蒸汽发生器传热管结构设计毕业论文设计

1、摘 要 本文首先对蒸汽发生器的形式进行了选择，经过对比，将自然循环形式的蒸汽发生器作为本次设计的主体。接着通过已给定的原始数据、进行传热计算、并恰当的选择传热管内外径和最后确定k值并计算出传热面积。然后通过蒸汽产量和传热管内径，确定了传热管根数。接下来进行传热管结构设计，本次设计使用的是正方形排布，因为管束较多，根据经验应该排布为圆形，传热管之间的距离唯一。根据排管结束后可以得出的蒸汽发生器和U型管的相关尺寸数据，进行了水力计算其中包括一回路的U形管内摩擦阻力计算、一回路水局部阻力计算；二回路的下降空间阻力计算、上升空间阻力计算；选取适当的汽水分离器阻力。从而得出循环总阻力然后确定预热段高度并

2、进行运动压头的计算，然后通过画图得出最佳循环倍率。关键词 自然循环蒸汽发生器，三角形布置，结构设计Abstract First, the choice of the steam generator in the form of the design choices, by comparison, the natural circulation steam generator. Subsequently endorsed by the original data, and with this design，we used square layout。Because the number of a

3、 circular based on experience .And the distance between be drawn after the end of the pipe and U-tube size data, the of the U-shaped tube including a loop within the frictional resistance, the local resistance of a circuit water; falling space of two loop resistance calculation of room for growth re

4、sistance calculation; select the appropriate soda separator resistance. To arrive at the total loop resistance and then determine the preheating section , and then obtained by drawing the best circulation ratio. Key word Natural circulation steam generator, Square layout, Structural design目 录摘 要IAbs

5、tractII第一章 绪论11.1研究背景11.2蒸汽发生器传热管束结构设计的研究目的及意义1 1.3研究内容与基本方法3 传热管的结构设计3传热管结构设计的基本方法3第二章 蒸汽发生器传热管的设计方法42.1 传热系数k值得选取42.2传热面积的设计方法52.3传热管材料的选取62.4传热管结构的设计72.5国外关于蒸汽发生器传热管的设计的先进成果7第三章蒸汽发生器结构设计93.1 给定条件93.2蒸汽发生器的热力计算10 热平衡计算103.2.2 传热管及管内水流速的选取103.3 传热计算113.4传热管的排布设计13第四章蒸汽发生器水力计算184.1 蒸汽发生器水动力计算184.2 一

6、回路水阻力计算194.3 二回路水循环阻力计算204.4 运动压头计算274.5 确定循环倍率28结 论29致 谢30参考文献31第一章 绪论1.1研究背景 在早期的蒸汽发生器设计制造过程中，由于缺乏设计和运行规范，便假设蒸汽发生器与其他反应堆部件具有一样的寿命。但是反应堆的运行经验表明，蒸汽发生器，尤其是其中的传热管束由于各种原因容易发生破裂和腐蚀破损，原因可以归结为设计制造问题，比如缺少准则和分析手段，还有就是由于环境的原因，比如水的流速，水质腐蚀，非正常工况下水温的过高或过低。 蒸汽发生器传热管破损事故会给核电厂造成极其严重的后果，不仅会使一回路侧系统冷却剂装量减少，而且更重要的是它会使

7、二回路侧的压力水位的增加，温度升高，甚至溢满，放射性物质排放到周围环境中，此外，传热管破损还会伴随其它安全设施的失效，造成堆芯损毁。蒸汽发生器的失效主要发生在传热管束，蒸汽发生器以AP1000为例约有15000根薄壁管被固定在管办和支撑板之间。传热管是有放射性的一回路系统和无放射性的二回路系统的交界面，他承受着一次侧和二次侧之间加大的温差和非常高的压力差产生的应力，又承受着水流流动而引起的震动，腐蚀以及传热管与管板连接部位的集中应力等，因此造成蒸汽发生器传热管束破算事故的概率比较高。为了解决这一问题，美国电力研究所和压水堆电站合作成立了蒸汽发生器工作组，开展有效的研究，并及时的运用这些研究成果

