CN112577333A - 一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统 - Google Patents

一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112577333A
CN112577333A CN202011447564.1A CN202011447564A CN112577333A CN 112577333 A CN112577333 A CN 112577333A CN 202011447564 A CN202011447564 A CN 202011447564A CN 112577333 A CN112577333 A CN 112577333A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steam
condensation
water hammer
seawater
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011447564.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112577333B (zh
Inventor
丁铭
孙建闯
冉旭
杨帆
李峰
夏爽
曹夏昕
边浩志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN202011447564.1A priority Critical patent/CN112577333B/zh
Publication of CN112577333A publication Critical patent/CN112577333A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112577333B publication Critical patent/CN112577333B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B3/00—Condensers in which the steam or vapour comes into direct contact with the cooling medium
    • F28B3/02—Condensers in which the steam or vapour comes into direct contact with the cooling medium by providing a flowing coating of cooling liquid on the condensing surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

本发明提供一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，通过在热管段管口位置安装孔板隔间，用于抑制蒸汽凝结水锤。本发明采用两类孔板拼接而成的孔板隔间，使换热器产生的蒸汽在孔板隔间内逐级冷凝，从根本上消除了低流量下由于剧烈冷凝导致热管段内出现蒸汽凝结诱发水锤现象。此外，孔板隔间避免蒸汽与低温海水直接接触，减小冷凝换热系数，有效地抑蒸汽在海水侧发生水锤。本发明的优点是：结构简单，能够同时抑制管道和海水侧蒸汽凝结诱发水锤，适用范围广；同时，该发明改进方便易行，便于工程应用。

