本发明涉及核电站设备技术领域，尤其涉及一种用于金属快堆的蒸汽发生器。
背景技术：
在核反应堆中使用的蒸汽发生器一般采用钛管作为耐腐蚀层，由于钛管的使用温度在425摄氏度以下，这极大地限制了此种蒸汽反生器的使用温度范围，将无法适用于金属块堆领域，而且采用钛管作为耐腐蚀层，增加了换热器制造的成本，常用的U型传热管由于需要在折弯处设置抗震条，而且由于液态金属粘度较大，而且容易腐蚀传热管，如果液态金属在管程中流动，将造成液态金属流动阻力增大，对液态金属输送泵的要求提高，且影响液态金属的自然循环能力，而多层套管结构用于蒸汽发生器，将难以进行在役检查工作，且由于多层管板的存在将无法进行换热器换热管的堵管维修工作。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够防止传热管破裂造成一、二次侧冷却剂相混，并保证放射性边界和压力边界的完整性的蒸汽发生器。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于金属快堆的蒸汽发生器，包括容器主体和设置在所述容器主体内的换热器，所述容器主体上自下而上设置有一次侧出口、一次侧进口、二次侧出口和二次侧进口；
所述容器主体内至少形成壳程和第一管程；
高温介质通过所述一次侧进口进入所述壳程，经过冷却后，从所述一次侧出口导出；
低温介质通过所述二次侧进口进入所述第一管程，经过加热后，从所述二次侧出口导出。
其中，所述换热器包括第一换热管、第二换热管以及第三换热管，所述第一换热管套设在所述第二换热管内，所述第二换热管套设在所述第三换热管内。
其中，所述容器主体内还形成第二管程，在所述一次侧进口与所述二次侧出口之间还设有气体接口，导热气体通过所述气体接口进入所述第二管程。
其中，所述第二换热管和所述第三换热管的环隙填充有导热颗粒。
其中，所述第一换热管内壁上焊接有隔热套管。
其中，所述第一换热管为两端开口的直管换热管，所述第二换热管和所述第三换热管为上端开口，下端密闭的换热管，所述第一换热管、第二换热管第三换热管由不锈钢或镍基合金制成。
其中，所述蒸汽发生器还包括第一管板、第二管板和第三管板，所述第一换热管与所述第一管板焊接连接，所述第二换热管与所述第二管板焊接连接，所述第三换热管与所述第三管板焊接连接。
其中，所述蒸汽发生器还包括第一管箱、第二管箱和第三管箱，所述第一管箱与所述第一管板连接，所述第二管箱与所述第二管板连接，所述第三管箱和所述第三管板连接。
其中，所述第一管箱设置有第一管箱壳体，所述第二管箱设置有第二管箱壳体，所述第三管箱设置有第三管箱壳体，其中，所述第一管箱壳体和所述第一管板之间形成第一腔室，所述第一管板、所述第二管板和所述第一换热管之间形成第二腔室，所述第二管板、所述第三管板和所述第二换热管之间形成第三腔室。
其中，所述第一腔室、第一换热管、第一换热管及第二换热管之间的环隙以及第二腔室形成第一管程；所述第二换热管与第三换热管之间的环隙以及第三腔室形成第二管程，所述第三管板、容器主体以及第三换热管外部形成了所述壳程。
实施本发明将产生如下有益效果：1、本发明通过采用高温液态金属冷却剂流经壳程，低温冷却剂流经管层，降低壳程流速，减弱液态金属对传热管管壁及容器壁的磨蚀程度，并且降低液态金属冷却剂的流动阻力，降低壳程压降，提升其自然循环能力；2、本发明通过在第二换热管和第三换热管的环隙增加强化导热颗粒，并实现气体/蒸汽循环对流，增强了蒸汽发生器的换热能力，提升蒸汽发生器的功率密度，通过第二换热管、第三换热管的环隙隔离低温介质和高温介质，实现避免发生传热管破裂事故时高温介质和低温介质相混，提高蒸汽发生器的固有安全性；3、解决了套管式自然循环余排换热器存在的密封部位过多，换热器泄露风险增大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的蒸汽发生器的组成结构示意图。
图2是本发明的蒸汽发生器的换热管的结构示意图。
图3是本发明的蒸汽发生器的换热管的横截面示意图。
其中，1-第一管箱，2-第一管板，3-第二管箱，4-第二管板，5-第三管箱，6-第三管板，7-人孔盖板，8-底层壳体，9-一次侧出口，10-换热器，10-1-隔热套管，10-2-第一换热管，10-3-第二换热管，10-4-第三换热管，11-一次侧进口，12-气体接口，13-二次侧出口，14-二次侧进口，15-第一腔室，16-第二腔室，17-第三腔室，18-壳程，19-下降流道，20-隔热层，21-上升流道，22-气体流道。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
以下将结合图1-3具体说明，该蒸汽发生器包括容器主体和设置在所述容器主体内的换热器10，所述容器主体上自下而上设置有一次侧出口9、一次侧进口11、二次侧出口13、二次侧进口14，所述容器主体内至少形成壳程18和第一管程 。
高温介质通过所述一次侧进口11进入所述壳程18，经过冷却后，从所述一次侧出口9导出；