8、，共同开展蒸汽发生器的腐蚀失效和可靠性研究。根据卧式蒸汽发生器的运行和设计等方面对腐蚀的机理原因进行较为系统的分析和探讨，并且采用的缓解措施取到了较好效果。但是由于蒸汽发生器的传热管的工况和内部情况比较混杂，传热管的出现腐蚀损伤是不可避免的。从而要求在安全的前提下保证蒸汽发生器经济的运行。我国的压水堆核电站经过多年的运行表明，蒸汽发生器的工作性能足够稳定，但是可靠性不足，传热管束破损数目较高，已经接近了压水堆动力装置总数的一般。各国都把眼界与改进蒸汽发生器技术当做完善整个核动力装置的重要环节，并制定了庞大的研究计划。本次设计是要通过对传热管的排列方式，高度选择，壁厚及长度等方面的安排，利用腐蚀

9、理论和传热管材料的研制，无损探伤计数，振动、磨损、疲劳研究，减少腐蚀化学物的浓缩，改进水质控制等。尽可能的使蒸汽发生器再能安全平稳的状况下高效率工作。1.2蒸汽发生器传热管束结构设计的研究目的及意义蒸汽发生器作为核电厂一回路与二回路连接的关键设施，其安全性是不容忽视的，传热管束作为蒸汽发生器核心部位，对于它的设计制造自然需要做大量的工作，例如壁厚问题，壁厚过大，虽然安全性大大增加，但是影响换热，增加传热管所占的空间，容易引起二次侧盐分、杂质和泥沙的聚集与浓缩，造成传热管堵塞，相反的，壁厚过小，运行中更容易发生应力断裂或腐蚀破损。所以此次的设计，其目的就是，找到一个适当的结构参数，包括传热管壁的

10、厚度，传热管束的高度，长度，U形管的排列方式，传热管的排数，每排传热管数量。同时再根据蒸汽发生器的运行参数，通过之前的热力计算和工程水力计算，对传热管结构设计进行校核，接下来还要确定传热管的选材，以保证其能够在高温高压腐蚀辐射等极端恶劣的环境中平稳的工作，最后要确定蒸汽发生器附属的装置，包括管板、防震条的相关尺寸。在压水堆核电站中，蒸汽发生器是一回路系统中的一个主要设备，具有尺寸大，重量重，设计、制造复杂，作用大的特点，再设计和制造方面被称为当代热交换器技术的最高水平。长期以来国际上压水堆核电站蒸汽发生器经常发生传热管腐蚀破损，在可靠性上存在严重问题，是核蒸汽供应系统的唯一致命弱点，保证蒸汽发

11、生器的制造质量有助于提高其安全可靠性。由于蒸汽发生器制造相当复杂，技术密集程度高，要求制造质量符合设计说明书上的要求。因此，对于蒸汽发生器传热管的结构设计具有重大意义。 在核动力装置中，由于一回路为带有放射性回路，而二回路为无放射性回路， 因此在研制蒸汽发生器时对结构、强度、材料抗腐蚀性、密封性等都提出了很高的要求。蒸汽发生器及其部件的设计，必须供给核电站在任何运行工况下所需的蒸汽量及规定的蒸汽参数。只有满足这个要求才能保证电站在任何负荷下经济运行。蒸汽发生器的容量应该最大限度地满足功率负荷的需要，而且要求随着单机容量的增加，其技术经济指标得到相应改善。蒸汽发生器的所有部件应该绝对地安全可靠。

