【正文】 即將告別學(xué)生時(shí)代去參加工作的我，不會(huì)忘記黃老師對(duì)我在做學(xué)問和干事業(yè)方面的鼓勵(lì)與指導(dǎo)！黃老師一直給我以動(dòng)力去做最好的自己，在此，我要對(duì)他表示衷心的感謝！同時(shí)我要特別感謝呂松老師對(duì)我CAD繪圖的耐心指導(dǎo)，楊明輝、王銀龍、杜兵三位師兄，在論文的寫作過程中，他們都給予了無私的幫助與耐心的指導(dǎo)。更加安全、緊湊、高效的核電換熱設(shè)備的研制成功，需要多方面的協(xié)調(diào)進(jìn)步，比如，核電站運(yùn)行處對(duì)核電高壓加熱器服役狀況的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)非常重要，汽液體兩相流漩渦脫落特性等基礎(chǔ)性研究能夠給予相關(guān)設(shè)計(jì)者本質(zhì)上的設(shè)計(jì)思想的改變。深知，這些結(jié)構(gòu)優(yōu)化改型的創(chuàng)意需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn)，反復(fù)論證，才可以應(yīng)用于核電常規(guī)島高壓加熱器上。認(rèn)識(shí)到我們國(guó)家和國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)手段存在的差距，但我們深信：通過引進(jìn)技術(shù)的消化和吸收，高壓加熱器的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)將更加先進(jìn)，設(shè)備投運(yùn)率將進(jìn)一步得到提高，必將對(duì)電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮更大更顯著的作用。因此在AB段和CD段，流體處于逆壓力梯度流動(dòng)，同時(shí)又受到粘性阻滯，產(chǎn)生流動(dòng)分離現(xiàn)象。次流速度與主流速度疊加，使得流體質(zhì)點(diǎn)呈螺旋狀運(yùn)動(dòng)。 上級(jí)疏水入口獨(dú)立擴(kuò)容室的設(shè)置 核電高加上級(jí)疏水在進(jìn)入殼體內(nèi)部時(shí)，由于壓力降低，會(huì)發(fā)生閃蒸及擴(kuò)容現(xiàn)象，即進(jìn)入殼體的流體已非單相流體，為多相流。當(dāng)邊界層為紊流時(shí)，由于紊流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向摻混使得貼近表面處的流體不易停滯，因而會(huì)使分離點(diǎn)向后推移，如圖412所示。圖412 不同數(shù)對(duì)應(yīng)的流體分離點(diǎn)圖413 引流翅片的功能示意圖圓柱體上的邊界層內(nèi)的流態(tài)，根據(jù)的不同可分為層流和湍流兩種。C，查相關(guān)表，對(duì)應(yīng)的黏度為。圖410 殼程流體介質(zhì)狀態(tài)圖根據(jù)表43的工藝要求，殼程水位在殼體中心線以下595~845mm之間為安全水位（這里指不會(huì)報(bào)警）。圖47 在核電高加換熱管加置引流翅片設(shè)計(jì)圖48 加置引流翅片的管區(qū)在正三角形排列的錯(cuò)列管束中，因換熱管節(jié)距較小，流體在管束中呈“S”形流動(dòng)節(jié)距比=21/16=在高加蒸汽冷凝段下部管束和疏水冷卻段全部管束，發(fā)生的是單相流體橫掠管束的流動(dòng)形態(tài)，單相流體擾流圓柱形管子后會(huì)發(fā)生不同形態(tài)的漩渦脫落。假如給縱槽管設(shè)置表面函數(shù)為余弦函數(shù)的除夜盤，可以使每一段管子液膜厚度均減薄，使冷凝傳熱系數(shù)進(jìn)一步提高。圖45 槽管 在換熱設(shè)備中，如果管外是氣體強(qiáng)制對(duì)流，管內(nèi)是水的強(qiáng)制對(duì)流，此時(shí)，管外的傳熱膜系數(shù)比管內(nèi)的小的多，這種情況下，可以加裝翅片，來增加管外傳熱面積。的三列管束，使蒸汽通過留出的通道深入中心管束進(jìn)行熱交換，雖然換熱管減少導(dǎo)致?lián)Q熱面積的減少，但蒸汽的沖蝕力使得換熱管液膜減薄，對(duì)溫度較低的內(nèi)層管束進(jìn)行潛熱傳熱，將傳熱效率提高了15%以上。圖41和圖42分別為換熱管管口的渦流沖蝕和管板堆焊層受到的沖蝕。雖然爆管泄露的直接原因是停運(yùn)時(shí)，抽汽量過多導(dǎo)致，但可以通過提高水位設(shè)置和控制疏水端差來減少爆管率。 爆管泄露 一般來說，高加切除運(yùn)行后，給水溫度下降，相關(guān)研究表明，機(jī)組每下降，機(jī)組熱耗將上升。因此在疏水冷卻段需要考慮的流體誘發(fā)振動(dòng)機(jī)理是: 漩渦分離、流體彈性不穩(wěn)定。疏水冷卻段殼程流動(dòng)介質(zhì)均為液體。