【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前，國內(nèi)企業(yè)基于火電高壓加熱器的設(shè)計經(jīng)驗并借鑒國外設(shè)計圖紙對核。電高壓加熱器做了一定自主研制，但存在結(jié)構(gòu)不夠緊湊，換熱不夠高效的問題。

　　

【正文】 工作時 ， 要求汽側(cè)水位保持在一定范圍內(nèi) ， 水位過高會造成汽輪機(jī)進(jìn)水而引起葉片斷裂 ， 大軸彎曲 ， 加熱器殼體爆破等重大事故 ； 水位過低 , 或無水運行 , 造成大量蒸汽從高壓加熱器內(nèi)逸出 ， 潛熱沒有充分利用 ， 高壓加熱器傳熱效果嚴(yán)重惡化 ,給水溫度下降 ， 機(jī)組的煤耗增加 ， 同時疏水管道由于汽水兩相流動的影響而嚴(yán)重沖刷 , 常產(chǎn)生泄漏 現(xiàn)象 ， 被迫停止運行。加熱器常用的電動式、浮子式疏水水位調(diào)節(jié)器 , 由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動作 ， 易沖損腐蝕 ， 經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械卡澀失靈。檢修維護(hù)量大、事故率高 , 降低了循環(huán)熱效率 ， 節(jié)能效果不好 ， 為解決上述問題 ， 在寧德核電一期 4機(jī)組的高加上采用汽液兩相流自動調(diào)節(jié)水位控制裝置。 圖 23 核電高加水位調(diào)節(jié)示意圖 汽液兩相流自動控制裝置的工作原理 （ 1）裝置結(jié)構(gòu) 本裝置由傳感信號管和調(diào)節(jié)器兩部分組成 ， 見圖 24, 圖中， 1為信號管， 2為入口節(jié)流閥， 3為調(diào)節(jié)閥， 4為旁路閥種裝置摒棄了目前一般液位控制系統(tǒng)采用的機(jī) 械式和電氣式元件，它依據(jù)氣體動力學(xué)原理，利用汽液兩相變化的自調(diào)節(jié)特性，達(dá)到控制加熱器疏水的流量 ， 從而保持水位穩(wěn)定 ， 具有原理新、系統(tǒng)簡單 ， 無活動機(jī)構(gòu)原件 ， 無電氣控制元件 ， 自調(diào)節(jié)能力強(qiáng) ， 調(diào)節(jié)部件耐沖蝕力強(qiáng) ， 體積小 ， 一般不需要維護(hù)等優(yōu)點。 14 圖 24 傳感信號管和調(diào)節(jié)器 （ 2）工作原理。 該裝置是由漸縮和漸擴(kuò)兩個噴咀組成 ， 中間部分是環(huán)形空隙 ， 信號管提供的調(diào)節(jié)汽就由此進(jìn)入和加熱器內(nèi)凝結(jié)的出口疏水在這里混合后排出 ， 當(dāng)液位下降 ， 疏水量減小 ， 則信號管內(nèi)有關(guān)通道面積發(fā)生變化 , 使進(jìn)入調(diào)節(jié)閥的汽量增加 , 排擠疏水的流 動使疏水流通能力下降 , 保證液位穩(wěn)定在一定的正常水位位置 ， 反之 ， 疏水量增加時 ， 則通過信號管的調(diào)節(jié)流量減小 ， 疏水經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的流動能力增加 ， 以達(dá)到控制水位 ， 滿足工況變化的要求，原理示意如圖 25[2]。 圖 25 汽液兩相流控制裝置原理圖 U 型管及拉桿定距管設(shè)計 U 型管設(shè)計 （ 1）高加換熱管 國內(nèi)、外大容量火電機(jī)組加熱器管束通常采用 SA556GRC2 碳鋼管材，也有個別電站采用 TP304 奧氏體不銹鋼管束，相比核電站采用的 TP304L 與 TP439 鐵素體不銹鋼，由于材料中加熱鉻、鎳元素 從而提升了材料的抗腐蝕性與沖蝕性能。