CN105129913A - 一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统 - Google Patents

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刘艳军
袁娇
李琴
马廷霞
何霞
徐倩
于春雨
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China floating oil and gas engineering technology Chengdu Co., Ltd.
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Abstract

本发明公开了一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统，包括再生式冷却器、非再生式冷却器和离子交换柱及相应的管道和阀门；连续水处理系统的水从主循环泵出口进入再生式冷却器，从再生式冷却器出口引流进入非再生式冷却器，从非再生式冷却器出口引流进入离子交换柱；再生式冷却器作用在于将进入连续水处理系统的水进行一级冷却，提高返回回路的净化水温度；非再生式冷却器是进一步降低流出再生式冷却器的水，为其进入离子交换柱净化做准备；离子交换柱的作用是通过树脂吸附去离子水中的杂质。本发明的热工水力实验回路的连续水处理系统为高温高压实验回路净化水质，为开展各项研究工作奠定了基础。

Description

一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统
技术领域
本发明属于反应堆热工水利领域，尤其涉及一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统。
背景技术
为改进和发展压水堆的热工水力设计技术，常采用直流电加热模拟核释热的热工水力实验装置系统研究反应堆高温高压运行工况下许多重要的分离效应现象，这些实验装置不仅有助于研究和掌握反应堆堆芯的热工水力特性，而且还是开发具有自主知识产权先进燃料组件和重要设备的关键性手段。通过大型热工水力综合试验装置的建设，为燃料组件开发、堆芯重要部件性能考验、核级设备鉴定和流动不稳定性分析等核心科研提供重要的试验平台。热工水力实验回路的连续水处理系统为高温高压实验回路净化水质，是开展各项研究工作的基础。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统，旨在为高温高压实验回路净化水质。
本发明是这样实现的，一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统包括再生式冷却器、非再生式冷却器和离子交换柱及相应的管道和阀门；
连续水处理系统的水从主循环泵出口进入再生式冷却器，从再生式冷却器出口引流进入非再生式冷却器，从非再生式冷却器出口引流进入离子交换柱；
再生式冷却器作用在于将进入连续水处理系统的水进行一级冷却，提高返回回路的净化水温度；
非再生式冷却器是进一步降低流出再生式冷却器的水，为其进入离子交换柱净化做准备；
离子交换柱的作用是通过树脂吸附去离子水中的杂质。
进一步，再生式冷却器的设计参数为：
设计压力：20.0MPa；
工作介质:去离子水；
运行压力：18.0MPa；
设计流量：5t/h；
一次侧设计温度：350℃；
二次侧设计温度：250℃。
进一步，非再生式冷却器的设计参数为：
设计压力：20.0MPa；
工作介质:去离子水；
运行压力：18.0MPa；
设计流量：5t/h；
一次侧设计温度：200℃；
二次侧设计温度：100℃。
进一步，离子交换柱的设计参数为：
设计压力：20.0MPa；
工作介质:去离子水；
运行压力：18.0MPa；
设计流量：5t/h；
一次侧设计温度：100℃；
二次侧设计温度：50℃。
本发明的热工水力实验回路的连续水处理系统为高温高压实验回路净化水质，为开展各项研究工作奠定了基础。
附图说明
图1是本发明实施例提供的再生式冷却器的主视图；
图2是本发明实施例提供的再生式冷却器的左视图；
图3是本发明实施例提供的再生式冷却器的A-A向剖视图；
图4是本发明实施例提供的非再生式冷却器的主视图；
图5是本发明实施例提供的非再生式冷却器的左视图；
图6是本发明实施例提供的非再生式冷却器的A-A向剖视图；
图7是本发明实施例提供的离子交换柱的结构图；
图中：1、一次侧进口；2、一次侧出口；3、二次侧进口；4、二次侧出口；5、二次侧排气口；6、二次侧排水口；7、一次侧排气口；8、一次侧排水口；9、去离子水进口；10、去离子水出口；11、排空口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本本发明，并不用于限定本发明。
1再生式冷却器
连续水处理系统设置1台再生式冷却器，从主循环泵出口进入再生式冷却器，其主要功能是对进入连续水处理系统的去离子水进行一级冷却，并提高返回到主回路的去离子水的温度。
1.1设计参数
2结构设计，再生式冷却器的结构如图1-图3所示。
2.1热工计算
