube bundles are loaded with size and so individually and randomly carry the weight of the entire beam and additional load.

Dále je nevýhodou to, že oblast styku trubek s vlnitým distančním plechem je oblastí, zejména u horkých větví trubek, s vyšším tepelným tokem, usazování solných nánosů. Kombinovaným působením vibrací trubek při jejich náhodném uložení v distančních mřížích, přídavným náhodným zatížením tíhou svazku trubek a chemických vlivů vody a generované vodní páry, dochází pak v dlouhodobém provozu k poruchám a proděravění teplosměnných trubek, což má za následek vyřazení výměníku z provozu a nutnost provedení jeho nákladných oprav, popřípadě i výměny celého výměníku, čímž dochází ke značným ekonomickým ztrátám a v případě, že výměník nebo parní generátor je komponentou primárního okruhu jaderné elektrárny, tak i k eventuálnímu ohrožení jaderné bezpečnosti.A further disadvantage is that the area of contact of the pipes with the corrugated spacer plate is the area, particularly in the case of hot pipe branches, with a higher heat flow, the deposition of salt deposits. Combined effects of tube vibrations when accidentally placed in distance grids, additional accidental load of tube bundle and chemical effects of water and steam generated, cause long-term operation failure and perforation of heat exchange tubes, resulting in the exchanger decommissioning and necessity costly repairs or even replacement of the entire exchanger, which leads to considerable economic losses and, if the exchanger or steam generator is a component of the primary circuit of the nuclear power plant, as well as eventual threat to nuclear safety.

Uvedené nedostatky řeší distanční trubková mříž výměníku tepla podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že trubková mříž sestává z distančních prutů uložených mezi každou trubkovou řadu a současně uložených nad sebou v jedné na svazek trubek kolmé rovině, přičemž distanční prut nad poslední řadou trubek je překryt závěrným nosníkem. Distanční prut je tvořen spojovacím prutem, na němž jsou situovány alespoň dva tuhé distanční elementy a alespoň dva pružné distanční elementy tak, že vzájemná vzdálenost tuhých distančních elementů ve směru osy spojovacího prutu je rovna první rozteči trubek a vzdálenost dosedacíh ploch vytvořených na každém tuhém elementu je rovna druhé rozteči trubek v trubkovém svazku.The above-mentioned drawbacks are solved by the distance tube of the heat exchanger according to the invention. It consists in that the tubular grid consists of spacers arranged between each tubular row and simultaneously superposed in one tube bundle perpendicularly plane, the spacing bar above the last row of tubes being covered by a locking beam. The spacer is formed by a connecting rod on which at least two rigid spacers and at least two resilient spacers are situated such that the spacing of the rigid spacers in the direction of the connecting rod axis is equal to the first pipe spacing and the spacing of the abutment surfaces formed on each rigid element is equal to the second tube spacing in the tube bundle.

Pružný distanční element je pevně místně spojen s tuhým distančním elementem a opatřen otvorem, jímž volně prochází spojovací prut. Pružný distanční element je alternativně bud ve tvaru kruhového segmentu a je pak v přímkovém styku s trubkou, nebo tvaru kruhového segmentu a prolisem a pak je v bodovém styku s trubkou v trubkovém svazku nebo tvaru kulového vrchlíku a je pak taktéž v bodovém styku s trubkou v trubkovém svazku.The elastic spacer element is rigidly locally connected to the rigid spacer element and is provided with an opening through which the connecting rod passes freely. Alternatively, the elastic spacer is either in the form of a circular segment and is in direct contact with the tube, or in the form of a circular segment and embossed, and then in point contact with the tube in a tube bundle or spherical canopy and is also in point contact with the tube in tube bundle.

