【正文】 ，必須采取減少向外散熱損失的措施。 蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算及熱平衡計(jì)算：此部分包括，一回路的壓力，溫度，流量，焓值，再通過以上數(shù)值可以初次計(jì)算出傳熱管束的壁厚。此部分包括，在結(jié)構(gòu)參數(shù)和基本的熱力特性已經(jīng)確定的前提下，計(jì)算出傳熱面積，再考慮污垢和排污量的問題，利用迭代法反復(fù)計(jì)算，直到最后可到的換熱系數(shù)與預(yù)想值偏差小于5%為止 根據(jù)熱力學(xué)的計(jì)算結(jié)果對(duì)傳熱管進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)的蒸汽發(fā)生器為立式的，為了縮小蒸發(fā)器的橫向尺寸，所以傳熱管束的排列應(yīng)該盡量緊湊些，但是如果上升空間流通面頰過于狹窄，循環(huán)倍率就會(huì)達(dá)不到要求，因此應(yīng)該先通過傳熱面積計(jì)算出傳熱管的平均長(zhǎng)度，再選擇排列方式，和傳熱管的數(shù)量，并且要保留一定的裕度，防止傳熱惡化。 蒸汽發(fā)生器的水力計(jì)算（1）一回路水阻力計(jì)算：U 型管內(nèi)摩擦阻力計(jì)算，一回路局部阻力計(jì)算（2）二回路水循環(huán)阻力計(jì)算：下降空間阻力，上升空間阻力摩擦阻力，支撐上升空間板局部阻力，上升空間彎管區(qū)阻力，上升空間加速阻力，上升空間流量分配孔板阻力。 根據(jù)熱工水力計(jì)算重新確定傳熱管的結(jié)構(gòu)形式以及布置方式。確定傳熱管選用的材料，管板，防震條等部件的相關(guān)尺寸。采用熱處理的lnconel—600管材，以提高抗一次側(cè)應(yīng)力腐蝕和二次側(cè)腐蝕與晶間腐蝕能力。按照RCCM所規(guī)定的機(jī)械性能，確定了最佳退火溫度為1040。退火和矯直后，管子在750下進(jìn)行5小時(shí)的消除應(yīng)力處理，將殘余盈利江堤至可忽略限值，在管材微觀結(jié)構(gòu)上能使碳化物在晶間周維沉積，能改善在苛性介質(zhì)中的抗腐蝕性。經(jīng)在一回路純水中進(jìn)行的腐蝕試驗(yàn)表明，lnconel—600對(duì)一回路應(yīng)力腐蝕破裂不敏感。在二次側(cè)含氯化物的介質(zhì)中，由于鎳含量低于58%，處于氯離子應(yīng)力腐蝕破裂的不敏感區(qū)，具有良好的抗氯離子應(yīng)力腐蝕性能。又由于鉻含量的提高，對(duì)于受氯化物和二氧化硫污染的介質(zhì)中的點(diǎn)腐蝕，也具有良好的抗腐蝕性能 。 蒸汽發(fā)生器內(nèi)部構(gòu)造極其復(fù)雜，所用的零部件之間有著密切的聯(lián)系，所以單純的只考慮傳熱管，得到的結(jié)果是非常片面的，再設(shè)計(jì)傳熱管的排列和分布方式時(shí)，應(yīng)該同時(shí)考慮到傳熱計(jì)算的結(jié)果，水力計(jì)算的動(dòng)態(tài)分析結(jié)果，和蒸汽發(fā)生器以及傳熱管內(nèi)流體的水力特性，將這三者綜合分析，別且反復(fù)交替迭代計(jì)算，才能使設(shè)計(jì)結(jié)果逐步的完善。第二章 蒸汽發(fā)生器傳熱管的設(shè)計(jì)方法 傳熱系數(shù)k值得選取 傳熱系數(shù)k值的選取是蒸汽發(fā)生器傳熱管熱力計(jì)算的核心部分。傳熱管中的一回路水要比二回路水的溫度高出100左右，一回路水從進(jìn)口到出口溫度下降2030，而二回路則需要從一回路水中吸收熱量，變成對(duì)應(yīng)溫度下的飽和水蒸氣，這中間的換熱過程非常復(fù)雜，它包括一回路水的強(qiáng)迫對(duì)流換熱，傳熱管壁的傳導(dǎo)換熱，傳熱管污垢的傳導(dǎo)換熱，二回路水的沸騰換熱，在設(shè)計(jì)的過程中，必須要全方面的考慮到這些換熱的因素，否則就會(huì)容易導(dǎo)致一回路出口水溫度過高只是反應(yīng)堆堆芯冷卻不足，或者二回路蒸汽產(chǎn)量不足，具體的選取方法如下 （1）計(jì)算一回路測(cè)水的強(qiáng)迫對(duì)流換熱的換熱系數(shù)，應(yīng)用公式 （）其中為換熱系數(shù)；為一回路水平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，可以通過《水和水蒸氣性質(zhì)參數(shù)手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱手冊(cè)）查得；為一回路水在平均溫度下的雷諾數(shù)，查找方式同上；為一回路水的普朗克常量，查找方式同上（2）計(jì)算傳熱管的導(dǎo)熱熱阻，應(yīng)用公式 （）其中為導(dǎo)熱熱阻；為傳熱管的外管徑，自由選取，范圍是12mm22mm；為內(nèi)管徑，選取方法是先設(shè)計(jì)傳熱管管壁厚度s，再通過公式求得；為傳熱管的換熱系數(shù)，通過選擇的的傳熱管材料進(jìn)行選取傳熱管壁污垢熱阻的選取，它的選取范圍是二回路側(cè)沸騰換熱系數(shù)的選取，應(yīng)用公式 （）其中p為二回路側(cè)的工作壓力；q為熱流密度，通過公式求得；其中k為換熱系數(shù)，對(duì)數(shù)傳熱溫差，可以通過公式 （） 由此可見，在計(jì)算傳熱系數(shù)k值的過程中，k值作為已知量被使用，所以在計(jì)算傳熱系數(shù)之前，要預(yù)先選定k值，代入公式中，最后再解出k值，對(duì)比這兩個(gè)值，誤差小于4%即為準(zhǔn)確值，否則，重新選定k值，進(jìn)行迭代計(jì)算，最終確定傳熱系數(shù) 由于實(shí)際的立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器式樣千差萬別，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在換熱面積近似理論計(jì)算公式中，對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化和假設(shè)：(1)U型管傳熱簡(jiǎn)化為直管段傳熱，蒸汽發(fā)生器內(nèi)的流動(dòng)和傳熱均為穩(wěn)態(tài)，各U型管的換熱面積相等，單管與流體的傳熱仍遵從對(duì)數(shù)溫差傳熱規(guī)律；(2)熱流體為單相流，走管程；冷流體為兩相流，走殼程；冷流體受熱狀態(tài)僅分為加熱狀態(tài)和蒸發(fā)狀態(tài)，其它狀態(tài)忽略不計(jì)；(3)每根U型管沿軸向從中間分開，分為熱側(cè)和次熱側(cè)，冷流體在熱側(cè)和次熱側(cè)受熱沸騰的初始點(diǎn)不一定相同，熱側(cè)和次熱側(cè)在加熱過程或蒸發(fā)過程的傳熱系數(shù)也不一定相同，但蒸汽發(fā)生器內(nèi)所有熱側(cè)或次熱側(cè)對(duì)應(yīng)區(qū)間的傳熱系數(shù)是相同的；(4)冷流體和熱流體在所有流體通道中充分混合且均勻分布，流體溫度在熱側(cè)或次熱側(cè)通道橫截面中均勻分布，循環(huán)水在蒸汽發(fā)生器底部與給水均勻混合；(5)冷流體和熱流體的壓降可以忽略不計(jì)，流致振動(dòng)忽略不計(jì)，二次側(cè)排污及其它流量損失忽略不計(jì)，一次側(cè)流量損失忽略不計(jì)，蒸汽發(fā)生器與周圍環(huán)境之間的熱損失忽略不計(jì)；(6)熱物性參數(shù)為常數(shù)，污垢熱阻為定值，傳熱效率為定值。 蒸汽發(fā)生器U形管分側(cè)圖 因本次設(shè)計(jì)的要求不高，故傳熱管的換熱面積可以由求得其中F為換熱面積，Q為蒸汽發(fā)生器的熱功率可由公式求得，其中：為汽化潛熱查《手冊(cè)》得； 為干度為已知量； 為二回路水飽和焓查《手冊(cè)》得； 為二回路給水焓查《手冊(cè)》得；，對(duì)數(shù)傳熱溫差前面已經(jīng)求得 以上求出的換熱面積為正常工作時(shí)的換熱面積，因?yàn)榭紤]到計(jì)算過程中的誤差，和正常運(yùn)行時(shí)傳熱管污垢會(huì)有堵管的可能，所以再設(shè)計(jì)時(shí)必須加上一定的裕量，即乘以一個(gè)系數(shù)C，— 壓水反應(yīng)堆（壓水堆）使用蒸汽發(fā)生器，是使反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換成水蒸汽的大型設(shè)備。 這些設(shè)備的高度高達(dá)70英尺重量高達(dá)800噸。