Höyrygeneraattori

Höyrystimet lämmin (GV) ovat olennaisia komponentteja voimalaitosten lämpö- tai ydin- , ja jotkut lämpöverkot .

Höyrygeneraattorin tehtävänä on vaihtaa lämpöä reaktorin lämmittämän primääripiirin (maaöljy, hiili, ydinreaktori jne.) Ja sekundäärisen piirin välillä, joka kääntää höyryturbiinia - tai muuten kuljettaa tapauksessa tuotettua lämpöä. lämmitysverkko. Nykypäivän tehokkaimmat höyrygeneraattorit saavuttavat noin 1400 megawattia. Moderni Painevesilaitoksessa on 2-4 höyrystimiin, että suojarakennuksen .

Ydinreaktorin ensiöpiirissä vesi nousee 300 ° C: seen ja 155 baariin . Kiitos höyrystimiin, vesi sekundääripiirin saatetaan kiehuvaksi , paineessa 50 ja 80 baaria: höyry sitten poistuu paineen alaisena ja kääntyy turbo-laturin ryhmä - joka on sanoen turbiinin , joka on kytketty laturi - sijaitsee konehuoneessa.

Rakenne ja geometria

Höyrygeneraattori (SG) on noin kaksikymmentä metriä korkea sylinteri , joka sisältää 3000 - 6000 putkea, jotka ovat käänteisen U: n muotoisia.

Lämmönvaihto tapahtuu suurella määrällä ohuita putkia, joissa kiertää kuumaa nestettä ja jonka ympäri kiertää lämmitettävää nestettä.

Putkien halkaisija on noin 2 cm , ja ne menevät ylöspäin sylinterissä jopa 10 m . Ne on kiinnitetty pohjaan ns. Putkilevyllä, ja niitä ylläpidetään 1 metrin välein välilevyillä. Putkien yläosassa olevassa kaarevassa osassa, jonka säde voi olla jopa 1,5 m ulkoputkia varten, putket pidetään tärinää estävillä tankoilla.

Laakeriarvot N4: 5610 putkea, joiden halkaisija on 19,05 mm ja paksuus 1,09 mm, on jaettu putkilevylle 27,43 mm : n kolmion kulmassa .

Putkipaketti on peitetty peltivaipalla, joka erottaa sen ulkoisesta vedenpalautuksesta ja ohjaa emulsion erotus- ja sitten kuivausvaiheeseen.

Operaatio

U-putkiset höyrygeneraattorit, jotka on asennettu painevesireaktoreihin

Toiminnallinen kuvaus - Liikenteen nopeus

Isopurjeessa ensiöpiiri kiertää putkissa. Syöttö putkiin tehdään putkilevyn alle, kuumaan haaraan. Neste nousee kuumien jalkojen puolella olevissa putkissa, välittää osan lämpöstään sekundääripiiriin nousun aikana sekä ripustimiin ja menee sitten alas kylmän jalan puolelle.

Toissijainen piiri tulee pääpurjeeseen ylhäältä putkipaketin yläosan yläpuolelta, yleensä vedenpinnan alapuolelta. Se pääsee paineistetun höyryn muodossa SG: n yläosaan.

Syöttövesi, joka päästetään pääpurjeen tason alapuolelle, jotta estetään kupolissa olevan höyryn kondensoituminen, ohjataan nopeasti pääpurjeen pohjaan, jossa se sekoittuu erottimista tulevaan kyllästettyyn veteen. Sitten seos menee vaipan alle putkipakettiin, jossa se ensin lämmitetään kyllästykseen ja haihdutetaan sitten osittain. "Kiertonopeus" (huomattu ) on kaksivaiheisen säteen seoksen virtausnopeuden suhde tuotetun höyryn virtausnopeuteen. Mitä korkeampi kiertonopeus on, sitä korkeampi on seoksen lämpötila, joka on joutunut kosketuksiin paksujen osien ja putkipaketin kanssa, ja sitä paremmin sekoittuu vettä putkipaketissa. $\ theta$

Esimerkki:

Tyypillisessä konfiguraatiossa, jossa tuotetun kyllästetyn höyryn paine on 55 bar (ts. Lämpötila 270 ° C ) ja missä ruoan lämpötila on 170 ° C , seoksen lämpötila on oleellisesti sama . mel = 237 ° C ${\ displaystyle T_ {mel} = {270 \ kertaa (\ theta -1) +170 \ over \ theta}}$
Nipun emulsion massavirta on yhtä suuri kuin 3 kertaa höyryn virtausnopeuden arvo; emulsion höyrypitoisuus on siis 33% heti kuivauksen erotusvaiheeseen tulon jälkeen. Tämä tarkoittaa 93 prosentin mitätöintiä . Tiheys Tämän seoksessa on noin 524 kg / m 3 , esimerkissä valittu, vastaan 822 kg / m 3 , että seos syöttöveden ja kylläisen veden läsnä vedessä tuoton. ${\ displaystyle {1 \ over {rate ~ of ~ empty}} = 1+ \ left ({1 \ over title ~ mass} -1 \ right) \ kertaa {\ rho _ {v} \ over \ rho _ {e }}}$
Että erottimet emulsiota sentrifugoidaan niin, että se edistää dynaaminen erottaminen vedestä sekä gravitaatioerotuselimet.
Erotusvaiheen jälkeen virtaussuunta-akku mahdollistaa höyryn täydellisen kuivaamisen.

Järjestelyjä tehdään tasapainottamaan nipussa olevan emulsion painehäviö ja erotusvaihe termosifonimoottorin termillä, joka saadaan tason korkeudesta. Veden pinta (neste- ja höyryfaasin välinen raja) pidetään vakiotasolla automaattisella mekanismilla, joka vaikuttaa syöttöveden kierron säätöventtiiliin, mikä yksinkertaisesti varmistaa yleisen säätelyn.