寧德核電高加采用 SA803TP439 以防止?jié)裾羝h(huán)境對管束的沖蝕與損害，確保設(shè)備 40 年服役期間的安全運行。鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼管的強(qiáng)度高，導(dǎo)致性能好，抗汽蝕和焊接性能優(yōu)良，并且由于含鎳元素少，比 TP304L 奧氏體不銹鋼的成本低。 換熱管的長度推薦采用： ,,,。根據(jù)工藝要求，取 。 15 U 型管彎管段的彎曲半徑 圖 26 U 型管彎曲半徑大小示意圖 U 型管彎管段的彎曲半徑 R 應(yīng)不小于 兩倍的換熱管外徑，常用換熱管的最小彎曲半徑 minR 可按表 22 選。 表 22 換熱管外徑與彎曲半徑對照表 換熱管外徑 10 12 14 16 19 20 22 25 30 32 35 38 45 50 55 57 R 20 24 30 32 40 40 45 50 60 65 70 76 90 100 110 115 U 型管彎管段彎曲前的最小壁厚按下式計算： 01(1 )4dR???? 式中： d —— 換熱管外徑， mm；取 16 R—— 彎管段的彎曲半徑， mm； 0? —— 彎曲前換熱管的最小厚度， mm； 1? —— 直管段的計算壁厚， mm。 圖 27 換熱管標(biāo)準(zhǔn)排列形式 16 （ 2）換熱管排列形式 換熱管標(biāo)準(zhǔn)排列形式見圖 27。 （ 3）換熱管中心距 換熱管中心距宜不小于 倍的換熱管外徑，常用的換熱管中心距見表 23。 換熱管外徑 d 為 ，對應(yīng)的中心距為 22mm，考慮在管板上均勻布管，取21mm。 表 23 常用換熱管中心距 拉桿定距管設(shè)計 ① 拉桿結(jié)構(gòu) a. 常用拉桿結(jié)構(gòu)有： 拉桿定距管結(jié)構(gòu) ，用于換熱管外徑 19mm? 的管束，如圖 28。 拉桿與折流板點焊，用于換熱管外徑 14mm? 的管束，如圖 29[13]。 圖 28 拉桿定距管結(jié)構(gòu) 圖 29 拉桿折流板點焊結(jié)構(gòu) 由于換熱管 14 m m 16 m m 19 m mod? ? ?，所以兩種拉桿結(jié)構(gòu)都可以采用，在殼程盡量減少焊接連接，應(yīng)多可拆裝連接可以方便維修，避免焊縫受到高速汽液沖蝕損壞，故采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 b. 拉桿直徑和尺寸 根據(jù)換熱管 外徑 14 m m 25 m mod?? ，選取拉桿直徑 12mmtd ? ，其結(jié)構(gòu)連接尺寸見裝備圖。 17 ② 拉桿數(shù)量 根據(jù)換熱器直徑 2164mm 和換熱管外徑 16mm ，選取拉桿數(shù)量為 26。 ③ 定距管采用與換熱管相同的管子結(jié)構(gòu)。 折流板和支撐板設(shè)計 折流板設(shè)計 安裝折流板是為了加大殼程流體的湍流速度，使湍流程度加劇，提高殼程流體的對流傳熱系數(shù)，還能器到 支撐管束的作用， 工程師可通過改變折流板的間距來改變殼程速度 , 從而改變 , 傳熱系數(shù)及壓降 。 常用的折流板弓形（或稱圓缺形）和圓盤 — 圓環(huán)形兩種，弓形折流板有單弓、雙弓形和三弓形三種，如圖 210[13]。 圖 設(shè)計采用弓形折流板，其結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，弓形折流板切去弓形高度為殼體 18 內(nèi)直徑的 10%~40%，通常取 20%。 寧德核電高壓加熱器采用雙弓形折流板，其優(yōu)點是： a) 在折流板間距和缺口相同的情況下，雙弓形折流板比單弓形折流板對流體壓降明顯減?。? b） 允許折流板間距減小，提高管子固 有頻率，更好的防止因流體誘導(dǎo)振動引起的失效。 折流板一般應(yīng)按照等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管。在寧德核電高加的疏冷段，殼程為單相清潔流體，折流板缺口應(yīng)水平上下布置因液體中含有少量空氣等不凝性氣體，應(yīng)在缺口朝下折流板最高處開通氣孔，但為了更好的排氣以及緩沖熱應(yīng)力，采用折流板頂端與疏冷段頂板留出 28mm間隔的設(shè)計結(jié)構(gòu)，如圖 211所示。 圖 (1) 折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計主要尺寸如下： 折流板與殼體之間的間隙： 12 9 4 0 9 3 8 2R R m m? ? ? ? 折流板名義外直徑： 2 2 21 60niD D m? ? ? ? 切去弓形高度： 0 .1 6 0 .1 6 1 8 8 0 3 0 4ih D m m? ? ? ? (2) 折流板間距 ① 折流板最小間距取殼體內(nèi)徑的 1/5 或 50mm 中的較大者。 2164 mm? ? ?＞ 50mm ，圓整后取最小間距為 430mm ② 折流板最大無支撐間距 換熱管無支撐跨距為 1300oh mm? 。 (3) 折流板厚度 查得 折流 板最小厚度為 10mm ，取厚度為 10mm?? 。 (4) 支持板管孔直徑： (5) 折流板數(shù)量 19 0 . 1 1 3 5 3 0 1 0 01 1 9 . 3 31300oLN h??? ? ? ? ? 取整得 10N? 防沖擋板 a． 擋板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離，應(yīng)不小于接管外徑的 1/4。 b． 防沖擋板的直徑或邊長，應(yīng)大于接管外徑 50mm。示意圖見圖 212。 圖 管板的設(shè)計 管板與殼 程圓筒、管箱連接方式選型 本高加管板與殼程圓筒、管箱的連接方式為 GB1511999《管殼式換熱器》管板計算一節(jié)中的 b型連接方式，如圖 213。 圖 213 管板與殼程圓筒、管箱連接方式 20 6種連接方式適用情況如表 24所示。 表 24 管板與殼程圓筒、管箱連接方式 a型 管板通過墊片與殼體法蘭和管箱法蘭連接； b型 管板直接與殼程圓筒和管箱圓筒形成整體結(jié)構(gòu)； c型 管板與殼程圓筒連為整體，其延長部分形成凸緣被夾持在活套環(huán)與管箱法蘭之間； d型 管板與管程圓筒連為整體，其延長部分形成凸緣被夾持在活套環(huán)與殼體法蘭之間； e型 管板與殼程圓筒連為整體，其延長部分兼作法蘭，與管箱用螺柱、 墊片連接 f型 管板與管箱圓筒連為整體，其延長部分兼作法蘭，與殼體法蘭用螺柱、墊片連接； 核電常規(guī)島高壓加熱器設(shè)計使用壽命 40年，設(shè)計要求嚴(yán)格，實際情況使得應(yīng)盡量避免打開筒體檢修，采用整體連接形式更加安全，選 b型連接方式。 管板的布管方式為如圖 214的三角形排列。 圖 214 核電高加管板布管方式 管板材料與厚度 管板材料選擇 性能考慮，寧德核電高加管板材料采用低合金鍛鋼 20MnMoⅣ ,其物理和化學(xué)性能要比火電嚴(yán)格。核電選材還有一個特點需關(guān)注，對于受侵蝕與沖蝕的管道材料要求其耐 抗氧化性和耐沖蝕性好，從而減輕流體沖蝕影響，保證核電設(shè)備的安全使用年限。 管板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管板上壓力載荷主要為三種情況：管程壓力 tP 單獨作用；殼程壓力sP 單獨作用； 管程壓力 tP