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核动力设备及装置总复习

名词解释应力腐蚀:在腐蚀和应力的联合作用下导致金属自然破裂的现象晶间腐蚀:腐蚀沿着晶粒间界进行耗蚀:由于可溶性酸性磷酸盐的局部高浓缩,使管子产生均匀腐蚀而造成的一种腐蚀破坏形式凹痕:由于在管子与支撑板间的环形缝隙中产生的坚硬腐蚀产物所造成的压力而导致蒸汽发生器管子产生塑性变形,并引起支撑板变形以致破裂的一种腐蚀破坏现象微震磨损:由于振动使得支撑板和管子或相邻管子间发生冲击碰撞和滑动摩擦,从而使管子产生金属磨损,这种冲击和滑动运动是往复的,并且振幅很小。

临界热负荷:当热流密度达到由核态沸腾变为膜态沸腾所对应的值时,加热表面上的气泡很多,以致使很多气泡连成一片,覆盖了部分加热面。

由于气膜的传热系数低,加热面的温度会很快升高,而使加热面烧毁,则此时热流密度称为临界热负荷第一类传热恶化:由于换热偏离核态沸腾而造成的传热恶化第二类传热恶化:由于液膜蒸干而引起的传热恶化界限含气率:流通中蒸干点处得含气率质量含气率:单位时间内,流过通道某一截面的两相流体质量中气相所占的此例份额截面含气率:气液两相流道某一截面上,气相所占截面积与总流道截面积之比体积含气率:气相体积流量与两相流体总体积流量之比折算速度:在气液两相流道中,两相中的任意一相单独流过同一通道时的速度循环速度:指与气液两相混合物总质量流量相等的液相介质流过同一截面通道时的速度循环倍率:单位时间内,流过通道某一截面的两相流体总质量与其中的气相介质质量流量之比循环运动压头:由于截面两侧受到压力差,即两侧受力不平衡,从而流体产生流动,则称使流体产生流动的动力的压力差为循环运动压头循环运动有效压头:在循环回路的运动压头中,克服汽水混合物向上流动时产生的阻力后所剩余的压头,它等于下降空间阻力蒸汽发生器的静态特性:由于蒸汽发生器负荷变化而引起一回路冷却剂的平均温度和二回路工质压力变化的规律。

水滴状带盐:由于蒸汽带有水滴而使蒸汽带盐的方式分子状带盐:盐分子直接溶于蒸汽中,随着蒸汽被带出。

蒸发面负荷:单位时间内通过蒸汽发生器上升空间水面单位面积的蒸汽流量正瞬变体积:在装置运行过程中,当二回路负荷降低,将造成一回路水平均温度瞬时上升,体积膨胀,使回路里的水瞬时波动流入稳压器,稳压器内瞬时增加的体积称为正瞬变体积瞬变体积:在装置运行过程中,当负荷突然变化时,因控制系统动作滞后,造成堆功率和二回路负荷不平衡。

在此过渡过程中,冷却剂水的平均温度将偏离原来的整定值,从而引起的瞬时水体积变化率称为瞬变体积负瞬变体积:当二回路负荷增加时,将造成一回路水平均温度瞬时下降,水体积收缩,使稳压器内的水波动流出。

在此过程中,稳压器内瞬时减少的体积称为负瞬变体积回路温度偏差水体积:在反应堆装置稳态运行时,由于温度控制死区和温度测量仪表误差,造成平均温度的波动,由此引起的一回路冷却剂的体积波动。

静态功率变化体积:反应堆高功率稳态运行时,稳压器内的水位处于高水位,低功率时稳压器内水位处于低水位,当反应堆装置从零功率上升到满功率时,两水位之间的体积就是静态功率变化体积汽化系数:单位体积的饱和水压力每降低一个单位所汽化掉的水质量喷雾比例系数:每单位通过波动管流入稳压器的水质量所消耗的喷雾水质量。

控制死区:当冷却剂温度波动在一定的范围之内时,控制棒不动作,这个范围称为控制死区真空度:外界环境大气压力与冷凝器进口喉部的压力之差温度端差:冷凝器入口蒸汽压力下的饱和温度ts与冷却水出口温度tf2之间的差值冷却倍率:凝结单位质量蒸汽所用的冷却水流量气阻:冷凝器进口压力pc与抽气口处得压力pc’’的差值凝结水过冷度:冷凝器热井中的凝结水温度tav一般要比冷凝器入口蒸汽压力下的饱和温度ts要低,所低的数值(ts-tav)称为凝结水过冷度冷却水温升:冷却水出口温度与进口温度之差冷凝器变工况特性:冷凝器压力pc随Ds Gw和tf1变化而变化的规律。