低温介质通过所述二次侧进口14进入所述第一管程，经过加热后，从所述二次侧出口13导出。
其中，换热器10包括第一换热管10-2、第二换热管10-3和第三换热管10-4，所述第一换热管10-2套设在所述第二换热管10-3内，所述第二换热管10-3套设在所述三换热管内，所述第一换热管10-2为两端开口的直管换热管，所述第二换热管10-3和所述第三换热管10-4为上端开口，下端密闭的换热管。具体地，所述第二换热管10-3和所述第三换热管10-4的下端采用管帽进行密闭处理。
所述容器主体内还形成第二管程，在一次侧进口11和二次侧出口13之间还设置有气体接口12，导热介质通过所述气体接口12进入所述第二管程。
其中，所述高温介质指一次侧液态金属冷却剂，所述低温介质指的是高压冷却剂，所述导热介质具体的可以是导热气体，其压力介于高温介质和低温介质之间。
该容器主体包括上层壳体、中层壳体、下层壳体和底层壳体8，一次侧进口11、一次侧出口9设置在所述底层壳体8上，气体接口12设置在所述下层壳体上，二次侧出口13设置在所述中层壳体上，二次侧进口14设置在所述上层壳体上。
该蒸汽发生器还包括第一管板2、第二管板4、第三管板6，所述第一换热管10-2的上端与所述第一管板2胀焊连接，所述第二换热管10-3的上端与所述第二管板4胀焊连接，所述第三换热管10-4的上端与所述第三管板6胀焊连接，所述第一管板2、第二管板4、第三管板6分别于所述容器主体焊接连接。通过换热管的一端与管板胀焊连接，另一端自由膨胀，解决了换热管热伸长的问题。
所述蒸汽发生器还包括第一管箱1、第二管箱3、第三管箱5，所述第一管箱1与所述第一管板2焊接连接，所述第二管板4与所述第二管箱3焊接连接，所述第三管箱5与所述第三管板6焊接连接，其中，所述第一管箱1还设置第一管箱壳体，第二管箱3还设置第二管箱壳体，第三管箱5还设置第三管箱壳体，所述第一管箱壳体为容器主体的上层壳体，所述第二管箱壳体为容器主体的中层壳体，所述第三管箱壳体为容器主体的下层壳体。
其中，所述第一管箱壳体和所述第一管板2之间形成第一腔室15，所述第一管板2与所述第二管板4以及所述第一换热管10-2形成第二腔室16，所述第二管板4、第三管板6以及所述第二换热管10-3形成了所述第三腔室17。所述第一腔室15、第一换热管10-2、第一换热管10-2及第二换热管10-3之间的环隙以及第二腔室16形成第一管程；所述第二换热管10-3与第三换热管10-4之间的环隙以及第三腔室17形成第二管程，所述第三管板6、容器主体以及第三换热管10-4外部形成了所述壳程18。
由于第三管板6与所述容器主体的底层壳体焊接连接，第三换热管10-4与所述第三管板6焊接连接，因而，所述壳程18为全焊接结构形式，能够防止液态金属冷却剂高温下可能出现的氧化爆炸或辐射之后剧毒物质的泄露。
具体地，一次侧低压或常压高温介质经过一次侧进口11进入蒸汽发生器壳程18，经过冷却后经由一次侧出口9导出回流堆芯；所述高压低温介质通过二次侧进口14进入蒸汽发生器第一腔室15，分配给每一根换热套管的第一换热管10-2，经过下降流道19流至第二换热管10-3的管帽处，之后向上流经上升流道21并经过加热后汇至第二腔室16，而后经由二次侧出口13导出；强化导热气体经过气体接口12进入蒸汽发生器第三腔室17，在其中进行微对流循环加强换热，然后从所述气体接口12流出。通过采用高温液态金属冷却剂流经壳程18，低温侧冷却剂流经管程，降低壳程18流速，减弱高温金属介质堆传热管管壁及容器壁的磨蚀程度，并且降低液态金属冷却剂的流动阻力，降低壳程18压降，提升其自然循环能力，此外，通过第二换热管10-3和第三换热管10-4的环隙隔离高温介质和低温介质，实现避免发生换热管破裂事故时，高温介质与低温介质相混，提高蒸汽发生器的整体固有安全性。
其中，为了实现气体/蒸汽循环对流，增加蒸汽发生器的换热能力，提升蒸汽发生器的功率密度，可在所述第二换热管10-3和所述第三换热管10-4的环隙增加强化导热颗粒。
利用换热器的第三换热管10-4与第二换热管10-3之间的气体流道22，实时监测第三换热管10-4和第二换热管10-3的管壁完整情况，一旦发生超过允许范围内的管壁泄露，及时进行停堆检修，并更换相应传热组件，从而增加蒸汽发生器的安全性和可靠性，及时避免一二次侧冷却剂相混，维持一回路放射性边界的完整性，进而增加金属快堆的整体固有安全性。
所述第一换热管10-2的内壁焊接有隔热套管10-1，与第一换热管10-2之间形成了隔热层20，所述第一换热管10-2、第二换热管10-3、第三换热管10-4采用不锈钢或者镍基合金制成，具体地，第一换热管10-2、第二换热管10-3采用镍基合金制成，第三换热管10-4采用不锈钢制成，具体地，为奥氏体不锈钢制成。
此外，在第一管箱1的顶部开口处以及底层壳体8的一侧的开口处还设置有法兰，用于连接人孔盖板7。