Tuotettu höyry saapuu suureen höyrynkerääjään, jossa yritetään rajoittaa pisaroiden läsnäoloa, mutta yli 32 baarin painehäviö johtaa vähäiseen kondensaatioon. Sitten kerääjä kapenee ja höyrynopeus kasvaa, kun taas putkien (jotka on myös eristettävä) koko pienenee.

Esimerkki höyrystimen yksinkertaistetusta laskemisesta

Tässä kappaleessa yritetään löytää yksinkertaisella tavalla tavanomaisen tyyppisen höyrygeneraattorin yleinen mitoitus, jolla on samanlaiset ominaisuudet kuin N4-vaiheen reaktoreilla. Ensinnäkin laskelma suoritetaan ottamatta huomioon aksiaalisen lämmittimen läsnäoloa, joka varustaa tämän tyyppisen GV: n. Arvioimme sitten tämän parannuksen aikaansaaman höyrynpaineen tai vaihtopinnan vahvistuksen.

Avattavaan ruutuun tehty arvioitu laskelma osoittaa, että GV N4: lle ja EPR: lle säilynyt aksiaalinen ekonomisointirakenne säästää kaiken muun verran, noin 20% vaihtopinnalla muutaman vastustamattoman levyn ja sisäisen hinnan avulla putket. paineella. Tietyllä vaihtopinnalla lämmönvaihdon vahvistus johtaa lisääntyneeseen 2,8 baarin höyrynpaineeseen , kun kaikki muut asiat ovat yhtä suuret, mikä parantaa termodynaamista hyötysuhdetta ja siten tietyllä sähköntuotannolla:

kylmälähteen lämpökuormituksen väheneminen (vähemmän vaikuttava ympäristö).
parempi turvallisuus ( pienempi jäännösteho )

Yksinkertaistettu höyrystimen laskenta

Johdanto:

Tarkastelemme ensin tapausta, jossa höyrygeneraattori on tavallista tyyppiä, yksinkertainen kierrätys ilman ekonomaiseria. Sitten nipun kylmään jalkaan integroidun höyrygeneraattorin tapausta arvioidaan erolla. Vaikka malli on yksinkertaistettu, luettelossa on melko suuri määrä tylsiä tietoja. Ensisijaiseen piiriin liittyvät arvot on merkittävä isolla kirjaimella ja toissijaiseen pienillä kirjaimilla. Siten edustaa primaarista massavirtaa ja tarkoittaa sekundääristä massavirtaa. ${\ displaystyle Q_ {mass}}$ ${\ displaystyle q_ {mass}}$

Yksi antaa 4 tai 5 merkitsevälle luvulle tietyn määrän välilaskelmia ilman tarkkuuden harhaa yksinkertaisessa huolenaiheessa, jotta voidaan välttää laskennan pyöristysvirheiden kertyminen tietäen, että kokonaistulokset ovat 5%: n sisällä.

Yleiset tai yleiset ominaisuudet

Ensisijainen puoli

Ensisijainen tilavuusvirta silmukkaa kohti = 24500 m 3 / h = 6,806 m 3 / s pumpun läpi kulkevan veden lämpötilassa
Ensisijainen massavirta silmukkaa kohti = 5,051 kg / s
Ensisijainen tilavuusvirta silmukkaa kohden primääriveden keskilämpötilassa = 5051 / 704,2 = 7,173 m 3 / s
Ensisijainen veden nopeus putkissa = = 7,173 / 1,255 = 5,716 m / s $V$
Reynolds primääriveden määrä keskilämpötilassa = ${\ displaystyle Re_ {ensisijainen ~ keskitaso} = {\ rho _ {ensisijainen ~ keskitaso} \ kertaa V \ kertaa D_ {hydraulinen} \ yli \ mu _ {ensisijainen ~ keskitaso}}}$

${\ displaystyle Re_ {ensisijainen ~ keskimmäinen}}$ = 770400

Prandtl- primääriveden määrä keskilämpötilassa = ${\ displaystyle Pr_ {ensisijainen ~ keskitaso} = {\ mu _ {ensisijainen ~ keskitaso} \ kertaa Cp_ {ensisijainen ~ keskitaso} \ yli \ lambda _ {ensisijainen ~ keskitaso}}}$

${\ displaystyle Pr_ {ensisijainen ~ keskimmäinen}}$ = 0,975 2

Toissijainen puoli

Höyrygeneraattorin lämpöteho = = 1067,5 MW $W$
Lämpöteho syöttöveden lämmittämiseen kyllästykseen = = 175,5 MW ${\ displaystyle {h'-h_ {alim} \ yli h '' - h_ {alim}} \ kertaa W}$
Haihdutuslämpöteho = 1067,5 - 175,49 = 892,0 MW
Tuotehöyryn massavirta = Syöttöveden massavirta = = 599,4 kg / s ${\ displaystyle {W \ over h '' - h_ {alim}}}$
Arvioitu liikennemäärä = ${\ displaystyle \ theta = 3}$
Paketissa uudelleen lämmitettävän vesiseoksen keskimääräinen nousunopeus = = 3 × 599,4 / 752,7 / 4,116 = 0,580 4 m / s ${\ displaystyle v = {{\ theta \ kertaa q_ {steam} \ over \ rho _ {medium ~ seos}} \ over s_ {passage}}}$
$v$
Uudelleenlämmitysseoksen keskimääräinen Reynolds-luku = = 110 500 ${\ displaystyle Re_ {medium ~ mix} = {\ rho _ {medium ~ mix} \ kertaa v \ kertaa D_ {hydraulinen} \ over \ mu _ {medium ~ mix}}}$
Uudelleenlämmitysseoksen keskimääräinen Prandlt-lukumäärä = 0,8894

Lämmönvaihto, globaalit vaihtokertoimet, keskimääräiset logaritmipoikkeamat ja vaihtopinnat

