CN103851604B - 一种用于直流蒸汽发生器的节流组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直流蒸汽发生器的节流组件，整个节流组件包括两个部分。第一部分为固定阻尼式节流组件，用于防止换热管内的流动介质出现汽液两相的不稳定流动；该部分节流组件，可以根据换热管内径以及整个节流压降的关系，设置成单级或者多级节流孔板。第二部分为额外引入的一个节流件，其主要作用是在换热管发生堵管后进行流量调节，该部分节流组件是可拆除的或其节流阻尼是可调节的。本发明结构简单，能够方便地安装在蒸汽发生器的换热管管端，当发生换热管断管事故时，节流组件能够起到很好的限流作用，以防事故的进一步扩大；当换热管堵管时也可以方便地实现换热管内介质的流量调整，大大地简化蒸汽发生器节流组件的安装及调试工作，并为换热管的断管事故提供安全保障。

Description

一种用于直流蒸汽发生器的节流组件

技术领域

本发明涉及热力工程技术领域，特别是涉及一种用于直流蒸汽发生器的节流组件。

背景技术

对于发电的热力循环系统，为了提高整个系统的发电效率，通常的措施是提高工质的温度和压力。相应地也设计和制造了大量的直流蒸汽发生器。尤其是在核能发电领域，蒸汽发生器已经成一个主要的关键设备。

在直流蒸汽发生器的设计中，除了进行换热设计以及结构设计外，还需考虑换热介质的流动特性。一般情况下，换热管的内侧为被加热的蒸发介质，如水等；管外为提供热量的加热介质，可以是气体也可以是高温高压液体。在换热管内流动的介质，依次会经历液相、汽液两相和汽相区。由于这三个区的介质的流动阻力特性不一致，会造成流体介质流量发生偏移或震荡的现象，即出现汽液两相不稳定流动的现象，进而影响蒸汽发生器的安全可靠运行。为了防止换热管内侧介质出现汽液两相流动的不稳定性。目前最为常用的两种方法就是：在换热管的入口端加装节流组件，或者在换热管的蒸发段加装一个混合联箱。在换热管的蒸发段加装混合联箱，可以将介质液相的流动特性与介质汽相的流动特性解耦，以防出现流动的不稳定性。这种处理方式在火电的直流蒸汽发生器中较常见。对于那些由于结构限制，不能在中间设置联箱的蒸汽发生器，最为方便的措施就是在换热管的入口端加装节流装置。这种情况在气冷堆和高温气冷堆的直流蒸汽发生器中较为常见。以英国的Hartpool和Heysham气冷堆蒸汽发生器为例，直接在换热管的入口段加装了一个固定的节流孔板。这种安装方式存在的最大问题就是节流阻力不能进行调整，无法保证每根换热管的换热介质流量与换热量相匹配，进而会造成每根换热管的出口处介质的温差增大，使得蒸汽发生器不能满功率运行。为了提高蒸发器的换热功率，就必须重新更换相应的节流孔板，不但周期长，成本高，而且很难做到理想的要求。这一缺陷直接影响到了后续气冷堆的正常运行。

不同于英国气冷堆，德国的THTR-300钍高温气冷堆采用了加装调节阀和节流孔板的措施，来引入相应的阻力环节以防止出现汽液两相流动的不稳定性，同时起到调节流量的作用。为了能够使结构尽可能的简单，THTR-300的蒸发器给水管进行了并管，即2根给水管合并成一根主给水管，然后再穿出蒸汽发生器壳体，并在壳体外安装一个调节阀。在主给水管分成两个分给水管的入口处，加装了一个节流孔板，用于调节不同换热管之间的压降差。这种结构非常复杂，尤其是对于换热管数目较多的蒸汽发生器，很难采用这种结构方式。

目前，清华大学正在进行HTR-PM(20万千瓦级高温气冷堆示范电站)蒸汽发生器的设计。基于以上的背景，清华大学设计了一种新型的蒸汽发生器节流组件，可以很好地解决节流组件的安装与调整问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现蒸汽发生器节流组件的安装，并达到如下的技术要求：

1)节流组件的结构简单，便于装卸和进行压降标定；

2)节流组件在换热管发生断管时，能够起到限流作用；

3)当某一根换热管堵管后，只需进行简单的操作，便可实现换热量与换热介质流量的匹配调整。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于直流蒸汽发生器的节流组件，其包括：