12、蒸汽发生器个零、部件的装配必须保证在密封面上排除一回路工质漏入二回路中去的可能性。必须排除加剧腐蚀的任何可能性，特别是一回路中的腐蚀。蒸汽发生器必须产生必要纯度的蒸汽，以保证蒸汽发生器在高温下可靠地运行，并保证汽轮机也可靠而经济地运行。蒸汽发生器应设计得简单紧凑，便于安装使用，同时易于发现故障而及时排除，并有可能彻底疏干。保证蒸汽发生器具有较高的技术经济指标。在设计蒸汽发生器时，要考虑一、二回路两种工质的种类和参数，正确地选择结构方案、材料、传热管尺寸、传热系数以及冷却剂等，对取得蒸汽发生器最佳技术经济指标是非常重要的。另外，必须采取减少向外散热损失的措施。 1.3研究内容与基本方法传热管的结

13、构设计 蒸汽发生器的热力计算及热平衡计算：此部分包括，一回路的压力，温度，流量，焓值，再通过以上数值可以初次计算出传热管束的壁厚。此部分包括，在结构参数和基本的热力特性已经确定的前提下，计算出传热面积，再考虑污垢和排污量的问题，利用迭代法反复计算，直到最后可到的换热系数与预想值偏差小于5%为止 根据热力学的计算结果对传热管进行初步的结构设计此次设计的蒸汽发生器为立式的，为了缩小蒸发器的横向尺寸，所以传热管束的排列应该尽量紧凑些，但是如果上升空间流通面颊过于狭窄，循环倍率就会达不到要求，因此应该先通过传热面积计算出传热管的平均长度，再选择排列方式，和传热管的数量，并且要保留一定的裕度，防止传热恶

14、化。 蒸汽发生器的水力计算（1）一回路水阻力计算：U 型管内摩擦阻力计算，一回路局部阻力计算（2）二回路水循环阻力计算：下降空间阻力，上升空间阻力摩擦阻力，支撑上升空间板局部阻力，上升空间弯管区阻力，上升空间加速阻力，上升空间流量分配孔板阻力。 根据热工水力计算重新确定传热管的结构形式以及布置方式。确定传热管选用的材料，管板，防震条等部件的相关尺寸。采用热处理的lnconel600管材，以提高抗一次侧应力腐蚀和二次侧腐蚀与晶间腐蚀能力。按照RCC-M所规定的机械性能，确定了最佳退火温度为1040。退火和矫直后，管子在750下进行5小时的消除应力处理，将残余盈利江堤至可忽略限值，在管材微观结构上

15、能使碳化物在晶间周维沉积，能改善在苛性介质中的抗腐蚀性。经在一回路纯水中进行的腐蚀试验表明，lnconel600对一回路应力腐蚀破裂不敏感。在二次侧含氯化物的介质中，由于镍含量低于58%，处于氯离子应力腐蚀破裂的不敏感区，具有良好的抗氯离子应力腐蚀性能。又由于铬含量的提高，对于受氯化物和二氧化硫污染的介质中的点腐蚀，也具有良好的抗腐蚀性能 。传热管结构设计的基本方法 蒸汽发生器内部构造极其复杂，所用的零部件之间有着密切的联系，所以单纯的只考虑传热管，得到的结果是非常片面的，再设计传热管的排列和分布方式时，应该同时考虑到传热计算的结果，水力计算的动态分析结果，和蒸汽发生器以及传热管内流体的水力特

16、性，将这三者综合分析，别且反复交替迭代计算，才能使设计结果逐步的完善。第二章 蒸汽发生器传热管的设计方法2.1 传热系数k值得选取 传热系数k值的选取是蒸汽发生器传热管热力计算的核心部分。传热管中的一回路水要比二回路水的温度高出100左右，一回路水从进口到出口温度下降20-30，而二回路则需要从一回路水中吸收热量，变成对应温度下的饱和水蒸气，这中间的换热过程非常复杂，它包括一回路水的强迫对流换热，传热管壁的传导换热，传热管污垢的传导换热，二回路水的沸腾换热，在设计的过程中，必须要全方面的考虑到这些换热的因素，否则就会容易导致一回路出口水温度过高只是反应堆堆芯冷却不足，或者二回路蒸汽产量不足，具