Lämmitysvyöhykkeen lämmönvaihtokerroin = siis ${\ displaystyle {1 \ yli h_ {global ~ reheating}} = {1 \ yli h_ {ensisijainen}} + {1 \ yli h_ {putki}} + {1 \ yli h_ {toissijainen ~ lämmitys}} + {1 \ yli h_ {lika}}}$

${\ displaystyle h_ {global ~ reheating}}$ = 4,059 kW / (m 2 K)

Lämpöteho lämmitysalueella kuumalla ensiöpuolella = 140,4 MW
Ensisijainen lämpötila kuumapuolen lämmitysvyöhykkeen rajalla = = 323,51 ° C $T_ {x}$
Ensisijainen lämpötila haihtumisvyöhykkeen reunalla = - 36,16 × 892,0 / 1067,5 = 293,30 ° C ${\ displaystyle T_ {y} = T_ {x}}$
Lämpöteho kylmän puolen lämmitysvyöhykkeellä = 35,12 MW
Lämmitysvyöhykkeen logaritminen ero nipun kuumalla puolella = = 45,73 ° C ${\ displaystyle {(T_ {input ~ GV} -t_ {mix ~ input ~ beam}) - (T_ {x} -t_ {saturation}) \ over \ ln \ left ({(T_ {input ~ GV} -t_) {mix ~ input ~ beam}) \ over (T_ {x} -t_ {saturation})} \ right)}}$
Lämmönvaihtopinta kuumavyöhykkeen kuumavyöhykkeellä = = 756,4 m 2 ${\ displaystyle {\ frac {140 {,} 4 \ kertaa 1000} {4 {,} 059 \ kertaa 45 {,} 73}}}$
Lämmitysalueen logaritminen poikkeama nipun kylmällä puolella = = 11,44 ° C ${\ displaystyle {(T_ {output ~ GV} -t_ {mix ~ input ~ beam}) - (T_ {y} -t_ {saturation}) \ over \ ln \ left ({(T_ {output ~ GV} -t_) {mix ~ input ~ beam}) \ over (T_ {y} -t_ {saturation})} \ oikea)}}$
Lämmönvaihtoalue kylmän puolen lämmitysvyöhykkeellä = = 756,2 m 2 ${\ displaystyle {\ frac {35 {,} 12 \ kertaa 1000} {4 {,} 059 \ kertaa 11 {,} 44}}}$
Vaihtopinnat, välilämpötilat , logaritmiset lämpötilaerot, lämmönvaihtovyöhykkeellä vaihdettu lämpöteho kylmällä ja kuumalla ensiöpuolella ovat: Tx{\ displaystyle T_ {x}} $T_ {x}$ Ty{\ displaystyle T_ {y}} ${\ displaystyle T_ {y}}$
- Lämmönvaihtopinnat kylmällä ja kuumalla puolella ovat samat
- Lämmitysvyöhykkeen lopputaso kuumalla ja kylmällä puolella olevissa putkipaketeissa on sama
- Vaihdetut lämpövoimat ovat suhteessa logaritmisiin lämpötilaeroihin

Globaalin lämmönvaihtokertoimen haihtumisalue = siis ${\ displaystyle {1 \ yli h_ {global ~ haihtuminen}} = {1 \ yli h_ {ensisijainen}} + {1 \ yli h_ {putki}} + {1 \ yli h_ {haihdutus}} + {1 \ yli h_ {lika}}}$

${\ displaystyle h_ {globaali ~ haihtuminen}}$ = 6,785 kW / (m 2 K)

Lämpöteho haihdutusalueella = 892,0 MW
Haihtumisvyöhykkeen logaritminen poikkeama = = 15,27 ° C ${\ displaystyle {(T_ {x} -t_ {saturation}) - (T_ {y} -t_ {saturation}) \ yli \ ln \ vasen ({(T_ {x} -t_ {saturation}) \ yli (T_ {y} -t_ {kylläisyys})} \ oikea)} = {(T_ {x} -T_ {y}) \ yli \ ln \ vasen ({(T_ {x} -t_ {kylläisyys}) \ yli (T_ {y} -t_ {kylläisyys})} \ oikea)}}$
Vaihtopinta haihdutusalueella = = 8611 m 2 ${\ displaystyle {\ frac {892 {,} 0 \ kertaa 1000} {6 {,} 785 \ kertaa 15 {,} 27}}}$
Laskettu putken kokonaispinta-ala = 10123 m 2

Nesteen ominaisuudet

Ryhmitellään tähän kohtaan nesteiden termodynaamiset ominaisuudet, jotka ovat välttämättömiä Reynoldsin, Prandtlin ja Nusseltin lukujen laskemiseksi, jotta tieteellisen kirjallisuuden korrelaatioita voidaan käyttää.

Ensisijainen vesi

Ensisijainen tulolämpötila generaattorissa = 328,28 ° C
Höyrygeneraattoriin tulevan primääriveden entalpia = 1 506,8 kJ / kg
Ensisijaisen höyrygeneraattorin ulostulolämpötila = 292,11 ° C
Primaariveden entalpia höyrynkehittimen ulostulossa = 1295,6 kJ / kg
Ensisijaisen höyrygeneraattorin ulostulolämpötila = 292,11 ° C
Primaariveden keskimääräinen tiheys = 703,9 kg / m 3
Primaariveden tiheys höyrystimen ulostulossa = 742,23 kg / m 3 (Primaaripumppujen läpi kulkeva vesi)
Primääriveden dynaaminen viskositeetti keskilämpötilassa = = 8,81E-5 kg / (m s) ${\ displaystyle \ mu _ {ensisijainen ~ keskimmäinen}}$
Primääriveden tiheys keskilämpötilassa = = 704,2 kg / m 3 ${\ displaystyle \ rho _ {ensisijainen ~ keskimmäinen}}$
Primääriveden lämmönjohtavuus keskilämpötilassa = = 0,526 8 W / (m K) ${\ displaystyle \ lambda _ {ensisijainen ~ keskitaso}}$
Primääriveden lämpökapasiteetti keskilämpötilassa = = 5829 kJ / (kg K) ${\ displaystyle Cp_ {ensisijainen ~ keskimmäinen}}$

