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汽水分离再热器(MSR),李江伟 2012年4月,福清核电MSR介绍,第一章 GSS系统简介及其必要性 第二章 MSR本体结构及工作原理 第三章 MSR运行工况,2,3,第一章 GSS系统简介及其必要性,汽水分离再热器系统(GSS)由两台汽水分离再热器、6 台疏水箱及相应的蒸汽和疏水管道组成。整个系统总体上可分为汽水分离再热部分和疏水收集回流部分。它安装在汽轮机高压缸排汽与中压缸进汽口之间,用于对高压缸排出蒸汽的除湿并使其具有一定的过热度。,4,5,6,MSR的必要性,6,7,MSR安装作用: 1,除去高压缸排汽中的水分。 2,提高进入低压缸蒸汽的温度,使其具有一定的过热度。 3,对汽水分离和再热过程中产生的疏水进行回收和利用。 效果: 1,大大改善了汽轮机低压缸的工作条件,提高了汽轮机的相对内效率。 2,防止和减少湿蒸汽对汽轮机零部件的腐蚀作用。,8,第二章 MSR本体结构及工作原理,如何通过MSR的功能实现结构实现汽水分离与 再热,并提高再热器效率,有以下设计要点: 1,如何提高预分离器与分离器的效率; 2,如何提高一级、二级再热器的再热效率; 3,如何防止再热器管系出现过冷现象,防止管子的腐蚀; 4,如何优化结构设计,减少MSR的总压力降;,MSR从结构组成上可分为以下主要部件: 再热蒸气室 预分离器 下部内衬 分离器 内件固定架 一级/二级再热器 壳体组件 滑动支座,MSR结构组成,MSR的结构参数表,MSR的结构参数表(续),再热蒸汽室的结构,蒸汽室主要由一个3/4筒体、两个封头、人孔组件、加热蒸汽进口、疏水口、抽气口、隔 板以及膨胀节组成。,蒸汽室3D图与实物图对比,二级再热器的装配,平衡管的作用(一),避免部分未凝结气存储起来(排汽); 实现管子进口内节流孔管的运行; 提供一套良好的排水装置。,平衡管的作用(二),抽气系统排出再热器中的非凝结气体。它对于防止再热器换热管的间歇性淹没是必需的,而间歇性淹没可导致疲劳故障。 在冷态启动时对第一级和第二级再热器换热管进行预热。 在汽轮机启动期间抽空再热器管道中的非凝结气体。,汽水分离组合,汽水分离的原理: 重力分离:利用蒸汽与水的密度差在一定空间中进行自然分离。 离心力分离:利用汽流旋转时蒸汽与水产生不同离心力进行分离。 惯性力分离:利用汽流改变方向时,蒸汽与水产生不同惯性力进行分离。 水膜分离:利用蒸汽与水不同粘性,使水粘附在固定壁面形成水膜流下进行分离。,预分离器的结构,预分离器主要依靠离心力实现汽水分离,它有8个分离叶片及4个锥形环组成,蒸汽受锥形环阻挡而改变方向,其中大颗粒水珠受离心力作用被甩出蒸汽,实现湿蒸汽第一次粗分离并使蒸汽均匀分布。,蒸汽预分离原理图解,预分离器,预分离器,预分离器的剖析图,预分离器由锥环、圆筒、筋板焊接而成;各部件厚度为8mm,制造难点是焊接变形的控制。,现场安装图,下部内衬的结构,下部内衬成包壳状,可有效防止湿蒸汽的腐蚀;它还用于MSR的筒身排水,避免水与水蒸汽分离后再次混合;还允许水再沸,但限定汽-水混合物的上升。,分离器的结构,分离器主要由V形分离架与0.5mm的不锈钢波纹板组成,汽流携带的微小液滴在波形板作曲线运动,在离心力、惯性力以及附着力的作用,水滴不能随汽流偏转而撞击波形板面形成水膜,水膜受重力不断向下流动,并汇聚成较大的水流而离开波形板。,带钩波纹板汽水分离器,汽水混合物在波纹板间流动过程中多次改变流动方向,从而使夹带的小水滴被分离出来。波纹板上的多道挡水钩收集板面水膜并捕集蒸汽流中的水滴,分离出的水汇集后沿凹槽流入疏水装置。,主要设备,带 钩 波 纹 板,汽水分离再热器系统,分离器的结构,分离器下部结构,高压缸排汽湿度大约在14.3%左右,经过组合分 离器之后,可以分离出蒸汽中95%的水分,使蒸汽含水量降到0.5%左右。 经汽水分离过的蒸汽,再经过两级加热成为过热蒸汽,含水量降为零。温度和压力分别为268.8C、0.9636Map。,除湿效果,内件固定架的结构,内件固定架主要由Z型板、L型板、支撑板以及上方板组成;通过滚轮,可安装一级/二级再热管系。,内件固定架,装焊预分离器与下部内衬,再热器管系的结构,再热器管系是MSR的核心部件,它主要由管板、翅片换热管、节流孔板、支撑板、侧板、框板以及槽钢组成。 管板为防腐蚀,有9mm的堆焊层,钻有2626(2080)个管孔,孔径为19.25(0-0.15),中心径为240.2;换热管( 19.05 1.75)为翅片式,可增加其换热面积,数量为1313(1040);支撑板用于固定换热管,孔径为19.25(0-0.1),中心径为240.1;槽钢用于将换热管系固定在内件固定架的滚轮上。