学习二回路系统B-核动力装置

船舶核动力装置

MarineNuclearPowerPlants核科学与技术学院（V2009.04.04）MNPP-L09-FWS3/25/20241《核动力装置》4.4蒸汽排放系统1.功用2.运行工况3.系统流程及工作原理3/25/20242《核动力装置》1.功用把蒸汽发生器产生的多余蒸汽，经减温减压后排入主（或辅）冷凝器中；在正常运行或者事故工况下，防止主蒸汽管道超压；在冷停堆的第一阶段，与反应堆冷却剂系统配合，实现堆芯余热的导出；属于安全保护系统。3/25/20243《核动力装置》2.运行工况机动排放工况

装置负荷大幅度变化时（例如快速降负荷、主机甩负荷等），排放多余蒸汽。安全排放工况事故工况下（例如主机脱扣），蒸汽压力过高，排放部分蒸汽以降低二次侧蒸汽压力；冷停堆的第一阶段，与反应堆冷却剂系统配合，将堆芯余热排出。3/25/20244《核动力装置》主蒸汽压力突然增加过程分析核动力装置在正常情况下功率运行，反应堆功率与二回路负荷处于平衡状态二回路负荷突然减小，主汽轮机用汽量迅速减少，蒸汽发生器一次侧与二次侧热平衡状态被打破蒸汽发生器二次侧产生的大量蒸汽如不能及时排出，将使主蒸汽压力急剧升高因二次侧排热减少，一次侧冷却剂温度将显著升高，引入负反应性，导致反应堆功率降低冷却剂温度升高，冷却剂系统压力也相应升高3/25/20245《核动力装置》图4-17负荷突减时的动态特性3/25/20246《核动力装置》3.系统工作原理冷凝器的正常工作压力低于大气压力，对应的蒸汽和凝结水温度约为40℃左右；蒸汽发生器需要排放时的蒸汽压力可以达到5~6MPa，对应的饱和蒸汽温度最高可以达到275℃；排放的蒸汽必须经过减温减压后才能进入冷凝器中，以防止冷凝器因热冲击而损坏。

3/25/20247《核动力装置》图4-18蒸汽排放系统流程3/25/20248《核动力装置》图4-19蒸汽排放系统压力分配3/25/20249《核动力装置》图4-20蒸汽减温减压装置3/25/202410《核动力装置》复习二回路系统的主要功能是什么?蒸汽系统由哪几部分组成？基本功能是什么?主蒸汽系统有哪些布置方式？各有什么特点？辅蒸汽系统有哪些布置方式？各有什么特点？蒸汽排放系统的功能是什么？3/25/202411《核动力装置》二回路系统的功能利用一回路系统蒸汽发生器产生的蒸汽，将热能转变为推进船舶运动的动力、生产全船用电以及制造淡水。吸收一回路系统核裂变产生的热能，加热二回路给水产生一定温度与压力的蒸汽，提供船舶航行和船舶电站所需要的动能由于系统运行不可避免地会存在一定的介质泄漏，二回路系统需要设置造水装置，生产满足系统运行品质要求的淡水，补充一、二回路淡水消耗借助安全与控制系统，确保系统运行使用安全3/25/202412《核动力装置》功用3/25/202413《核动力装置》图4-10主蒸汽系统的单线布置优点：布置简单，管道和阀件较少，流动阻力小且重量轻、尺寸小缺点：工作可靠性低，生命力差3/25/202414《核动力装置》图4-11主蒸汽系统的双线布置优点：供汽可靠性增大，生命力增强。缺点：两台蒸汽发生器工作压力不等时，会使蒸汽发生器负荷不均。3/25/202415《核动力装置》图4-12主蒸汽系统的环形布置主蒸汽系统的优点：系统生命力强。缺点：管道多，热应力复杂。3/25/202416《核动力装置》图4-13(a)单线式辅汽管路优点：布置简单，占用空间少；缺点：供汽可靠性及生命力较差。3/25/202417《核动力装置》图4-13(b)环形式辅汽管路优点：供汽可靠性好，生命力强；缺点：布置复杂、占用空间较多。3/25/202418《核动力装置》图4-13(c)独立式辅汽管路优点：安全可靠、管路集中；缺点：使用管道较多。3/25/202419《核动力装置》蒸汽排放系统的功用把蒸汽发生器产生的多余蒸汽，经减温减压后排入主（或辅）冷凝器中；在正常运行或者事故工况下，防止主蒸汽管道超压；在冷停堆的第一阶段，与反应堆冷却剂系统配合，实现堆芯余热的导出；属于安全保护系统。3/25/202420《核动力装置》4.5凝水-给水系统1.概述2.系统描述3.系统设计原则4.凝水净化5.给水除氧3/25/202421《核动力装置》1.概述凝水

