蒸汽发生器传热管结构设计_毕业设计(编辑修改稿)

蒸汽发生器传热管结构设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

管结构设计 7 材。 70 年代初，美国和其他欧洲国家采用高含镍合金材料，其中多数使用lnconel— 600 合金。 这种材料具有较高的强度，因此管壁可以较薄，而且这种材料对氯离子应力腐蚀具有免疫性能，得到了广泛应用。 由于 lnconel— 600 合金仍然存在苛性应力腐蚀、耗蚀、晶间腐蚀和晶间应力腐蚀 传热管结构的设计 首先计算出传热管的根数利用公式 iauGaAn // 1 （ ） 其中 n 为 为传热管根数； G 为冷却剂质量流量； 1v 为入口冷却剂密度 ；。 iu 为管内冷却剂流速； A 为 为单根传热管流通面积； 再利用公式 0/ dFL 设总  计算出传 热管的总长度 因为管板为圆形，为了增强蒸发器换热能力，传热管在管板上的排列尽量均匀，确定排数和每一排的传热管的根数，确定传热管的最大管束直径和最小管束直径，并利用公式  4 m i nm a x DDnL 弯 （ ） 计算出弯管的总长度，再利用公式 弯总直 LLL  可以求出直管段的长度，这样就可以确定传热 管的具体排列方式了 国外关于蒸汽发生器传热管的设计的先进成果 美国西屋公司新设计蒸汽发生器 美国西屋公司设计的 F 型蒸汽发生器 ,力求避免传热管的各种腐蚀破损和机械破损问题 ,但在高丽和卡拉威核电站的初期运行中 ,在管束 U形弯头防振条处发生了磨损。 磨损归因于管子与防振条的间隙过大 ,这是装配工艺和管径与防振尺寸公差的叠加造成的。 最新设计的 F 型蒸汽发生器对防振 架进行了改进 ,要求 U形弯头区的管子直径偏差小于 ,防振条加工公差为土 ,并严格控制防振架的装配过程 ,使管子与防振条的间隙为早期 F 型的 1/3~1/4。 防振条材料由镀铬的因科镍 600 改为不锈钢。 （ 1）管子材料 更换用管束部件的管材 ,选用经热处理的因科镍 690(I 一 690TT)。 试验表明 ,I一 690TT 的抗腐蚀能力比工厂退火的因科镍 600 高出几个数量级。 （ 2）管子在管板内采用液压胀管 沈阳工程学院毕业设计（论文） 8 在完成典型的管子与管板密封工序后 ,沿管板全厚度液压胀管 ,以避免在缝隙内积聚杂质 和发生浓缩。 （ 3）不锈钢四叶形支撑板 特点是有四个流水孔和四个支撑凸缘。 流水孔提供了大面积的流水通道 ,能降低阻力 ,提高流速。 支撑凸缘与管子为线接触 ,热工水力特性较好。 用抗腐蚀的铁素体不锈钢制造 ,降低了支撑板附近管子的腐蚀电位。 （ 4）增大最小 U 形弯头半径 为了降低因弯管而造成在小弯头处的高残余应力 ,把最小 U 形弯头半径增大为 ,而原来的最小 U 形弯头半径为。 加拿大 Bamp。 W 公司新设计的蒸汽发生器 1991 年磨石 2 核电站将更换蒸汽发生器 ,由加拿大 Bamp。 W 公司供货 ,它是以CANDU 堆蒸汽发生器的设计为基础 ,希望能防止因各种因素而引起的管子破损 ,预期寿命为 40 年。 其设计特点如下： （ 1）管子材料 管材为 I 一 690TT,它的导热性能稍低于原蒸汽发生器的 I 一 600,所以管壁厚度减薄了 ,并重新设计了 U 形弯头以增加传热面积。 为了提高 I 一 690 的耐腐蚀性能 ,确定了退火温度和时间 (1071 度、超过 1 分钟 ),使含碳量在 一%之间。 退火后接着进行热处理 (704 度、 10 小时 ),以改进抗苛性应力腐蚀的性能。 