23+5热交换器设计(论文+DWG图纸+外文翻译+文献综述+开题报告)
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23
热交换器
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23+5热交换器设计(论文+DWG图纸+外文翻译+文献综述+开题报告),23,热交换器,设计,论文,dwg,图纸,外文,翻译,文献,综述,开题,报告,讲演,呈文
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核电站2003年第2期 专论与译文 15 自然循环蒸汽发生器的运行原理和运行参数 核动力运行研究所 丁训慎 1. 运行原理 应堆控制方式 为了匹配反应堆与汽轮机的功率必须同时兼顾一二回路的压力温度等热工参数的相对稳定性和反应堆的安全性如一回路平均温度变化范围不能过大避免一回路水容积波动过大蒸汽发生器出口蒸汽压力不能太低会影响汽轮机效率等正常运行时流经反应堆的一回路流量基本保持不变反应堆功率的输出与反应堆进出口温度密切相关图1为大亚湾核电站一回路平均温度控制图采用了漂移一回路平均温度的方式通过同时改变一回路平均温度和蒸汽发生器出口蒸汽压力来匹配汽轮机功率的变化反应堆进口温度基本不变一回路平均温度随着功率的上升而上升蒸汽发生器出口蒸汽压力随功率 的上升而下降 图1 大亚湾核电站一回路平均温度控制图 回路系统的正常运行相当于核电站的功率运行系统的最佳稳态运行相当于核电站的基本负荷运行正常瞬态相当于负荷跟踪过程中的功率变化大亚湾核电站一回路系统稳态运行时参数如下 据不同的负荷稳压器水位在20%至64%相对水位之间变化 稳态运行时3台主泵都处于运行状态传送必需的一回路流量将反应堆所产生的热量通过3台蒸汽发生器传递到二回路系统 正常瞬态运行时反应堆的功率需要随负荷变化而变化这就造成一回路水温度的变化从而引起一回路水的收缩或膨胀稳压器用来调节一回路水的温度和容积的变化 然循环 自然循环蒸汽发生器下降通道中的流体为给水与分离器疏水的混合物基本上不含蒸汽而上升通道中的流体为汽水两相混合物下降通道中的流体密度大于上升通道中的流体密度两者形成的压差在回路中建立起运动压头形成自然循环 蒸汽发生器自然循环时运行压头与流动阻力平衡依靠自身改变循环流量即改变循环倍率来调节当负荷下降时在同一传热面上传热量下降蒸汽量减小即上升通道中汽水两相混合物中的蒸汽含量减小而循环倍率的变化与蒸汽含量的专论与译文 核电站2003年第2期 16 变化成反比即负荷下降循环倍率增大 汽发生器的水位 汽发生器内的水位是指下降通道中通过测量得到的水位在上升通道中是汽水混合物水位要调节到一个已知的整定值一般为旋叶式分离器的中部如果水位过低将会发生蒸汽进入给水环在给水管道中会产生水锤的危险会使循环倍率降低上升通道中蒸汽含量过高会在管壁产生蒸汽膜和杂质沉积会发生传热管腐蚀的危险如果水位过高会淹没或局部淹没干燥器使出口蒸汽湿度增加引起汽轮机叶片的腐蚀 汽发生器水位控制是通过控制调节阀的开度来改变给水流量一般有下列3种方式 大小流量分开控制为了改善控制系统在小流量时的性能采取了大小流量分开控制的方式小流量时由旁路调节阀调节大流量时旁路调节阀全开主给水调节阀起作用这就要求在调试过程中正确地选择切换点和重叠度保证大小流量的无扰动切换 图2 水位串级控制简图 主从控制通道串级控制蒸汽发生器水位调节采取了串级控制方式子通道为流量控制通道主通道为水位控制通道见图2所示采取串级控制方式有利于改善控制系统的线性度提高响应速度 前馈控制影响蒸汽发生器水位变化的主要因素是负荷即蒸汽流量为了提高整个控制系统的响应速度引入主要扰动量蒸汽流量作开环控制即前馈控制蒸汽流量一旦变化给水流量相应地作出调整避免水位大的变化前馈控制对抑制虚假水位对控制通道的影响有非常重要的作用但前馈控制要求对起前馈作用的扰动量的测量要非常准确 蒸汽发生器的给水是蒸汽在凝汽器中冷凝后的水经给水加热器加热后由汽动给水泵增压并将给水分配到每台蒸汽发生器的给水管路给水量由以下两个设备互为补充进行调节汽动给水泵的转速进行调节对3台蒸汽发生器共同调节速度较快给水大流量和小流量的调节阀开启度进行调节对每台蒸汽发生器个别调节速度较慢 水流量控制系统是核电站最重要的系统之一会直接影响机组安全与满负荷运行大亚湾核电站二回路有3个同样的蒸汽发生器给水管路每个给水管路具有一个主给水调节阀一个旁路给水调节阀隔离阀和仪表控制回路此外3台蒸汽发生器共用2台汽动给水泵一台电动给水泵 