蒸汽發(fā)生器工藝設計

1、蒸汽發(fā)生器工藝設計目 錄第一章 緒 論第二章 蒸汽發(fā)生器的設計與計算2.1 根據(jù)熱平衡確定換熱量2.2 管徑的選取以及傳熱管數(shù)目的確定2.3 換熱面積的計算2.4 管束結(jié)構(gòu)的計算2.5 強度計算2.6 主要管道內(nèi)徑的計算2.7 一回路水阻力計算2.8 二回路水循環(huán)阻力計算2.9 運動壓頭計算2.10 循環(huán)倍率的確定第三章 結(jié)論與評價 附錄1 蒸汽發(fā)生器熱力計算表附錄2 蒸汽發(fā)生器水力計算表附錄3 蒸汽發(fā)生器強度計算表 第一章 緒論蒸汽發(fā)生器是產(chǎn)生汽輪機所需蒸汽的換熱設備。在核反應堆中，核裂變產(chǎn)生的能量由冷卻劑帶出，通過蒸汽發(fā)生器將熱量傳遞給二回路工質(zhì)，使其產(chǎn)生具有一定溫度一定壓力和一定干度的蒸

2、汽。此蒸汽再進入汽輪機中做功，轉(zhuǎn)換為電能或機械能。在這個能量轉(zhuǎn)換過程中，蒸汽發(fā)生器既是一回路的設備，又是二回路的設備，所以被稱為一、二回路的樞紐。蒸汽發(fā)生器作為一回路主設備，主要功能有：1、將一回路冷卻劑的熱量通過傳熱管傳遞給二回路給水，加熱給水至沸騰，經(jīng)過汽水分離后產(chǎn)生驅(qū)動汽輪機的干飽和蒸汽；2、作為一回路壓力邊界，承受一回路壓力，并與一回路其他壓力邊界共同構(gòu)成防止放射性裂變產(chǎn)物溢出的第三道安全屏障；3、在預期運行事件、設計基準事故工況以及過度工況下保證反應堆裝置的可靠運行。實際運行經(jīng)驗表明，蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠的運行，對整個核動力裝置的經(jīng)濟性和安全可靠性有著十分重要的影響。據(jù)壓水堆核電

3、廠事故統(tǒng)計顯示，蒸汽發(fā)生器在核電廠事故中居重要地位。一些蒸汽發(fā)生器的可靠性是比較低的，它對核電廠的安全性、可靠性和經(jīng)濟效益有重大影響。因此，各國都把研究與改進蒸汽發(fā)生器當做完善壓水堆核電廠技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，并制定了龐大的科研計劃，主要包括蒸汽發(fā)生器熱工水力分析；腐蝕理論與傳熱管材料的研制；無損探傷技術(shù)；振動、磨損、疲勞研究；改進結(jié)構(gòu)設計，減少腐蝕化學物的濃縮；改進水質(zhì)控制等。 第二章 蒸汽發(fā)生器的設計與計算蒸汽發(fā)生器的設計計算包括熱力計算、水動力計算、強度計算、結(jié)構(gòu)設計等。熱力學計算主要通過傳熱學知識計算傳熱管傳熱面積，然后與管束結(jié)構(gòu)設計相結(jié)合可以得到傳熱管長度、管束直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。強度計算通過

4、壓力校驗等用于選取蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)材料、確定結(jié)構(gòu)尺寸等。蒸汽發(fā)生器中要通過強度計算得出的參數(shù)有傳熱管、上下筒體、球形下封頭管板等的壁厚。在強度計算得出參數(shù)后要留取一定余量，以滿足變工況下出現(xiàn)超壓情況的需求。水動力計算是最后一步，因為只有結(jié)構(gòu)尺寸確定，運動狀態(tài)已知的情況下水力情況才得以確定。水力計算包括一回路水阻力計算、二回路水循環(huán)阻力計算、運動壓頭計算等。其中一回路水阻力計算相對簡單主要包括單相水u型管管內(nèi)摩擦阻力和局部阻力兩項；二回路水循環(huán)阻力計算及運動壓頭計算比較復雜。因為蒸汽發(fā)生器內(nèi)二回路側(cè)流體的水力特性取決于流體工質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)、流道的結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)，以及工質(zhì)的流動形式。而且計算過程誤差