Vesi ja toissijainen höyry

Ruokaveden lämpötila = = 229,5 ° C ${\ displaystyle t_ {alim}}$
Syöttöveden entalpia = = 988,9 kJ / kg ${\ displaystyle h_ {alim}}$
Tuotettu höyrynpaine = 72,8 bar
Tuotetun höyryn lämpötila = = 288,45 ° C ${\ displaystyle t_ {steam}}$
Kuivan kylläisen höyryn entalpia = = 2 769,9 kJ / kg ${\ displaystyle h ''}$
Veden entalpia kyllästyksellä 72,8 baarissa = = 1291,7 kJ / kg $h '$
Veden tiheys kyllästyksessä 72,8 baarissa = 735,0 kg / m 3
Syöttöveden ja veden palautusvesiseoksen entalpia nipun sisääntulossa = = 1164,1 kJ / kg ${\ displaystyle {988.9 + 1281.7 \ kertaa (\ theta -1) \ over \ theta}}$
Seoksen lämpötila nipun sisääntulossa = 269,88 ° C (arvioituna seoksen entalpiasta)
Seoksen tiheys nipun sisääntulossa = 770,3 kg / m 3
Seoksen keskimääräinen tiheys nipun uudelleenlämmityksen aikana = (770,3 + 735,0) / 2 = 752,7 kg / m 3
Sekundääriseoksen keskimääräinen lämmönjohtavuus lämmityksen aikana = 0,572 1 W / (m K)
Sekundaarisen seoksen keskimääräinen dynaaminen viskositeetti lämmityksen aikana = 9,666 × 10-5 kg / (m s)
Sekundaarisen seoksen keskimääräinen lämpökapasiteetti lämmityksen aikana = 5,253 kJ / (kg K)

Höyrygeneraattorin geometria

Putkien lukumäärä = 5614
Putkien ulkohalkaisija = = 19,05 mm $/$
Putken paksuus = 1,09 mm
Putkien sisähalkaisija = = 16,87 mm $D_ {i}$
Kolmikulmaisen putken istutusväli = = 27,43 mm $klo$
Ensisijainen hydraulihalkaisija = = 16,87 mm ${\ displaystyle D_ {hydraulinen}}$
Toissijainen hydraulihalkaisija = = 24,50 mm (perustelemalla kolmen vierekkäisen putken, toisin sanoen 1/2 putken, muodostaman elementaarisen tasasivuisen kolmion tasolla) ${\ displaystyle d_ {hydraulic} = {4 \ kertaa s_ {passage} \ over {perimetre_ {c} hauffant}} = {4 \ kertaa \ left ({a ^ {2} \ kertaa {\ sqrt {3}} \ yli 4} - {1 \ yli 2} \ kertaa {\ pi \ kertaa D_ {e} ^ {2} \ yli 4} \ oikea) \ yli {\ pi \ kertaa D_ {e} \ yli 2}}}$
Ensisijainen nestevirtaus = = 1255 m 2 ${\ displaystyle S_ {passage} = 5 ~ 614 \ kertaa {\ frac {\ pi \ D_ {i} ^ {2}} {4}}}$
Toissijainen nesteen kulkuosa = = (Putkilevyn nipun viemä alue) - (Nipun kaikkien putkien poikkileikkaus). Putkessa on kaksi implanttia putkilevyssä, ja jokainen implantti vie pinta-alan, joka on yhtä suuri kuin romb, jonka muodostavat kaksi tasasivuista kolmiota sivulta , josta ${\ displaystyle s_ {passage}}$ $klo$

${\ displaystyle s_ {passage} = 5 ~ 614 \ kertaa \ jäljellä (2 \ kertaa {a ^ {2} \ kertaa {\ sqrt {3}} \ yli 4} \ kertaa 2-2 \ kertaa {\ pi \ yli 4} \ kertaa D_ {e} ^ {2} \ oikea)}$ = 4116 m 2

Putkien metallin johtokyky = = 18,65 W / (m K) putkipaketin keskimääräisissä käyttölämpötiloissa. ${\ displaystyle \ lambda _ {metal}}$

Eri perusvaihtokertoimien arviointi

Vaihtokerroin primäärisen nesteen ja putkien sisäseinän välillä

Vaihtokerroin primaarisen nesteen ja putkien sisäseinän välillä putkien ulkopinnalle = ${\ displaystyle h_ {ensisijainen}}$
Käytämme korrelaatiota : = 30,01 kW / (m 2 K) ${\ displaystyle h_ {primary} = 0 {,} 0214 \ kertaa Pr_ {ensisijainen ~ keskitaso} ^ {0 {,} 4} \ kertaa Re_ {ensisijainen ~ keskitaso} ^ {0 {,} 8} \ kertaa {\ lambda _ {ensisijainen ~ keskitaso} \ yli D_ {e}}}$

Lämmönvaihtokerroin putkien metallissa

Klassista kaavaa käytetään: kanssa ${\ displaystyle (T_ {i} -t_ {e}) = {w_ {l} \ yli 2 \ kertaa \ pi \ kertaa \ lambda} \ kertaa \ ln \ vasemmalle ({D_ {e} \ yli D_ {i} } \ oikea)}$

${\ displaystyle (T_ {i} -t_ {e})}$ = deltaT putken seinämien välillä, ensisijainen puoli putken sisällä ja toissijainen puoli putken ulkopuolella $T_ {i}$ $sinä$
${\ displaystyle \ lambda _ {metal}}$ = metallin johtavuus
${\ displaystyle w_ {l}}$ = lineaarinen vaihdettu lämpöteho