17、体的选取方法如下 （1）计算一回路测水的强迫对流换热的换热系数，应用公式 （2.1）其中为换热系数；为一回路水平均温度下的导热系数，可以通过水和水蒸气性质参数手册（以下简称手册）查得；为一回路水在平均温度下的雷诺数，查找方式同上；为一回路水的普朗克常量，查找方式同上（2）计算传热管的导热热阻，应用公式 （2.2）其中为导热热阻；为传热管的外管径，自由选取，范围是12mm-22mm；为内管径，选取方法是先设计传热管管壁厚度s，再通过公式求得；为传热管的换热系数，通过选择的的传热管材料进行选取传热管壁污垢热阻的选取，它的选取范围是二回路侧沸腾换热系数的选取，应用公式 （2.3）其中p为二回路侧的工

18、作压力；q为热流密度，通过公式求得；其中k为换热系数，对数传热温差，可以通过公式 （2.4） 由此可见，在计算传热系数k值的过程中，k值作为已知量被使用，所以在计算传热系数之前，要预先选定k值，代入公式中，最后再解出k值，对比这两个值，误差小于4%即为准确值，否则，重新选定k值，进行迭代计算，最终确定传热系数2.2传热面积的设计方法2.2.1国内外最新的U型管自然循环蒸汽发生器近似理论计算热工模型 由于实际的立式U型管自然循环蒸汽发生器式样千差万别，结构复杂，在换热面积近似理论计算公式中，对其进行了简化和假设：(1)U型管传热简化为直管段传热，蒸汽发生器内的流动和传热均为稳态，各U型管的换热面

19、积相等，单管与流体的传热仍遵从对数温差传热规律；(2)热流体为单相流，走管程；冷流体为两相流，走壳程；冷流体受热状态仅分为加热状态和蒸发状态，其它状态忽略不计；(3)每根U型管沿轴向从中间分开，分为热侧和次热侧，冷流体在热侧和次热侧受热沸腾的初始点不一定相同，热侧和次热侧在加热过程或蒸发过程的传热系数也不一定相同，但蒸汽发生器内所有热侧或次热侧对应区间的传热系数是相同的；(4)冷流体和热流体在所有流体通道中充分混合且均匀分布，流体温度在热侧或次热侧通道横截面中均匀分布，循环水在蒸汽发生器底部与给水均匀混合；(5)冷流体和热流体的压降可以忽略不计，流致振动忽略不计，二次侧排污及其它流量损失忽略不

20、计，一次侧流量损失忽略不计，蒸汽发生器与周围环境之间的热损失忽略不计；(6)热物性参数为常数，污垢热阻为定值，传热效率为定值。图2.1 蒸汽发生器U形管分侧图2.2.2本次设计的方法 因本次设计的要求不高，故传热管的换热面积可以由求得其中F为换热面积，Q为蒸汽发生器的热功率可由公式求得，其中：为汽化潜热查手册得； 为干度为已知量； 为二回路水饱和焓查手册得； 为二回路给水焓查手册得；，对数传热温差前面已经求得 以上求出的换热面积为正常工作时的换热面积，因为考虑到计算过程中的误差，和正常运行时传热管污垢会有堵管的可能，所以再设计时必须加上一定的裕量，即乘以一个系数C，C的范围在1.061.09之

21、间2.3传热管材料的选取 压水反应堆（压水堆）使用蒸汽发生器，是使反应堆堆芯产生的热量转换成水蒸汽的大型设备。 这些设备的高度高达70英尺重量高达800吨。热辐射水被泵通过数千英尺的管道注入到每个蒸汽发生器，每一个蒸汽发生器都包含了3000到16000根传热管，这些传热管的直径只有四分之三英寸左右，高压下，它以防止水沸腾。在管内流动的水可以加热管外的非放射性的水。 产生的蒸汽再去推动涡轮叶片转动，带动发电机转动产生电力。随后蒸汽凝结成水返回蒸汽发生器，再次被加热。 因此这些传热管有一个重要的安全方面的作用，因为它们构成核电厂的放射性和非放射性双方之间的主要障碍之一。出于这个原因，传热管的完整性

