一种双壁传热管及其制造工艺的制作方法

1.本发明涉及传热管技术领域，尤其涉及一种双壁传热管及其制造工艺。


背景技术：

2.钠冷却剂反应堆是快中子堆，在中子增殖、乏燃料处理方面具有较大优势。蒸汽发生器是钠冷快堆中的关键设备，其主要功能是将高温钠介质的热量传导出来加热水，使其变成高温高压蒸汽输出做功发电。但是钠是活泼的碱性金属，在运行中须严格控制钠与水、空气等介质接触，避免发生爆炸火灾等危险。蒸汽发生器的传热管作为屏蔽隔离钠、水两种介质的主要屏障，其安全性具有十分重要的意义。
3.相比压水堆来说，由于液态金属钠的熔点低，沸点高，其可以在常压下高温运行，一般运行温度可达500℃以上，因此对设备和材料的要求也更高，危险性更大。如日本的1970年代建设的“文殊堆”，在刚建成不久即发生了钠泄漏并引发爆炸火宅，导致反应堆被迫关停。因此对于液态金属堆蒸汽发生器的安全性，应当更加得到重视。
4.传热管是蒸汽发生器、热交换器的核心换热单元，不仅承担着能量传输的任务，同时还是重要的压力边界或者屏蔽边界，避免高压侧介质泄漏至低压侧，以及避免危险性介质或者放射性物质泄漏。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种双壁传热管，该双壁传热管有效防止介质泄露，安全可靠、传热性能好，能够大幅降低传热管破损所导致的运行危险和事故。
6.本发明的另一目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种简单、易行、成本低的双壁传热管的制造工艺。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种双壁传热管，包括内壁管和外壁管，所述内壁管套设于所述外壁管中，所述内壁管的外侧面紧贴所述外壁管的内侧面，所述内壁管和/或所述外壁管上开设有沟槽，所述沟槽沿着所述双壁传热管的轴线方向布置，所述沟槽内设有惰性气体，以监测所述内壁管和所述外壁管破裂。
9.作为一种可实施的方式，所述内壁管的外侧面开设有沟槽。
10.作为一种可实施的方式，所述外壁管的内侧面开设有沟槽。
11.作为一种可实施的方式，所述沟槽的数量至少为2并且均匀布置。
12.作为一种可实施的方式，所述内壁管的直径为5mm-38mm。
13.作为一种可实施的方式，所述外壁管的直径为10mm-40mm。
14.作为一种可实施的方式，所述内壁管和所述外壁管的壁厚均为0.5-5mm。
15.作为一种可实施的方式，所述内壁管和所述外壁管的材质为碳钢、不锈钢、铁素体钢、马氏体钢或者镍基合金。
16.作为一种可实施的方式，所述内壁管和所述外壁管采用不同的金属材质。
17.一种双壁传热管的制造工艺，所述双壁传热管由两根不同直径的内壁管和外壁管冷拔制成，具体包括如下步骤：
18.步骤s1：单独轧制内壁管、外壁管，所述外壁管的外径小于外模的中心通径；
19.步骤s2：将所述内壁管穿入所述外壁管，通过传送机构传递至所述外模的中心孔；
20.步骤s3：通过拉拔夹紧机构将穿好的所述内壁管和所述外壁管一起向外拔制。
21.与现有技术相比，本发明提供的双壁传热管及其制造工艺具有以下有益效果：
22.本发明提供的双壁传热管主要应用于钠冷快堆、铅铋快堆蒸汽发生器、高温高压换热设备以及其它危险性化工设备中的，可以有效预防、隔离和抑制介质的泄漏。该双壁传热管具有很高的安全性和可靠性；该双壁传热管可以大幅降低传热管破损所导致的运行危险和事故。
23.本发明提供的双壁传热管由内壁管和外壁管组成，同时发生破损泄露的概率大幅降低，内壁管和外壁管紧密贴合，即使发生泄露，也可以抑制介质的泄露速率。双壁传热管采用无间隙配合结构，既实现了结构上的紧凑，同时内外管壁之间的传热性能大幅提升。内壁管和外壁管之间是物理分离的，单层管的腐蚀裂纹不会延伸至另一层管壁上。外壁管对内壁管有一定的支撑作用，可以减小内管由于管程高压介质所需壁厚余量。
24.本发明提供的双壁传热管在外形上和单壁管相似，其不影响传热管的在役检查和维修性能，大幅提升了设备的可靠性和安全性。
25.本发明提供的双壁传热管制造工艺用于制造双壁传热管，制造的双壁传热管内壁管和外壁管紧密贴合、无间隙，具备上述的双壁传热管的所有优势。并且制造工艺简单、易行。
附图说明
26.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它的附图。
27.图1为本发明实施例所提供的双壁传热管的结构示意图；
28.图2为图1的俯视图；
29.图3为本发明实施例所提供的双壁传热管的结构示意图，其中，双壁传热管上开设有沟槽；
30.图4为图3的俯视图；
31.图5为本发明实施例所提供的双壁传热管轧制工艺示意图；
32.图6为图5的局部剖视图。
33.附图标记说明：
34.1、内壁管；2、外壁管；3、沟槽；4、外模；5、传送机构；6、拉拔夹紧机构；7、拉拔前的管材；8、拉拔后的管材。
具体实施方式