Putkielementin pituuden ulkopinnan läpi kulkeva pintalämpövirta kirjoitetaan seuraavasti: missä korvaaminen asettaa muodon, joka osoittaa metalliputken lämmönvaihtokertoimen tunnistamalla, se tulee = 16,12 kW / (m 2 K) $l$ ${\ displaystyle w_ {s} = {w_ {l} \ kertaa l \ yli \ pi \ kertaa D_ {e} \ kertaa l} = {w_ {l} \ yli \ pi \ kertaa D_ {e}}}$ ${\ displaystyle w_ {l} = w_ {s} \ kertaa \ pi \ kertaa D_ {e}}$ ${\ displaystyle (T_ {i} -t_ {e}) = {w_ {s} \ kertaa \ pi \ kertaa D_ {e} \ yli 2 \ kertaa \ pi \ kertaa \ lambda _ {metal}} \ kertaa \ ln \ vasen ({D_ {e} \ yli D_ {i}} \ oikea)}$ ${\ displaystyle h_ {putki}}$ ${\ displaystyle w_ {s} = h_ {tube} \ kertaa (T_ {i} -t_ {e}) = {(T_ {i} -t_ {e}) \ kertaa 2 \ kertaa \ lambda _ {metal} \ yli D_ {e} \ kertaa \ ln \ vasen ({D_ {e} \ yli D_ {i}} \ oikea)}}$ ${\ displaystyle h_ {tube} = {2 \ kertaa \ lambda _ {metal} \ yli D_ {e} \ kertaa \ ln \ vasen ({D_ {e} \ yli D_ {i}} \ oikea)} = {2 \ kertaa 18 {,} 65 \ yli 19,05 \ kertaa \ ln \ vasen ({19 {,} 05 \ yli 16 {,} 87} \ oikea)}}$

Lämmönvaihtokerroin sekundääriseoksen uudelleenlämmityksen aikana ja nipun putkien ulkoseinän välillä

Käytämme Colburnin korrelaatiota : = 7,195 kW / (m 2 K) ${\ displaystyle h_ {toissijainen ~ lämmitys} = 0 {,} 023 \ kertaa Pr_ {väliaine ~ seos} ^ {1/3} \ kertaa Re_ {väliaine ~ seos} ^ {0 {,} 8} \ kertaa {\ lambda _ {medium ~ melange} \ yli D_ {e}}}$

Haihtumisvaihtokerroin

Teknisen kirjallisuuden korrelaatiot, jotka mahdollistavat haihtumisvaihtokertoimen arvon saamisen, vaativat iteratiivisen laskennan, jota ei voida suorittaa tässä. Käytämme kiinteää arvoa 25 kW / (m 2 K)

Putken likaantuminen

On tavanmukaista ottaa suunnittelussa tasaisella tavalla huomioon putkien likaantuminen keskuksen toissijaisella puolella. Se ilmaistaan lämpövastuksella, joka lisätään kokonaisvaihtokertoimen muihin rakenneosiin. Ehdotetussa esimerkissä käytetään standardiarvoa 0,012 (m 2 K) / kW, ts. Vaihtokerrointa 83,33 kW / (m 2 K).

Kehittynyt höyrygeneraattori (tyyppi N4)

Toiminnalliset suunnitteluerot

N4-tyyppinen höyrygeneraattori eroaa tavanomaisista malleista, joista on keskusteltu lyhyesti lyhyesti, pääasiassa toissijaisen sivukierron suhteen.

Generaattoriin syötetty syöttövesi ei enää ole täysin sekoitettu erotimista lähtevän kyllästetyn veden kanssa, vaan vain osaan. Seos ohjataan sitten putkipaketin kylmään jalkaan. Putkipaketti on jaettu kahteen osaan putkilevyn kanssa kiinteän tasaisen levyn aikaan. Suurin osa erottimista lähtevästä kyllästetystä vedestä ohjataan kimppun kuumaan jalkaan. Se laskeutuu nuolemalla toissijaista vaippaa suojaamalla sitä lämpöshokkilta.

Tutkimme vaiheittain näiden muutosten vaikutusta klassisessa kokoonpanossa suoritettujen vaihtopintojen laskentaan.

Yleiset tai yleiset ominaisuudet

Ensisijainen puoli

Ilman muutosta

Toissijainen puoli

Arvioitu liikennemäärä = ${\ displaystyle \ theta = 2}$
Paketissa uudelleen lämmitettävän vesiseoksen keskimääräinen nousunopeus = = 0,765 5 m / s ${\ displaystyle v = {{\ theta \ kertaa q_ {steam} \ over \ rho _ {medium ~ seos}} \ over s_ {passage}}}$
${\ displaystyle v = {\ frac {2 \ kertaa 599 {,} 4} {760 {,} 9 \ kertaa 2 {,} 058}}}$
Uudelleenlämmitysseoksen keskimääräinen Reynoldsin lukumäärä = = 144 800 ${\ displaystyle Re_ {medium ~ mix} = {\ rho _ {medium ~ mix} \ kertaa v \ kertaa D_ {hydraulinen} \ over \ mu _ {medium ~ mix}}}$
Uudelleenlämmitysseoksen keskimääräinen Prandlt-lukumäärä = 0,8776

Lämmönvaihto, globaalit vaihtokertoimet, keskimääräiset logaritmipoikkeamat ja vaihtopinnat

Lämmitysvyöhykkeen lämmönvaihtokerroin = siis ${\ displaystyle {1 \ yli h_ {global ~ reheating}} = {1 \ yli h_ {ensisijainen}} + {1 \ yli h_ {putki}} + {1 \ yli h_ {toissijainen ~ lämmitys}} + {1 \ yli h_ {lika}}}$

${\ displaystyle h_ {global ~ reheating}}$ = 4,974 kW / (m 2 K)

