【正文】 nδ = 考慮腐蝕裕量以及多個開孔造成的應力集中，取封頭厚度為 75mm。 從受力計算模型分析 ， 球形封頭、橢圓封頭及筒體主要受薄膜應力作用 ， 球形封頭結(jié)構(gòu)變化平緩均勻 ， 應力集中傾向較小。少數(shù)高加已開始采用半球形水室加人孔形式，具體采用何種形式 ， 還需考慮設(shè)計院給水管道的布置等因素。 從受力計算模型分析 ： 球形封頭、橢圓封頭及筒體主要受薄膜應力作用 ， 球形封頭結(jié)構(gòu)變化平緩均勻 ， 應力集中傾向較小 ； 在相同壓力作用下 ， 前者所受薄膜應力幾乎是后者一半 ； 從表 3可看出球形封頭壁厚比橢圓封頭 明顯減少。 以水室直徑 DN 1300 為例進行比較見表 21。整流板用較厚的耐沖蝕的鉻鉬鋼材料制成 ,整流板孔采用喇叭形孔 ， 輔助管板孔形成較好的給水流線 ， 降低管端入口束流沖擊。 半球形水室 ， 水室空間相對較小 ， 管端泄漏檢修較橢圓封頭水室困難 ， 但材料消耗低。 對于水室的形式 ， 為了便于進入水室檢修 ， 對水室直徑的大小可以按 Dn = 1 100 mm 為界。 封頭設(shè)計 壓力容器封頭的種類較多，分為 凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋和緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭 。如何設(shè)計和保護這些部件就是很重要的問題。設(shè)計采用舞陽鋼鐵廠 SA516Gr70（執(zhí)行 美國 ASTM、 ASME標準 ），熱處理需要 鋼板通常以軋制狀態(tài)供貨，鋼板也可按正火或消除應力，或正火加消除應力訂貨 ，特點是 抗沖擊性能好 ， 溫度形變小 ， 焊接性能好 ， 抗疲勞性能好 ， 防層狀撒裂性能好 ， 微合金化 ， 高純凈度 ， 低碳當量 抗硫氫能力強 ， 產(chǎn)品具有良好的尺寸公差和表面質(zhì)量 。 7 第二章 核電常規(guī)島高壓加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 封頭設(shè)計與水室接管設(shè)計 水室設(shè)計 寧德核電一期 4超超臨界 1000MW機組采用 “ U 型管 — 管板式”高壓加熱器，U型管式高加水室 ， 也即列管式換熱器的管箱，其作用主要是分配和匯集換熱前后的高壓給水。 （ 4）根據(jù)工藝條件，進行熱力計算。 （ 2）通過使用 AutoCAD 軟件繪制高壓加熱器總裝配圖和零部件圖，進一步熟悉核電常規(guī)島高壓加熱器各部分結(jié)構(gòu)及功能，領(lǐng)會設(shè)計思想，掌握制造、檢測、安裝工藝。 引進的高壓加熱器設(shè)計運用計算機進行了熱力、阻力、強度、振動、變工況特性、重量等計算 ， 選擇了最佳設(shè)計方案 ， 充分體現(xiàn)出產(chǎn)品設(shè)計的先進性可靠性和合理性。在高加殼體中部備有相同的滾動支承 ， 供檢修時抽除殼體用。 (4) 支承 設(shè)計支承時 ， 考慮了地震對高加的影響。管子與管板的連接采用了先進的焊接及液壓脹管連接 ， 保證了密封性與抗拉脫性。 (3) 管束 管子材料可以根據(jù)用戶要求與實際情況選用。 水室分隔板焊接在管板上 ， 只有一過渡管與水室出口管座焊 接 ， 避免分隔板與半球封頭直接焊接 ， 消除了半球封頭受壓后產(chǎn)生較高的局部應力。筒節(jié)布置一定的就地溫度計接管、就地壓力表接管、殼側(cè)化學清洗接管。 (1) 殼體 高加殼體采用全焊接結(jié)構(gòu) ， 為檢查殼體內(nèi)部時可抽出殼體 ， 故殼體上標有現(xiàn)場切割線 ， 在切割線之下襯有不銹鋼保護環(huán) ， 以免切割時損及管束。限制凝結(jié)水進入吸水口的流速 ， 以防凝結(jié)水汽化 ， 導致管材沖刷而損壞。吸水口插入被準確地保持一定的凝結(jié)水位之下 , 凝結(jié)水經(jīng)一組隔板引導向上流動 ， 通過該段 ， 三從位于該段頂部在殼體側(cè)面的疏水出口管疏出。端板的作用是當蒸汽進入到端板的管孔和管子外表面的間隙時 ， 被凝結(jié)而形成了一個水密封。 疏水冷卻段是把離開凝結(jié)段的流水熱量傳給進入加熱器的給水 ， 使疏水涅度降至飽和溫度以下 ， 達到規(guī)定的疏水端差。在蒸汽凝結(jié)段段管束中設(shè)置了內(nèi)置式排氣裝置 ， 有利于沿管束長度方向均勻地排出非凝結(jié)氣體。從過熱蒸汽冷卻段流出的蒸汽均勻地流向該段的各部分。過熱蒸汽從蒸汽進口管進入殼體后，將防沖刷擋板焊接在支 5 撐板上，使管束避免與高溫高壓蒸汽直接接觸，可以較好的防止?jié)裾羝麑茏拥臎_刷和水蝕。每個高加可以分為過熱蒸汽段，蒸汽冷凝段和疏水冷卻段三段，結(jié)構(gòu)參見圖 21。 核電常規(guī)島高壓加熱器設(shè)計思路與結(jié)構(gòu)介紹 高壓加熱器 （ 亦稱表面式給水加熱器 ,簡稱高加 ） 是汽輪機給水回熱系統(tǒng)中的一個重要組件。 核電常規(guī)島高壓加熱器研究重點在： 1）管板和封頭尺寸優(yōu)化； 2）蒸汽進口、上級疏水入口等關(guān)鍵部位的強度設(shè)計； 3）氣液兩相流傳熱性能研究； 4）通過建立模型分析流場和溫度場變化，對結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝提出優(yōu)化改進。 在國際上，核 電大型承壓換熱器核心技術(shù)壟斷在日本、美國、法國等核電建設(shè)較 4 早的國家，目前采用計算機輔助工程（ Computer Aided Engineering，簡稱 CAE）技術(shù)結(jié)合計算流體力學（ Computational Fluid Dynamics，簡稱 CFD）研究手段對極端大型承壓換熱器內(nèi)部流場和溫度場進行模擬，得出大量數(shù)據(jù)和信 息，根據(jù)不同的客戶需求來進行設(shè)備設(shè)計。由于制造性企業(yè)科研投入較少以及我國各核電研究設(shè)計院并沒有參與常規(guī)島設(shè)備的設(shè)計等原因，使得長期以來對高加內(nèi)部流體傳熱機理，氣液相變過程研究成果較少。 核電常規(guī)島高壓加熱器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概況 目前，我國能夠制造 1000MW 超超臨界機組核電高壓加熱器的廠家緊東方鍋爐廠、上海電 氣電站輔機廠、哈爾濱鍋爐廠三家，采用的是日本 TOSHIBA、法國 AREVA、美國西屋技術(shù)。 3 圖 11 壓水堆核電站工藝系統(tǒng)及設(shè)備 二、高壓加熱器內(nèi)流動路徑的確定： 冷、熱流體在換熱 器內(nèi)的流動路徑需要合理的安排，一般可依下列原則確定： （ 1） 對于固定管板式，一般將 易結(jié)垢的流體流經(jīng)管程； （ 2） 具有飽和蒸汽冷凝換熱器，應使飽和蒸汽走殼程，因為飽和蒸汽比較清潔，傳熱系數(shù)與流速無關(guān)并且冷凝液容易排除； （ 3） 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，有毒的流體宜走管程，減少泄露的機會； （ 4） 具有腐蝕性的流體宜走管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕，節(jié)約耐腐蝕材料用量，降低換熱器成本。本文即對核電常規(guī)島高壓加熱器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化以及從汽液兩相漩渦脫落特性、管束振動機理入手，以高加熱力性能研究為案例，為我國核電裝備制造提供設(shè)計思想與原始數(shù)據(jù)，該設(shè)計思想同樣可以運用于核島蒸汽發(fā)生器、常規(guī)島凝汽器、常規(guī)島汽水分離再熱器等超大型換熱器的設(shè)計研發(fā)中。可以認為我國已初步具備了制造百萬千瓦級核電站設(shè)備的能力。伴隨著國產(chǎn)化程度不斷提高，在國家核電技術(shù)自主化、核電設(shè)備國產(chǎn)化的政策推進下，龐大的市場需求必將帶動中國核電設(shè)備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。 隨著 “十二五 ”的到來， “新能源 ”這一關(guān)切經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，同時關(guān)系到國家的能源安全保障和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā) 展的高頻詞，催生出了電力裝備行業(yè)新興的市場制高點。 2 研究目的 東方電氣集團、上海電氣集團及哈電集團是中國核電設(shè)備制造行業(yè)綜合實力較強的三大動力集團，三家企業(yè)在核電設(shè)備市場占有較大份額，是國內(nèi)核電設(shè)備市場的主要力量。 2020 年 3 月 16 日，我國首臺國產(chǎn) AP1000 核電蒸汽發(fā)生器開工制造，投入使用后將使我國核電站的國產(chǎn)化率，由不足一半到完全國產(chǎn)化， 代表了我國裝備制造的最高水平。 2020 年 12 月 18 日，我國首臺完全自主開發(fā)的紅沿河核電站 1 號機組核反應堆壓力容器完工并成功共發(fā)送，標志我國百萬千瓦級核島主設(shè)備的制造完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。截至 2020 年底，我國核電裝機容量為 908 萬千瓦， 共11 臺機組，首批三代核電自主化依托項目 2020 年全部開工建設(shè) [1]。 2020 年，已經(jīng)投運的核電機組有 11 臺，總裝機容量 910 萬千瓦。 同樣， 在核電發(fā)展熱潮推動下，核電設(shè)備制造業(yè)迎來了歷史性發(fā)展機遇。 我國在三十多年的核電建設(shè)中，經(jīng)歷了起步，小批量建設(shè)、快速發(fā)展三個階段，去年日本福島核事故之后，我國將核電發(fā)展定位為“安全高效”，也即第四個階段。 1978 年以來，中國和工業(yè)集團、中國廣東核電集團等核電業(yè)者走出了一條以我為主發(fā)展民族核電的成功道路。去年發(fā)生在日本的福島地震核泄漏以及發(fā)生在美國三里島和前蘇聯(lián)切爾諾貝利的核事故給人類敲響了警鐘，在國際上來說，核電技術(shù)并不完全成熟，在核電設(shè)備方面也需要各國科技工作者的不斷改進，提高其安全性能與工作效率。 核電常規(guī)島高壓加熱器在二回路的位置及功能 .......... 錯誤 !未定義書簽。 Thermal characteristics。 Highpressure heater。 高壓加熱器；強度校核；熱力計算；結(jié)構(gòu)優(yōu)化 核電常規(guī)島高壓加熱器設(shè)計與研究 Design and Research of HighPressure Heater of the Conventional Island of Nuclear Power Station Major： Process Equipment and Control Engineering Abstract： Highpressure heater of the conventional island of nuclear power is a shelltube heat exchanger， whose role is to heat the highpressure water from turbine extraction steam, it could ensure the temperature of feed water which will rise the thermodynamic cycle efficient of nuclear power plant and reduce temperature difference of the steam generator to ensure the safe of operation unit. At present, domestic enterprises did some independent research based on the thermal power design experience and learn from the foreign design drawings, but the structure is not pact enough. Designed and checked the strength of the various structural ponents of the high pressure heater in accordance with GB1501998 and GB1511999。本文按照 GB1501998和 GB1511999對高壓加熱器各個結(jié)構(gòu)部件進行設(shè)計與強度校核，繪制了高壓加熱器設(shè)備總圖和管系等圖；在此基礎(chǔ)上，將高壓加熱器分為三個串聯(lián)換熱器，建立聯(lián)立方程組，探究氣相、汽液兩相、液相三種流體介質(zhì)在換熱管外傳熱系數(shù)，建立了傳熱設(shè)計計算的迭代法與過程；基于管束冷凝傳熱分析結(jié)果，提出了在管板布管區(qū)減少換熱管數(shù)留出蒸汽通道、部分換熱管設(shè)置引流翅片、 MSR進口設(shè)置獨立擴容室等結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，以提高加熱器傳熱效率。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 3）其它 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 學生在論文（設(shè)計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意 ？ □ 優(yōu)