Vzájemný kontakt tuhých distančních elementů mezi sousedními řadami trubek na dosedacích plochách je alternativně pojištěn kolíkem nebo výstupkem s drážkou. Nad poslední řadou trubek je distanční prut překryt závěrným nosníkem děrovaným nad každou trubkou v řadě pod ním ležícíAlternatively, the contact of the rigid spacer elements between adjacent rows of tubes on the bearing surfaces is secured by a pin or a projection with a groove. Above the last row of tubes, the spacer bar is covered with a closing beam punched above each tube in the row below it

Výhodou distanční trubkové mříže podle vynálezu je to, že umožňuje provádění montáže horizontálního svazku trubek po jednotlivých řadách a současně zajištuje definované vůle v uložení trubek v distanční mříži. Dále distanční trubková mříž podle vynálezu vylučuje případné namáhání kterékoliv trubky svazku, vytváří na jedné straně nepoddajný nosný systém a na druhé straně zajištuje však poddajné místní uložení trubky, dovoluje axiální dilatace trubek, zajištuje definovaný styk trubky s prvky distanční trubkové mříže a hlavně dovoluje prakticky dokonalé proplachování tohoto styku s generovanou párou, čímž je zabráněno trvalému usazování a následovnému odpadávání nánosů na trubce, minimalizuje míru korozního lokálního napadení trubek a naopak se zvyšuje jejich životnost a tedy i životnost celého výměníku.An advantage of the spacer tube grille according to the invention is that it allows the assembly of the horizontal bundle of tubes to be carried out in individual rows and at the same time ensures defined clearances in the support of the tubes in the spacer grille. Furthermore, the distance tube grille according to the invention avoids any stress on any bundle tube, on the one hand it provides a rigid support system and, on the other hand, provides a flexible localized tube placement, permits axial expansion of the tubes, Flushing of this contact with the generated steam, which prevents permanent settling and subsequent dropping of deposits on the pipe, minimizes the level of corrosive local attack on the pipes and vice versa increases their service life and thus the service life of the entire exchanger.

Tvorbě nánosů v koutě vzniklém v místě spoje pružného a tuhého distančního elementu je zabráněno prolisem nebo prostřižením v horní i dolní části pružného distančního elementu, které zlpšuje promývání tohoto spoje.The formation of deposits in the corner formed at the joint of the elastic and rigid spacer element is prevented by embossing or shearing in the upper and lower portions of the elastic spacer element, which improves the washing of the joint.

Příklady provedení distanční trubkové mříže výměníku tepla podle vynálezu jsou uvedeny na obr. 1-6. Obr. 1 představuje pohled na distanční trubkovou mříž ve směru osy trubkového svazku, obr. 2 alternativní řešení kontaktu tuhých distančních elementů, obr. 3 boční pohled na toto alternativní řešení. Obr. 4 až 6 představují alternativní řešení pružných distančních elementů.Exemplary embodiments of the heat exchanger spacing tube of the invention are shown in Figs. 1-6. Giant. 1 is a view of a spacer tube lattice in the direction of the tube bundle axis; FIG. 2 an alternative solution for contacting the rigid spacer elements; FIG. 3 is a side view of this alternative solution. Giant. Figures 4 to 6 represent an alternative solution for flexible spacers.

Distanční mříž svazku trubek výměníku tepla podle příkladného provedení sestává z distanč nich prutů tvořených spojovacím prutem JL, na němž jsou situovány tuhé distanční elementy 2 s pružnými distančními elementy 2· Distanční pruty jsou vloženy mezi každou trubkovou řadu a současně uloženy nad sebou v jedné na svazek trubek 2 kolmé rovině. Nad poslední řadou trubek 2 je distanční prut překryt závěrným nosníkem 10 děrovaným nad každou trubkou 9 v řadě pod ní ležící. Vzdálenost tuhých distančních elementů 2 na jednom spojovacím prutu 1. ve směru jeho osy je rovna první roztečí T_ trubek 9_, tj . zpravidla rozteči trubek 2 ^v jedné řadě, a vzdálenost dosedacích ploch 2 na každém tuhém dosedacím elementu 2 rovna druhé rozteči 2 trubek 2* tj♦ zpravidla rozteči trubkových řad.The heat exchanger tube bundle spacing according to the exemplary embodiment consists of spacers formed by a connecting rod 11 on which rigid spacers 2 with resilient spacers 2 are situated. of pipes 2 perpendicular plane. Above the last row of tubes 2, the spacer rod is covered by a locking beam 10 punched above each tube 9 in the row below it. The distance of the rigid spacers 2 on one connecting rod 1 in the direction of its axis is equal to the first spacing T 'of the tubes 9, i.e. as a rule, the spacing of the tubes 2 ⁱⁿ one row, and the spacing of the bearing surfaces 2 on each rigid bearing element 2 equals the second spacing 2 of the tubes 2 * ie tj generally the spacing of the tube rows.