第一部分节流组件，用来防止出现汽液两相流动不稳定性。在蒸汽发生器运行的整个期间，不进行拆除，其节流阻尼系数保持不变。同时，该部分节流组件的孔板孔径设计，至少有一个孔径小于或等于限流直径，以便在发生断管事故时的起到限流作用；

第二部分节流组件，为额外引入的一个阻力环节，其主要作用是在换热管发生堵管后进行流量调节。

其中，所述的第一部分节流组件与换热管之间采用密封螺纹加点焊的连接方式。

在进行第一部分节流组件的具体结构设计时，可具体根据换热管内径、节流压降、节流孔板的孔径等之间的关系将节流组件设计成多级节流孔板或者单级节流孔板。通过断管事故的安全分析，确定一个限流孔径。使得第一分部节流组件中至少有一个节流孔板的内径小于或等于限流孔径；而对于单级节流孔板，要求节流孔板的孔径小于限流孔径。

其中对于多级节流孔板，可以采用采用焊接或者其他的合适的连接方式连为一体。例如，多级节流孔板的每级之间通过焊接或者螺纹连接加焊接进行连接；所述多级孔板连接成为一个整体之后，各节流孔板的开孔的中心可以在同一条直线上，也可以不在同一条直线上。此外，节流孔径最小的节流孔板优选也不设置在所述换热管中流体的最下游，以防该孔板后较强的漩涡对所述换热管产生严重的冲蚀。

其中，所述的第二部分节流组件与第一部分节流组件之间采用螺纹加密封面的连接方式。

为了方便第一部分节流组件与换热管之间的螺纹安装，在第一部分节流组件上设有一段六棱柱。

为了方便第二部分节流组件与第一分部节流组件之间的装卸，在第二部分节流组件上设有一段六棱柱。

上述技术方案所提供的用于直流蒸汽发生器的节流组件，整个组件结构非常简单，能够非常方便地安装在蒸汽发生器的换热管管端，而且可以非常方便地进行压降标定。

第一部分节流组件由多级节流孔板组成，可以更合理的分配阻尼值，同时安全性能也更高，可在发生换热管断管事故时起到限流作用之外，也使得事故的影响处在可控的范围内。第一部分节流组件在安装后，在蒸发器发生器的整个运行期间，不再进行拆卸或者调整，其节流阻尼系数保持不变(不考虑运行过程中磨损引起的变化)。第二部分节流组件在安装后，当蒸汽发生器发生换热管发生泄漏或者断管时，需要对发生泄漏的换热管进行堵管。为了使蒸汽发生器的换热功率保持不变，其他的换热管(对于螺旋管蒸发器主要是同层的换热管)需要减小入口节流阻力，增加每根换热管的流量，即将发生堵管的换热管的流量分摊到其他的换热管中。这时需要调整或者拆除第二部分节流组件，以确保蒸汽发生器两侧换热量的匹配。

这样，当发生换热管的断管事故时，第一部分节流组件能够起到很好的限流作用，以防事故的进一步扩大。而当换热管堵管时，通过拆除或者调节同层其它换热管的第二部分节流组件就可以方便地实现换热管内介质的流量调整。尤其是可调整阻尼的设计，是本发明的重要特点之一，增加了节流组件的适应性，堵管后可以根据蒸发器换热管的实际情况对每根换热管的压降进行精确的调节，以使每根换热管出口蒸汽的温度保持一致，效果更好。从而，本发明可以大大地简化蒸汽发生器节流组件的安装以及调试工作，并为换热管的断管事故提供安全保障。

附图说明

附图只给出了第一部分节流组件为2级节流孔板的情况，对于单级或更多级的情况，与此类似。

图1为本发明实施例一的一种蒸汽发生器用节流组件示意图(第一部分节流组件为2级节流孔板，第二部分节流组件压降不可调)；

图2为本发明实施例二的一种蒸汽发生器用节流组件示意图(第一部分节流组件为2级节流孔板，第二部分节流组件压降可调)。

其中，100：第一部分节流组件；200：第二部分节流组件；1：换热管；2：第一部分节流组件的第1级节流孔板；3：第一部分节流组件的第2级节流孔板；4：第二部分节流组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

