[學習]二回路系統(tǒng)b_核動力裝置

1、船舶核動力裝置Marine Nuclear Power Plants,核科學與技術學院（V2009.04.04）,MNPP-L09-FWS,26-Mar-24,《核動力裝置》,2,4.4 蒸汽排放系統(tǒng),1.功用2.運行工況3.系統(tǒng)流程及工作原理,26-Mar-24,《核動力裝置》,3,1.功用,把蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的多余蒸汽，經(jīng)減溫減壓后排入主（或輔）冷凝器中；在正常運行或者事故工況下，防止主蒸汽管道超壓；在冷停堆的第一階段

2、，與反應堆冷卻劑系統(tǒng)配合，實現(xiàn)堆芯余熱的導出；屬于安全保護系統(tǒng)。,26-Mar-24,《核動力裝置》,4,2.運行工況,機動排放工況 裝置負荷大幅度變化時（例如快速降負荷、主機甩負荷等），排放多余蒸汽。安全排放工況事故工況下（例如主機脫扣），蒸汽壓力過高，排放部分蒸汽以降低二次側(cè)蒸汽壓力；冷停堆的第一階段，與反應堆冷卻劑系統(tǒng)配合，將堆芯余熱排出。,26-Mar-24,《核動力裝置》,5,主蒸汽壓力突然增加過程分析,核動

3、力裝置在正常情況下功率運行，反應堆功率與二回路負荷處于平衡狀態(tài)二回路負荷突然減小，主汽輪機用汽量迅速減少，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)與二次側(cè)熱平衡狀態(tài)被打破蒸汽發(fā)生器二次側(cè)產(chǎn)生的大量蒸汽如不能及時排出，將使主蒸汽壓力急劇升高因二次側(cè)排熱減少，一次側(cè)冷卻劑溫度將顯著升高，引入負反應性，導致反應堆功率降低 冷卻劑溫度升高，冷卻劑系統(tǒng)壓力也相應升高,26-Mar-24,《核動力裝置》,6,圖4-17 負荷突減時的動態(tài)特性,26-Mar-24,《

4、核動力裝置》,7,3.系統(tǒng)工作原理,冷凝器的正常工作壓力低于大氣壓力，對應的蒸汽和凝結(jié)水溫度約為40℃左右；蒸汽發(fā)生器需要排放時的蒸汽壓力可以達到5~6MPa，對應的飽和蒸汽溫度最高可以達到275 ℃；排放的蒸汽必須經(jīng)過減溫減壓后才能進入冷凝器中，以防止冷凝器因熱沖擊而損壞。,26-Mar-24,《核動力裝置》,8,圖4-18蒸汽排放系統(tǒng)流程,26-Mar-24,《核動力裝置》,9,圖4-19 蒸汽排放系統(tǒng)壓力分配,26-Mar-

5、24,《核動力裝置》,10,圖4-20 蒸汽減溫減壓裝置,,26-Mar-24,《核動力裝置》,11,復習,二回路系統(tǒng)的主要功能是什么?蒸汽系統(tǒng)由哪幾部分組成？基本功能是什么?主蒸汽系統(tǒng)有哪些布置方式？各有什么特點？輔蒸汽系統(tǒng)有哪些布置方式？各有什么特點？蒸汽排放系統(tǒng)的功能是什么？,26-Mar-24,《核動力裝置》,12,二回路系統(tǒng)的功能,利用一回路系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)橥七M船舶運動的動力、生產(chǎn)全船用電以及制

6、造淡水。吸收一回路系統(tǒng)核裂變產(chǎn)生的熱能，加熱二回路給水產(chǎn)生一定溫度與壓力的蒸汽，提供船舶航行和船舶電站所需要的動能由于系統(tǒng)運行不可避免地會存在一定的介質(zhì)泄漏，二回路系統(tǒng)需要設置造水裝置，生產(chǎn)滿足系統(tǒng)運行品質(zhì)要求的淡水，補充一、二回路淡水消耗借助安全與控制系統(tǒng)，確保系統(tǒng)運行使用安全,26-Mar-24,《核動力裝置》,13,功用,26-Mar-24,《核動力裝置》,14,圖4-10 主蒸汽系統(tǒng)的單線布置,優(yōu)點：布置簡單，管道和閥件