35.虽然本发明的双壁传热管及其制造工艺可以通过多种不同方式来实施，但是本文将结合附图对示例性实施方式进行详细描述，可以理解的是，本文的描述应被认为是对双壁传热管及其制造工艺进行举例说明，而无意将本发明的保护范围局限于示例性实施方式。因此，在本质上，附图和具体实施方式的描述应被认为用于说明而非限制本发明。
36.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
37.如图1至图4所示，本发明提供了一种双壁传热管，包括内壁管1和外壁管2，内壁管1穿入到外壁管2中，内壁管1与外壁管2紧密贴合到一起，内壁管1与外壁管2之间无明显流道间隙，即内壁管1不能在外壁管2内进行径向活动。内壁管1的外侧面紧贴外壁管2的内侧面。在实际应用中，内壁管1内是通水，外壁管2外是走钠，在作业时水与钠不能接触，通过内壁管1与外壁管2两层设置进行防护。即使内壁管1发生破损泄露，其泄露量也是可以得到抑制的，有充分的反应时间和操作时间。
38.内壁管1和/或外壁管2上开设有沟槽3，也就是说，内壁管1上开设有沟槽3，或者外壁管2上开设有沟槽3，或者内壁管1和外壁管2上均开设有沟槽3。优选地，如图3和图4所示，外壁管2的内侧面上开设有四条沟槽3，四条沟槽3成90
°
角均匀布置。类似地，内壁管1的外侧面同样能够开设四条沟槽3，它们也成90
°
角均匀布置。沟槽3也可以是3条，3条沟槽成120
°
角均匀布置。需要说明的是，沟槽3的数量不局限于3或者4，可以根据实际应用情况进行相应地选择。
39.沟槽3沿双壁传热管的轴线方向布置，即沟槽3平行于该轴线。沟槽3内冲入惰性气体(例如氮气)，这样设置能够监测内壁管1和外壁管2是否破裂。具体地，通过监测沟槽3中惰性气体的压力即可判断是内壁管1破裂还是外壁管2破裂，当沟槽3中的惰性气体的压力升高则说明内壁管1破裂，当沟槽3中的惰性气体的压力降低则说明外壁管2破裂。沟槽3中惰性气体的压力介于内壁管1内的压力和外壁管2外的压力之间。
40.双壁传热管管径范围较广，通常为：一般外壁管2直径范围在10mm-40mm，内壁管1直径在5mm-38mm。传热管(内壁管1、外壁管2)的壁厚不受限制，主要有介质的承载压力决定，大多在0.5-5.0mm范围内。传热管的外管和内管壁厚可以根据需要任意搭配。
41.成品管规格尺寸范围如下：内管直径为6-20mm，壁厚为0.5-5mm；传热管外管直径为8-28mm，壁厚为0.5-5mm；传热管的规格需根据设备运行流量参数、设备尺寸限制选择；传热管壁厚需根据运行温度、压力、介质腐蚀情况等因素综合计算确定。
42.双壁套管的材料主要为金属材料，包括碳钢、不锈钢、铁素体钢、马氏体钢、镍基合金等。内壁管1和外壁管2可以采用相同的金属材料，也可以采取不同的金属材料，主要根据换热设备的管程介质和壳程介质的运行参数、腐蚀特性等情况适应性选取，不会受到结构差异的影响。
43.双壁传热管具有很高的安全性和可靠性；该双壁套管结构主要应用于钠冷快堆、铅铋快堆蒸汽发生器、高温高压换热设备以及其它具有危险性的换热设备中,可以大幅降低传热管破损所导致的运行危险和事故。
44.示例性地，双壁传热管常用于蒸汽发生器中。通过采用双壁套管与上、下侧的管板连接，这样管板与内外两层管之间构建一个腔室。通过在腔室内充注一定压力的惰性气体介质，如氩气、氮气，氦气等，可以通过监测该腔室压力的变化实现对传热管是否破损泄露
的判断。惰性气体充注压力应介于管程和壳程工作压力之间。监测腔室压力升高则内壁管破裂，监测腔室压力降低则外壁管破裂。借助于监测腔室的辅助，蒸汽发生器的传热管破裂时可立即发现，并做出相关的反馈，事故的发生几率可大大降低，甚至为零。
45.如图5和图6所示，本发明还提供了一种双壁传热管的制造工艺，双壁传热管由两根不同直径的传热管冷拔而成，具体为外模冷拔。双壁传热管生产设备可与单壁管生产线通用，只是在最终拔制时须更换拔制外模。
46.双壁管拔制之前，应先分别完成外壁管2和内壁管1的单独轧制。外模的中心通径设置是为了实现双壁管最终的外管外径为目标尺寸，外壁管2外径拔制前应小于外模的中心通径，外壁管2内径应大于内壁管1外径，直径之差应至少大于内外管直线度的最大差值。
47.外壁管2内径大于内壁管1外径，以便内壁管1能够顺利穿入外壁管2，拔制前将内壁管1穿入外壁管2中，过程中禁止强制穿入。
48.内壁管1穿入外壁管2内以后，通过传送机构5传递至外模4中心孔处，通过拉拔夹紧机构6将其往外拔制，即可得到拔制成型后双壁传热管。
49.在冷拔的过程中，受外模的挤压，外壁管2直径变化较大，产生明显塑性变形以消除外壁管2与内壁管1之间的间隙。拉拔后的管材8相较于拉拔前的管材7，内壁管1和外壁管2之间的间隙经过外模4得以消除。
50.内壁管1外径变化较小，仅在弹性范围内变形，冷拔之后，受内管回弹力的作用，内壁管1外壁贴紧外壁管2内壁，间隙消除。
51.双壁传热管轧制完成之后，应进行解剖试验，以确认双壁传热管是否合格。
52.以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。