阅读说明：本技术 热交换器壳体传热结构及传热管束的定位与安装方法 (Heat transfer structure of heat exchanger shell and positioning and mounting method of heat transfer tube bundle ) 是由 黄振 张妍 昝元锋 胡俊 杨祖毛 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热交换器壳体传热结构及传热管束的定位与安装方法,所述结构包括：壳体,壳体上下端分别连接二次侧出口端和二次侧入口端,壳体侧面从上至下设有一次侧入口端和一次侧出口端,壳体内从上至下安装有若干定位环,每个定位环内安装有一个管子支撑板,所述管子支撑板设有若干管孔,若干传热管一端与一次侧入口端连接,另一端穿过所有管子支撑板后与一次侧出口端连接,管孔与传热管一一对应；本方法设计出一种工艺比较简单、成本较低的管壳式C型传热管束在壳侧的安装及定位结构及工艺,可以实现热弯成型的C型传热管束在具有多层支撑板和狭窄壳体内的热交换器模拟体内的安装及定位。(The invention discloses a heat exchanger shell heat transfer structure and a positioning and mounting method of a heat transfer tube bundle, wherein the structure comprises the following components: the heat exchanger comprises a shell, a plurality of heat transfer pipes and a plurality of heat exchange pipes, wherein the upper end and the lower end of the shell are respectively connected with a secondary side outlet end and a secondary side inlet end, the side surface of the shell is provided with a primary side inlet end and a primary side outlet end from top to bottom, a plurality of positioning rings are arranged in the shell from top to bottom, each positioning ring is internally provided with a pipe supporting plate, each pipe supporting plate is provided with a plurality of pipe holes, one end of each heat transfer pipe is connected; the method designs a shell-and-tube type C-shaped heat transfer tube bundle mounting and positioning structure and a shell-and-tube type C-shaped heat transfer tube bundle mounting and positioning process which are simple in process and low in cost, and can realize mounting and positioning of the hot-bending formed C-shaped heat transfer tube bundle in a heat exchanger simulation body with multiple layers of supporting plates and a narrow shell.)

热交换器壳体传热结构及传热管束的定位与安装方法

技术领域

本发明涉及核反应堆安全相关试验研究设备领域，具体地，涉及热交换器壳体传热结构 及传热管束的定位与安装方法。

背景技术

在核动力反应堆的专设安全系统试验装置中，管壳式C型热交换器是一种新型高效换热 设备，用于堆芯模拟体余热的导出，是保护事故工况下堆芯模拟体安全的重要设备。目前核 动力装置专设安全系统试验装置中所使用的C型热交换器一般不采用管外壳体，而是直接将 换热器传热管束放置于冷却水池中，管外工质不流动。无壳体C型热交换器的传热管束布置 只需考虑管间的定位，无需考虑传热管与壳体之间的定位，也无需考虑C型传热管束在壳体 内的安装工艺。与无壳体C型热交换器相比，管壳式C型热交换器的传热管束需要考虑在壳 体内的定位和安装难度更大。管壳式C型热交换器的C型传热管束管侧为高温高压工质，为 了保证热交换器的换热效率，必须在保证传热管强度的前提下尽量减小壁厚。由于传热管的 冷弯会减小壁厚，因此这就要求热交换器在制造过程中，传热管必须预先在热态条件下完成 弯制。但是热交换器采用多块传热管束支撑板，且由于壳体空间的约束，完成弯制的传热管 束是无法穿过多块支撑板，并在壳体内完成安装的。

发明内容

本方法设计出一种工艺比较简单、成本较低的管壳式C型传热管束在壳侧的安装及定位 结构及工艺，可以实现热弯成型的C型传热管束在具有多层支撑板和狭窄壳体内的热交换器 模拟体内的安装及定位。

为实现上述发明目的，本申请提供了一方面一种管壳式热交换器壳体传热结构，所述结 构包括：

壳体，壳体上下端分别连接二次侧出口端和二次侧入口端，壳体侧面从上至下设有一次 侧入口端和一次侧出口端，壳体内从上至下安装有若干定位环，每个定位环内安装有一个管 子支撑板，所述管子支撑板设有若干管孔，若干传热管一端与一次侧入口端连接，另一端穿 过所有管子支撑板后与一次侧出口端连接，管孔与传热管一一对应。

