[學(xué)習(xí)]二回路系統(tǒng)b_核動(dòng)力裝置

1、船舶核動(dòng)力裝置Marine Nuclear Power Plants,核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（V2009.04.04）,MNPP-L09-FWS,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,2,4.4 蒸汽排放系統(tǒng),1.功用2.運(yùn)行工況3.系統(tǒng)流程及工作原理,26-Mar-24,《核動(dòng)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(yùn)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(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)堆芯余熱的導(dǎo)出；屬于安全保護(hù)系統(tǒng)。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,4,2.運(yùn)行工況,機(jī)動(dòng)排放工況 裝置負(fù)荷大幅度變化時(shí)（例如快速降負(fù)荷、主機(jī)甩負(fù)荷等），排放多余蒸汽。安全排放工況事故工況下（例如主機(jī)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(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)配合，將堆芯余熱排出。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,5,主蒸汽壓力突然增加過程分析,核動(dòng)

3、力裝置在正常情況下功率運(yùn)行，反應(yīng)堆功率與二回路負(fù)荷處于平衡狀態(tài)二回路負(fù)荷突然減小，主汽輪機(jī)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(shí)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(fù)反應(yīng)性，導(dǎo)致反應(yīng)堆功率降低 冷卻劑溫度升高，冷卻劑系統(tǒng)壓力也相應(yīng)升高,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,6,圖4-17 負(fù)荷突減時(shí)的動(dòng)態(tài)特性,26-Mar-24,《

4、核動(dòng)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(yīng)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(shí)的蒸汽壓力可以達(dá)到5~6MPa，對應(yīng)的飽和蒸汽溫度最高可以達(dá)到275 ℃；排放的蒸汽必須經(jīng)過減溫減壓后才能進(jìn)入冷凝器中，以防止冷凝器因熱沖擊而損壞。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,8,圖4-18蒸汽排放系統(tǒng)流程,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,9,圖4-19 蒸汽排放系統(tǒng)壓力分配,26-Mar-

5、24,《核動(dòng)力裝置》,10,圖4-20 蒸汽減溫減壓裝置,,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,11,復(fù)習(xí),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(diǎn)？輔蒸汽系統(tǒng)有哪些布置方式？各有什么特點(diǎn)？蒸汽排放系統(tǒng)的功能是什么？,26-Mar-24,《核動(dòng)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(jìn)船舶運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(dòng)能由于系統(tǒng)運(yùn)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(shè)置造水裝置，生產(chǎn)滿足系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)要求的淡水，補(bǔ)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(yùn)行使用安全,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,13,功用,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,14,圖4-10 主蒸汽系統(tǒng)的單線布置,優(yōu)點(diǎn)：布置簡單，管道和閥件

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

8、 單線式輔汽管路,優(yōu)點(diǎn)：布置簡單，占用空間少；缺點(diǎn)：供汽可靠性及生命力較差。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,18,圖4-13 (b) 環(huán)形式輔汽管路,優(yōu)點(diǎn)：供汽可靠性好，生命力強(qiáng)；缺點(diǎn)：布置復(fù)雜、占用空間較多。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,19,圖4-13(c) 獨(dú)立式輔汽管路,優(yōu)點(diǎn)：安全可靠、管路集中；缺點(diǎn)：使用管道較多。,26-Mar-24,《核動(dòng)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(yùn)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(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)堆芯余熱的導(dǎo)出；屬于安全保護(hù)系統(tǒng)。,26-Mar-24,《核動(dòng)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(shè)計(jì)原則4.凝水凈化5.給水除氧,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,22,1.概述,凝水 汽輪機(jī)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(dòng)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(shè)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(shè)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(dá)到允許標(biāo)準(zhǔn)后，輸送到蒸汽發(fā)生器中。,26-Mar-24,《核動(dòng)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(dòng)力裝置》,25,圖4-21 凝水給水系統(tǒng)流程,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,26,3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則,主要設(shè)備雙重設(shè)置；[ 可靠性要求 ]有可靠靈敏的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置；[ 機(jī)動(dòng)性要求 ]考慮凝水量與給水量的不一致；[ 機(jī)動(dòng)性要

12、求 ]保證所有設(shè)備的技術(shù)要求；[ 可靠性要求 ]給水泵有應(yīng)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(dòng)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(yán)密處漏入到凝水中；系統(tǒng)設(shè)備與管道的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)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(dòng)力裝置

13、》,28,凝水過濾器的類型及特點(diǎn),微孔濾芯過濾器 依靠濾層表面濾料間小孔的機(jī)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(xì)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(dòng)力裝置》,29,圖4-22 中空纖維,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,30,圖4-23粒徑的分布圖,26-Mar