严格控制管子制造 工艺 ,卤化物、硫化物、硫酸盐和其它金属的含量尽可能低。 最终清洗时 ,清洗剂的氯离子含量低于 1ppm。 要尽可能降低管子加工制造时产生的残余应力 ,尤其是在 U 形弯头部位 ,弯管后要进一步消除应力。 （ 2）管子与管板连接 采用全液压胀管 ,消除了管子与管板孔的缝隙 ,并要使胀管过渡处圆滑过渡 ,来减小过渡处的残余应力。 （ 3）管束支撑结构 曾采用过刚性三叶形支撑板 ,最近采用柔性好、线接触的栅格支撑板。 材料为回火马氏体不锈钢 ,它的耐蚀性好和磨损率低。 为防止管束振动 ,严格控制管子与支撑条的间隙公差。 取消了拉杆 ,因为设置拉杆后 ,会发生支撑板扭曲 ,并对管子起约束作用。 最下面一块栅格板是分配流量的特殊栅格板 ,它能调节阻力 ,使入口区域的流量分配最佳化 ,提高排污能力。 采用高循环倍率 ,一般等于或大于 5,使管板上流速大于 ,泥渣处于悬浮状态 ,避免泥渣沉积。 （ 4）排污系统 去消了在管板上表面排污管 ,排污管布置在管板内 ,因为在管板上高速流体对清除堆积的泥渣收效甚微 ,但它能使泥渣处于悬浮状态 ,利用排污系统排出泥渣。 排污系统最大排污系统最大排污量为蒸发量的 7%。 为了保证长期停堆期间控制二次侧的水质指标 ,从管 束顶部到底部设计了一个通道 ,每天能把二次侧的水完全更换三次 ,并可进行取样和过滤。 蒸汽发生器传热 管结构设计 9 第三章 蒸汽发生器结构设计 蒸汽发生器的传热是由温度较高的一回路冷却剂向温度较低的二回路工质进行的。 在压水堆核动力装置中，一般设计成一回路冷却剂在蒸汽发生器传热管内流动，二回路的工质在传热管外流动。 温度大约为 300℃左右的欠饱水进入管子后，约以 35m/s 的速度流动，向传热管的内壁强烈的放热，压力水流出传热管时温度大约降低 30℃左右。 在二回路侧，工质从传热管束获得热量，处于强烈的沸腾状态，产饱和生蒸汽或者过热蒸汽。 给定条件 蒸汽产量 : skghtD / 4/34 00  ，该蒸汽产量为单台蒸汽发生器中的蒸汽限流器满功率运行时的蒸汽产量； 蒸汽发生器出口的 蒸汽干度： x ； 蒸汽发生器效率：  ； 一回路额定工作压力： MpaP  ； 一回路设计压力： M p aPP 3 7 11 设 ， 设计时留有一定的阈值，避免在非正常工况下引发事故； 一回路冷却剂入口温度： Ct 34039。 ； 一回路冷却剂出口温度： Ct 31539。 39。 ， 一回路水温差需大于 C20 ，本次设计为 C25 ； 二回路给水温度： Ctf 227 ； 二回路额定工作压力 : MpaPs 。 二回路饱和水温度可查 《手册》 得： Cts  二回路设计压力： M p aPP 22 设 ； 设计压力为运行压力的 ，目的是留出一定的压力裕度，防止在非正常工况运行中或事故中不会造成零件的大范围的损坏 传热管壁导热系数： CmWw  /。 沈阳工程学院毕业设计（论文） 10 传热管壁许用应力： 21 /18][ mmkg。 下筒体许用应力： 22 /18][ mmkg。 蒸汽发生器的热力计算 热力计算是以求取蒸汽发生器所需传热面积为主要目的的设计计算，就是在结构形式和 一些基本热工参数给定的条件下，求取传热面积的大小。 热平衡计算 由二回路蒸汽产量公)( fs iixr QD  （ ） 其中： kgkJr / 为汽化潜热查表得； x 为干度； kgkjis / 为二回路水饱和焓； kgkjif / 为二回路给水焓； 解得 kWQ  为蒸汽发生器的热功率 由 一回路水量公式可求取一回路放热)( 39。 39。 139。 11 iiQG  （ ） 其中  为蒸发器热效率。 kgkJi /39。 1  为一回路进口水焓。 kgkJi /39。 39。 1  为一回路出口水焓 可求取一回路水量为 skgG / 0 2 1 2) 4 3 5 9 0( 传热管及管内水流速的选取 蒸汽发生器热设计可以分为两种形式：一种是以求取蒸汽发生器所需传热面积为主要目的的计算称为设计计算，这是在结构形式和一些基本热工参数已经确定的条件下，求取传热面积的大小；另一种是对已有设备进行校核计算，这时设备传热面积为已知量，然后根据一些已知热工参数去设计另一些热工参数，以确蒸汽发生器传热 管结构设计 11 定该设备能否满足工作的需要。 本节主要介绍蒸汽发生器的设计热计算。 蒸汽发生器的传热面积是由大量小的直径 薄壁无缝 U 形管组成，通常传热管的外径为φ 1222mm，壁厚小于。 根据上一节的计算结果，由于换热量比较大，并且参考了我国大亚湾核电站的数据。 本设计选用的管径为 20mm， 内直径为 ，传热管壁厚度为。 则可以求出 单管通流面积 2423*20 )( mdA  。 （ ） 传热管材料选择 lnconel— 600。 蒸汽发生器的换热重要取决于一回路水的最大允许流速。 目前核动力设备的容量越来 越大，为了缩小筒体和减薄管板，趋向于选取高流速，但必须考虑允许的流动压降和侵蚀效率。 综合考虑，选取一回路水的流速为 smu /51 传热计算 蒸汽发生器的换热过程包括冷却剂对管壁的强迫对流换热，管壁和污垢热阻的导热， 二回路的沸腾换热。 由公式可导出一回路侧强迫对流换热系数： 1 9 8 8 4 09 6 )( 1 30 2 2  fiid （ ） 压力 温度（℃） λ（ 106w/m k) η（ 103Pa s） Ρ rf（ J/(kg K)） 15MPa 300 15MPa 242 300 350 表 根据上表可查得水的导热系数 ： )/( KmWi  ； 7 9 2 5 0 40 0 1 5 4 1  if du （ ） 为一回路水雷诺数；  为普朗克常量查表得 传热管导热热阻： 500 20ln2  iww dddR  （ ） 沈阳工程学院毕业设计（论文） 12 其中： w 为传热管导热系数查表得 污垢热阻 fR 按照 lnconel— 600 选取 fR 9 73 1 5 9 73 4 0ln3 1 53 4 0ln 39。 39。 39。 39。 39。 39。 ln sstt ttttt （ ） 设定传热系数 kmwk 2/6270 则热流密度 mwtkq / 7 6 3 8 1ln  （ ） 根据俄罗斯学者推荐的饱和沸腾计算式，可取的二回路沸腾换热系数： 5 4 5 5 7 6 3 8 1)(5 5 5  qp （ ） 传热系数 kRRddk fwi 4 5 5 9 8 8 4 20201 55210   （ ） 将 k 重新带入（ 1）式，进行迭代计算，最终可得 kmwk 2/6582 根据公式可求得计算换热面积 26ln mtk QF   （ ） 设计换热面积 裕度系数： 考虑到计算公式的误差，以及蒸汽发生器检修中经常需要堵管（约5%），因此必须考虑传热面积的储备问题，我们要要留有裕度防止小部分堵管造成危险；在 —— 间， 应此次设计传热管数量超过一万，所以裕度系数应该尽量取大一些的值， C 值选取 ； 0 0 4 1 2 8 mFCF 设 （ ） 由以上所得条件，可得到 U 型管数目： 1 3 1 2  iauGaAn  根 （ ） 其中： A 为回路通流面积。 a 为单管通流面积。 对传热管进行强度校核利用 公式 公式： 蒸汽发生器传热 管结构设计 13 RPdPs 。