22、是最大限度地减少水泄漏到工厂之间的必不可少的重要因素。如果电厂正在运行中二传热管发生破裂的话，主冷却剂便会携带着大量的放射性物质由主泵获得能量逃逸出来，直接汽化成水蒸气的形式。 传热管材料的选取和管的热处理是影响传热管脆弱性退化的两个最重要的影响因素，同时也是决定蒸汽发生器使用寿命的重要因素。由于奥氏体不锈钢具有良好的耐均匀腐蚀的能力和良好的工艺性能，因此在早期的压水堆核动力装置中广泛采用奥氏体不锈钢作为蒸汽发生器的管材。但是在使用中发现，奥氏体不锈钢易产生应力腐蚀、晶问腐蚀及点蚀等破坏，因此致力于调整奥氏体不锈钢的合金元素以提高其耐腐蚀能力。但是无论怎样调整奥氏体不锈钢的合金成分，它对氯离子

23、应力腐蚀总是敏感的，因此一般认为应当选用耐腐蚀性能更好的新管材。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lnconel600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lnconel600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2.4传热管结构的设计首先计算出传热管的根数利用公式 （2.5）其中 n为为传热管根数；G为冷却剂质量流量；为入口冷却剂密度；;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

24、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 （2.6）计算出弯管的总长度，再利用公式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2.5国外关于蒸汽发生器传热管的设计的先进成果2.5.1 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0.13mm,防振条

25、加工公差为土0.03mm,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1314。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 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

26、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79.8mm,而原来的最小U形弯头半径为55.6mm。2.5.2 加拿大B&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B&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0.08mm,并重新设计了U形弯头以增加传热面积。为了提高I一6

27、90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0.015一0.025%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

28、,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0.5ms,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

29、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。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3-5ms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。3.1 给定条件 蒸汽产量:，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：； 蒸

30、汽发生器效率：； 一回路额定工作压力：；一回路设计压力：，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：； 一回路冷却剂出口温度：，一回路水温差需大于，本次设计为； 二回路给水温度：； 二回路额定工作压力:; 二回路饱和水温度可查手册得： 二回路设计压力：； 设计压力为运行压力的1.25倍，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：; 传热管壁许用应力：; 下筒体许用应力：;3.2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，

31、求取传热面积的大小。 热平衡计算 由二回路蒸汽产量公 （3.1）其中：为汽化潜热查表得； 为干度； 为二回路水饱和焓； 为二回路给水焓；解得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 （3.2）其中为蒸发器热效率; 为一回路进口水焓; 为一回路出口水焓可求取一回路水量为3.2.2 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，以确定该

32、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12-22mm，壁厚小于1.5mm。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17.5mm，传热管壁厚度为1.25mm。则可以求出单管通流面积 。 （3.3）传热管材料选择lnconel600。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3.3 传热计

33、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： （3.4）压力温度（）（×10-6wm·k)（×10-3Pa·s）rf（J(kg·K)）15MPa300561.8088.390.8615MPa242461.1869.491.3817.5MPa300566.8089.270.8517.5MPa350452.3067.001.38表3.1相关数据物性参数根据上表可查得水的导热系数：； （3.5）为一回路水雷诺数； 为普朗克常量查表得传热管导热热阻： （3.6

34、）其中： 为传热管导热系数查表得污垢热阻按照lnconel600 选取 （3.7）设定传热系数则热流密度 （3.8）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： （3.9）传热系数 （3.10）将k 重新带入（1）式，进行迭代计算，最终可得根据公式可求得计算换热面积 （3.11）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1.061.09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1.1； （3.12）由以上所得条件，可得到U

35、 型管数目： 根 （3.13）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： （3.14）其中：为传热管壁需用应力； 为一回路设计压力；可求取传热管的管壁厚，符合设计要求3.4传热管的排布设计 由3.3节已经计算出传热管的根数为13120根，根据设计要求，传热管的排列应该为正方形排布也就是顺排，示意图如下图3.1 传热管节距图 传热管的节距：管束间距离根据经验数据可选1.3或1.4；由于使用的排列方式为顺拍，换热能力较差排差，所以节距应该选择1.4即 具体排布问题：当传热管的外直径和管束之间的间距确定了以后，传热管整体的截面积就已经确定了，要做的是将这些传热管有

36、规律的排列起来，而当面积确定了以后，就希望排列的形状是周长最小的形状，因为只有当周长最小是，蒸汽发生器的筒壁的面积才能最小，从而是蒸汽发生器的体积尽量缩小，所以最终确定传热管排列后的截面为圆形，管板的形状也为圆形，也就是说要尽量将传热管排满整个管板，才能使蒸汽发生器缩小使用的体积，节约空间节约材料排数根数排数根数排数根数排数根数排数根数11701916837158551407310821702016838158561387410431702116639158571387510241702216640156581367610051702316641156591347796617024166421

37、54601327894717025166431546113279908170261664415262130808891702716445152631288184101702816446150641268280111682916447150651248376121683016448148661228473131683116249148671208568141683216250146681188664151683316251146691168758161683416052144701148852171683516053142711128946181683616054142721109036 表3.

38、2 传热管排列图3.2 传热管排布图图中每一个小方格代表一个传热管，所有传热管的直管段高度都是一样的，同一横排的弯管长度也相等，不同排的越靠近中心弯管长度越短根据管束的排布情况，可得弯管总长 （3.15）其中：为当前排管子的根数； 为排数；直管总长 （3.16）则有： （3.17）总管束高 （3.18）根据管板的强度计算公式，可得到管板壁厚 （3.19）其中：为系数，查TEMA得； 为水压部分直径； 为管板许用应力. s （3.20）传热管实际平均长度 （3.21）设定下降空间高度衬筒内径 （3.22）其中： 为装配间隙衬筒外径 （3.23）其中：为衬筒壁厚下筒体内径 （3.24）其中:为下降

39、流道宽度 下降空间当量直径 （3.25）下降空间截面积 （3.26）选取计算传热管外径20mm一回路放热量1690000km传热管内径18mm一回路冷却剂流量944.44kgs传热管壁厚1.25mm直管段总长度135669m进口接管直径0.9m直管段高度5.17m定位拉杆数目20实际设计面积10040.8m2蒸发段高度10.75m设计面积9128m2上筒体外径7.5m传热管间距28mm套筒内经6.218m传热管总根数13120根套筒外径6.248m弯曲段总长24216m下筒体外径6.8m管束上方区段高度4.27m下筒体内径6.508m传热管总排数90下封头外径7.12m传热管总长度159885

40、m下降空间高度7.5m总高22m 表3.3 蒸汽发生器总体简介 汽水分离装置：为了保证核动力装置能安全、经济地运行，蒸汽发生器出口的蒸汽湿度必须严格控制在0.25%以下。现代的立式自然循环蒸汽发生器一般都在上筒体内设置两级汽水分离器。第一级设置许多立式旋叶式汽水分离器，靠离心力分离出大约80%90%的水量；第二级一般采用波形板分离器或丝网干燥器，依靠惯性力进行汽水分离。两级汽水分离器分离出的水全部通过疏水管导入下降环形流道与给水混合。在两级汽水分离器之间留出一定的高度，进行自然重力分离。同时，也常常在第一级汽水分离器前设置水下孔板、在第二级汽水分离器后设置均汽孔板，用于均匀蒸汽负荷，提高汽水分