Description

一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统
技术领域
本发明涉及一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，属于传热学和流体力学领域。
背景技术
在浮动核电站非能动安全系统中，海洋通常作为吸收余热的最终热阱。两相条件下，换热器产生的饱和蒸汽会不可避免地与过冷海水直接接触。由于剧烈的冷凝，海水会倒灌至热管内。当蒸汽被海水所包围并形成汽塞时，汽塞迅速冷凝并导致两端液柱剧烈碰撞，并产生水锤。水锤的发生会产生较大的压力脉冲，并导致管路振荡甚至破坏系统的完整性。由于直接接触式冷凝导致的冷凝诱发水锤现象，这类非能系统只允许在单相或者低出口含气率下运行，这极大地限制了非能动安全系统的应用范围。
现有技术中存在抑制和消除水锤方法，对于蒸汽冷凝诱导的水锤消除方法都是基于管内水锤消除，专利号为CN107013784A和CN107131383A分别采用隔管式和多孔管式来抑制水锤。其中隔管式是将管道分隔为多个流道来抑制水锤，但没有消除蒸汽的措施，只能保证各个分管道内不出现水锤。多孔管式水锤抑制措施，仅在一定蒸汽压力下具有良好的消除蒸汽泡作用，且多孔管的阻力较大。上述方法均通过改变管道内的几何结构来达到抑制水锤的目的。由于管道内部增加消除措施，这会增加系统的流动阻力。对于非能动自然循环系统，其流动特性对阻力特性敏感，阻力变化会导致系统流动特性改变，普适性不强。其次，这种管内消除措施在高蒸汽流量下，蒸汽存在不能在管道内完全冷凝的情况，小的蒸汽泡重新聚合而成的大气泡在进入低温水环境中，在海水和管道内仍有可能发生水锤。本发明采用在海水侧安装孔板隔间，防止海水倒灌，从根本上消除了管内水锤的发生。其次，隔间结构能够避免蒸汽与低温海水直接接触，采用逐级冷凝蒸汽的方法，同时有效抑制海水侧蒸汽凝结诱发水锤。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，该系统创新性地提出了蒸汽凝结诱发水锤的消除设计，解决现有系统在高含气率条件下的发生蒸汽冷凝水锤的问题，拓宽了系统的应用范围。
本发明的目的是这样实现的：包括浮动式平台壁面、设置在浮动式平台壁面内部的换热器、与换热器连接的热管段和冷管段，热管段和冷管段的端部穿过浮动式平台壁面与海水连通，热管段和冷管段上设置有阀门，在热管段的端部处的浮动式平台壁面的外部设置有孔板隔间。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.孔板隔间包括由小到大套在一起的三层方形体，每层方形体由5块孔板拼接而成，且三层方形体同一方位设置的孔板上的流孔交错设置，第一层方形体与浮动式平台壁面之间为第一区间，第一层方形体与第二层方形体之间为第二区间，第二层方形体与第三层方形体之间为第三区间，第三层方形体外部为第四区间，第一区间为蒸汽区，第二区间和第三区间为蒸汽和过冷水的冷凝换热区，第四区间为海水区。
2.孔板材料为金属材料。
3.每一层方形体的5个孔板所有流孔的面积之和大于等于热管段流通面积。
4.换热器产生的蒸汽进入第一区间后，经过第一层方形体的孔板后，被流孔分割为多个小孔径蒸汽流；蒸汽在第二和第三区间内与过冷水发生直接接触冷凝，并被大部分或者完全冷凝；蒸汽冷凝释放的潜热会使第二和第三区间内海水温度升高，减小海水的过冷度，使蒸汽与海水的冷凝换热系数减小，抑制在第二和第三区间内发生水锤；在海洋环境下，第二和第三区间内海水会由于温差而形成的浮升力作用通过隔间的上部孔板从该区间内排出进入第四区间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是对现有技术做出的改进和创新，目前采用海洋作为最终热阱的非能动余热排出系统，仅能在单相或者低含气率条件下运行，进而避免发生水锤。在工程应用中，存在多重事故叠加的可能，换热器热负荷增加，可能会导致换热器产生大量蒸汽。在低流量下，蒸汽与海水发生直接接触式冷凝。由于蒸汽快速的冷凝，海水甚至可以倒灌至热管段内，并可能在管道内发生蒸汽冷凝诱发水锤，水锤的发生严重威胁非能动安全系统的完整性。本发明采取了在海水侧安装孔板隔间的方式，逐级递减海水过冷度，逐步减小蒸汽与海水发生直接接触式冷凝的换热系数，进而防止海水倒灌热管段，并从根本上消除了热管段内的蒸汽冷凝诱发水锤现象。其次，蒸汽被流孔分割多个小孔流，强化冷凝换热区冷凝换热能力，并抑制大气泡的形成，从而消除在海水侧发生蒸汽冷凝诱发水锤。因此，该发明能有效地抑制该系统蒸汽凝结诱发水锤的发生，拓宽系统的应用范围，具有重要的工程应用价值。
1、本发明在非能动安全系统设计中创新地采用了孔板隔间的设计，孔板隔间抑制由于蒸汽与低温海水剧烈冷凝而导致的海水倒灌的现象，因而从根本上消除了热管段内水锤的发生。
2、孔板隔间能够避免高温蒸汽与低温海水直接接触，通过三层孔板隔间实现蒸汽泡的逐层分割和冷凝，进而能有效避免在海水侧发生水锤。
3、每层孔板的所有流孔面积之和大于或等于热管段流通面积，孔板隔间对系统流动阻力基本无影响。因此，该发明对非能动安全系统的性能无影响，具有极大地普适性。
