非能動余熱排出熱交換器結構設計分析與優化

黃 慶，張振華，蔣 興

(上海核工程研究設計院有限公司，上海200233)

核電廠換熱器按傳熱面型式分為管式換熱器(含傳熱管)和板式熱交換器[1]。而三代AP1000依托項目的非能動余熱排出熱交換器(PRHR HX)為C型框架式結構。傳統的U型管換熱器的支承件采用的隔板，熱對其影響基本可以忽略。主要考慮壓力、自重和地震等載荷的影響[2,3]。而在PRHR HX中，設備運行瞬態一次側的溫度變化劇烈，傳熱管的熱膨脹受到支撐條、框架等支承件的約束，會引起支撐條的一次應力，而根據規范該應力不可忽略，因此需進行熱應力分析。

PRHR HX置于安全殼 (IRWST)水箱中，該換熱器由自內向外共29排、將近700根的形狀似C的傳熱管組成[4]。因為傳熱管頗長，所以需要用支撐條增加剛度，以防止傳熱管的過度變形，支撐條共9排，由于上下對稱，分為5種類型。另外傳熱管與支撐條之間留有很小的間隙，所以其接觸條件頗為復雜，其傳熱管的簡化處理和如何在有限元中模擬，是本文研究的重點。而支撐條本身也需承受熱、自重、地震和流致振動等載荷[5-9]等，由于傳熱管和支撐條縱橫交錯，所以還要考慮安裝的問題，因此支撐條的應力及其固定方式，也是本文研究的重點。

在進行PRHR HX熱應力分析時，常采用簡化模型[5]和整體模型分析方法，因簡化模型的計算結果卻過于保守，應力不能過關。本文采用整體模型法進行熱應力分析[6]。

在進行抗震分析時，因傳熱管的數量太多，采用整體模型無法找到設備的整體頻率，所以其傳熱管的簡化和邊界條件的處理是此模型的研究重點。……