【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 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 傳熱管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 首先計(jì)算出傳熱管的根數(shù)利用公式 iauGaAn // 1??? （ ） 其中 n 為 為傳熱管根數(shù)； G 為冷卻劑質(zhì)量流量； 1v 為入口冷卻劑密度 ； 。 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。磨損歸因于管子與防振條的間隙過(guò)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) ,要求 U形彎頭區(qū)的管子直徑偏差小于 ,防振條加工公差為土 ,并嚴(yán)格控制防振架的裝配過(guò)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 沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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）不銹鋼四葉形支撐板 特點(diǎn)是有四個(gè)流水孔和四個(gè)支撐凸緣。流水孔提供了大面積的流水通道 ,能降低阻力 ,提高流速。支撐凸緣與管子為線接觸 ,熱工水力特性較好。用抗腐蝕的鐵素體不銹鋼制造 ,降低了支撐板附近管子的腐蝕電位。 （ 4）增大最小 U 形彎頭半徑 為了降低因彎管而造成在小彎頭處的高殘余應(yīng)力 ,把最小 U 形彎頭半徑增大為 ,而原來(lái)的最小 U 形彎頭半徑為 。 加拿大 Bamp。W 公司新設(shè)計(jì)的蒸汽發(fā)生器 1991 年磨石 2 核電站將更換蒸汽發(fā)生器 ,由加拿大 Bamp。W 公司供貨 ,它是以CANDU 堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ) ,希望能防止因各種因素而引起的管子破損 ,預(yù)期壽命為 40 年。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下： （ 1）管子材料 管材為 I 一 690TT,它的導(dǎo)熱性能稍低于原蒸汽發(fā)生器的 I 一 600,所以管壁厚度減薄了 ,并重新設(shè)計(jì)了 U 形彎頭以增加傳熱面積。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(guò) 1 分鐘 ),使含碳量在 一%之間。退火后接著進(jìn)行熱處理 (704 度、 10 小時(shí) ),以改進(jìn)抗苛性應(yīng)力腐蝕的性能。嚴(yán)格控制管子制造 工藝 ,鹵化物、硫化物、硫酸鹽和其它金屬的含量盡可能低。最終清洗時(shí) ,清洗劑的氯離子含量低于 1ppm。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。 （ 2）管子與管板連接 采用全液壓脹管 ,消除了管子與管板孔的縫隙 ,并要使脹管過(guò)渡處圓滑過(guò)渡 ,來(lái)減小過(guò)渡處的殘余應(yīng)力。 （ 3）管束支撐結(jié)構(gòu) 曾采用過(guò)剛性三葉形支撐板 ,最近采用柔性好、線接觸的柵格支撐板。材料為回火馬氏體不銹鋼 ,它的耐蝕性好和磨損率低。為防止管束振動(dòng) ,嚴(yán)格控制管子與支撐條的間隙公差。取消了拉桿 ,因?yàn)樵O(shè)置拉桿后 ,會(huì)發(fā)生支撐板扭曲 ,并對(duì)管子起約束作用。最下面一塊柵格板是分配流量的特殊柵格板 ,它能調(diào)節(jié)阻力 ,使入口區(qū)域的流量分配最佳化 ,提高排污能力。采用高循環(huán)倍率 ,一般等于或大于 5,使管板上流速大于 ,泥渣處于懸浮狀態(tài) ,避免泥渣沉積。 （ 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。排污系統(tǒng)最大排污系統(tǒng)最大排污量為蒸發(fā)量的 7%。為了保證長(zhǎng)期停堆期間控制二次側(cè)的水質(zhì)指標(biāo) ,從管 束頂部到底部設(shè)計(jì)了一個(gè)通道 ,每天能把二次側(cè)的水完全更換三次 ,并可進(jìn)行取樣和過(guò)濾。 蒸汽發(fā)生器傳熱 管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 第三章 蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 蒸汽發(fā)生器的傳熱是由溫度較高的一回路冷卻劑向溫度較低的二回路工質(zhì)進(jìn)行的。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)。溫度大約為 300℃左右的欠飽水進(jìn)入管子后，約以 35m/s 的速度流動(dòng)，向傳熱管的內(nèi)壁強(qiáng)烈的放熱，壓力水流出傳熱管時(shí)溫度大約降低 30℃左右。在二回路側(cè)，工質(zhì)從傳熱管束獲得熱量，處于強(qiáng)烈的沸騰狀態(tài)，產(chǎn)飽和生蒸汽或者過(guò)熱蒸汽 。 給定條件 蒸汽產(chǎn)量 : skghtD / 4/34 00 ?? ，該蒸汽產(chǎn)量為單臺(tái)蒸汽發(fā)生器中的蒸汽限流器滿功率運(yùn)行時(shí)的蒸汽產(chǎn)量； 蒸汽發(fā)生器出口的 蒸汽干度： ?x ； 蒸汽發(fā)生器效率： ?? ； 一回路額定工作壓力： MpaP ? ； 一回路設(shè)計(jì)壓力： M p aPP 3 7 11 ??設(shè) ， 設(shè)計(jì)時(shí)留有一定的閾值，避免在非正常工況下引發(fā)事故； 一回路冷卻劑入口溫度： Ct ??34039。 ； 一回路冷卻劑出口溫度： Ct ??31539。39。 ， 一回路水溫差需大于 C?20 ，本次設(shè)計(jì)為 C?25 ； 二回路給水溫度： Ctf ??227 ； 二回路額定工作壓力 : MpaPs ? 。 二回路飽和水溫度可查 《手冊(cè)》 得： Cts ?? 二回路設(shè)計(jì)壓力： M p aPP 22 ??