冷凝器特性曲线:当冷却水流量Gw不变时,对应每一个冷却水进口温度tf1值均口得出冷凝器压力pc与蒸汽负荷Ds之间的关系曲线。

思考题蒸汽发生器的作用核裂变产生的能量由冷却剂带出,通过蒸汽发生器将热量传递给二回路的给水,使其产生具有一定压力、一定温度和一定干度的蒸汽;一、二回路的枢纽蒸汽发生器分类⏹工质流动方式:自然循环蒸汽发生器、直流蒸汽发生器⏹安放形式:卧式蒸汽发生器、立式蒸汽发生器⏹传热管形状:U形管、直管、螺旋管、其他形状蒸汽发生器立式U形管自然循环蒸汽发生器主要特点—湿饱和蒸汽;水循环不需外部动力优点:水容积大,蓄热量大;缓冲性好,对自动控制要求低;可炉水处理和排污,对传热管和二回路水要求低缺点:需汽水分离,结构复杂;汽机高低压缸间需汽水分离再热器;静态特性较差卧式自然循环蒸汽发生器优缺点优点:安全可靠性好;立式联箱,水平U形管根部汽水流动通畅,不会造成泥渣沉积和腐蚀介质的浓缩,使传热管根部避免腐蚀破裂;蒸发面负荷较小,用简单的汽水分离装置即可保证蒸汽品质;采用奥氏体不锈钢传热管,价格比较低廉。

缺点:体积大,质量大,金属耗量大;单台极限功率负荷受到限制,一般不超过200-300MW;在安全壳内布置不方便;须严格控制二回路侧水质指标,特别是氯离子指标与卧式自然循环蒸汽发生器相比,立式U形管自然循环蒸汽发生器优点:避免了气泡的停滞,改善了传热,使水循环更加安全可靠;单台电功率比卧式高;作为传热管的U形管可以自由膨胀;结构紧凑;维修方便。

缺点:二回路侧管板式容易形成滞流区,引起二回路水在那里的流速过低,产生泥渣沉积、杂质浓缩和在传热管上产生干湿交替引起传热管腐蚀破损;水平管板加工技术难度大,工艺复杂、成本高;蒸汽离开蒸发面时流速高、除湿难度大。

直流蒸汽发生器特点:强迫流动;产生微过热蒸汽;无内部水循环,给水一次性流过受热面分类:管外直流蒸汽发生器:二回路工质在传热管外;一回路工质在传热管内;主要用于核电厂管内直流蒸汽发生器:二回路工质在传热管内;一回路工质在传热管外;主要用于舰船核动力装置直流式优缺点优点:没有汽水分离设备,结构简单,尺寸紧凑;静态性能好,蒸汽压力稳定;运行的机动性好,升降功率速度快;产生过热蒸汽,提高了装置的热效率;功率重量比重高(约1.5MW/t,自然循环约0.94MW/t)单台电功率可达60-65万kW缺点:无法进行锅内水处理和排污,对给水的品质和传热管管材的性能要求较高;水容积小,蓄热能力小,对给水自动控制要求高。

可能发生各种类型的两相流动不稳定性问题;必须解决好管束和筒体间热膨胀差的补偿问题传热管破损的种类及其发生机理•种类:应力腐蚀;晶间腐蚀;耗蚀;凹痕;微振磨损;点蚀(或缝隙腐蚀)应力腐蚀:原因—腐蚀和应力的共同作用;措施—在腐蚀介质中添加缓蚀剂,合理设计零件和构件,减少应力集中,采用金属或非金属保护层,隔绝腐蚀介质的作用晶间腐蚀:原因—晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶间杂质或内应力的存在;措施—选用抗晶间腐蚀的合金,选择合适的热处理工艺,如铝合金过时效处理。

发生部位:管子—管板间隙和管子—支撑板缝隙处、管板上泥渣淤积处得管段上凹痕:原因—管子与支撑板间的环形缝隙中产生的坚硬腐蚀产物所造成的压力而导致蒸汽发生器管子产生塑性变形;措施—及时疏通腐蚀产物;部位:管子与支撑板缝隙耗蚀:原因—可溶性酸性磷酸盐的局部高浓缩;措施—形成有效的水循环微震磨损:原因—管子与支撑板间存在间隙,流动的介质使管子与支撑板产生碰撞和滑动摩擦;措施—提高组合精度,优化管子与管子支撑板间隙防止传热管破损的主要措施传热管材料;结构设计(消除应力,改进支撑结构,改善二次侧水循环和减少腐蚀产物);水质控制(含盐量,硬度,碱度,PH值,氯离子含量,含氧量,磷酸根浓度,亚硫酸根浓度,电导率)蒸汽发生器的传热过程一回路冷却剂对管壁的强迫对流换热;管壁和污垢层的导热;传热面管壁对二回路工质的沸腾换热管壁和污垢层的导热污垢热阻——主要产生在二次侧,一次侧污垢热阻可以忽略不计确定方法:降低换热系数;列出专项,采用经验数据;计算k时不考虑污垢热阻,确定换热面积时引入一个安全系数大容积沸腾换热二回路侧的沸腾换热——C点对应的热流密度称为临界热负荷(CHF)•第一类传热恶化:由换热偏离核态沸腾(DNB)而造成的传热恶化•对金属材料损害大(管壁烧红甚至烧毁)•压水堆自然循环蒸汽发生器蒸发段的平均热负荷远低于临界热负荷,不会出现第一类沸腾传热恶化管内流动沸腾换热•第二类传热恶化--由于液膜蒸干而引起的传热恶化•压水堆直流蒸汽发生器中不可避免•热负荷较低,蒸汽流速快,又有液滴冷却壁面,因而不会对壁面造成严重破坏直流蒸汽发生器的热力计算需分段进行,以沸腾起始点和蒸干点为分区点:过冷水区;沸腾区;过热蒸汽区自然循环蒸汽发生器的循环倍率和循环速度是如何确定的,它们的大小对二回路侧水循环有何影响。

为什么?循环倍率是单位时间内,流过通道某一截面的两相流体总质量与其中的气相介质质量流量之比,即等于蒸发段出口质量含气率的倒数,它的大小直接反应了汽水混合物中蒸汽含量的百分比,在一定程度上反应了炉水的浓度。

当循环倍率过小时,将产生一下影响:1、管壁上产生蒸汽膜;2、形成化学沉积物;3、沸腾放热系数显著下降;4、蒸汽含量过大,导致炉水中杂质过渡浓缩,引起传热管的腐蚀破裂。

当循环倍率过大时,将导致:1、滞留区减少,减少了泥渣的沉积;2、汽水分离器的负荷增加,使水滴进入汽轮机高压缸的概率变大,使汽轮机效率降低甚至危及汽轮机的安全。

循环速度是气液两相混合物总质量流量相等的液相介质流过同一截面通道时的速度,当循环速度过低时,在二回路侧管板上表面,管束的热端和冷端、管束弯头防振架处和管束支撑板处,造成流体停滞区,在这些地方会形成沉积物,杂质高度浓缩,同时在传热面上会出现干湿交替和局部蒸干的现象,加速了应力腐蚀。

改善水循环措施:传热管排列采用正方形布置;减少支撑板数目;降低支撑板阻力—以纵向流动为主的结构;增加开孔面积;栅格支撑,增大流通面积。

改善汽水分离器蒸汽发生器的负荷调节:改变传热系数k——调节α2 辅助调节方法;改变传热温差△tln ——主要调节方法蒸汽发生器的静态特性与tav和ts之差的大小有密切关系。

限制某一参数的预定方案,称为装置运行方案核动力装置常用的运行方案有哪几种?各有何特点和优缺点一回路冷却剂平均温度不变的运行方案特点:当反应堆功率由零提升到100%满功率时,保持一回路冷却剂平均温度不变,压水堆一般都具有负的慢化剂温度系数,因而具有自动调节自稳定特性,使冷却剂温度有自发地趋向于tw不变的趋势。

优点:1、要求补偿的反应性小2、减少了对堆芯结构部件,尤其是对燃料元件的热冲击所引起的疲劳蠕动变应力,增加了元件的使用安全性3、由于从热态零功率至满功率一直保持tw不变,对于使用化学毒物控制冷态至热态温度效应的动力堆,可以减少相当数量的控制棒驱动机构,而且控制棒的调节活动减少了,可延长驱动机构的寿命4、不同运行功率时,冷却剂体积原则上是恒定的,理论上可不需要容积补偿,这就大大减小稳压器尺寸及减少一回路压力控制系统的工作负担5、反应堆由零功率至满功率均处于tw恒定状态,需要补偿的温度效应小。

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