汽轮机做功后排入到冷凝器中的废汽（或称乏汽）被冷凝成水，称为凝水。给水

凝水经过加热、除气等处理后由给水泵供给蒸汽发生器，称为给水。3/25/202422《核动力装置》凝水-给水系统的功用凝水系统将冷凝器中的凝水输送到给水系统中去的管路及设备，称为凝水系统。给水系统将符合要求的水可靠均匀地向蒸汽发生器输送的管道和设备，称为给水系统。功用

将冷凝器中的凝水经过除气、加热等处理达到允许标准后，输送到蒸汽发生器中。3/25/202423《核动力装置》2.系统描述凝水系统主凝水系统主冷凝器热井－主凝水泵－加热器－过滤器辅凝水系统辅冷凝器热井－辅凝水泵－加热器给水系统

给水泵－差压阀－给水阀3/25/202424《核动力装置》图4-21凝水给水系统流程3/25/202425《核动力装置》3.系统设计原则主要设备双重设置；[可靠性要求]有可靠灵敏的自动调节装置；[机动性要求]考虑凝水量与给水量的不一致；[机动性要求]保证所有设备的技术要求；[可靠性要求]给水泵有应急吸水管；[生命力要求]正常条件下必须保证给水的水质。[可靠性要求]3/25/202426《核动力装置》4.凝水净化凝水污染原因海水、空气从冷凝器不严密处漏入到凝水中；系统设备与管道的腐蚀产物进入凝水中。凝水净化方法

凝水净化是为了除去以离子状态和悬浮状态存在的杂质，常用的方法主要是离子交换和过滤。3/25/202427《核动力装置》凝水过滤器的类型及特点微孔滤芯过滤器依靠滤层表面滤料间小孔的机械阻留和滤料表面的吸附作用来截留水中悬浮物，多采用1~0.5微米孔径的滤芯磁力过滤器（永磁式、电磁式）

利用腐蚀产物的铁磁性来除去杂质超细过滤器常用中空纤维过滤器，过滤口径0.1微米3/25/202428《核动力装置》图4-22中空纤维3/25/202429《核动力装置》图4-23粒径的分布图3/25/202430《核动力装置》5.给水除氧

在凝水-给水系统中，会从真空部分的不严密处漏入和由补水及疏水带入氧和二氧化碳。水中溶有氧气和二氧化碳气体，会引起汽水循环系统及设备的腐蚀，氧腐蚀的主要部位是给水管道和疏水系统。为了防止这类腐蚀，必须从凝给水中除去这些有害气体，特别是氧。3/25/202431《核动力装置》给水除氧方法热力（物理）除氧化学除氧向凝水－给水中添加联氨、亚硫酸钠等化学物品，使之与水中溶解的氧发生化学反应而去除氧气化学除氧反应迅速，反应产物和化学物质本身对系统运行无害，能够达到彻底除氧的目的不能去除水中溶解的其他气体，还会增加给水中可溶性盐类的含量通常和热力（物理）除氧方法结合使用3/25/202432《核动力装置》热力除氧基本原理亨利定律（气体溶解定律）任何气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正比，与水的温度成反比。道尔顿定律（气体分压定律）混合气体的总压力等于混合气体中各气体的分压之和。3/25/202433《核动力装置》图4-24水中溶解氧量与温度、压力的关系3/25/202434《核动力装置》图4-25欠饱和度对水中溶解氧量的关系3/25/202435《核动力装置》热力除氧条件水必须加热至饱和温度；增大汽水接触面积，创造良好的传热、传质条件；有足够的气体分离时间；及时排走分离出的气体，减少分压。3/25/202436《核动力装置》热力除氧方法除氧器除氧喷雾－填料式除氧器淋水盘式除氧器旋膜－填料式除氧器冷凝器真空除氧鼓泡除氧

3/25/202437《核动力装置》图4-26喷雾填料式除氧器3/25/202438《核动力装置》喷雾-填料式除氧器弹簧可调节型喷嘴，在10％~110％流量范围内具有良好的雾化效果，喷雾除氧Ω型不锈钢环堆积成的填料层，比表面积较大，深度除氧3/25/202439《核动力装置》喷雾-填料式除氧器的特点除氧效果好，负荷和水温在一定范围内变化时都能适应；水与加热蒸汽接触面积大，混合速度快；结构简单，检修方便，体积小。3/25/202440《核动力装置》喷雾-淋水盘式除氧器3/25/202441《核动力装置》喷雾-淋水盘式除氧器的特点上部空间采用恒速喷嘴，将凝结水喷射成雾状来实现除氧。恒速喷嘴具有雾化性能好、压差小、流量变化率大等优点，当负荷变化时，特别是低负荷时仍能保持喷嘴出口流速恒定，从而保证喷嘴良好雾化状况，这对除氧设备滑压运行更为有利。淋水盘是除氧器的深度除氧段部分，由侧板和槽钢组成，一层层淋水盘形成无数水膜，从而能获得最佳的传热传质效果。与Ω填料相比，具有抗冲击性强，耐高温，不易冲坏的优点，安全性与稳定性极高。3/25/202442《核动力装置》喷雾-淋水盘式除氧器的特点通常用于140MW~1000MW的机组，特别适用于高参数机组（高温高压，滑压运行）；适用范围广，是目前国际上运用最普通的型式；可靠性高，防闪蒸冲击性强，不易损坏；在国际上有运行几十年的良好业绩；由于由两个卧式容器组成，除氧头内部结构复杂，不锈钢耗量大，安装制作加工成本高。3/25/202443《核动力装置》图4-27立式船用除氧器适应负荷和水温在很大范围内变动时结构简单检修方便体积小水与加热蒸汽接触面积大混合速度快3/25/202444《核动力装置》图4-28旋膜式除氧器旋膜式除氧器是目前最佳最新的高压除氧器，用不锈钢旋膜喷管代替上述弹簧喷嘴的机械旋流。3/25/202445《核动力装置》旋膜喷管工作原理旋膜喷管是长约500~900mm的不锈钢管，沿周向若干沿轴向向下倾斜约10°的切向进水孔，凝结水或补给水由进水孔切向射入喷管，形成从上向下高速旋转流动的中空水膜，在旋流管出口形成很薄的锥形水膜裙；加热蒸汽自下向上流动，对锥形水膜裙的内、外表面同时加热，并对旋膜管内壁液膜进行加热；对变动负荷适应性很强，单根喷管的负荷允许在15~50t/h的范围内变动。3/25/202446《核动力装置》旋膜式除氧器的特点旋膜管进出口水温升可达90℃，传热效果好，具备良好除氧效果；由于内部设有旋膜管混合装置，特别适用于大补水量，补水温度低的系统；成本低，制造加工方便；旋膜管进水孔容易堵塞，维修不便；由于旋膜管是不可调节的，在低负荷时，进水量减少，无法成膜，达不到除氧效果。3/25/202447《核动力装置》冷凝器真空除氧利用冷凝器中凝结水处于饱和温度的特性进行热力除氧；为保持凝结水始终处于饱和温度，通常采取以下措施：用蒸汽加热凝结水控制循环冷却水的流量和温度以消除或减小过冷度，达到除氧的目的。分离出的气体由抽气系统抽出。3/25/202448《核动力装置》鼓泡除氧原理在冷凝器底部设置鼓泡除氧水箱，用蒸汽鼓泡、加热，使凝结水始终保持饱和温度，从而达到除氧目的。加热蒸汽压力应稍高于凝汽器压力，常用辅机废汽或者汽轮机抽汽。3/25/202449《核动力装置》冷凝器真空除氧条件使凝水处于饱和温度持续、顺畅地排出分离出来的气体保持真空系统凝水部分的气密性组织好补水的补入

3/25/202450《核动力装置》6.主要设备计算凝水泵设计容量总扬程输入功率流量调节方式3/25/202451《核动力装置》流量调节方式回流调节方式：出口管路上设置一条回流管，水位自动调节器根据冷凝器热井的水位去控制回流管上阀门的开度，通过改变回流量的大小来实现凝水流量的调节。

汽蚀控制方式：根据泵轮的汽蚀特性来改变泵的排量。3/25/202452《核动力装置》热力除氧器基本要求在核动力装置中，为了满足装置负荷急剧变化以及事故情况下蒸汽发生器对给水的需求除氧器下部除氧水箱的容积应保证以最大流量向蒸汽发生器供水的时间不低于4分钟。3/25/202453《核动力装置》给水泵汽轮机驱动的离心泵一台蒸汽发生器，一般需要设置两台给水泵；两台蒸汽发生器，通常也配置