7、較少，流動阻力小且重量輕、尺寸小缺點：工作可靠性低，生命力差,26-Mar-24,《核動力裝置》,15,圖4-11 主蒸汽系統(tǒng)的雙線布置,優(yōu)點：供汽可靠性增大，生命力增強。缺點：兩臺蒸汽發(fā)生器工作壓力不等時，會使蒸汽發(fā)生器負荷不均。,26-Mar-24,《核動力裝置》,16,圖4-12 主蒸汽系統(tǒng)的環(huán)形布置,主蒸汽系統(tǒng)的,優(yōu)點：系統(tǒng)生命力強。缺點：管道多，熱應力復雜。,26-Mar-24,《核動力裝置》,17,圖4-13(a)

8、 單線式輔汽管路,優(yōu)點：布置簡單，占用空間少；缺點：供汽可靠性及生命力較差。,26-Mar-24,《核動力裝置》,18,圖4-13 (b) 環(huán)形式輔汽管路,優(yōu)點：供汽可靠性好，生命力強；缺點：布置復雜、占用空間較多。,26-Mar-24,《核動力裝置》,19,圖4-13(c) 獨立式輔汽管路,優(yōu)點：安全可靠、管路集中；缺點：使用管道較多。,26-Mar-24,《核動力裝置》,20,蒸汽排放系統(tǒng)的功用,把蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的多余蒸汽

9、，經(jīng)減溫減壓后排入主（或輔）冷凝器中；在正常運行或者事故工況下，防止主蒸汽管道超壓；在冷停堆的第一階段，與反應堆冷卻劑系統(tǒng)配合，實現(xiàn)堆芯余熱的導出；屬于安全保護系統(tǒng)。,26-Mar-24,《核動力裝置》,21,4.5 凝水-給水系統(tǒng),1.概述2.系統(tǒng)描述3.系統(tǒng)設計原則4.凝水凈化5.給水除氧,26-Mar-24,《核動力裝置》,22,1.概述,凝水 汽輪機做功后排入到冷凝器中的廢汽（或稱乏汽）被冷凝成水，稱為

10、凝水。給水 凝水經(jīng)過加熱、除氣等處理后由給水泵供給蒸汽發(fā)生器，稱為給水。,26-Mar-24,《核動力裝置》,23,凝水-給水系統(tǒng)的功用,凝水系統(tǒng) 將冷凝器中的凝水輸送到給水系統(tǒng)中去的管路及設備，稱為凝水系統(tǒng)。給水系統(tǒng) 將符合要求的水可靠均勻地向蒸汽發(fā)生器輸送的管道和設備，稱為給水系統(tǒng)。功用 將冷凝器中的凝水經(jīng)過除氣、加熱等處理達到允許標準后，輸送到蒸汽發(fā)生器中。,26-Mar-24,《核動力裝

11、置》,24,2.系統(tǒng)描述,凝水系統(tǒng)主凝水系統(tǒng) 主冷凝器熱井－主凝水泵 －加熱器－過濾器輔凝水系統(tǒng)　輔冷凝器熱井－輔凝水泵－加熱器　給水系統(tǒng)　給水泵－差壓閥－給水閥,26-Mar-24,《核動力裝置》,25,圖4-21 凝水給水系統(tǒng)流程,26-Mar-24,《核動力裝置》,26,3.系統(tǒng)設計原則,主要設備雙重設置；[ 可靠性要求 ]有可靠靈敏的自動調(diào)節(jié)裝置；[ 機動性要求 ]考慮凝水量與給水量的不一致；[ 機動性要

12、求 ]保證所有設備的技術要求；[ 可靠性要求 ]給水泵有應急吸水管；[ 生命力要求 ]正常條件下必須保證給水的水質(zhì)。[ 可靠性要求 ],26-Mar-24,《核動力裝置》,27,4.凝水凈化,凝水污染原因海水、空氣從冷凝器不嚴密處漏入到凝水中；系統(tǒng)設備與管道的腐蝕產(chǎn)物進入凝水中。凝水凈化方法 凝水凈化是為了除去以離子狀態(tài)和懸浮狀態(tài)存在的雜質(zhì)， 常用的方法主要是離子交換和過濾。,26-Mar-24,《核動力裝置

