【正文】 12 其中： ?w? 為傳熱管導(dǎo)熱系數(shù)查表得 污垢熱阻 fR 按照 lnconel— 600 選取 ???fR 9 73 1 5 9 73 4 0ln3 1 53 4 0ln 39。綜合考慮，選取一回路水的流速為 smu /51? 傳熱計(jì)算 蒸汽發(fā)生器的換熱過程包括冷卻劑對(duì)管壁的強(qiáng)迫對(duì)流換熱，管壁和污垢熱阻的導(dǎo)熱， 二回路的沸騰換熱。 則可以求出 單管通流面積 2423*20 )( mdA ??????? ? 。本節(jié)主要介紹蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)熱計(jì)算。1 ? 為一回路進(jìn)口水焓 。39。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 傳熱管壁許用應(yīng)力： 21 /18][ mmkg?? 。 ； 一回路冷卻劑出口溫度： Ct ??31539。在壓水堆核動(dòng)力裝置中，一般設(shè)計(jì)成一回路冷卻劑在蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)流動(dòng)，二回路的工質(zhì)在傳熱管外流動(dòng)。 （ 4）排污系統(tǒng) 去消了在管板上表面排污管 ,排污管布置在管板內(nèi) ,因?yàn)樵诠馨迳细咚倭黧w對(duì)清除堆積的泥渣收效甚微 ,但它能使泥渣處于懸浮狀態(tài) ,利用排污系統(tǒng)排出泥渣。為防止管束振動(dòng) ,嚴(yán)格控制管子與支撐條的間隙公差。要盡可能降低管子加工制造時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 ,尤其是在 U 形彎頭部位 ,彎管后要進(jìn)一步消除應(yīng)力。為了提高 I 一 690 的耐腐蝕性能 ,確定了退火溫度和時(shí)間 (1071 度、超過 1 分鐘 ),使含碳量在 一%之間。 加拿大 Bamp。流水孔提供了大面積的流水通道 ,能降低阻力 ,提高流速。 （ 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)。 iu 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 0/ dFL ?設(shè)總 ? 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 ? ?4 m i nm a x DDnL ???彎 （ ） 計(jì)算出彎管的總長(zhǎng)度，再利用公式 彎總直 LLL ?? 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 國(guó)外關(guān)于蒸汽發(fā)生器傳熱管的設(shè)計(jì)的先進(jìn)成果 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。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蒸汽發(fā)生器傳熱 管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 材。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。 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。 圖 蒸汽發(fā)生器 U 形管分側(cè)圖 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 本次設(shè)計(jì)的方法 因本次設(shè)計(jì)的要求不高，故傳熱管的換熱面積可以由lntkQF ?? 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)( fs iixr QD ?????求得， 其中： r 為汽化潛熱查 《手冊(cè)》 得； x 為干度 為已知量 ； si 為二回路水飽和焓 查《手冊(cè)》得 ； fi 為二回路給水焓 查《手冊(cè)》得 ； ， lnt? 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， FCF ??設(shè) ， C 的范圍在 — 之間 傳熱管材料的選取 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。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 。按照 RCCM 所規(guī)定的機(jī)械性能，確定了最佳退火溫度為 1040 C? 。 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。在設(shè)計(jì)蒸汽發(fā)生器時(shí)，要考慮一、二回路兩種工質(zhì)的種類和參數(shù)，正確地選擇結(jié)構(gòu)方案、材料、傳熱管尺寸、傳熱系數(shù)以及冷卻劑等，對(duì)取得蒸汽發(fā)生器最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是非常重要的。必須排除加劇腐蝕的任何可能性，特別是一回路中的腐蝕。只有滿 足這個(gè)要求才能保證電站在任何負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于蒸汽發(fā)生器制造相當(dāng)復(fù)雜，技術(shù)密集程度高，要求制造質(zhì)量符合設(shè)計(jì)說明書上的要求。所以此次的設(shè)計(jì)，其目的就是，找到一個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)，包括傳熱管壁的厚度 ，傳熱管束的高度，長(zhǎng)度， U 形管的排列方式，傳熱管的排數(shù)，每排傳熱管數(shù)量。各國(guó)都把眼界與改進(jìn)蒸汽發(fā)生器技術(shù)當(dāng)做完善整個(gè)核動(dòng)力裝置的重要環(huán)節(jié)，并制定了龐大的研究計(jì)劃。根據(jù)臥式蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行和設(shè)計(jì)等方面對(duì)腐蝕的機(jī)理原因進(jìn)行較為系統(tǒng)的分析和探討，并且采用的緩解措施取到了較好效果。 蒸汽發(fā)生器傳熱管破損事故會(huì)給核電廠造成極其嚴(yán)重的后果，不僅會(huì)使一回路側(cè)系統(tǒng)冷卻劑裝量減少，而且更重要的是它會(huì)使二回路側(cè)的壓力水位的增加，溫度升高，甚至溢滿，放射性物質(zhì)排放到周圍環(huán)境中，此外，傳熱管破損還會(huì)伴隨其它安全設(shè)施的失效，造成堆芯損毀。 