4、每层方形体之间孔板上的流孔呈交叉排列，强化扰流，具有提高蒸汽与海水冷凝换热的作用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为孔板隔间结构示意图。
图3为孔板结构示意图。
结合图1-3中各符号的含义分别为：1、换热器，2、热管段，3、浮动式平台壁面，4、孔板隔间，5、冷管段，6、海洋，4-1、第一层方形体，4-2、第二层方形体，4-3、第三层方形体，①为以蒸汽区为主的高温区，②和③为蒸汽和过冷水冷凝换热区(中等温度海水区)，④为低温海水区，7、第一类孔板、8第二类孔板，9、流孔。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明包括换热器1，热管段2，浮动式平台壁面3，孔板隔间4，冷管段5，海洋6。其特征是在于：孔板隔间4位于海洋6中，并焊接在浮动式平台壁面3上。孔板隔间4是由孔板7和孔板8拼接而成三层方形体结构，与浮动式平台壁面3一共形成四个区间。其中第一层方形体4-1采用孔板7拼接而成，第二层方形体4-2采用孔板8拼接而成，第三层方形体4-3采用孔板7拼接而成。热管段5出口管口位于三层孔板向浮动式平台壁面3投影的中心位置。孔板4-1和孔板4-2的流孔9呈交错布置，用于扰动流场，起到强化冷凝换热的作用。此外，孔板材料为金属材料，用于强化换热。每一层方形体的5个孔板所有流孔9的面积之和大于等于热管段3流通面积，以减小流动阻力。
换热器1产生的饱和或者过热蒸汽通过热管段2进入孔板隔间4中。孔板隔间4包括三层方形体，并得隔离到四个区间。其中区间①为热管段排出的蒸汽区，区间②和③为蒸汽和过冷水的冷凝换热区，区间④为海水区。
本发明中实现如下蒸汽冷凝换热过程：换热器1产生的蒸汽进入区间①后，经过第一层方向体的孔板后，被流孔4-2分割为多个小孔径蒸汽流；蒸汽在区间②和③内与过冷水发生直接接触冷凝，并被大部分或者完全冷凝。蒸汽冷凝释放的潜热会使区间②和③内海水温度升高，减小了海水的过冷度，并使蒸汽与海水的冷凝换热系数减小，从而抑制了在区间②和③内发生水锤。同时，在海洋环境下，区间②和③海水内会由于温差而形成的浮升力作用通过隔间的上部孔板从该区间内排出进入区间④。因此，区间②和③的海水温度不会持续上升。最后充分冷凝后的流体进入区间④，此时进入流体中的含气率大幅减小，残余汽泡以弥散汽泡的形式与低温海水直接接触冷凝，从而从根本上消除了蒸汽冷凝诱发水锤。
按照图1所示，本发明是一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，包括换热器1，热管段2，浮动式平台壁面3，孔板隔间4，冷管段5和海水6。其具体过程包括如下：
应当指出，孔板隔间具有多种类型，本发明以圆形孔板为例，对于其他类型的孔板结构，其应用原理相同，也属于本发明的保护范围。
一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其安装过程为：首先在换热器1的进出口分别安装冷管段5和热管段2，冷管段5和热管段2的另一端与浮动式平台壁面3连接，并最终形成一个非能动自然循环系统。制作多个如图2中的第一类孔板7和第二类孔板8，第一层矩形隔板4-1所有面孔板采用孔板7，第二层矩形隔板采用孔板8，第三层矩形隔板采用孔板7。将三层隔板均焊接在浮动式平台壁面3上，最终得到如图2所示的孔板隔间4。其中热管段2出口管口位于三层隔板在壁面3上的投影的中心位置。
一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统的具体运行过程如下：
当系统运行时，换热器1内的海水被加热升温，在换热器1与海洋6内海水密度差的驱动下，自然循环启动，海水将换热器1内产生的热量排入海洋6。当换热器1的热负荷增加时，其出口产生饱汽水混合物或者过热蒸汽，蒸汽经热管段2进入海洋6中的孔板隔间4内。蒸汽首先在①区被冷凝，同时该区内的海水被汽水混合物推至②和③区。蒸汽泡经孔板7和8上的流孔9被分割成小气泡，混合流体流速减小，并在②和③区的海水充分混合冷凝。同时，②和③区的海水升温并在浮升力的作用下流向海面，低温海水从下方持续补入②和③区。因此蒸汽能够在②和③区持续被中等温度海水冷凝。最后经过②和③区的流体中的蒸汽基本消除，残余蒸汽泡与④区的低温海水直接接触并完全冷凝。通过上述过程避免高过冷度海水与蒸汽直接接触冷凝，实现蒸汽的逐级完全冷凝，并有效抑制水锤的发生。
综上，本发明属于传热学和流体力学领域，具体涉及一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统。通过在热管段管口位置安装孔板隔间，用于抑制蒸汽凝结水锤。本发明采用两类孔板拼接而成的孔板隔间，使换热器产生的蒸汽在孔板隔间内逐级冷凝，从根本上消除了低流量下由于剧烈冷凝导致热管段内出现蒸汽凝结诱发水锤现象。此外，孔板隔间避免蒸汽与低温海水直接接触，减小冷凝换热系数，有效地抑蒸汽在海水侧发生水锤。本发明的优点是：结构简单，能够同时抑制管道和海水侧蒸汽凝结诱发水锤，适用范围广；同时，该发明改进方便易行，便于工程应用。