优选的，壳体为圆筒状，由两个半筒体连接组成。

优选的，传热管在穿管子支撑板之前采用热弯成型。

优选的，管子支撑板包括左右对称的两部分，其中左半部分由多个子板依次拼接组成。

优选的，每个定位环由两个半圆环构成。

优选的，定位环与壳体半筒体焊接形成卡槽，通过卡槽实现管子支撑板定位。

另一方面，本发明还提供了一种基于所述结构的传热管束在壳体内的定位与安装方法， 所述方法包括：

根据热交换器的传热管布置，确定管子支撑板管孔的布置方案及几何尺寸；

基于确定的管子支撑板组件构成方案，对每个组件进行加工制造；

根据壳体内径和管子支撑板管孔边缘距支撑板边缘的最小距离，设计并制造管子支撑板 的定位环；

将热交换器的壳体分成两个半筒体A和B，其中，壳体半筒体A上开设传热管束孔，该 孔与一次侧管板组件焊接；

完成传热管束热弯成型、管子支撑板组件制造、壳体半筒体制造、定位环制造以及其它 部件制造后，将定位环与壳体焊接；

根据管子支撑板在壳体的定位位置，将定位半环焊接在半筒形壳体的相应轴向位置，半 筒体每个位置焊接两个定位半环，两个半环轴向间距为管子支撑板厚度；

完成传热管束和管子支撑板在壳体半筒体A内的安装；

完成所有的传热管和管子支撑板在壳体半筒体A内安装定位后，将壳体半筒体B与壳体 半筒体合并组装并焊接成型；

最后完成管壳式热交换器其它部件的组装，形成完整的管壳式热交换器。

进一步的，按照距离壳体中心由远至近的顺序逐个安装管子支撑板的子板，每安装一个 子板对应安装相应的传热管，从上至下逐个安装管子支撑板。

进一步的，传热管安装过程中，每安装一支传热管，将传热管的端部与管板焊接。

本发明中用于管壳式C型热交换器模拟体传热管束在壳侧的定位方法主要包括壳体设 计、管子支撑板设计、管制支撑板定位设计。

其主要特点在于：

(1)C型传热管可以在穿管子支撑板之前就采用热弯成型，避免穿板后只能采用冷弯成 型导致的传热管壁厚减小，由此导致承压能力弱化，影响设备运行安全。

(2)壳体采用两个half管焊接制造，可以实现C型传热管束在壳体内的安装。

(3)管子支撑板采用拼装法制造及安装，可以实现管子支撑板与热弯成型的C型传热 管束的组装，保证传热管束的定位。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)实现了管壳式热交换器的C型传热管束在壳体内的安装和定位。

(2)实现了C型传热管束与多块管子支撑板的组装。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中管壳式C型热交换器总体结构示意图；

图2是本申请中管子支撑板组件图；

图3是本申请中定位环的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式 对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例 及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用 其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的 具体实施例的限制。

图1为管壳式C型热交换器总体结构图。其关键部件主要包括壳体半筒体A、壳体半筒 体B、管子支撑板组件(图2)、定位环(图3)以及一次侧封头和进出口法兰等。

本方法主要优点是实现管壳式C型热交换器的C型传热管束与多块管子支撑板的组装， 以及传热管束在壳体内的定位与安装。具体的制造及安装方法阐述如下：

(1)首先，根据C型热交换器的传热管布置，确定管子支撑板管孔的布置方案及几何 尺寸，然后按照如图2所示的管子支撑板组件构成方案，对每个组件进行单独加工制造。

(2)根据图3所示的方案，根据壳体内径和管子支撑板管孔边缘距支撑板边缘的最小距 离，设计并制造管子支撑板的定位环，每个定位环由两个半圆环构成，便于定位环在两个半 筒形壳体内的安装。

(3)按照图1结构总图所示，热交换器的壳体分成两个半筒体，其中壳体半筒体A上开设传热管束孔，该孔与一次侧管板组件焊接。

(4)完成传热管束热弯成型、管子支撑板组件制造、壳体半筒体制造、定位环制造以及 其它部件制造后，首先开展定位环与壳体的焊接。根据管子支撑板在壳体的定位位置，将半 环形定位环焊接在半筒形壳体的相应轴向位置，半筒体每个位置焊接两个定位半环，两个半 环轴向间距为管子支撑板厚度。

(5)完成定位环的焊接后，下一步的工作为完成传热管束和管子支撑板在壳体半筒体A 内的安装。传热管与管子支撑板的安装逐层进行，首先将每个位置的管子支撑板组件1#的A 侧卡入壳体半筒体A对应每个位置的两个半环形定位环之间，然后安装管子支撑板组件1# 对应的传热管，采用相同的方法逐层安装各管子支撑板组件和对应的传热管。采用这样的安 装方式，可以使成型的C型传热管束顺利与多块管子支撑板实现组装。

(6)传热管安装过程中，每安装一支传热管，即刻将传热管的端部与管板焊接。

(7)完成所有的传热管和管子支撑板在壳体半筒体A内安装定位后，将壳体半筒体B 与壳体半筒体合并组装并焊接成型。

(8)最后完成管壳式C型热交换器其它部件的组装，形成完整的管壳式C型热交换器。

本管壳式C型热交换器模拟体传热管束在壳侧的定位方法主要用于C型传热管束与多块 管子支撑板的组装以及在壳体内的定位。本方法首先给出了管壳式C型热交换器模拟体管子 支撑板组件、定位环、壳体半筒体的设计方案；然后给出了各部件的组装工艺方案。该方法 可以实现热弯成型的C型传热管束与管子支撑板的组装和在壳体内的定位。

本发明的技术方案具有如下技术特征：

1.热交换器模拟体壳体采用半筒体设计方案，由两个半筒体焊接而成；

2.管子支撑板采用拼装法，由多个组件组合而成；

3.定位环采用半圆环设计方案，与壳体半筒体焊接形成卡槽，通过卡槽实现管子支撑板 定位；

4.传热管束与管子支撑板组件采用逐层组装方案，实现热弯成型的C型传热管束与多块 管子支撑的组装。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念， 则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例 以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范 围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则 本发明也意图包含这些改动和变型在内。