13、》,28,凝水過濾器的類型及特點,微孔濾芯過濾器 依靠濾層表面濾料間小孔的機械阻留和濾料表面的吸附作用來截留水中懸浮物，多采用1~0.5微米孔徑的濾芯磁力過濾器（永磁式、電磁式） 利用腐蝕產(chǎn)物的鐵磁性來除去雜質(zhì)超細過濾器 常用中空纖維過濾器，過濾口徑0.1微米,26-Mar-24,《核動力裝置》,29,圖4-22 中空纖維,26-Mar-24,《核動力裝置》,30,圖4-23粒徑的分布圖,26-Mar

14、-24,《核動力裝置》,31,5.給水除氧,在凝水-給水系統(tǒng)中，會從真空部分的不嚴密處漏入和由補水及疏水帶入氧和二氧化碳。水中溶有氧氣和二氧化碳氣體，會引起汽水循環(huán)系統(tǒng)及設備的腐蝕，氧腐蝕的主要部位是給水管道和疏水系統(tǒng)。為了防止這類腐蝕，必須從凝給水中除去這些有害氣體，特別是氧。,26-Mar-24,《核動力裝置》,32,給水除氧方法,熱力（物理）除氧化學除氧向凝水－給水中添加聯(lián)氨、亞硫酸鈉等化學物品，使之與水中溶解的氧發(fā)生化學

15、反應而去除氧氣化學除氧反應迅速，反應產(chǎn)物和化學物質(zhì)本身對系統(tǒng)運行無害，能夠達到徹底除氧的目的不能去除水中溶解的其他氣體，還會增加給水中可溶性鹽類的含量通常和熱力（物理）除氧方法結(jié)合使用,26-Mar-24,《核動力裝置》,33,熱力除氧基本原理,亨利定律（氣體溶解定律） 任何氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓力成正比，與水的溫度成反比。道爾頓定律（氣體分壓定律） 混合氣體的總壓力等于混合氣體中各氣體

16、的分壓之和。,26-Mar-24,《核動力裝置》,34,圖4-24 水中溶解氧量與溫度、壓力的關系,26-Mar-24,《核動力裝置》,35,圖4-25欠飽和度對水中溶解氧量的關系,26-Mar-24,《核動力裝置》,36,熱力除氧條件,水必須加熱至飽和溫度；增大汽水接觸面積，創(chuàng)造良好的傳熱、傳質(zhì)條件；有足夠的氣體分離時間；及時排走分離出的氣體，減少分壓。,26-Mar-24,《核動力裝置》,37,熱力除氧方法,除氧器除氧噴霧

17、－填料式除氧器淋水盤式除氧器旋膜－填料式除氧器冷凝器真空除氧鼓泡除氧,26-Mar-24,《核動力裝置》,38,圖4-26 噴霧填料式除氧器,26-Mar-24,《核動力裝置》,39,噴霧-填料式除氧器,彈簧可調(diào)節(jié)型噴嘴，在10％~110％流量范圍內(nèi)具有良好的霧化效果，噴霧除氧Ω型不銹鋼環(huán)堆積成的填料層，比表面積較大，深度除氧,26-Mar-24,《核動力裝置》,40,噴霧-填料式除氧器的特點,除氧效果好，負荷和水溫在一定范

18、圍內(nèi)變化時都能適應；水與加熱蒸汽接觸面積大，混合速度快；結(jié)構(gòu)簡單，檢修方便，體積小。,26-Mar-24,《核動力裝置》,41,噴霧-淋水盤式除氧器,26-Mar-24,《核動力裝置》,42,噴霧-淋水盤式除氧器的特點,上部空間采用恒速噴嘴，將凝結(jié)水噴射成霧狀來實現(xiàn)除氧。恒速噴嘴具有霧化性能好、壓差小、流量變化率大等優(yōu)點，當負荷變化時，特別是低負荷時仍能保持噴嘴出口流速恒定，從而保證噴嘴良好霧化狀況，這對除氧設備滑壓運行更為有利。

19、淋水盤是除氧器的深度除氧段部分，由側(cè)板和槽鋼組成，一層層淋水盤形成無數(shù)水膜，從而能獲得最佳的傳熱傳質(zhì)效果。與Ω填料相比，具有抗沖擊性強，耐高溫，不易沖壞的優(yōu)點，安全性與穩(wěn)定性極高。,26-Mar-24,《核動力裝置》,43,噴霧-淋水盤式除氧器的特點,通常用于140MW~1000MW的機組，特別適用于高參數(shù)機組（高溫高壓，滑壓運行）；適用范圍廣，是目前國際上運用最普通的型式；可靠性高，防閃蒸沖擊性強，不易損壞；在國際上有運行幾十年