图1示出了本实施例一，一种蒸汽发生器用节流组件示意图，其设置在所述蒸汽发生器的换热管的入口端，由两部分的节流组件组合而成，选用高强度耐磨材料，其中第一部分节流组件100为2级节流孔板(亦可以是更多级结构)，第二部分节流组件200可拆卸，但是压降不可调。参照图示，本实施例的节流组件主要包括以下几部分：

第一部分节流组件100，起到断管事故时限流的作用；该部分节流组件由节流孔板构成，其节流阻尼为固定值，所述固定值设置为稳定阻尼；所述稳定阻尼是指为了防止所述换热管内出现汽液两相流动不稳定性而需要引入的阻尼，所述稳定阻尼可以通过理论计算或者实验验证获得；

第二部分节流组件200，由节流孔板构成，用于换热管发生堵管时进行流量调节；该第二部分节流组件是可拆除的，或者其不可拆除但节流阻尼为可调整的。

其中，第一部分节流组件100相当于直流锅炉入口处所安装的节流组件。该部分节流组件，可以根据换热管内径以及整个节流压降的关系，设置成单级或者多级节流孔板，多级节流孔板过焊接方式连成一体，一起在换热管的入口处。例如，可以有单级节流孔板构成(未示出)，该单级节流孔板的的阻尼等于上述稳定阻尼，该单级节流孔板的孔径小于限流孔径，其中，所述限流孔径通过断管事故的安全分析获得，即通过安全分析，得到许可的最大泄漏流速，可计算得到最大的允许泄漏面积，进而计算得到限流孔径。

优选的，所述的第一部分节流组件100由多级节流孔板组成，所述多级节流孔板的总阻尼值等于所述稳定阻尼。多级节流孔板可以更合理的分配阻尼值，同时安全性能也更高。图1示出了具体是两级节流孔板2、3的结构，当然，本领域技术人员可以理解，也可以是3级或者更多级的结构。多级节流孔板情况下，至少有一个节流孔板的孔径小于或等于限流孔径，其中，所述限流孔径通过断管事故的安全分析获得，即通过安全分析，得到许可的最大泄漏流速，可计算得到最大的允许泄漏面积，进而计算得到限流孔径。

在两级节流孔板的情况下，在进行节流组件设计前，首先需要通过理论分析或者实验的方法确定为了防止出现汽液两相流动不稳定性需要引入的总阻尼值，即稳定阻尼。以此阻尼值为基础，兼顾断管事故分析所设定的限流直径，并考虑换热管的内径等，设计第一部分节流组件的第1级节流孔板2和第一部分节流组件的第2级节流孔板3。在进行第一部分节流组件的第2级节流孔板3的设计时，首先通过断管的事故分析，确定没更换热管的限流直径。进而使得的第一部分节流组件的第2级节流孔板3的孔径大于或者小于限流直径。但该节流孔板3的孔径也不能太小，一般要求开孔处的水流速度不超过50m/s。确定好第一部分节流组件的第2级节流孔板3的孔径后，便可计算或测量出该节流孔板3的节流阻尼系数。在总的稳定阻尼减去第一部分节流组件的第2级节流孔板3的阻尼后，变为第一部分节流组件的第1级节流孔板2的节流阻尼。以此作为设计输入，设计该节流孔板2孔径。

在实际的加工生产中，可分别加工制造第一部分节流组件的第1级节流孔板2和第一部分节流组件的第2级节流孔板3。然后通过焊接的方式，将第1级节流孔板2与第2级节流孔板3连为一体，并进行整体的标定，以确保第1级节流孔板2与第2级节流孔板3总阻尼满足初始的设定要求。

标定好的第1级节流孔板2与第2级节流孔板3通过密封螺纹与换热管1连接在一起。

第二部分节流组件4为固定的阻尼环节，其具体的要求与发生堵管后的流量分配有关，需提前通过理论计算或者试验获得。在确定第二部分节流组件4的压降要求后，需要对节流件4进行标定，以确保第二部分节流组件4的实际压降在给定的压降范围内。接着，将第二部分节流组件4与第一部分节流组件的第2级节流孔板3用螺纹加密封面的方式连接在一起，并采用点焊对螺纹连接进行防松处理。

上述的安装顺序也可进行一定的调整，即可先将第二部分节流组件4与第一部分节流组件的第2级节流孔板3和第一部分节流组件的第1级节流孔板2连接在一起，然后再和换热管1进行最后的连接。