实施本发明将产生如下有益效果：1、本发明通过采用高温液态金属冷却剂流经壳程，低温冷却剂流经管程，降低壳程流速，减弱液态金属对传热管管壁及容器壁的磨蚀程度，并且降低液态金属冷却剂的流动阻力，降低壳程压降，提升其自然循环能力；2、本发明通过在第二换热管和第三换热管的环隙增加强化导热颗粒，并实现气体/蒸汽循环对流，增强了蒸汽发生器的换热能力，提升蒸汽发生器的功率密度，通过第二换热管、第三换热管的环隙隔离低温介质和高温介质，实现避免发生换热管破裂事故时高温介质和低温介质相混，提高蒸汽发生器的固有安全性；3、解决了套管式自然循环余排换热器存在的密封部位过多，换热器泄露风险增大的问题。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
技术特征：
1.一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于，包括容器主体和设置在所述容器主体内的换热器，所述容器主体上自下而上设置有一次侧出口、一次侧进口、二次侧出口和二次侧进口；
所述容器主体内至少形成壳程和第一管程；
高温介质通过所述一次侧进口进入所述壳程，经过冷却后，从所述一次侧出口导出；
低温介质通过所述二次侧进口进入所述第一管程，经过加热后，从所述二次侧出口导出。
2.根据权利要求1所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述换热器包括第一换热管、第二换热管以及第三换热管，所述第一换热管套设在所述第二换热管内，所述第二换热管套设在所述第三换热管内。
3.根据权利要求2所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述容器主体内还形成第二管程，在所述一次侧进口与所述二次侧出口之间还设有气体接口，导热气体通过所述气体接口进入所述第二管程。
4.根据权利要求3所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述第二换热管和所述第三换热管的环隙填充有导热颗粒。
5.根据权利要求2所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述第一换热管内壁上焊接有隔热套管。
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述第一换热管为两端开口的直管换热管，所述第二换热管和所述第三换热管为上端开口，下端密闭的换热管，所述第一换热管、第二换热管、第三换热管由镍基合金或不锈钢制成。
7.根据权利要求2所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述蒸汽发生器还包括第一管板、第二管板和第三管板，所述第一换热管与所述第一管板焊接连接，所述第二换热管与所述第二管板焊接连接，所述第三换热管与所述第三管板焊接连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述蒸汽发生器还包括第一管箱、第二管箱和第三管箱，所述第一管箱与所述第一管板连接，所述第二管箱与所述第二管板连接，所述第三管箱和所述第三管板连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述第一管箱设置有第一管箱壳体，所述第二管箱设置有第二管箱壳体，所述第三管箱设置有第三管箱壳体，其中，所述第一管箱壳体和所述第一管板之间形成第一腔室，所述第一管板、所述第二管板和所述第一换热管之间形成第二腔室，所述第二管板、所述第三管板和所述第二换热管之间形成第三腔室。
10.根据权利要求9所述的一种用于金属快堆的蒸汽发生器，其特征在于：所述第一腔室、第一换热管、第一换热管及第二换热管之间的环隙以及第二腔室形成第一管程；所述第二换热管与第三换热管之间的环隙以及第三腔室形成第二管程，所述第三管板、容器主体以及第三换热管外部形成了所述壳程。
技术总结
本发明提供一种用于金属快堆的蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括容器主体和设置在容器主体内的换热器，容器主体上自下而上设置有一次侧出口、一次侧进口、二次侧出口、二次侧进口；所述容器主体内至少形成壳程和第一管程；高温介质通过一次侧进口进入壳程，经过冷却后，从一次侧出口导出；低温介质通过二次侧进口进入第一管程，经过加热后，从二次侧出口导出。本发明的蒸汽发生器利用高温介质流经壳程，低温介质流经管程，降低壳程流速以及换热管管壁及容器壁的磨蚀程度，提升循环能力，提高了蒸汽发生器的可靠性和安全性。
技术研发人员：黎勋;翟立宏;路广遥;唐叔建;吴凤岐;李其朋;曹学冰;王弟东;魏超;周建明;刘强;周国丰
受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司;岭东核电有限公司;中国广核集团有限公司;中国广核电力股份有限公司
技术研发日：.05.03
技术公布日：.11.06
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