序号 名称 符号 单位 公式 数值 备注
1 管侧进口温度 tw1 ℃ 300
2 管侧进口焓 iw1 KJ/kg 1335.7
3 管侧流量 Dw t/h 5
4 管侧出口温度 tw2 ℃ 170
5 管侧出口焓 iw2 KJ/kg 728.8
6 壳侧压力 Pe' Mpa 18
7 壳侧流量 Ds t/h 5
8 壳侧进口温度 te ℃ 40
9 壳侧进口焓 ie KJ/kg 183.3
10 壳侧出口温度 td ℃ 184
11 壳侧出口焓 id KJ/kg 789.4
12 管侧 Q' MW Dw(iw2-iw1) 0.8429
13 壳侧 Q” MW Ds(ie-id)+Dd(id'-id) 0.8418
14 热量校核(换热效率) - - Q’/Q” 1.0110039
15 对数平均温差 Δtm ℃ 122.87
16 总传热系数 K W/m2℃ 1283
17 计算面积 A1 m2 Q/(kΔtm) 5.35
18 设计面积 A2 m2 1.3A1 6.954
19 传热管外径 do mm 14
20 传热管壁厚 di mm 2
21 管内污垢热阻 ri m2.C/W 0.001
22 管导热系数 λ W/m.C 16.6
23 管壁导热热阻 rw m2.C/W 0.00012
24 翅化比 η 采用光管时取1 1
25 壳侧平均温度 two ℃ 112
26 管侧平均温度 twi ℃ 235
27 管外导热系数 λo 0.69
28 管内导热系数 λi 0.65
29 管外运动粘度 υo 2.658E-7
30 管内运动粘度 υi 1.404E-7
31 管外普朗特数 Pro 1.54
32 管内普朗特数 Pri 0.825
33 管外雷诺数 Reo 暂定1.6m/s vd/ν 3.16E4
34 管内雷诺数 Rei 暂定1.6m/s vd/ν 7.123E4
35 管外努赛尔数 Nuo 0.023Pr0.4Re0.8 109
36 管内努赛尔数 Nui 0.023Pr0.4Re0.8 162
37 管外表面传热系数 ao λoNuo/do 5360.89
38 管内表面传热系数 ai λiNui/di 10551.86
39 总传热系数 k 1/((1/hi+ro)/η+rw) 1283
2.2阻力计算
序号 名称 符号 单位 公式 数值
1 水流量 G kg/h 5000.000
2 出口水压力 P kgf/cm2 180.000
3 出口水温度 t ℃ 170.000
4 出口水比容 υ m3/kg 0.0011
5 假设水出口前压力 P kgf/cm2 180.021
6 进口水温度 t ℃ 300.0000
7 进口水比容 υ m3/kg 0.00137
8 管子根数 N / 24
9 管子内径 dn m 0.0100
10 流通截面积 F1 m2 π.dn2/4 0.0019
11 质量流速 γw kg/m2/S 736.8291
12 管子出口阻力系数 ξ1 / 1.1000
13 管子出口阻力 ΔP1 kgf/cm2 ξ(γw)2V/2g 0.0042
14 误差 / ％ -
15 水压力 P2 kgf/cm2 180.0042
16 出口水温度 t ℃ 170.0000
17 出口水比容 υ m3/kg 0.00110
18 假设水进口压力 P kgf/cm2 180.0919
19 进口水温度 t ℃ 300
20 进口水比容 υ m3/kg 0.00137
21 水平均比容 υ m3/kg 0.00124
22 管子内壁绝对粗糙度 k mm 0.0600
23 每米摩擦阻力系数 λ0 1/m 1/[4dn(lg3700*dn/k)2] 3.2116
24 管段长度 L m 6.8000
25 沿程阻力 ΔP2' kgf/cm2 λ0L(γw)2V/2g 0.0746
26 弯头角度修正系数 X 个 180°18个(R＝125) 52.0000
27 R/dn / / 125/0.025 7.0
28 弯头基本阻力系数 ξwt0 / 4.1274
29 系数 k△ / 2.0000
30 弯头阻力系数 ξwt / 8.2547
31 弯头阻力 ΔP2" kgf/cm2 ξ(γw)2V/2g 0.0282
32 管道阻力 ΔP2 kgf/cm2 0.1028
33 误差 / ％ -
34 水进入管子后压力 P3 kgf/cm2 180.1070
35 水进入管子后温度 t ℃ 300.0000
36 水进入管子后比容 υ m3/kg 0.00137
37 入口阻力系数 ξ4 / dn/djx＝ 0.7000
38 入口阻力 △P3 kgf/cm2 ξ(γw)2V/2g 0.0027
39 管段高度差 h m 0.0000
40 重位压差 △Pzw kgf/cm2 0.0000
41 管子总阻力 ΔPz11 kgf/cm2 0.1097
再生式冷却器的设计热热功率为842kW，结构型式为套管式。换热器的传热面积为6.954m2。传热管规格为Ф14×2mm，阻力为10.97kPa。
3非再生式冷却器
连续水处理系统设置1台非再生式冷却器，从再生式冷却器出口引流进入非再生式冷却器，其主要功能是对通过再生式冷却器的去离子水进一步进行冷却，使其降低到60℃以下而进入离子交换柱。
3.1设计参数
4结构设计，非再生式冷却器的结构如图4-图6所示。
4.1热工计算
序号 名称 符号 单位 公式 数值 备注
1 管侧进口温度 tw1 ℃ 170
2 管侧进口焓 iw1 KJ/kg 728.8
3 管侧流量 Dw t/h 5
4 管侧出口温度 tw2 ℃ 40
5 管侧出口焓 iw2 KJ/kg 183.3
6 壳侧压力 Pe' Mpa 1.0
7 壳侧流量 Ds t/h 41
8 壳侧进口温度 te ℃ 30
9 壳侧进口焓 ie KJ/kg 126.6
10 壳侧出口温度 td ℃ 46
11 壳侧出口焓 id KJ/kg 193.5
12 管侧 Q' MW Dw(iw2-iw1) 0.7576
13 壳侧 Q” MW Ds(ie-id)+Dd(id'-id) 0.7619
14 热量校核(换热效率) - - Q’/Q” 0.9944
15 对数平均温差 Δtm ℃ 45.28
16 总传热系数 K W/m2℃ 114
17 计算面积 A1 m2 Q/(kΔtm) 14.65
18 设计面积 A2 m2 1.3A1 19.039
19 传热管外径 do mm 14
20 传热管壁厚 di mm 2
21 管内污垢热阻 ro m2.C/W 0.0002
22 管外污垢热阻 ri 0.0001
23 管导热系数 λ W/m.C 16.6000
24 管壁导热热阻 rw m2.C/W 0.00012
25 翅化比 η 采用光管时取1 1
26 壳侧平均温度 two ℃ 38
27 管侧平均温度 twi ℃ 105
28 管外导热系数 λo 0.69
29 管内导热系数 λi 0.626
30 管外运动粘度 υo 6.828E-07
31 管内运动粘度 υi 2.828E-07
32 管外普朗特数 Pro 4.51
33 管内普朗特数 Pri 1.650
34 管外雷诺数 Reo 暂定2m/s vd/ν 2.05E+04
35 管内雷诺数 Rei 暂定1.6m/s vd/ν 2.475E+04
36 管外努赛尔数 Nuo 0.023Pr0.4Re0.8 118
37 管内努赛尔数 Nui 0.023Pr0.4Re0.8 92
38 管外表面传热系数 ao λoNuo/do 5828.91
39 管内表面传热系数 ai λiNui/di 5755.72
40 总传热系数 k 1/((1/hi+ro)/η+rw) 1142
4.2阻力计算
非再生式冷却器的设计功率为757kW，结构型式为套管式。换热器的传热面积为14.65m2。传热管规格为Ф14×2mm，阻力为10.42kPa。
5离子交换柱
连续水处理系统设置1台离子交换柱，从非再生式冷却器出口引流进入离子交换柱，其主要功能是净化水质。
5.1设计参数
6结构设计，离子交换柱的结构如图7所示。
离子交换柱与非再生式冷却器和再生式冷却器的接口尺寸为Ф38×5.0mm，容积为0.15m3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统，其特征在于，所述的高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统包括再生式冷却器、非再生式冷却器和离子交换柱及相应的管道和阀门；
再生式冷却器和非再生式冷却器包括一次侧管路、二次侧管路、一次侧进出口连接阀、一次侧排气口、一次侧排水口、二次侧进出口连接阀、二次侧排气口、二次侧排水口和支架等，离子交换柱包括离子交换树脂、离子交换柱壳体、去离子水进出口连接阀、排空口及支座等；
连续水处理系统的水从主循环泵出口进入再生式冷却器，从再生式冷却器出口引流进入非再生式冷却器，从非再生式冷却器出口引流进入离子交换柱；
再生式冷却器作用在于将进入连续水处理系统的水进行一级冷却，提高返回回路的净化水温度；
非再生式冷却器是进一步降低流出再生式冷却器的水，为其进入离子交换柱净化做准备；
离子交换柱的作用是通过树脂吸附去离子水中的杂质。
2.如权利要求1所述的高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统，其特征在于，再生式冷却器的设计参数为：
设计压力：20.0MPa；
工作介质:去离子水；
运行压力：18.0MPa；
设计流量：5t/h；
一次侧设计温度：350℃；
二次侧设计温度：250℃。
3.如权利要求1所述的高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统，其特征在于，非再生式冷却器的设计参数为：
设计压力：20.0MPa；
工作介质:去离子水；
运行压力：18.0MPa；
设计流量：5t/h；
一次侧设计温度：200℃；
二次侧设计温度：100℃。
4.如权利要求1所述的高温高压热工水力实验回路的连续水处理系统，其特征在于，离子交换柱的设计参数为：
设计压力：20.0MPa；
工作介质:去离子水；
运行压力：18.0MPa；
设计流量：5t/h；
一次侧设计温度：100℃；
二次侧设计温度：50℃。
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