Lämpöteho kylmän ensiöpuolen lämmitysvyöhykkeellä = 175,5 MW
Ensisijainen lämpötila haihtumisvyöhykkeen reunalla = 328,27 - 36,16 × 892,0 / 1067,5 = 298,05 ° C ${\ displaystyle T_ {z}}$
Lämmitysalueen logaritminen poikkeama nipun kylmällä puolella = = 18,59 ° C ${\ displaystyle {(T_ {output ~ GV} -t_ {mix ~ input ~ beam}) - (T_ {z} -t_ {saturation}) \ over \ ln \ left ({(T_ {output ~ GV} -t_) {mix ~ input ~ beam}) \ over (T_ {z} -t_ {saturation})} \ oikea)}}$
Lämmönvaihtoalue kylmän puolen lämmitysvyöhykkeellä = = 1 897,5 m 2 ${\ displaystyle {\ frac {175 {,} 5 \ kertaa 1000} {4 {,} 974 \ kertaa 18 {,} 59}}}$
Haihtumisvyöhykkeen logaritminen poikkeama = = 21,24 ° C ${\ displaystyle {(T_ {input ~ GV} -t_ {saturation}) - (T_ {z} -t_ {saturation}) \ over \ ln \ left ({(T_ {input ~ GV} -t_ {saturation}) \ over (T_ {z} -t_ {saturation})} \ right)} = {(T_ {input ~ GV} -T_ {z}) \ over \ ln \ left ({(T_ {input ~ GV} -t_) {saturation}) \ over (T_ {z} -t_ {saturation})} \ right)}}$
Vaihtopinta haihdutusvyöhykkeellä = = 6189 m 2 ${\ displaystyle {\ frac {892 {,} 0 \ kertaa 1000} {6 {,} 785 \ kertaa 21 {,} 24}}}$
Laskettu putken kokonaispinta-ala = 8087 m 2, eli 20% pienempi kuin perinteisessä mallissa, jossa on täydellinen kierto

Yksinkertaistetulla laskennalla löydetty arvo poikkeaa vain maltillisesti todellisesta arvosta, joka on annettu 7 960 m 2 artikkelissa Ydinvoimalat Ranskassa , mikä antaa uskottavuuden vertailutulokselle.

Voimme ilmaista saavutetun voiton kahdella eri tavalla:

20%: n säästö lämmönvaihtopinnassa ja höyrygeneraattorin koossa, jolla on merkittäviä epäsuoria seurauksia, esimerkiksi suojakammioiden mittoihin tai ensiöpumppujen hydraulitehoon.
20%: n alennus höyrygeneraattorin globaalin logaritmisen poikkeaman arvosta, mikä johtaa höyryn lämpötilan nousuun tietyissä alkulämpötiloissa 2,65 ° C , ts. paineen nousu 2,8 bar, kaikki muut asiat ovat yhtä suuret

Nesteen ominaisuudet

Ensisijainen vesi:

Ilman muutosta

Vesi ja toissijainen höyry:

Syöttöveden ja veden palautusvesiseoksen entalpia nipun sisääntulossa = = 1135,3 kJ / kg ${\ displaystyle {988 {,} 9 + 1 \, 281 {,} 7 \ kertaa (\ theta -1) \ over \ theta}}$
Seoksen lämpötila nipun sisääntulossa = 260,14 ° C (arvioidaan seoksen entalpiasta)
Seoksen tiheys nipun sisääntulossa = 786,8 kg / m 3
Seoksen keskimääräinen tiheys nipun uudelleenlämmityksen aikana = (786,8 + 735,0) / 2 = 760,9 kg / m 3
Sekundääriseoksen keskimääräinen lämmönjohtavuus lämmityksen aikana = 0,581 1 W / (m K)
Sekundaarisen seoksen keskimääräinen dynaaminen viskositeetti uudelleenlämmityksen aikana = 9,858 × 10 −5 kg / (m s)
Sekundaarisen seoksen keskimääräinen lämpökapasiteetti lämmityksen aikana = 5,173 kJ / (kg K)

Höyrygeneraattorin geometria

Se on identtinen, mutta toissijaisen seoksen läpikulkuosuutta kuumennuksessa vähennetään puoleen, mikä otetaan huomioon seoksen nousunopeuden arvioimiseksi.

Perusvaihtokertoimet

Ainoastaan lämmönvaihtokerroin toissijaisen seoksen välillä lämmityksen aikana ja nipun putkien ulkoseinän välillä vaikuttaa. Saman korrelaation käyttö seoksen termodynaamisten ominaisuuksien muunnettujen arvojen kanssa uudelleenlämmityksen aikana, mukaan lukien lisääntynyt virtausnopeus, antaa: = 10,68 kW / (m 2 K) ${\ displaystyle h_ {toissijainen ~ uudelleenlämmitys}}$

Muu tekniikka

Babcock- tyyppiset höyrygeneraattorit ovat suoraputkisia , yksikanavaisia. Venäläisten VVER- kasvien generaattoreilla on vaaka-akseli, joka on suotuisa maanjäristysten kestävyyden kannalta.

Jotkut pienitehoiset reaktorit on myös varustettu höyrynkehittimillä, joissa on yksikanavaiset kierukkaputket.

Muiden kuin ydinvoimaloiden höyrygeneraattorien lämpötila on 450 ° C ja paine 45 bar (45,10 5 Pa).

Huolto

Höyrygeneraattoreille tehdään pakollinen kymmenen vuoden tarkastus höyrylaitteita koskevien määräysten mukaisesti

Putken ohjaus

Höyrygeneraattoreiden putket muodostavat ydinvoimalaitosten toisen esteen, joka eristää polttoainesauvojen kanssa kosketuksessa olevan primäärisen nesteen ja vesihöyrypiirin sekundäärisen nesteen.

Tämän seurauksena kiinnitetään erityistä huomiota putkien tiiviyden tarkastamiseen yksiköiden seisokkien aikana.