5、較大，往往需要在試驗中進一步修正。二回路水循環(huán)阻力包括下降空間阻力、上升空間阻力、汽水分離器阻力等。而上升空間阻力又包括摩擦阻力、局部阻力、彎管區(qū)阻力、加速阻力、流量分配孔阻力五項。設計中常用圖解法來確定循環(huán)倍率，即先假設幾個不同的循環(huán)倍率分別計算其運動壓頭和總阻力，在直角坐標系作出相應曲線，兩根曲線交點即為穩(wěn)定工況的循環(huán)倍率值。循環(huán)倍率值一般取25為宜，其值過小會導致傳熱惡化，腐蝕加劇等；而過大則會增大汽水分離器負荷，使蒸汽干度降低，危機汽輪機安全。計算過程中水力計算是在結(jié)構(gòu)選型和熱力計算之后進行，但是結(jié)構(gòu)設計和熱力計算又需要水力計算數(shù)據(jù)，因此三者往往要反復交替進行，以使設計逐步完善。2.1

6、根據(jù)熱平衡確定換熱量一回路進口焓值：=1394.21 kj/kg (15.0mpa，310）；一回路出口焓值：=1284.45 kj/kg （15.0mpa，290）；二回路給水焓：=944.38 kj/kg (5.0mpa，220）；二回路飽和水溫：=264 （5.0mpa）；二回路飽和水焓：=1154.50kj/kg （5.0mpa）；二回路飽和蒸汽焓值：=2793.6 kj/kg（5.0mpa）；二回路汽化潛熱： r=-=2793.6-1154.2=1639.73kj/kg （5.0mpa）；排污量：；干度：；換熱量：；一回路水流量： ；=0.99為蒸汽發(fā)生器的熱效率。2.2 管徑的選取

7、以及傳熱管數(shù)目的確定選取傳熱管的外徑為：；節(jié)距選取為： ；則最小節(jié)圓半徑為： ；負公差修正系數(shù)：=1.102；彎曲減薄系數(shù)：；一回路側(cè)設計壓：傳熱管壁厚： ，此處?。粋鳠峁軆?nèi)徑：；單管流通面積：選取一回路側(cè)水流速度為：一回路水平均比容：（15.0mpa，300，飽和水）則一回路側(cè)流通面積為：u型管數(shù)目為：根據(jù)排管最后確定u型管數(shù)目為： n=20862.3 換熱面積的計算一回路側(cè)水導熱系數(shù)： （15.0mpa，300，飽和水）一回路側(cè)水普朗特數(shù)： （15.0mpa，300，飽和水）一回路側(cè)水動力粘度： （15.0mpa，300，飽和水）一回路側(cè)雷諾數(shù)：一回路側(cè)換熱系數(shù)：傳熱管導熱系數(shù)： （給定）

8、傳熱管壁熱阻：污垢熱阻： （按i-600選定）傳熱溫差： 傳熱裕度系數(shù)：c=1.12.4 管束結(jié)構(gòu)的計算傳熱管排列方式：按正方形排列實際布管數(shù)：n=2086根平均直徑：彎管總長：直管總長：管束直段高：管束彎段高：管束總高：2.5 強度計算其中t是裝配間隙，約1020mm，取20mm。，其中是襯筒壁厚，給定為12mm。其中b為下降流道寬度，取為88mm。下筒體許用應力：=18kg/mm2下筒體計算壁厚：（3）上筒體許用應力：=18kg/mm2 （給定）設計壁厚取為：（4）球形下封頭許用應力：設計壁厚取為：（5）管板許用應力：設計壁厚選取為：堆焊層厚度： 2.6 主要管道內(nèi)徑的計算主管道計算流速：

9、 （選取，812m/s)20蒸汽管計算流速： （選取，3040m/s）蒸汽管設計內(nèi)徑：二回路給水比容：給水管計算流速： （選取，25m/s）給水管設計內(nèi)徑：2.7 一回路水阻力計算(1)u型管內(nèi)摩擦阻力計算考慮堵管后流速摩擦阻力系數(shù)：平均壁溫：在此壁溫下的動力粘度：溫度修正系數(shù)：(2)局部阻力計算下封頭內(nèi)徑：進口管內(nèi)徑： （與主管道相同）進口管截面積：突擴阻力系數(shù)：一回路側(cè)水入口處比容： （15.0mpa，310）水室轉(zhuǎn)彎45阻力系數(shù)： （查表，線性插值）考慮堵管后截面積：系數(shù)：查圖得傳熱管入口阻力系數(shù)：傳熱管入口阻力：u型管轉(zhuǎn)180阻力系數(shù)：u型管轉(zhuǎn)180阻力：傳熱管出口阻力系數(shù)：出口處水比

10、容（15.0mpa，290）：傳熱管出口阻力：出口管內(nèi)流速：水室轉(zhuǎn)彎45阻力系數(shù)： （查表，線性插值）水室轉(zhuǎn)彎阻力：出口管突縮阻力系數(shù)：出口管突縮阻力：總阻力：設計阻力：2.8 二回路水循環(huán)阻力計算 (1)下降空間阻力下降空間水比容：入口阻力系數(shù)：出口阻力系數(shù)：定位裝置阻力系數(shù)：下降空間高度：襯筒外徑：下筒體內(nèi)徑：下降空間當量直徑：絕對粗糙度：摩擦系數(shù)：下降空間截面積：下降空間水流速：下降空間阻力：(2)上升空間阻力a) 摩擦阻力飽和水比容：飽和蒸汽比容：飽和蒸汽密度：襯筒內(nèi)徑：傳熱管外徑：支撐板定位拉桿數(shù)量：上升空間流通面積：上升空間當量直徑： 循環(huán)速度：出口水相折算速度：液相平均折算速度：

11、出口汽相折算速度：汽相平均折算速度：液相動力粘度：汽相動力粘度：液相雷諾數(shù)：汽相雷諾數(shù)：判別流型：都為紊流。管束直段高：液相摩阻系數(shù)：汽相摩阻系數(shù)：按折算速度計算的液相摩擦阻力：按折算速度計算的汽相摩擦阻力：參量x：液相摩擦阻力：汽相摩擦阻力：摩擦阻力：b）局部阻力：支撐板數(shù)目：n=6上升流道單元面積：支撐板單元開孔面積：面積比：0.2局部阻力系數(shù)：按折算速度計算的液相局部阻力： 按折算速度計算的汽相局部阻力：參量x：二回路工作壓力：臨界壓力：參數(shù)參數(shù)k：液相局部阻力：汽相局部阻力：局部阻力：c）彎管區(qū)阻力管束彎頭最大節(jié)圓直徑：彎管區(qū)重心至圓心距離：計算沖刷排數(shù)：系數(shù)：系數(shù)：液相雷諾數(shù)：汽相雷

12、諾數(shù)：液相摩擦阻力：汽相摩擦阻力： 液相阻力：汽相阻力： 參量x：液相阻力：汽相阻力：彎管區(qū)阻力： d）加速阻力管束出口質(zhì)量含汽率：管束出口體積含汽率：系數(shù)：管束出口截面含汽率：質(zhì)量流速：加速阻力：e）流量分配孔板阻力：阻力系數(shù)：孔板局部阻力：上升空間阻力：f）汽水分離器阻力：g）循環(huán)總阻力：2.9 運動壓頭計算（1）預熱段高度計算：二回路給水焓：二回路飽和水焓：液面高度：下降空間下端壓力：壓力下的飽和水焓：預熱段高度：（2） 運動壓頭計算蒸發(fā)段高：管束上方區(qū)段高度：蒸發(fā)段平均質(zhì)量含汽率：蒸發(fā)段平均體積含汽率：蒸發(fā)段平均截面含汽率：管束上方區(qū)段平均截面含汽率：蒸發(fā)段運動壓頭： 管束上方區(qū)段壓頭：運動壓頭：2.10 循環(huán)倍率的確定將循環(huán)倍率、循環(huán)運動壓頭和循環(huán)運動壓頭對應數(shù)值列出表并做曲線，得以下結(jié)果：循環(huán)倍率345總阻力 21604.2335828512.2273136339.02244運動壓頭30696.2414529184.5227818.77由上圖可近似確定循環(huán)倍率為3.8，滿足2到5之間的要求。第三章 結(jié)論與評價本設計說明書主要對蒸汽發(fā)生器的設計計算進行說明解釋?；就瓿闪苏n程設計要求的對蒸汽發(fā)生器換熱、水力和強度等項目