第一部分的两级节流孔板的每级之间通过焊接或者螺纹连接加焊接进行连接；两级级孔板连接成为一个整体之后，各节流孔板的开孔的中心可以在同一条直线上(如图1)，也可以不在同一条直线上(未示出)。但是，节流孔径最小的节流孔板不设置在换热管中流体的最下游，这样以防该孔板后较强的漩涡对换热管产生严重的冲蚀。

此外，为了便于第一部分节流组件与换热管之间连接，在第一部分节流组件上设有一段六棱柱，以方便扳手的使用。

类似的，为了方便第二部分节流组件与第一部分节流组件之间的连接，在第二部分节流组件上设有一段六棱柱，以方便扳手的使用。

实施例二

本实施例与实施例一各组件基本相同相同，与实施例一唯一的区别就是第二部分节流组件200(附图标记亦是4)的阻尼值可以根据实际的情况进行调节，增加了节流组件的适应性。这也是优选的实施方式，这样进行堵管后可以根据蒸发器换热管的实际情况，例如包括了制造偏差如管子内径、螺旋管的直径偏差，以及安装偏差等各种因素，对每根换热管的压降进行精确的调节，以使每根换热管出口蒸汽的温度保持一致，从而比实施例一的效果更好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，或者对权利要求的任意从属权利要求进行重新组合，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，

其设置在所述蒸汽发生器的换热管的入口端，由两部分的节流组件组合而成，所述的两部分节流组件具体包括：

第一部分节流组件，起到断管事故时限流的作用；该部分节流组件由节流孔板构成，其节流阻尼为固定值，所述固定值设置为稳定阻尼；所述稳定阻尼是指为了防止所述换热管内出现汽液两相流动不稳定性而需要引入的阻尼，所述稳定阻尼可以通过理论计算或者实验验证获得；

第二部分节流组件，由节流孔板构成，用于换热管发生堵管时进行流量调节；该第二部分节流组件不可拆除但节流阻尼为可调整的。

2.如权利要求1所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，所述的第一部分节流组件具体特征如下：

构成该部分节流组件的节流孔板是单级节流孔板，该单级节流孔板的的阻尼等于所述稳定阻尼，该单级节流孔板的孔径小于限流孔径，其中，所述限流孔径通过断管事故的安全分析获得。

3.如权利要求1所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，所述的第一部分节流组件具体特征如下：

构成该部分节流组件的节流孔板是多级节流孔板，所述多级节流孔板的总阻尼值等于所述稳定阻尼；所述多级至少是2级；所述多级节流孔板中至少有一个节流孔板的孔径小于或等于限流孔径，其中，所述限流孔径通过断管事故的安全分析获得。

4.如权利要求1-3之一所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，针对每根换热管，所述第一部分节流组件的阻尼根据蒸汽发生器换热管的布置情况，可以相同，也可以不同。

5.如权利要求1所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，对于螺旋管式直流蒸汽发生器，所述第二部分节流组件在同一层换热管之间针对每根换热管其调节阻尼是相同的。

6.如权利要求3所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，所述多级节流孔板的每级之间通过焊接或者螺纹连接加焊接进行连接；所述多级孔板连接成为一个整体之后，各节流孔板的开孔的中心可以在同一条直线上，也可以不在同一条直线上。

7.如权利要求3所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，节流孔径最小的节流孔板不设置在所述换热管中流体的最下游，以防该孔板后较强的漩涡对所述换热管产生严重的冲蚀。

8.如权利要求1所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其中，所述第一部分节流组件与所述换热管之间通过密封螺纹加点焊的方式连接，或者采用焊接或者螺纹加密封面的连接方式。

9.如权利要求7所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，为了便于第一部分节流组件与换热管之间连接，在所述第一部分节流组件上设有一段六棱柱，以方便扳手的使用。

10.如权利要求1所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，所述第二部分节流组件与所述第一部分节流组件之间的连接方式为螺纹连接加密封面与点焊的方式，或者是密封螺纹加点焊的连接方式。

11.如权利要求9所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其特征在于，为了方便第二部分节流组件与第一部分节流组件之间的连接，在第二部分节流组件上设有一段六棱柱，以方便扳手的使用。

12.如权利要求1所述的用于直流蒸汽发生器的节流组件，其中所述第一部分和第二部分的节流孔板选用高强度耐磨材料。