给水流量控制系统分为给水泵速度控制和水位控制两个回路泵的转速和阀门的开启度都会影响给水流量为了使两个控制回路都能正常工作必须使它们相互独立互不影响为此将泵速控制设计成给水母管和蒸汽母管之间的压差来控制最终控制给水调节阀两端的压差为规定值 专论与译文 17 为了向冷停堆过渡并达到余热冷却系统投入运行 当正常给水系统中的1个失效时辅助给水成为应急手段用以排出堆芯余热直至达到余热冷却系统投运条件在这种情况下一回路放出的热量通过蒸汽发生器由辅助给水传输给二回路向凝汽器或大气排放 每台机组有一个贮水箱一套唧送装置和一组带有流量调节的向蒸汽发生器注水的管路水泵将贮存在贮水箱中的水通过一个流量调节阀送入蒸汽发生器 汽发生器的主蒸汽是具有一定压力温度和流量的饱和蒸汽饱和蒸汽的湿度应低于规定的指标 主蒸汽流量是用于反应堆控制和保护的一个重要参数它与相应的给水流量之差来调节主给水阀以控制蒸汽发生器的水位当两者之差超过设定值时向反应堆保护系统发出停堆信号另外还用主蒸汽流量和其它信号共同作用向反应堆保护系统发出主蒸汽隔离信号等 出口蒸汽压力如图1所示它与一回路平均温度一起来匹配功率的变化随着功率的上升而下降在蒸汽发生器二次侧的主蒸汽管线上安装有7台安全阀它们的功能是通过排除蒸汽来防止一回路系统的超压和过热通过限制蒸汽量和速率来防止堆芯过冷 出口蒸汽湿度对提高汽轮机的效率和可靠性影响很大蒸汽的湿度主要取决于蒸汽发生器汽水分离装置的分离效果为考核蒸汽发生器的性能对汽轮机叶片的冲刷和腐蚀作正确评估计算蒸汽发生器的热功率输出要求精确地测量蒸汽湿度 q/q/q/据蒸汽发生器的水化学要求排污率为蒸汽量的1%污水从蒸汽发生器排污扩容器输出通过排污冷却器排污预过滤器排污混床净化器以及排污后过滤器然后到凝汽器热井或向外排放对排污水进行定期取样和分析以确定排污率是否需要调整以保持二次侧水化学指标在规定限度内是否存在一次侧向二次侧的泄漏需要采取纠正措施是否应改变排污水的处理方法 2. 运行参数 次侧运行参数 次侧水进出口温度 一次侧水进出口温度的测量对反应堆的保护和控制都是十分重要的大亚湾核电站每台蒸汽发生器的热端和冷端各装有四个温度传感器其中一个为热电偶温度传感器宽量程范围为0 350主要用于监视堆芯冷却情况另三个为热电阻式温度传感器一个用于保护通道一个用于控制通道一个留着备用温度传感器的分布见图3对热电阻式温度传感器其热端温度取自蒸汽发生器的旁道管线为减小温度分布不均匀对温度测量造成的影响同热端相连的旁通管与一特制的取样收集器专论与译文 核电站2003年第2期 18 相连该收集器在主管道同一截面上分三支以120角向管道中心延伸上面均布若干取样孔以获取具有代表性温度的流体样品冷端温度取自主泵的旁通管线由于主泵的混和作用认为温度分布比较均匀故只在主泵出口处设一个取样管这两个旁通管线共用一段带有流量计的回流管线在蒸汽发生器与主泵之间为均衡冷热端的旁通流量在冷端旁路上装有限流孔板这样能保证温度传感器的响应时间对反应堆的保护和控制十分重要宽量程的温度传感器则直接插入各环路的冷热端表1为大亚湾核电站蒸汽发生器在设计条件下不同负荷时的一次侧水进出口温度 图3 一次侧水进出口温度和流量传感器以及给水 主蒸汽排污水流量传感器布置示意图 一次侧水流量 反应堆停堆保护系统动作使反应堆紧急停堆若流量过大则流致振动增大严重时会导致堆内部件的损坏 大亚湾核电站一次侧水的流量测定采用了主泵电功率法和弯管流量计法并利用热平衡对一次侧水的流量进行了验证 表1 大亚湾核电站蒸汽发生器在设计条件下 不同负荷时的一次侧水进出口温度 负荷 总传热 系数 W/次侧进口温度 一次侧出口温度 % 10 0 0 0 00 泵电功率法通过测量每一环路主泵单独运行时的电功率1和三台主泵同时运行时该环路主泵的电功率3就可以计算出三台主泵同时运行时该环路的流量表2 电功率法和弯管流量计法的测量结果 环路流量m3/h 总流量 环路1 环路2 环路3 电功率法 26347 25241 26454 78042 弯管流量计法 24813 24543 25184 74540 流量与压差存在一定的关系由此可以得到一次侧水流量与弯管流量计压差值的关系式测量结果见表2弯管流量计测量大口径管道的大流量具有很高的精度被用于测量核电站一次侧水流量 次侧水压力 大亚湾核电站在三个环路中的一个环路上装有一台稳压器用以保持一回路中的运行压力为核电站2003年第2期 专论与译文 19 一次侧压力损失 一次侧压力损失包括摩擦阻力和局部阻力两部分具体为水室进口管束进口管束中摩擦阻力管束出口和水室出口的压力损失一次侧进出口压差测点一般安装在蒸汽发生器一次侧进出口接管上一次仪表为差压变送器大亚湾核电站在额定负荷下一次侧压力损失为307.8 次侧运行参数 水流量 如图3所示在每台蒸汽发生器的给水管线上安装有经过标定的文丘里管用来测量主给水的流量通过文丘里管的引压管装有三个流量传感器其中一个为窄量程主要用于在额定流量为5%时起动辅助给水系统并发出停堆信号两个为宽量程用于与相应的蒸汽流量之差来调节主给水阀以控制蒸汽发生器水位并向反应堆保护系统发出信号由于文丘里管在出厂前已进行过标定测量误差应在允许范围内若误差过大则需对文丘里管重新标定 蒸汽流量 在每台蒸汽发生器的蒸汽输出管道的入口处装有一未经标定的限流器通过测量主蒸汽流经限流器及部分管道的压降来计算主蒸汽流量由于安装条件对测量结果影响较大因而在升功率过程中要进行重新标定以满足验收标准 水温度 主给水由高压加热器加热汽动给水泵增压后进入蒸汽发生器给水温度在蒸汽发生器给水入口处直接测得表3为大亚湾核电站蒸汽发生器在设计条件下不同负荷时的给水温度 和蒸汽压力和饱和蒸汽温度 饱和蒸汽压力和饱和蒸汽温度是根据一次侧水在蒸汽发生器内放出的热量等于通过传热管束传递给二次侧的热量而得出的可用热工水力分析程序来计算在蒸汽发生器运行中如果蒸汽量大于需要量汽机不能耗用过多的蒸汽而使二次侧饱和蒸汽压力和饱儿蒸汽温度升高降低了传热温差接着蒸汽量下降所以蒸汽发生器中的传热由改变二次侧饱和蒸汽压力和饱和蒸汽温度来进行自动调整表1表示了不同负荷下的二次侧饱和蒸汽温度 口蒸汽压力 蒸汽发生器出口蒸汽压力等于饱和蒸汽压力减去下列几种压力损失 1通过旋叶式分离器的压力损失 2在旋叶式分离器与干燥器之间的压力损失 3通过干燥器的压力损失 4在上封头内与出口蒸汽管内包括限流器的压力损失 口给水压力 蒸汽发生器入口处的给水压力等于饱和蒸汽压力加上水位与给水环底部之间的水柱重量和给水环内包括 出口蒸汽湿度 借助于一种易溶于水而不挥发的示踪剂通过测定蒸汽发生器内锅水示踪剂浓度和给水中示踪浓度就可以确定出口的蒸汽温度如果在凝结水泵负荷% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 65 20 226 表3 大亚湾核电站不同负荷时的给水温度 专论与译文 核电站2003年第2期 20 入口注入示踪剂由于示踪剂的不挥发性干蒸汽不带走示踪剂经过一段时间后示踪剂将全部积聚在蒸汽发生器内实际上出口的是湿蒸汽水滴要带走部分溶于锅水中的示踪剂并通过给水系统返回蒸汽发生器 测量时关闭排污系统下泄流及凝汽器排污维持二回路系统各水箱水位不变在稳定功率运行工况下注入碳酸铯并经过一段时间运行后使蒸汽发生器内和给水中的示踪剂建立平衡关系为了提高测量精度要求对蒸汽发生器内的示踪剂浓度测量具有一定的代表性一般取蒸汽发生器上部水样给水中示踪剂浓度在给水母管上通过给水流量控制系统取样在取样后用原子光谱仪分析样品中碳酸铯的浓度得到蒸汽发生器内的蒸汽湿度 功率 蒸汽发生器额定热功率输出测量是通过出口蒸汽压力和蒸汽湿度给水压力温度和流量根据蒸汽发生器进出口热平衡原理计算而得到的为保证试验结果的准确性要求机组稳定运行并关闭蒸汽发生器的排污每台蒸汽发生器的额定热功率为 W= X e中 总传热系数 蒸汽发生器总传热系数等于传热管束各热阻总和的倒数这些热阻为一次侧热阻管壁热阻污垢热阻和二次侧热阻一次侧水对管壁的传热属管内紊流传热可按迪图斯0管壁对二次侧工质的传热属于饱和水在管间的核态沸腾传热可采用罗逊诺0 水位 大亚湾核电站每台蒸汽发生器设置四只水位传感器一只宽量程传感器适用于从管板至旋叶式分离器之间所有可能的水位变化三只窄量程传感器提供控制和安全保护通道的信号所有四只传感器的水位信号都传至主控室在记录仪上记录而窄量程传感器的水位除在记录仪上记录外还在水位指示器上显示下面表示宽量程和窄量程传感器上下接头距管板上表面的距离 m m m m m 环倍率与循环回路内的压力损失 循环倍率的定义为通过管束的汽水混合物质量流量相对于出口主蒸汽流量的比率通过管束的汽水混合物质量流量与进入上升通道的自然循环流量相等在自然循环时运动压头克服流动阻力为了确定
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