熱輻射水被泵通過數(shù)千英尺的管道注入到每個(gè)蒸汽發(fā)生器，每一個(gè)蒸汽發(fā)生器都包含了3000到16000根傳熱管，這些傳熱管的直徑只有四分之三英寸左右，高壓下，它以防止水沸騰。在管內(nèi)流動(dòng)的水可以加熱管外的非放射性的水。 產(chǎn)生的蒸汽再去推動(dòng)渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電力。隨后蒸汽凝結(jié)成水返回蒸汽發(fā)生器，再次被加熱。 因此這些傳熱管有一個(gè)重要的安全方面的作用，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成核電廠的放射性和非放射性雙方之間的主要障礙之一。出于這個(gè)原因，傳熱管的完整性是最大限度地減少水泄漏到工廠之間的必不可少的重要因素。如果電廠正在運(yùn)行中二傳熱管發(fā)生破裂的話，主冷卻劑便會(huì)攜帶著大量的放射性物質(zhì)由主泵獲得能量逃逸出來，直接汽化成水蒸氣的形式。 傳熱管材料的選取和管的熱處理是影響傳熱管脆弱性退化的兩個(gè)最重要的影響因素，同時(shí)也是決定蒸汽發(fā)生器使用壽命的重要因素。由于奧氏體不銹鋼具有良好的耐均勻腐蝕的能力和良好的工藝性能，因此在早期的壓水堆核動(dòng)力裝置中廣泛采用奧氏體不銹鋼作為蒸汽發(fā)生器的管材。但是在使用中發(fā)現(xiàn)，奧氏體不銹鋼易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、晶問腐蝕及點(diǎn)蝕等破壞，因此致力于調(diào)整奧氏體不銹鋼的合金元素以提高其耐腐蝕能力。但是無論怎樣調(diào)整奧氏體不銹鋼的合金成分，它對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕總是敏感的，因此一般認(rèn)為應(yīng)當(dāng)選用耐腐蝕性能更好的新管材。70年代初，美國(guó)和其他歐洲國(guó)家采用高含鎳合金材料，其中多數(shù)使用lnconel—600合金。這種材料具有較高的強(qiáng)度，因此管壁可以較薄，而且這種材料對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕具有免疫性能，得到了廣泛應(yīng)用。由于lnconel—600合金仍然存在苛性應(yīng)力腐蝕、耗蝕、晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕首先計(jì)算出傳熱管的根數(shù)利用公式 （）其中 n為為傳熱管根數(shù)；G為冷卻劑質(zhì)量流量；為入口冷卻劑密度；。為管內(nèi)冷卻劑流速；A 為為單根傳熱管流通面積； 再利用公式計(jì)算出傳熱管的總長(zhǎng)度因?yàn)楣馨鍨閳A形，為了增強(qiáng)蒸發(fā)器換熱能力，傳熱管在管板上的排列盡量均勻，確定排數(shù)和每一排的傳熱管的根數(shù)，確定傳熱管的最大管束直徑和最小管束直徑，并利用公式 （）計(jì)算出彎管的總長(zhǎng)度，再利用公式可以求出直管段的長(zhǎng)度，這樣就可以確定傳熱管的具體排列方式了 美國(guó)西屋公司新設(shè)計(jì)蒸汽發(fā)生器 美國(guó)西屋公司設(shè)計(jì)的F型蒸汽發(fā)生器,力求避免傳熱管的各種腐蝕破損和機(jī)械破損問題,但在高麗和卡拉威核電站的初期運(yùn)行中,在管束U形彎頭防振條處發(fā)生了磨損。磨損歸因于管子與防振條的間隙過大,這是裝配工藝和管徑與防振尺寸公差的疊加造成的。最新設(shè)計(jì)的F型蒸汽發(fā)生器對(duì)防振架進(jìn)行了改進(jìn),并嚴(yán)格控制防振架的裝配過程,使管子與防振條的間隙為早期F型的1/3~1/4。防振條材料由鍍鉻的因科鎳600改為不銹鋼。 （1）管子材料 更換用管束部件的管材,選用經(jīng)熱處理的因科鎳690(I一690TT)。試驗(yàn)表明,I一690TT的抗腐蝕能力比工廠退火的因科鎳600高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 （2）管子在管板內(nèi)采用液壓脹管 在完成典型的管子與管板密封工序后,沿管板全厚度液壓脹管,以避免在縫隙內(nèi)積聚雜質(zhì)和發(fā)生濃縮。 （3）不銹鋼