14、-24,《核動(dòng)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(yán)密處漏入和由補(bǔ)水及疏水帶入氧和二氧化碳。水中溶有氧氣和二氧化碳?xì)怏w，會引起汽水循環(huán)系統(tǒng)及設(shè)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(dòng)力裝置》,32,給水除氧方法,熱力（物理）除氧化學(xué)除氧向凝水－給水中添加聯(lián)氨、亞硫酸鈉等化學(xué)物品，使之與水中溶解的氧發(fā)生化學(xué)

15、反應(yīng)而去除氧氣化學(xué)除氧反應(yīng)迅速，反應(yīng)產(chǎn)物和化學(xué)物質(zhì)本身對系統(tǒng)運(yùn)行無害，能夠達(dá)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(dòng)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(dòng)力裝置》,34,圖4-24 水中溶解氧量與溫度、壓力的關(guān)系,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,35,圖4-25欠飽和度對水中溶解氧量的關(guān)系,26-Mar-24,《核動(dòng)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(shí)間；及時(shí)排走分離出的氣體，減少分壓。,26-Mar-24,《核動(dòng)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(dòng)力裝置》,38,圖4-26 噴霧填料式除氧器,26-Mar-24,《核動(dòng)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(dòng)力裝置》,40,噴霧-填料式除氧器的特點(diǎn),除氧效果好，負(fù)荷和水溫在一定范

18、圍內(nèi)變化時(shí)都能適應(yīng)；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(dòng)力裝置》,41,噴霧-淋水盤式除氧器,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,42,噴霧-淋水盤式除氧器的特點(diǎn),上部空間采用恒速噴嘴，將凝結(jié)水噴射成霧狀來實(shí)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(diǎn)，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，特別是低負(fù)荷時(shí)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(shè)備滑壓運(yùn)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(qiáng)，耐高溫，不易沖壞的優(yōu)點(diǎn)，安全性與穩(wěn)定性極高。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,43,噴霧-淋水盤式除氧器的特點(diǎn),通常用于140MW~1000MW的機(jī)組，特別適用于高參數(shù)機(jī)組（高溫高壓，滑壓運(yùn)行）；適用范圍廣，是目前國際上運(yùn)用最普通的型式；可靠性高，防閃蒸沖擊性強(qiáng)，不易損壞；在國際上有運(yùn)行幾十年

20、的良好業(yè)績；由于由兩個(gè)臥式容器組成，除氧頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不銹鋼耗量大，安裝制作加工成本高。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,44,圖4-27 立式船用除氧器,適應(yīng)負(fù)荷和水溫在很大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)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(dòng)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(jī)械旋流。,26-Mar-24,《

21、核動(dòng)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(jìn)水孔，凝結(jié)水或補(bǔ)給水由進(jìn)水孔切向射入噴管，形成從上向下高速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)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(dòng)，對錐形水膜裙的內(nèi)、外表面同時(shí)加熱，并對旋膜管內(nèi)壁液膜進(jìn)行加熱；對變動(dòng)負(fù)荷適應(yīng)性很強(qiáng)，單根噴管的負(fù)荷允許在15~50t/h的范圍內(nèi)變動(dòng)。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》

22、,47,旋膜式除氧器的特點(diǎn),旋膜管進(jìn)出口水溫升可達(dá)90℃，傳熱效果好，具備良好除氧效果；由于內(nèi)部設(shè)有旋膜管混合裝置，特別適用于大補(bǔ)水量，補(bǔ)水溫度低的系統(tǒng)；成本低，制造加工方便；旋膜管進(jìn)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(fù)荷時(shí)，進(jìn)水量減少，無法成膜，達(dá)不到除氧效果。,26-Mar-24,《核動(dòng)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(jìn)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(dá)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(dòng)力裝置》,49,鼓泡除氧原理,在冷凝器底部設(shè)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(dá)到除氧目的。加熱蒸汽壓力應(yīng)稍高于凝汽器壓力，常用輔機(jī)廢汽或者汽輪機(jī)抽汽。,26-Mar-24,《核動(dòng)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(bǔ)水的補(bǔ)入,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,51,6.主要設(shè)備計(jì)算,凝水泵設(shè)計(jì)容量總揚(yáng)程輸入功率流量調(diào)節(jié)方式,26-Mar-24,《核動(dòng)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(shè)置一條回流管，水位自動(dòng)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(shí)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(dòng)力裝置》,53,,熱力除氧器基本要求在核動(dòng)力裝置中，為了滿足裝置負(fù)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(yīng)保證以最大流量向蒸汽發(fā)生器供水的時(shí)間不低于4分鐘。,26-Mar-24,《核動(dòng)力裝置》,54,,給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心泵一臺蒸汽發(fā)生器，一般需要設(shè)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(dú)立供汽，以保證向蒸汽發(fā)生器供水的可靠性。