鑒于該換熱區(qū)域內(nèi)的流速很小，因此不會(huì)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象。從過熱段流出的蒸汽均勻的流向該段的各部分，在該段的蒸汽已經(jīng)是飽和蒸汽，飽和蒸汽與U型管接觸，就在U型管表面被凝結(jié)成液體，環(huán)繞在換熱管外面，在自身重力和上面管束滴落液滴的沖擊力下，向殼體底部滴落。因此，在過熱蒸汽冷卻段需要考慮的流體誘發(fā)振動(dòng)機(jī)理是：紊流抖振和流體彈性不穩(wěn)定。過熱蒸汽沿著支撐板板流動(dòng)時(shí)，其相對(duì)于管束的橫向流速相當(dāng)高，沖擊管子，是引起管子振動(dòng)的根本原因。高壓加熱器的管束要經(jīng)過三個(gè)不同的換熱區(qū)域，因壓力、流量、熱流密度和布管形狀的變化會(huì)呈現(xiàn)不同的流動(dòng)狀態(tài)，也即流型。第四章 核電常規(guī)島高壓加熱器常見故障及優(yōu)化方案 高壓加熱器管束震動(dòng)的研究高壓加熱器的故障主要是由于管束的失效所造成的,而造成高壓加熱器管束失效的最主要原因有兩個(gè)方面: 一是由于換熱管被沖刷, 使換熱管壁厚減薄, 管束壽命縮短； 二是管束發(fā)生振動(dòng), 導(dǎo)致?lián)Q熱管損壞。會(huì)出現(xiàn)如下結(jié)果：，高壓加熱器換熱功率不夠，需要增加換熱面積或者提高換熱效率；，高壓加熱器換熱功率過高，可以適當(dāng)減小換熱面積，使得高加更加小型緊湊；，高壓加熱器設(shè)計(jì)較為合理。關(guān)鍵為殼程表面換熱系數(shù)的計(jì)算，其公式為其中，、均為汽液兩相流介質(zhì)平均溫度的因變量。（2）殼程換熱系數(shù) 為常數(shù)；為換熱器殼程當(dāng)量直徑，m；為換熱器外徑，m；為殼程內(nèi)換熱介質(zhì)平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)， ；為殼程內(nèi)換熱介質(zhì)的雷諾數(shù)；為殼程換熱介質(zhì)的普朗特?cái)?shù)。圖31 高壓加熱器分為三個(gè)換熱器串聯(lián)結(jié)構(gòu)表31為高壓加熱器各個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度特征參數(shù)。橫管和豎壁的平均傳熱系數(shù)的計(jì)算式有兩點(diǎn)不同：特征長(zhǎng)度橫管用。其影響又隨蒸氣流向與重力場(chǎng)向同向或異向、流速大小以及是否撕破液膜等而不同。實(shí)際上，這是過分保守的估計(jì)，因?yàn)樯吓殴艿哪Y(jié)液并不是平靜地落在下排管上，而是在落下時(shí)要產(chǎn)生飛濺以及對(duì)液膜的沖擊擾動(dòng)。因此，不凝結(jié)氣體層的存在增加了傳遞過程阻力。核電常規(guī)島高壓加熱器蒸汽冷卻段的熱力計(jì)算為膜狀凝結(jié)的分析與計(jì)算。實(shí)驗(yàn)證明，幾乎所有的常用蒸汽，包括水蒸氣在內(nèi)，在純凈的條件下均能在常用工程材料的潔凈表面上得到膜狀凝結(jié)。蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)，有兩種不同的凝結(jié)形式。強(qiáng)度脹段、不脹段及強(qiáng)度焊段的區(qū)間長(zhǎng)度如圖所示。計(jì)算過程如表25所示。核電選材還有一個(gè)特點(diǎn)需關(guān)注，對(duì)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。圖213 管板與殼程圓筒、管箱連接方式6種連接方式適用情況如表24所示。(4) 支持板管孔直徑：(5) 折流板數(shù)量 取整得防沖擋板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。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(jì)結(jié)構(gòu)，如圖211所示。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]。b. 拉桿直徑和尺寸根據(jù)換熱管外徑，選取拉桿直徑，其結(jié)構(gòu)連接尺寸見裝備圖。，對(duì)應(yīng)的中心距為22mm，考慮在管板上均勻布管，取21mm。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可按表22選。寧德核電高加采用SA803TP439以防止?jié)裾羝h(huán)境對(duì)管束的沖蝕與損害，確保設(shè)備40年服役期間的安全運(yùn)行。圖23 核電高加水位調(diào)節(jié)示意圖汽液兩相流自動(dòng)控制裝置的工作原理（1）裝置結(jié)構(gòu)本裝置由傳感信號(hào)管和調(diào)節(jié)器兩部分組成，見圖24, 圖中，1為信號(hào)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(dòng)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(jiǎn)單，無活動(dòng)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(diǎn)。e．許用外壓力根據(jù)圓筒材料選用相應(yīng)的厚度計(jì)算圖得：由圖可以判定為彈性失穩(wěn)，所以計(jì)算許用外壓力：滿足條件，不需圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈。圖22 核電高加人孔結(jié)構(gòu)圖圓筒的計(jì)算工藝條件如下：設(shè)計(jì)壓力：有安全控制裝置，取設(shè)計(jì)溫度：焊縫系數(shù)：真空度可忽略不計(jì)計(jì)算壓力：材料：ASME標(biāo)準(zhǔn)SA516GR70，許用應(yīng)力a．計(jì)算厚度按下式計(jì)算，公式的適用范圍為。人孔分圓形人孔和橢圓形人孔,前者易于加工,工裝少,但水室內(nèi)件裝配和檢修不很方便。考慮熱膨脹因素,高加水室中分程隔板的設(shè)置不盡相同。厚壁接管能夠較好的緩解開孔邊緣較窄范圍內(nèi)的高應(yīng)力集中問題，其中接管加厚部分，正位于最大應(yīng)力區(qū)域，從而可以有效降低開孔邊緣的應(yīng)力集中，并且厚壁接管與殼體形成了整體，抗疲勞性能比補(bǔ)強(qiáng)圈大幅度提高。（3）整鍛件補(bǔ)強(qiáng)：該結(jié)構(gòu)是將接管和部分殼體連同補(bǔ)強(qiáng)部分做成整體鍛件，再與殼體和接管連接。適用范圍：靜載，常壓，中低壓，材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于，殼體名義厚度不大于的場(chǎng)所。選用用德國(guó)牌號(hào)鋼管15NiCuMoNb564，該材料廣泛適用于高溫高壓給水接管。在相同壓力作用下，前者所受薄膜應(yīng)力幾乎是后者一半，人孔蓋和大開口結(jié)構(gòu)中的頂蓋主要承受彎曲應(yīng)力，需要壁厚較大。由于半球形水室少了筒節(jié)，封頭壁厚較薄，因而高加總重較輕，高度降低。對(duì)300 MW及以上高加，還需在給水進(jìn)口端的換熱管口內(nèi)設(shè)不銹鋼襯套，進(jìn)一步防止渦流沖刷腐蝕。當(dāng)水室直徑Dn ≤1100 mm時(shí)，可采用圓柱體伍德密封（即通常所稱的大開口），一般用在50 MW機(jī)組和200 MW機(jī)組的外置式蒸汽冷卻器和疏水冷卻器上；當(dāng)水室直徑Dn 1100 mm時(shí)，一般采用圓柱體加半橢圓封頭水室加人孔形式或半球形水室加人孔形式，常用在100 MW及以上機(jī)組，均為自緊密封結(jié)構(gòu)。水室封頭形式、人孔、給水進(jìn)出口接管、分程隔板的設(shè)置，都將對(duì)高壓加熱器性能產(chǎn)生一定影響，下面分別簡(jiǎn)述。水室承壓高,材質(zhì)基本為低合金高強(qiáng)度鋼，如水室封頭或筒體。（3）按GB150—2011和GB151—1999進(jìn)行計(jì)算和強(qiáng)度校核。 在加熱器殼體尾部，用不銹鋼板分隔出一段獨(dú)立擴(kuò)容室，使外來的疏水在這里經(jīng)擴(kuò)容后再進(jìn)入到凝結(jié)段去，有效地避免了對(duì)管子的沖刷。沿管束長(zhǎng)度方向布置隔板，起到支承管子作用，在設(shè)計(jì)中還對(duì)整個(gè)管系進(jìn)行振動(dòng)分析，防止在各種負(fù)荷工況下發(fā)生振動(dòng)，出于進(jìn)一步安全穩(wěn)定性考慮，在換熱管彎管段設(shè)置了防震裝置。同殼體一樣，需要布置一定的就地溫度計(jì)接管、就地壓力表接管、殼側(cè)化學(xué)清洗接管。殼體與管板間的B類焊縫、支座墊板、包裝預(yù)埋板與管板間焊縫及焊疤打磨面需要進(jìn)行熱處理。這樣的疏水出口管設(shè)置，可以免去在運(yùn)行前排放殘剩氣體。疏水冷卻段位于給水進(jìn)口流程側(cè)，由包殼板密封該流程的所有管子，用一塊較厚的端板將冷凝段與疏水冷卻段分隔開來。為了減少非凝結(jié)氣體的積聚而影響傳熱效果或產(chǎn)生腐蝕。圖21 核電高壓加熱器模型剖開圖過熱蒸汽段是利用汽輪機(jī)抽出過熱蒸汽的一部分顯熱升高給水溫度使其等于或大于進(jìn)氣壓力下的飽和溫度。5）尋找新型耐高溫高壓、具有良好傳熱性能和焊接性能的核電設(shè)備材料6）模擬殼程流體介質(zhì)的相變，為開發(fā)高效緊湊型換熱設(shè)備提供數(shù)據(jù)支持。僅見少數(shù)關(guān)于大型高壓加熱器的論文和專利報(bào)道，我國(guó)高校做了一些換熱設(shè)備數(shù)值模擬方面的探索。由以上原則確定核電常規(guī)島高加蒸汽走殼程，加熱給水走管程。但我國(guó)企業(yè)在設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算軟件、工程管理、設(shè)備配套供應(yīng)等方面與國(guó)外先進(jìn)水平之間存在比較大的差距。由沿海延伸至內(nèi)陸的多省份核電站建設(shè)大動(dòng)作，則為核電設(shè)備企業(yè)鋪展開廣闊的發(fā)展藍(lán)圖。這標(biāo)志著世界最先進(jìn)的壓水堆核電關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造”?！　?010年，我國(guó)核電設(shè)備行業(yè)繼續(xù)快速發(fā)展，核電關(guān)鍵重要設(shè)備自主化腳步不斷加快。近年來，我國(guó)核電設(shè)備制造業(yè)發(fā)展取得了顯著的成績(jī)。在長(zhǎng)期的核電設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和管理過程中，積累了豐富的實(shí)踐和理論經(jīng)驗(yàn)，在與國(guó)際同行的合作過程中，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和管理與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，取得了驕人的業(yè)績(jī)。 Structural optimization目 錄第一章 緒論 1 研究核電常規(guī)島高壓加熱器主要目的和意義 1 研究目的 2 研究意義 2 核電常規(guī)島高壓加熱器簡(jiǎn)介 2 核電常規(guī)島高壓加熱器在二回路的位置及功能 2 核電常規(guī)島高壓加熱器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概況 3 核電常規(guī)島高壓加熱器設(shè)計(jì)思路與結(jié)構(gòu)介紹 4 本文研究的主要內(nèi)容 6第二章 核電常規(guī)島高壓加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 封頭設(shè)計(jì)與水室接管設(shè)計(jì) 7 水室設(shè)計(jì) 7 封頭設(shè)計(jì) 7 水室接管設(shè)計(jì) 9 開孔與開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 9 分程隔板設(shè)計(jì) 10 人孔設(shè)計(jì) 10 11 11 12 13 U型管及拉桿定距管設(shè)計(jì) 14 U型管設(shè)計(jì) 14 拉桿定距管設(shè)計(jì) 16 折流板和支撐板設(shè)計(jì) 16 折流板設(shè)計(jì) 16 18 管板的設(shè)計(jì) 19 管板與殼程圓筒、管箱連接方式選型 19 20 20 23 23第三章 核電常規(guī)島高壓加熱器熱力性能研究 24 24 24 24 25 25 26 27 28 28 28第四章 核電常規(guī)島高壓加熱器常見故障及優(yōu)化方案 31 高壓加熱器管束震動(dòng)的研究 31 高壓加熱器管束振動(dòng)機(jī)理分析 31 防止、減小高壓加熱器管束振動(dòng)的措施 32 爆管泄露 33 工藝過程腐蝕 33 高壓給水對(duì)U型管管壁的沖蝕 34 管束布管結(jié)構(gòu)改型 34 U型管加引流翅片設(shè)計(jì) 35 槽管 35 35 上級(jí)疏水入口獨(dú)立擴(kuò)容室的設(shè)置 39 U型管彎曲管道內(nèi)流體流動(dòng) 40 次流 40 流動(dòng)分離現(xiàn)象 40第五章 總結(jié)與展望 41 總結(jié) 41 展望 41參考文獻(xiàn) 42致謝 44核電常規(guī)島高壓加熱器設(shè)計(jì)與研究第一章 緒 論 研究核電常規(guī)島高壓加熱器主要目的和意義 近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)一直保持快速增長(zhǎng)，對(duì)能源需求不斷增大，在煤電減排壓力、水電開發(fā)對(duì)自然環(huán)境的破壞、風(fēng)電與太陽(yáng)能發(fā)電成本高且技術(shù)不成熟等綜合因素作用下，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)能源安全使得核電發(fā)展成為必然趨勢(shì)。 HighpressuretheConventional Island關(guān)鍵詞：核電站。四川大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 核電常規(guī)島高壓加熱器設(shè)計(jì)與研究本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題