設(shè) ； 設(shè)計(jì)壓力為運(yùn)行壓力的 ，目的是留出一定的壓力裕度，防止在非正常工況運(yùn)行中或事故中不會(huì)造成零件的大范圍的損壞 傳熱管壁導(dǎo)熱系數(shù)： CmWw ?? /? 。 沈陽(yáng)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?? 。 下筒體許用應(yīng)力： 22 /18][ mmkg?? 。 蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算 熱力計(jì)算是以求取蒸汽發(fā)生器所需傳熱面積為主要目的的設(shè)計(jì)計(jì)算，就是在結(jié)構(gòu)形式和 一些基本熱工參數(shù)給定的條件下，求取傳熱面積的大小。 熱平衡計(jì)算 由二回路蒸汽產(chǎn)量公)( fs iixr QD ????? （ ） 其中： kgkJr /? 為汽化潛熱查表得； ?x 為干度； kgkjis /? 為二回路水飽和焓； kgkjif /? 為二回路給水焓； 解得 kWQ ?? 為蒸汽發(fā)生器的熱功率 由 一回路水量公式可求取一回路放熱)( 39。39。139。11 iiQG ???? （ ） 其中 ?? 為蒸發(fā)器熱效率 。 kgkJi /39。1 ? 為一回路進(jìn)口水焓 。 kgkJi /39。39。1 ? 為一回路出口水焓 可求取一回路水量為 skgG / 0 2 1 2) 4 3 5 9 0(????? 傳熱管及管內(nèi)水流速的選取 蒸汽發(fā)生器熱設(shè)計(jì)可以分為兩種形式：一種是以求取蒸汽發(fā)生器所需傳熱面積為主要目的的計(jì)算稱為設(shè)計(jì)計(jì)算，這是在結(jié)構(gòu)形式和一些基本熱工參數(shù)已經(jīng)確定的條件下，求取傳熱面積的大?。涣硪环N是對(duì)已有設(shè)備進(jìn)行校核計(jì)算，這時(shí)設(shè)備傳熱面積為已知量，然后根據(jù)一些已知熱工參數(shù)去設(shè)計(jì)另一些熱工參數(shù)，以確蒸汽發(fā)生器傳熱 管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 定該設(shè)備能否滿足工作的需要。本節(jié)主要介紹蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)熱計(jì)算。 蒸汽發(fā)生器的傳熱面積是由大量小的直徑 薄壁無(wú)縫 U 形管組成，通常傳熱管的外徑為φ 1222mm，壁厚小于 。根據(jù)上一節(jié)的計(jì)算結(jié)果，由于換熱量比較大，并且參考了我國(guó)大亞灣核電站的數(shù)據(jù) 。 本設(shè)計(jì)選用的管徑為 20mm， 內(nèi)直徑為 ，傳熱管壁厚度為 。 則可以求出 單管通流面積 2423*20 )( mdA ??????? ? 。 （ ） 傳熱管材料選擇 lnconel— 600。 蒸汽發(fā)生器的換熱重要取決于一回路水的最大允許流速。目前核動(dòng)力設(shè)備的容量越來(lái) 越大，為了縮小筒體和減薄管板，趨向于選取高流速，但必須考慮允許的流動(dòng)壓降和侵蝕效率。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(guò)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。 由公式可導(dǎo)出一回路側(cè)強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)： 1 9 8 8 4 09 6 )( 1 30 2 2 ?????????? fiid?? （ ） 壓力 溫度（℃） λ（ 106w/m k) η（ 103Pa s） Ρ rf（ J/(kg K)） 15MPa 300 15MPa 242 300 350 表 根據(jù)上表可查得水的導(dǎo)熱系數(shù) ： )/( KmWi ??? ； 7 9 2 5 0 40 0 1 5 4 1 ??????? ?????if du （ ） 為一回路水雷諾數(shù)； ? 為普朗克常量查表得 傳熱管導(dǎo)熱熱阻： 500 20ln2 ????????? iww dddR ? （ ） 沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 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。39。39。39。39。39。ln ??????????sstt ttttt （ ） 設(shè)定傳熱系數(shù) kmwk 2/6270? 則熱流密度 mwtkq / 7 6 3 8 1ln ???? （ ） 根據(jù)俄羅斯學(xué)者推薦的飽和沸騰計(jì)算式，可取的二回路沸騰換熱系數(shù)： 5 4 5 5 7 6 3 8 1)(5 5 5 ?????? qp? （ ） 傳熱系數(shù) kRRddk fwi 4 5 5 9 8 8 4 20201 55210 ????????????? ???? （ ） 將 k 重新帶入（ 1）式，進(jìn)行迭代計(jì)算，最終可得 kmwk 2/6582? 根據(jù)公式可求得計(jì)算換熱面積 26ln mtk QF ?? ????? （ ） 設(shè)計(jì)換熱面積 裕度系數(shù)： 考慮到計(jì)算公式的誤差，以及蒸汽發(fā)生器檢修中經(jīng)常需要堵管（約5%），因此必須考慮傳熱面積的儲(chǔ)備問題，我們要要留有裕度防止小部分堵管造成危險(xiǎn)；在 —— 間， 應(yīng)此次設(shè)計(jì)傳熱管數(shù)量超過(guò)一萬(wàn)，所以裕度系數(shù)應(yīng)該盡量取大一些的值， C 值選取 ； 0 0 4 1 2 8 mFCF ?????設(shè) （ ） 由以上所得條件，可得到 U 型管數(shù)目： 1 3 1 2 ??????? ?iauGaAn ? 根 （ ） 其中： A 為回路通流面積 。 a 為單管通流面積 。 對(duì)傳熱管進(jìn)行強(qiáng)度校核利用 公式 公式： 蒸汽發(fā)生器傳熱 管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 RPdPs ???