20、的良好業(yè)績；由于由兩個臥式容器組成，除氧頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，不銹鋼耗量大，安裝制作加工成本高。,26-Mar-24,《核動力裝置》,44,圖4-27 立式船用除氧器,適應負荷和水溫在很大范圍內(nèi)變動時結(jié)構(gòu)簡單檢修方便體積小水與加熱蒸汽接觸面積大混合速度快,26-Mar-24,《核動力裝置》,45,圖4-28 旋膜式除氧器,旋膜式除氧器是目前最佳最新的高壓除氧器，用不銹鋼旋膜噴管代替上述彈簧噴嘴的機械旋流。,26-Mar-24,《

21、核動力裝置》,46,旋膜噴管工作原理,旋膜噴管是長約500~900mm的不銹鋼管，沿周向若干沿軸向向下傾斜約10°的切向進水孔，凝結(jié)水或補給水由進水孔切向射入噴管，形成從上向下高速旋轉(zhuǎn)流動的中空水膜，在旋流管出口形成很薄的錐形水膜裙；加熱蒸汽自下向上流動，對錐形水膜裙的內(nèi)、外表面同時加熱，并對旋膜管內(nèi)壁液膜進行加熱；對變動負荷適應性很強，單根噴管的負荷允許在15~50t/h的范圍內(nèi)變動。,26-Mar-24,《核動力裝置》

22、,47,旋膜式除氧器的特點,旋膜管進出口水溫升可達90℃，傳熱效果好，具備良好除氧效果；由于內(nèi)部設有旋膜管混合裝置，特別適用于大補水量，補水溫度低的系統(tǒng)；成本低，制造加工方便；旋膜管進水孔容易堵塞，維修不便；由于旋膜管是不可調(diào)節(jié)的，在低負荷時，進水量減少，無法成膜，達不到除氧效果。,26-Mar-24,《核動力裝置》,48,冷凝器真空除氧,利用冷凝器中凝結(jié)水處于飽和溫度的特性進行熱力除氧；為保持凝結(jié)水始終處于飽和溫度，通常采取

23、以下措施：用蒸汽加熱凝結(jié)水控制循環(huán)冷卻水的流量和溫度 以消除或減小過冷度，達到除氧的目的。分離出的氣體由抽氣系統(tǒng)抽出。,26-Mar-24,《核動力裝置》,49,鼓泡除氧原理,在冷凝器底部設置鼓泡除氧水箱，用蒸汽鼓泡、加熱，使凝結(jié)水始終保持飽和溫度，從而達到除氧目的。加熱蒸汽壓力應稍高于凝汽器壓力，常用輔機廢汽或者汽輪機抽汽。,26-Mar-24,《核動力裝置》,50,冷凝器真空除氧條件,使凝水處于飽和溫度持續(xù)、順暢

24、地排出分離出來的氣體保持真空系統(tǒng)凝水部分的氣密性組織好補水的補入,26-Mar-24,《核動力裝置》,51,6.主要設備計算,凝水泵設計容量總揚程輸入功率流量調(diào)節(jié)方式,26-Mar-24,《核動力裝置》,52,流量調(diào)節(jié)方式,回流調(diào)節(jié)方式：出口管路上設置一條回流管，水位自動調(diào)節(jié)器根據(jù)冷凝器熱井的水位去控制回流管上閥門的開度，通過改變回流量的大小來實現(xiàn)凝水流量的調(diào)節(jié)。 汽蝕控制方式：根據(jù)泵輪的汽蝕特性來改變泵的排量

25、。,26-Mar-24,《核動力裝置》,53,,熱力除氧器基本要求在核動力裝置中，為了滿足裝置負荷急劇變化以及事故情況下蒸汽發(fā)生器對給水的需求除氧器下部除氧水箱的容積應保證以最大流量向蒸汽發(fā)生器供水的時間不低于4分鐘。,26-Mar-24,《核動力裝置》,54,,給水泵汽輪機驅(qū)動的離心泵一臺蒸汽發(fā)生器，一般需要設置兩臺給水泵；兩臺蒸汽發(fā)生器，通常也配置兩臺給水泵。兩臺給水泵必須分別獨立供汽，以保證向蒸汽發(fā)生器供水的可靠性。