Because the number of heat transfer tubes is very we have to arranged them in a circular based on experience .And the distance between heat transfer tubes is only. According to the steam generator can be drawn after the end of the pipe and Utube size data, the hydraulic calculation of the Ushaped tube including a loop within the frictional resistance, the local resistance of a circuit water。 根據(jù)排管結(jié)束后可以得出的蒸汽發(fā)生器和 U 型管的相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行了水力計(jì)算其中包括一回路的 U 形管內(nèi)摩擦阻力計(jì)算、一回路水局部阻力計(jì)算；二回路 的下降空間阻力計(jì)算、上升空間阻力計(jì)算；選取適當(dāng)?shù)钠蛛x器阻力。蒸汽發(fā)生器傳熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) I 摘 要 本文 首先 對(duì)蒸汽發(fā)生器的形式進(jìn)行了選擇 ， 經(jīng)過對(duì)比 ， 將自然循環(huán)形式的蒸汽發(fā)生器作為本次設(shè)計(jì)的主體 。接下來進(jìn)行傳熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，本次設(shè)計(jì)使用的是正方形排布，因?yàn)楣苁^多，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該排布為圓形，傳熱管之間的距離唯一。 In this design， we used square layout。但是反應(yīng)堆的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，蒸汽發(fā)生器，尤其是其中的傳熱管束由于各種原因容易發(fā)生破裂和腐蝕破損，原因可以歸結(jié)為設(shè)計(jì)制造問 題，比如缺少準(zhǔn)則和分析手段，還有就是由于環(huán)境的原因，比如水的流速，水質(zhì)腐蝕，非正常工況下水溫的過高或過低。 為了解決這一問題，美國(guó)電力研究所和壓水堆電站合作成立了蒸汽發(fā)生器工作組，開展有效的研究，并及時(shí)的運(yùn)用這些研究成果，共同開展蒸汽發(fā)生器的腐蝕失效和可靠性研究。 我國(guó)的壓水堆核電站經(jīng)過多年的運(yùn)行表明，蒸汽發(fā)生器的工作性能足夠穩(wěn)定，但是可靠性不足，傳熱管束破損數(shù)目較高，已經(jīng)接近了壓水堆動(dòng)力裝置總數(shù)的一般。 蒸汽發(fā)生器傳熱管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究目的 及意義 蒸汽發(fā)生器作為核電廠一回路與二回路連接的關(guān)鍵設(shè)施，其安全性是不容忽 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 視的，傳熱管束作為蒸汽發(fā)生器核心部位，對(duì)于它的設(shè)計(jì)制造自然需要做大量的工作，例如壁厚問題，壁厚過大，雖然安全性大大增加，但是影響換熱，增加傳熱管所占的空間，容易引起二次側(cè)鹽分、雜質(zhì)和泥沙的聚集與濃縮，造成傳熱管堵塞，相反的，壁厚過小，運(yùn)行中更容易發(fā)生應(yīng)力斷裂或腐蝕破損。長(zhǎng)期以來國(guó)際上壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器經(jīng)常 發(fā)生傳熱管腐蝕破損，在可靠性上存在嚴(yán)重問題，是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的唯一致命弱點(diǎn)，保證蒸汽發(fā)生器的制造質(zhì)量有助于提高其安全可靠性。蒸汽發(fā)生器及其部件的設(shè)計(jì)，必須供給核電站在任何運(yùn)行工況下所需的蒸汽量及規(guī)定的蒸汽參數(shù)。蒸汽發(fā)生器個(gè)零、部件的裝配必須保證在密封面上排除一回路工質(zhì)漏入二回路中去的可能性。保證蒸汽發(fā)生器具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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。 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。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。傳熱管中的一回路水要 比二回路水的溫度高出 100 C? 左右，一回路水從進(jìn)口到出口溫度下降 2030 C? ，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 1 ???? fiid?? （ ） 其中 1? 為換熱系數(shù)；i?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； fRe 為一回路水在平均溫度下的雷諾數(shù)，查找方式同上； Pr 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 iww dddR 00 ln2 ??? ? （ ） 其中 wR 為導(dǎo)熱熱阻； 0d 為傳熱管的外管徑，自由選取，范圍是 12mm22mm； id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 sddi 20?? 求得； w?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 fR ，它的選取范圍是 WKm / 244 ?? ??? 二回路側(cè)沸騰換熱系數(shù)的選取，應(yīng)用公式 qp?? （ ） 其中 p 為二回路側(cè)的工作壓力； q 為熱流密度，通過公式 lntkq ??? 求得；其中 k為換熱系數(shù)， lnt? 對(duì)數(shù)傳熱溫差，可以通過公式 蒸汽發(fā)生器傳熱 管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 二回路飽和溫度—一回路出口溫度二回路飽和溫度—一回路入口溫度一回路入口溫差lnln ?? t （ ） 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) 傳熱面積的設(shè)計(jì)方法 國(guó)內(nèi)外最新的 U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器近似理論計(jì)算熱工模型 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