Claims (6)

1.一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其特征在于：包括浮动式平台壁面、设置在浮动式平台内部的换热器、与换热器连接的热管段和冷管段，热管段和冷管段的端部穿过浮动式平台壁面与海水连通，热管段和冷管段上设置有阀门，在热管段的端部处的浮动式平台壁面的外部设置有孔板隔间。
2.根据权利要求1所述的一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其特征在于：孔板隔间包括由小到大套在一起的三层方形体，每层方形体由5块孔板拼接而成，且三层方形体同一方位设置的孔板上的流孔交错设置，第一层方形体与浮动式平台壁面之间为第一区间，第一层方形体与第二层方形体之间为第二区间，第二层方形体与第三层方形体之间为第三区间，第三层方形体外部为第四区间，第一区间为蒸汽区，第二区间和第三区间为蒸汽和过冷水的冷凝换热区，第四区间为海水区。
3.根据权利要求2所述的一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其特征在于：孔板材料为金属材料。
4.根据权利要求2或3所述的一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其特征在于：每一层方形体的5个孔板所有流孔的面积之和大于等于热管段流通面积。
5.根据权利要求2或3所述的一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其特征在于：换热器产生的蒸汽进入第一区间后，经过第一层方形体的孔板后，被流孔分割为多个小孔径蒸汽流；蒸汽在第二和第三区间内与过冷水发生直接接触冷凝，并被大部分或者完全冷凝；蒸汽冷凝释放的潜热会使第二和第三区间内海水温度升高，减小海水的过冷度，使蒸汽与海水的冷凝换热系数减小，抑制在第二和第三区间内发生水锤；在海洋环境下，第二和第三区间内海水会由于温差而形成的浮升力作用通过隔间的上部孔板从该区间内排出进入第四区间。
6.根据权利要求4所述的一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统，其特征在于：换热器产生的蒸汽进入第一区间后，经过第一层方形体的孔板后，被流孔分割为多个小孔径蒸汽流；蒸汽在第二和第三区间内与过冷水发生直接接触冷凝，并被大部分或者完全冷凝；蒸汽冷凝释放的潜热会使第二和第三区间内海水温度升高，减小海水的过冷度，使蒸汽与海水的冷凝换热系数减小，抑制在第二和第三区间内发生水锤；在海洋环境下，第二和第三区间内海水会由于温差而形成的浮升力作用通过隔间的上部孔板从该区间内排出进入第四区间。
CN202011447564.1A 2020-12-09 2020-12-09 一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统 Active CN112577333B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011447564.1A CN112577333B (zh) 2020-12-09 2020-12-09 一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011447564.1A CN112577333B (zh) 2020-12-09 2020-12-09 一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112577333A true CN112577333A (zh) 2021-03-30
CN112577333B CN112577333B (zh) 2022-04-05