Pružný distanční element 2 3^e pevně místně spojen s tuhým distančním elementem 2 a opatřen otvorem 2» jímž volně prochází spojovací prut 2· Jednotlivé tuhé distanční elementy 2 jsou pevně spojeny se spojovacím prutem 2· Pružný distanční element 2 3θ alternativně tvaru kruhového segmentu a je pak v přímkovém styku s trubkou 9 nebo tvaru kruhového segmentu s prolisem a je pak v bodovém styku s trubkou 9 nebo tvaru kulového vrchlíku a pak je taktéž v bodovém styku s trubkou 2· Promývací otvor nebo prolis 13 zabraňuje tvorbě nánosů v místě spojení tuhého a pružného distančního elementu. Vzájemný kontakt tuhých distančních elementů 2 mezi sousedními řadami trubek 2 ^na dosedacích plochách £ je alternativně pojištěn kolíkem 2 nebo drážkou 11 a výstupkem 12.The elastic spacer element 2 3 ^e fixedly locally coupled to a rigid spacer element 2 and an opening 2 »which passes freely through a connecting rod 2 · Each rigid spacer elements 2 are fixedly connected with the connecting rod 2 · flexible spacer 2 3θ alternatively be sector-shaped, and then in direct contact with the tube 9 or in the shape of a circular segment with the indentation and then in spot contact with the tube 9 or in the shape of a spherical canopy and then also in spot contact with the tube 2; elastic spacer element. Alternatively, the contact of the rigid spacer elements 2 between adjacent rows of tubes 2 ^{on the} bearing surfaces 6 is secured by a pin 2 or a groove 11 and a projection 12.

Distanční mříž svazku trubek výměníku tepla podle vynálezu je možno s výhodou využít u parních generátorů jaderných elektráren s vodné vodními energetickými reaktory typu WER440 a WER 1 000. -The heat exchanger tube bundle grid according to the invention can be advantageously used for steam generators of nuclear power plants with water hydro power reactors of the WER440 and WER 1000 type.

Claims

Heat exchanger spacer tube, characterized in that it consists of spacers consisting of a connecting rod (1) and at least two rigid spacers (2) fixed thereon with at least two resilient spacers (3) interposed between each row The pipes (9) are superimposed so that they lie in one perpendicular plane on the pipe bundle (9), the spacer being generally over the last row of pipes (9) over the beam (10).

Spacer according to claim 1, characterized in that the distance between the spacers (2) on one spacer is equal to the first spacing (7) of the pipes (9) and the distance between the abutment surfaces (4) formed on each rigid spacer (2). ) is equal to the second spacing (8) of the tubes (9).

Spacer according to claim 1, characterized in that the resilient spacer element (3) is rigidly locally connected to the rigid spacer element (2) and is provided with an opening (6) through which the connecting rod (1) passes freely.

Spacer according to claim 1, characterized in that the resilient spacer element (3) is in the form of a circular segment, thereby in direct contact with the pipe (9).

Spacer according to claim 1, characterized in that the resilient spacer element (3) is in the form of a circular segment with an indentation which is in point contact with the pipe (9).

Spacer according to claim 1, characterized in that the mutual contact on the bearing surfaces (4) of the rigid spacers (2) between adjacent rows of pipes (9) of the spacers placed is secured by a pin (5).

Spacer according to claim 1, characterized in that the contact on the bearing surfaces (4) of the rigid spacer elements (2) is secured by a recess (11) with a projection (12).

Spacer according to claim 1, characterized in that there are washing holes or recesses (13) in the elastic spacers (3).

Spacer according to claim 1, characterized in that the support (10) is punched preferably above each pipe (9) in the row below it.