41、离器的效率。图3.3 蒸汽发生器整体简图第四章 蒸汽发生器水力计算4.1 蒸汽发生器水动力计算 蒸汽发生器的水动力计算主要包括一回路侧的流动压降计算和二次侧的水循环计算。其中一次侧为单向流动，采用均相流模型；二次侧位汽液两相流动，采用分相流模型。 主管道尺寸和流体流速的确定 主管道流速一般在812ms，选取10ms。主管道计算内径 （4.1） 主管道设计内径： 主管道设计流速： （4.2） 蒸汽管道计算流速，一般在3040ms，选取38ms。蒸汽管道计算内径 （4.3） 蒸汽管道设计内径 （4.4） 蒸汽管道设计流速 （4.5）给水管计算流速，一般在25ms,选取4ms给水管计算内径 （4.6

42、）给水管设计内径 （4.7）给水管设计流速 （4.8） 4.2 一回路水阻力计算一回路水阻力包括传热管内的摩擦阻力和进口水室、弯头区、出口水室的局部阻力。4.2.1 U 型管内摩擦阻力计算一回路水雷诺数 （4.9）其中：为考虑堵管后的流速 （4.10）流体处于紊流区，摩擦阻力系数可按公式 摩擦阻力： （4.11） 一回路局部阻力计算 一回路局部阻力由7 部分组成。 设置下封头直径由进口接管至进口水室通道截面突然扩大的局部阻力 进口水室截面积 （4.12）进口管截面积 （4.13）则 查表局部阻力系数 局部阻力 （4.14） 其中：为进口接管流速同理可得其他6处局部阻力进水口室内转弯处局部阻力由

43、进水口室至传热管在U 型管弯头内转弯180°由传热管束至出口水室在出口水室转弯的局部阻力由出口水室至出口接管截面积比0.000150.0880.90.520.510.90.52流速9.035.255.255.255.258.4820583441044699539894012941表4.1一回路局部阻力总阻力设计阻力4.3 二回路水循环阻力计算 假定循环倍率， 下降空间阻力摩擦系数 （4.15）其中： 为绝对粗糙度 为下降空间当量直径下降空间水流速下降空间阻力 （4.16）其中:x 包括入口阻力系数=1，出口阻力系数=1，定位装置阻力系数=1 上升空间阻力摩擦阻力上升空间流道面积 （4

44、.17）其中： 为支撑板定位拉杆数量上升空间当量直径 （4.18）循环速度 （4.19）出口水相折算速度 （4.20）水相平均折算速度 （4.21）出口气相平均折算速度 （4.22）汽相平均折算速度水相雷诺数汽相雷诺数（4.23）水相和汽相雷诺数均大于1000，可判别流态为紊流紊流水相摩擦系数汽相摩擦系数按折算速度计算的水相摩擦阻力： （4.24）按折算速度计算的汽相摩擦阻力 （4.25）参量 （4.26）液相倍增因子 （4.27）汽相倍增因子 （4.28）水相摩擦阻力 （4.29）汽相摩擦阻力 （4.30）摩擦阻力 （4.31）4564562.583.233.8725.3632.5540.1

45、54855607872832.202.492.770.340.430.5210.289.198.350.260.340.4349.8457.0064.070.300.3850.475260.95299.13336.46261.66299.25336.370.01760.01670.0160261.305299.19336.418 支撑上升空间板局部阻力 支撑板选择整圆形的开口板，它使汽水混合物上升时无横向流动，对管子振动影响小。支撑板的管口为四叶梅花形，其形状使支撑板只有一小部分与管子接触，因此围绕管子会有更大的流量，使腐蚀物和沉积物不易在支撑板与传热管之间沉积下来。 故其中： 为支撑板单元开孔面积 为上升流道单元面积 查图得按折算速度计算的水相局部阻力： （4.32）其中：N= 9 为支撑板数目 按折算速度计算的汽相局部阻力 （4.33）参量 （4.34）参量 （4.35）其中： 为二回路工作压力; 为临界压力参数 （4.36）液相倍增因子 （4.37）汽相倍增因子 （4.38）液相摩擦阻力 （4.39）汽相摩擦阻力 （4.40）局部阻力 （4.41）4564563452.74430.95466.829.6936.1642.994.274.835.375627.96867.98145.531.631.551.495629.226855.448150.905628