Putkien rikkomattomat tutkimukset suoritetaan historian ja "näytteenottosuunnitelman" mukaan, mikä mahdollistaa kaikkien putkien tarkastamisen 3 tai 4 käynnillä.

Putkien tarkastamiseen käytetään erilaisia prosesseja: "toissijaisen" osan täyttäminen heliumilla niiden tiiviyden tarkistamiseksi; pyörrevirtojen käyttö putkien mekaanisen tilan mittaamiseen.

Putket (inconelissa 690), joissa on vikoja, jotka johtuvat esimerkiksi korroosiosta tai halkeamista , vuotolähteistä, on suljettu (sisään- ja ulostulon kohdalta) estämään ensiöpiirinestettä saastuttamasta toisiopiiriä. Pistoke on valmistettu kiinteästä metallista ja se on suunniteltu kiinnitettäväksi putkeen hampaiden tai urien kautta, jotka upotetaan jälkimmäisen seinään, mutta vuodesta 2008 lähtien EDF on havainnut vähintään viisi poikkeamaa tulppien asennuksessa. Sammutusreaktorien huollon aikana poikkeavuuksia, jotka ovat jo johtaneet "putkissa olevien tulppien siirtymiseen", jotka voivat vaikuttaa höyrynkehittimeen. Nämä poikkeamat "asettivat kyseenalaiseksi näiden toimintojen hallinnan" . Ne on sittemmin korjattu EDF: n ja ASN: n mukaan.

Tämä on paljon monimutkaisempi toimenpide, mutta putki voidaan myös korjata (toiminto, jota kutsutaan hihaksi , jonka aikana holkit viedään vaurioituneen putken ulkopuolelle, vaan sisälle, jolloin tiiviys saavutetaan " swagingilla " robotilla ja kauko-ohjauksella, useita " hydraulisia " laajennus "peräkkäin (laajentimen mukaan) ilmoitti, että työkappale on teräspinnoitettu 18MND5 inconel 690 (vain ensisijaisen piirin puoli).
Vaikka Gravelines-ydinvoimalaitoksen osaan 5 sisältyvä projekti kolmen höyrygeneraattorin korvaamiseksi, vuonna 2016 EDF ehdotti jatkaa yksikön käyttö alkuperäisillä höyrygeneraattoreilla primääripiirin hydraulisen testauksen ja generaattoriputkien ns. "holkkikorjausten" jälkeen "toisen esteen eheyden" ylläpitämiseksi) Se oli ensimmäinen Ranskassa, mutta Westinghouse- konserni (joka toteutti tämän operaation vuonna 2017) oli jo harjoittanut sitä useissa voimalaitoksissa muissa maissa (19 000 holkkia oli jo asennettu 15 vuoteen). Ranskassa "potentiaalisesti koskee kaikkia 1 300 MWe: n EDF-alueen ydintuotantokeskuksia" EDF on käynnistänyt globaalit hihat. Toinen prosessi patentoitiin vuonna 1985, ja sen tarkoituksena oli luoda tiukka metalliholkki vuotovyöhykkeelle nikkelin märällä galvanointikäsittelyllä.

Putkia (useita kilometrejä kussakin pääpurjeessa) pidetään välilevyillä niiden tärinän rajoittamiseksi. Viime aikoina on osoitettu putkien ja levyjen välisen rajoitetun tilan tukkeutuminen: sekundääriseen veteen kuljettavia metallioksideja on taipumusta kerääntyä suljetuille alueille, kun vesi höyrystyy kosketuksessa veden kanssa. Mahdollinen tukkeutuminen vaikuttaa haitallisesti höyrystimen toimintaan pitkällä aikavälillä; Siksi se on nyt käsitelty (kemiallisella puhdistuksella ja / tai paineistetulla vedellä).

Tapahtumat

Höyrygeneraattoriin liittyvät tapaukset ovat melko yleisiä ydinalalla:

15. helmikuuta 2000on suuri vuoto radioaktiivista höyryä rikkoutumisen takia putken yksi höyrystimien reaktorin n o 2 Indian Point ydinvoimalan (US).
Vuosina 2004–2007 jotkut EDF: n voimalaitosten reaktorit olivat tukkeutuneet höyrynkehittimistä, mikä oli ratkaistava näiden laitosten turvallisen toiminnan varmistamiseksi.
Rikkoutuneet höyrygeneraattoriputket voivat johtaa radioaktiiviseen vuotoon kuten tammikuu 2012klo San Onofre ydinvoimalan (USA).
31. maaliskuuta 2016, EDF ilmoitti ASN : lle Paluelin ydinvoimalaitoksen reaktorin 2 rakennuksessa hoidettavan höyrygeneraattorin kaatumisesta (76).

Hyödyt ja haitat

Vesihöyry on lämpöenergian syrjäyttämistapa erittäin suurilla tehoilla (erittäin hyvä höyryn ominaisteho ja rajaton koko laitteistoa tiettyihin käyttötarkoituksiin).

Märällä höyryllä on kuitenkin haittoja: turbiinissa se lisää terän kulumista ja lämmönsiirrossa se lisää lämpöhäviöitä koskettamalla kondensaattien / lämmönjohtavuutta seinien kanssa. Kuivat höyrypiirit (kutsutaan myös ylikuumennetuiksi) ovat monimutkaisempia toimia (korkeampi paine ja lämpötila), mutta niillä ei ole näitä haittoja.

Kaimakset

Termiä "höyrygeneraattori" käytetään myös kuvaamaan:

laite, jonka avulla nykyaikainen turkkilainen sauna toimii.
yksinkertainen höyry kattilan
Kaikki laitteet, jotka mahdollistavat höyryn lisäämisen höyryuuniin
ilmankostutin ilmastoinnin

Huomautuksia

Teollisia höyryjä on kahta tyyppiä: kuumat ja kylmät höyryt. Tämä artikkeli käsittelee kuumakattiloita, joita käytetään energia-alalla. Katso kylmähöyrygeneraattori, katso sumuvirtageneraattori
Katso artikkeli eurooppalaisesta painereaktorista
Erotinkolonnissa nousevan vesihöyryseoksen tyhjiönopeus on korkea. Vesipatsaan painoeron aiheuttama moottoritermi vesipalautuksen ja nipussa olevan emulsion välillä on tärkeä, ja kaksivaiheinen emulsiovirta nousee erottimissa aivan kuten geysirin
Uuden putken höyrygeneraattoreiden uusimmat mallit eri valmistajilta ovat kaiken kaikkiaan lisänneet höyryn erottamiseen ja kuivaamiseen
Ensisijainen massavirta otetaan yhtä suureksi kuin pumpun tuottama tilavuusvirta kerrottuna pumpun läpi kulkevan virtausnopeuden lämpötilassa otetun veden tiheydellä
Syöttöveden lämpötila on melko korkea turbiinipuolen höyrykierron optimoinnin ansiosta, joka sisältää useita syöttöveden uudelleenlämmityksiä. Valittu kiertonopeus varmistaa riittävän lisälämmityksen suurten osien suojaamiseksi lämpöiskuilta, kuten putkilevyltä ja raskaalta - SG: n työseinät
Tavallisessa höyrystimessä nipun sisäinen jakaminen toissijaisella puolella ei ole ja kaksivaiheinen seos kiertää vapaasti ja homogenisoituu lämpötilassa tietäen, että hyvin pieni paikallinen lämpötilaero kompensoidaan välittömästi kondensoitumalla tai kiehuvalla nesteellä läheisyydessä
Ensisijaisten pumppujen tuottama lämpöteho (noin 20 MWth 4 pumpulle) selittää tämän arvon ja säiliön tulolämpötilan välisen eron. 40% pumpun kuluttamasta sähkötehosta välitetään ensisijaiselle nesteelle, kun se kulkee pumpun läpi, loput 60% välitetään ensisijaiselle nesteelle koko piirissä painehäviöiden mukaan
Tarkempi laskelma tekisi tarpeen ottaa huomioon alhainen vesipitoisuus generaattorin ulostulossa: tyypillisesti 0,3% - Kattilavalmistajien ammattikiellossa sanotaan kattilasta, että se "esitäyttää", jos tuotettu höyry on kosteutta kuormitettu. Viimeaikaiset höyrygeneraattoreiden mallit on vahvistettu erotus- ja kuivausvaiheissa, mikä eliminoi tämän vian.
Putkipiste identtinen edellisen mallin kanssa
Putkien välinen etäisyys ja materiaalin kannakko ovat identtiset edellisen mallin kanssa, mutta nousu on kolmiomainen eikä enää neliö, mikä lisää palkin kompaktiutta
Palautettu artikkeliin Lämpövirta
CHEN korrelaatio tulee kattaa monenlaisia paineita ja lämpötiloja, joilla on melko vakaa keskimääräinen tulos joukossa teknisen kirjallisuuden
Huomaa, että uteliaisuudella kerrostumien vaikutus putkien toissijaiseen seinään ei ole välttämättä negatiivinen, koska haihdutusvyöhykkeellä ne voivat edistää ytimekiehumista ja parantaa vaihtoa ainakin koneiden ensimmäisessä vaiheessa

Viitteet

[PDF] 5980 putkea EPR: n GV: lle (sivu 17) EPR-reaktori , Jacques Gollion, 23. toukokuuta 2007
" Yhdysvallat: NuScale siirtyy eteenpäin rakentamaan kierteiset höyrynkehittimet | kaikki Revue Générale Nucléairen tiedot SFEN ” , www.sfen.org (käytetty 20. maaliskuuta 2018 )
Höyrylaitteiden sääntelystä annettu 04/02/1926 asetus AIDA
Poikkeavuuksia putkiliittimien asennuksessa ydinreaktorin höyrygeneraattoreille: ASN pyytää EDF: ltä lisätutkimuksia ; 29.06.2009
Dhers J Hitsaamattomat kokoonpanot ydinreaktoreissa . AREVA
EDF? CLi de Gravelines (2017) Keskity vuoden 2017 tärkeimpään toimintaan höyrygeneraattoriputkien holkkiin
Markkinatiedote (EDF): EDF-ydinvoimalaitoksen höyrygeneraattoriputkien holkit - vaihe 1300 MWe. Sopimus sisältää mahdollisuuden hankkia ja suorittaa paikan päällä seuraavat toiminnot: - höyrygeneraattoriputkien holkit, mukaan lukien holkin rikkomattomat testit asennuksen jälkeen - NDT holkkiputkikokoonpanojen käytössä . CPV: 42151000.2011 / S 32-053357 (lähde TED)
Patentti (1985) prosessista höyrygeneraattorin putkien korjaamiseksi
ASN - 11. tammikuuta 2010: EDF: n ydinvoimalaitosten höyrygeneraattoreilla suorittamien laajamittaisten huoltotoimenpiteiden historia
EDF-voimalaitosten tiettyjen reaktorien höyrynkehittimien korkeaa tukkeutumisnopeutta koskeva yleinen poikkeama - ASN: n tiedote 18. heinäkuuta 2007
Gen4 - 02/03/2012: Tekniikka: San Onofressa jotain "on vialla" GV: n "Arkistoidun kopion" putkissa (versio 24. kesäkuuta 2018 Internet-arkistossa )
" Höyrygeneraattorin putoaminen Paluelin voimalaitoksen reaktorin 2 rakennuksessa (76): ASN määräsi välittömän tarkastuksen " , ASN: ssä ,1. st huhtikuu 2016(näytetty 1 st päivänä toukokuuta 2018 ) .

Ulkoiset linkit