Family

ID=75131141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011447564.1A Active CN112577333B (zh) 2020-12-09 2020-12-09 一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112577333B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013087971A (ja) * 2011-10-13 2013-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 復水器及びこれを備えるタービンプラント
CN105041010A (zh) * 2015-08-24 2015-11-11 华北电力大学 一种超疏水表面的浮点式非能动核安全壳
CN107833641A (zh) * 2017-10-10 2018-03-23 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统
CN207624390U (zh) * 2017-10-10 2018-07-17 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统
CN108507368A (zh) * 2018-03-02 2018-09-07 上海电力学院 利用仿生原理强化凝结换热的装置
CN109273113A (zh) * 2018-09-13 2019-01-25 中国核动力研究设计院 一种基于海水冷却的热管式非能动余热排出系统
CN111599494A (zh) * 2020-05-09 2020-08-28 哈尔滨工程大学 一种抑压水池

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013087971A (ja) * 2011-10-13 2013-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 復水器及びこれを備えるタービンプラント
CN105041010A (zh) * 2015-08-24 2015-11-11 华北电力大学 一种超疏水表面的浮点式非能动核安全壳
CN107833641A (zh) * 2017-10-10 2018-03-23 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统
CN207624390U (zh) * 2017-10-10 2018-07-17 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统
CN108507368A (zh) * 2018-03-02 2018-09-07 上海电力学院 利用仿生原理强化凝结换热的装置
CN109273113A (zh) * 2018-09-13 2019-01-25 中国核动力研究设计院 一种基于海水冷却的热管式非能动余热排出系统
CN111599494A (zh) * 2020-05-09 2020-08-28 哈尔滨工程大学 一种抑压水池

Also Published As

Publication number Publication date
CN112577333B (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106531244B (zh) 一种可用于浮动核电站的非能动安全壳冷却系统
US10720250B2 (en) Containment internal passive heat removal system
Rawn et al. Diffusions for Disposal of Sewage in Sea Water
CN102852596A (zh) 一种优化内燃机排气背压的方法、装置和系统
CN112550779B (zh) 一种低温推进剂热力学排气系统地面集成试验装置及方法
CN112577333B (zh) 一种抑制蒸汽凝结诱发水锤的非能动安全系统
JP3149606B2 (ja) 原子炉格納容器の冷却システム
CN109422316A (zh) 一种管板式换热装置及其海水淡化系统
Heydari et al. The effect angle of baffle on the performance of settling basin
CN109994021B (zh) 一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统
CN112595135A (zh) 一种消除蒸汽冷凝诱发水锤的非能动安全系统
CN211851984U (zh) 抗风浪冲击悬挂式膨胀水箱
CN108679298A (zh) 一种用于迷宫式调节阀的迷宫盘片
Teh et al. Hydrodynamic performance of a free surface semicircular perforated breakwater
CN221527409U (zh) 一种消除非能动系统中蒸汽凝结诱发水锤的管路结构
CN109712726B (zh) 一种海洋核动力平台反应堆余热排出系统
CN102374810A (zh) 低水位水平分汽管下加热喷汽蓄热器
CN109443029B (zh) 一种接触式闪蒸汽-水冷凝换热器热能回收系统及方法
RU167923U1 (ru) Система аварийного отвода тепла
RU2320035C1 (ru) Ядерная энергетическая установка
CN113622501B (zh) 一种带螺旋阶梯与孔板跌水井的分流调蓄系统
CN113430996B (zh) 一种基于多级节流孔板耗能的桥墩防撞设施
CN116537115A (zh) 一种融合多种消波减流机制的浮式消能抑振装置
CN113027554B (zh) 一种双通道加热器疏水冷却段进口结构及设计方法
Zhang et al. Experimental study on the effect of an expanding conjunction between a spilling basin and the downstream channel on the height after jump

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant