核動力工程板式冷卻器在CARR中的應用韓海芬，張金山，姜百華，莊毅（中B*子能科學研究院反應堆工程研究設計所，北京，102413）摘*：著重介紹了CARR工程中重水冷卻器、主冷卻器的選型及設計過程。通過安全性和經濟性等方面的對比，可以看出板式冷卻器比套管式冷卻器更具有優越性。板式冷卻器在系統中的應用對今后的設計具有中圍分類號：TL353+.丨3 1述中國先進研究堆（CARR）的反應堆冷卻劑系統、重水冷卻系統、應急堆芯冷卻系統是CARR的重要系統。
　　反應堆冷卻劑系統是通過冷卻劑將堆芯熱ft載出，利用主冷卻器將熱量傳至二次冷卻水系統。該系統的堆外部分由并聯的4組主循環栗、主冷卻器以及有關閥門和管線組成。
　　重水冷卻系統利用2臺重水栗將重水貯存罐內的重水通過重水冷卻器輸送到重水箱，通過重水箱的出口溢流入重水貯存罐，形成重水循環回路，將重水箱的熱ft傳給二次冷卻水系統。
　　應急堆芯冷卻系統的功能是在反應堆事故工況下能確保堆芯得到充分冷卻，使堆芯的溫度保持在安全限值內，防止燃料元件損壞。
　　以上3個重要系統都需要冷卻器來進行熱量傳遞，因而冷卻器是系統的關鍵設備，它的好壞對執行系統功能起著舉足輕重的作用。
　　2冷卻器的設計由于重水熱器里的介質為重水和二次冷卻水，主冷卻器和池水冷卻器里的介質為去離子水和二次冷卻水，針對介質的不同，對密封的要求也不同，所以，本文對冷卻器的設計將根據介質的不同分重水冷卻器的設計、主冷卻器和池水冷卻器的設計來闡述。
　　2.1重水換熱播的設計由于重水價格昂貴，受中子輻照后具有放射性。為了避免重水的泄漏及防止放射性對環境的污染，所以重水冷卻器的設計必須具有密封可霏、放射性防護及容積小的特點。
　　2.1.1放射性防護設計主要有2個方面：①防止內漏。要保證輕水側壓力大于重水側壓力，這樣，一旦泄漏輕水便漏入重水中，環境不受污染；②防止外漏。要在冷卻器的結構設計中體現。2.1.2材料選用在確定材質時主要考慮了流體的水化學特性、與接觸材料的電化學及熱相容性、抗沖刷及抗腐蝕性能、耐輻照性能、加工性能（包括可焊性）、延展性等。綜合以上各項要求，確定冷卻器的主要材料為0Crl8Nil0Ti，二次水管箱的材料為20鋼，與回路系統管道材料一致。2.1.3冷卻器的結構及材質確定2.1.3.丨初步設計階段的結構設計初步設計時重水冷卻器采用的是臥式、逆流、單程的套管式冷卻器。該冷卻器具有豐富的運行經驗，同時二次冷卻水流經內管，重水逆向流經內管與外管間的環隙，這樣可以在重水充裝量盡量少的情況下得到篼的傳熱效率。
　　2.1.3.2板式冷卻器的確定進行施工設計時，了解到璀典AFLAF公司對制造應用于重水方面的板式冷卻器有很長的歷史，有豐富可靠的設計、加工、制造經驗。
　　與套管式冷卻器相比，板式冷卻器便于組裝和拆卸，有利于清洗與除垢，清洗頻率低，清洗時間少，不需定期檢，故障率很低。當板的結構材料為金屬時，單位傳熱面的價格比管材便宜。由于流道中流體的高度湍動，冷卻器中結垢的可能性大為減少，且傳熱系數比較高。其結構見圖丨。2種冷卻器的參數比較如表1所示。
　　表12種冷卻器各種參數的比較Table參數套管式冷卻器財換晷重水1二次水重水側二次水*熱功*/MW流量/m3人口度/*c出口瀑度/T阻力l*/m（水柱）液料占地面積（長X寬y冷卻器臺數/臺從表i可見可以發現板式冷卻器比套管式冷卻器具有以下優點：⑴體積小，占地面積小，減少了資金投人。
　　運行費用少。由于重水冷卻器采取的是逆流的型式，為了減少放射性外泄，必須保證輕水側壓力大于重水側壓力，即二次水出口壓力大于重水入口壓力。從表1不難看出，使用板式冷卻器比使用套管式冷卻器減少重水泵及二次水泵的揚程分別為25.7m和19.86m，同時減少二次冷卻水的流量674m3/h，降低了運行費用。
　　重水冷卻器由套管式改為板式，并且由原來的2臺變為1臺，節省了大大小小共21個閥門、數十條管線，將部分管道的規格由原來的<>219x8改為4>159x6，簡化了管路布置，檢修更簡單、方便，減少了重水外漏的隱患，同時節省重水1.8m3（價值人民幣396萬元）。
　　維修、清洗更容易、方便。
　　價格低。板式冷卻器的制造、加工及設計總價約為7.5萬歐元（合75萬人民幣），而套管式冷卻器的加工制造價格約為150萬元/臺，2臺套管式冷卻器總造價要達到300萬元。
　　通過上述分析，在施工設計階段以板式冷卻器代替了原套管式冷卻器設計。
　　2.1.3.3板式冷卻器材質的選擇設計中板片材質和墊片材質的選擇也很重要。根據流體水質指標，確定板片仍然選擇0Crl8Nil0Ti，墊片選擇NBR（丙烯腈丁二炔橡膠）。典AFLAF專家認為：在重水系統的應用中，常規片的板式冷卻器已經足以保證其不泄霈，這是因為重水不對墊片造成任何腐蝕，通常情況下，在重水中應用的墊片5年左右才需更換一次。考慮到重水外泄會造成對環境的影響及一定的經濟損失，所以選擇了半焊接式板式冷卻器，即流通重水的兩個板片用激光法密封焊，流通二次冷卻水的兩個板片采用常規墊片連接，使得設計更加安全、經濟、合理和先進。密封焊的結構如所示。
　　2.2主冷卻器和池水冷卻器的設計由于主冷卻器和池水冷卻器內的流體介質均為去離子水和二次冷卻水，主冷卻器為安全二級，池水冷卻器為安全相關級，所以，此處的設計推述只針對主冷卻器。
　　主冷卻器選用的型號是M30*FD.此冷卻器與韓國使用的HANARO的主冷卻器是同一廠家同一型號，該冷卻器至今已使用了丨年，其使用經驗值得借鑒。在字10年期間，更換了2次墊片。

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