【正文】 ，進(jìn)行迭代計算，最終可得 kmwk 2/6582? 根據(jù)公式可求得計算換熱面積 26ln mtk QF ?? ????? （ ） 設(shè)計換熱面積 裕度系數(shù)： 考慮到計算公式的誤差，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備問題，我們要要留有裕度防止小部分堵管造成危險；在 —— 間， 應(yīng)此次設(shè)計傳熱管數(shù)量超過一萬，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 。39。39。 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 ? （ ） 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。 k) η（ 103Pa綜合考慮，選取一回路水的流速為 smu /51? 傳熱計算 蒸汽發(fā)生器的換熱過程包括冷卻劑對管壁的強(qiáng)迫對流換熱，管壁和污垢熱阻的導(dǎo)熱， 二回路的沸騰換熱。 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。 則可以求出 單管通流面積 2423*20 )( mdA ??????? ? 。根據(jù)上一節(jié)的計算結(jié)果，由于換熱量比較大，并且參考了我國大亞灣核電站的數(shù)據(jù) 。本節(jié)主要介紹蒸汽發(fā)生器的設(shè)計熱計算。39。1 ? 為一回路進(jìn)口水焓 。11 iiQG ???? （ ） 其中 ?? 為蒸發(fā)器熱效率 。39。 蒸汽發(fā)生器的熱力計算 熱力計算是以求取蒸汽發(fā)生器所需傳熱面積為主要目的的設(shè)計計算，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。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 傳熱管壁許用應(yīng)力： 21 /18][ mmkg?? 。 ， 一回路水溫差需大于 C?20 ，本次設(shè)計為 C?25 ； 二回路給水溫度： Ctf ??227 ； 二回路額定工作壓力 : MpaPs ? 。 ； 一回路冷卻劑出口溫度： Ct ??31539。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)飽和生蒸汽或者過熱蒸汽 。在壓水堆核動力裝置中，一般設(shè)計成一回路冷卻劑在蒸汽發(fā)生器傳熱管內(nèi)流動，二回路的工質(zhì)在傳熱管外流動。為了保證長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)計了一個通道 ,每天能把二次側(cè)的水完全更換三次 ,并可進(jìn)行取樣和過濾。 （ 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。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。為防止管束振動 ,嚴(yán)格控制管子與支撐條的間隙公差。 （ 3）管束支撐結(jié)構(gòu) 曾采用過剛性三葉形支撐板 ,最近采用柔性好、線接觸的柵格支撐板。要盡可能降低管子加工制造時產(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。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。為了提高 I 一 690 的耐腐蝕性能 ,確定了退火溫度和時間 (1071 度、超過 1 分鐘 ),使含碳量在 一%之間。W 公司供貨 ,它是以CANDU 堆蒸汽發(fā)生器的設(shè)計為基礎(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。 加拿大 Bamp。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。流水孔提供了大面積的流水通道 ,能降低阻力 ,提高流速。 （ 2）管子在管板內(nèi)采用液壓脹管 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。 （ 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)。最新設(shè)計的 F 型蒸汽發(fā)生器對防振 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程 ,使管子與防振條的間隙為早期 F 型的 1/3~1/4。 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 ? 計算出傳 熱管的總長度 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 （ ） 計算出彎管的總長度，再利用公式 彎總直 LLL ?? 可以求出直管段的長度，這樣就可以確定傳熱 管的具體排列方式了 國外關(guān)于蒸汽發(fā)生器傳熱管的設(shè)計的先進(jìn)成果 美國西屋公司新設(shè)計蒸汽發(fā)生器 美國西屋公司設(shè)計的 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。這種材料具有較高的強(qiáng)度，因此管壁可以較薄，而且這種材料對氯離子應(yīng)力腐蝕具有免疫性能，得到了廣泛應(yīng)用。但是無論怎樣調(diào)整奧氏體不銹鋼的合金成分，它對氯離子應(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 7 材。 由于奧氏體不銹鋼具有良好的耐均勻腐蝕的能力和良好的工藝性能，因此在早期的壓水堆核動力裝置中廣泛采用奧氏體不銹鋼作為蒸汽發(fā)生器的管材。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。 因此這些傳熱管有一個重要的安全方面的作用，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成核電廠的放射性和非放射性雙方之間的主要障礙之一。 產(chǎn)生的蒸汽再去推動渦輪葉片轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電力。熱輻射水被泵通過數(shù)千英尺的管道注入到每個蒸汽發(fā)生器，每一個蒸汽發(fā)生器都包含了3000 到 16000 根傳熱管，這些傳熱管的直徑只有四分之三英寸左右，高壓下，它以防止水沸騰。 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（論文） 6 本次設(shè)計的方法 因本次設(shè)計的要求不高，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》 得； x 為干度 為已知量 ； si 為二回路水飽和焓 查《手冊》得 ； fi 為二回路給水焓 查《手冊》得 ； ， lnt? 對數(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的換熱面積，因?yàn)榭紤]到計算過程中的誤差，和正常運(yùn)行時傳熱管污垢會有堵管的可能，所以再設(shè)計時必須加上一定的裕量，即乘以一個系數(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。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 蒸汽發(fā)生器傳熱管的設(shè)計方法 傳熱系數(shù) k 值得選取 傳熱系數(shù) k 值的選取是蒸汽發(fā)生器傳熱管熱力計算的核心部分。又由于鉻含量的提高，對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 。經(jīng)在一回路純水中進(jìn)行的腐蝕試驗(yàn)表明， lnconel— 600 對一回路應(yīng)力腐蝕破裂不敏感。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? 。 確定傳熱管選用的材料，管板，防震條等部件的相關(guān)尺寸 。 蒸汽發(fā)生器的水力計算 （ 1） 一回路水阻力計算： U 型管內(nèi)摩擦阻力計算，一回路局部阻力計算 （ 2） 二 回路水循環(huán)阻力計算：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。 蒸汽發(fā)生器傳熱 管結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 研究內(nèi)容與基本方法 傳熱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計 蒸汽發(fā)生器的熱力計算 及 熱平衡計算：此部分包括，一回路的壓力，溫度，流量，焓值，再通過以上數(shù)值可以初次計算出傳熱管束的壁厚。在設(shè)計蒸汽發(fā)生器時，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。蒸汽發(fā)生器應(yīng)設(shè)計得簡單緊湊，便于安裝使用，同時易于發(fā)現(xiàn)故障而及時排除，并有可能徹底疏干 。必須排除加劇腐蝕的任何可能性，特別是一回路中的腐蝕。蒸汽發(fā)生器的所有部件應(yīng)該絕對地安全可靠。只有滿 足這個要求才能保證電站在任何負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 在核動力裝置中，由于一回路為帶有放射性回路，而二回路為無放射性回路， 因此在研制蒸汽發(fā)生器時對結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、材料抗腐蝕性、密封性等都提出了很高的要求。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)計說明書上的要求。 在壓水堆核電站中，蒸汽發(fā)生器是一回路系統(tǒng)中的一個主要設(shè)備，具有尺寸大，重量重，設(shè)計、制造復(fù)雜，作用大的特點(diǎn)，再設(shè)計和制造方面被稱為當(dāng)代熱交換器技術(shù)的最高水平。所以此次的設(shè)計，其目的就是，找到一個適當(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，長度， U 形管的排列方式，傳熱管的排數(shù)，每排傳熱管數(shù)量。盡可能的使 蒸汽發(fā)生器再能安全平穩(wěn)的狀況下高效率工作。各國都把眼界與改進(jìn)蒸汽發(fā)生器技術(shù)當(dāng)做完善整個核動力裝置的重要環(huán)節(jié)，并制定了龐大的研究計劃。從而要求在安全的前提下保證蒸汽發(fā)生器經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。根據(jù)臥式蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行和設(shè)計等方面對腐蝕的機(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。傳熱管是有放射性的一回路系統(tǒng)和無放射性的二回 路系統(tǒng)的交界面，他承受著一次側(cè)和二次側(cè)之間加大的溫差和非常高的壓力差產(chǎn)生的應(yīng)力，又承受著水流流動而引起的震動，腐蝕以及傳熱管與管板連接部位的集中應(yīng)力等，因此造成蒸汽發(fā)生器傳熱管束破算事故的概率比較高。 蒸汽發(fā)生器傳熱管破損事故會給核電廠造成極其嚴(yán)重的后果，不僅會使一回路側(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，傳熱管破損還會伴隨其它安全設(shè)施的失效，造成堆芯損毀。 select the appropriate soda separator resistance. To arrive at the total loop resistance and then determine the preheating section height and movement of pressure head calculation, and then obtained by drawing the best circulation ratio. Key word Natural circulation steam generator, Square layout, Structural design 蒸汽發(fā)生器傳熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計 III 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................. I Abstract ...................................................................