,一级再热器管系,二级再热器管系,为便于布置二级再热蒸汽室的疏水管,二级再热管系比一级再管系多暗室。,再热器管系,再热器管系,二级再热管系,一级再热器的装配,二级再热器的装配,两端封头的焊接,壳体组件的结构,壳体组件提供MSR各内件的安装空间,总长18.64m,外径4270,筒体厚度为35。其中开有7个人孔、蒸汽进出口各2个、一级/二级蒸汽进口各1个等。,MSR的筒身有8段组成,每段又由两块块卷制焊接,再两段进行对焊。,MSR筒体外部结构,滑动支座的结构,MSR总共有两个滑动支座,通过底部的球轴承,可保证MSR在水平方向可移动80mm。,第三章 MSR运行工况,正常运行 根据以下工况进行的,属于正常运行: 两级加热器正常运行,热平衡在100%TMCR 工况下; 仅一级加热器正常运行; 仅二级加热器正常运行。 特殊运行 以下工况属于异常运行: 两级加热器正常运行,并且截断和控制阀关闭; 厂内供电运行。,一,启动,抽汽管道一打开(在实际负载为0%的情况下),一级加热器就开始吸收蒸汽。压力不断改变(按实际比例加载)温度也随载荷的增加而改变。 原则:必需避免以下情况: 打开加热蒸汽阀时,管束受到热冲击; 当管束是热的情况下(例如热启动),由于缺少加热蒸汽而冷却的情况; 管束顶部和底部之间的温度相差太大; 禁止在无法预料的情况下,打开全部的2 级蒸汽阀,这可能会破坏部分管板(例如冷启动期间)。 热梯度的最大允许值为4C/mm ,可以通过安装在管板上的热敏电阻来计算。对于两级再热器来,热梯度均有效。,50,二,在正常运行与非正常运行(包括异常与启停)情况下,一级、二级排气系统的运行情况。 为了避免部分未凝结气存储起来,实现管子进口内节流孔管的运行,以及能在所有负荷下提供一套良好的排水装置,MSR 的进口流量与确保实现再热所需流量相比进行相应提高。在正常运行工况下(此种情况下排气率为3%),一级疏水箱的顶部的气被排至给水储箱中,而在启动或者紧急状况或关闭情况下(排气到冷凝器的排气率为6%),这部分气排至到冷凝器中。从开机启动到35%载荷期间,排气至冷凝器的操作是开放的;为了能够连续排气,在30%载荷下,开始排气至给水储箱。排气流量通过校准开孔确定。,三,一级加热被隔离与重启,一级再热系统关闭下运行: 对于最大载荷,加热蒸汽进口控制阀将流通蒸汽压力降低到大约3.3MPa,对低载荷则降低到更小。在一级再热蒸汽阀(在汽轮机高压缸上)关闭期间,压力持续降低(见10.2 曲线)。 当一级再热器没有运行时,二级加热蒸汽系统上的控制阀必须得到抑流,以保持正常运行工况(例如一级和二级同时运行)下的流量。此操作的目的是避免U 形管下部浸没,并过冷。 在100%热力载荷,没有任何限制下,压力到达3.3MPar,在正常运行工况下,实际可转换的热能将达到50%或更多。结果加热蒸汽流量也将会达到50%或更高,冷凝量也同样如此。,此流量最终将造成U 型管下部出现过冷的风险显著增加。U 型管下部过冷将会导致换热管内蒸汽流动不稳定,出现不正常振动,增加热应力以及破坏管束端部。 重新启动一级再热系统期间: 为避免高温冲击管束,增加二级换热管进口压力,直到逆流二级加热蒸汽阀进口完全打开(或根据压力规律打开需要的阀门,见10.1 压应力曲线),四,二级再热停运与重启,关闭二级加热器: 为了避免温度冲击,根据相对压力规律,二级加热蒸汽阀必须被关闭。一旦蒸汽控制阀被关闭,二级加热器就被隔离了。 重启二级加热器: 被隔离的二级再热器处于过热蒸汽的温度,该过热蒸汽是在一级加热器加热后的。二级再热器必须被重启,同时为了避免热冲击,热蒸汽控制阀应逐渐打开;为此,控制系统可以根据克服载荷的蒸汽压力规律来增加压力。,五,汽轮机跳闸,厂内供电(安全岛)运行,跳闸将迅速关闭汽轮机及汽水分离再热器的进气口。这是为了保持管束和类似零部件的温度,为此需要通过限制压力来限制压力卸料的时间。为了保证这些功能的实现,将关闭加热蒸汽冷凝疏水箱的排气口。只有在截断和控制阀出现漏洞时,压力会减小。 在岛运行工况下,发动机没有连接电网,只有一些辅助设备有输入。在这种情况下,动力限于小部分的正常载荷,同时,排气至冷凝器。,六,禁止运行,以下操作是不允许进行的: 一级加热器不运行,而二级加热器进口加热蒸汽的压力大于3.3MPa; 在70%工况下,二级加热蒸汽控制阀完全打开; 一个机组仅有一个MSR 运行。,当某个管束必须要被隔离时,第一步应隔离所有两台MSR 同级管束(即2 个一级管束或者2 个二级管束)。 在没有对汽轮机中/低压缸阀采取任何节流措施时,不对称工况下(1 台MSR 只有一级加热 器运行,而另外一台MSR 有两级加热器运行),运行将会导致气流不平衡。即使采取了节流措施,汽轮机低压缸进口温度也将远远不同,更进一步的操作结果见汽轮机操作手册。,59,谢谢!,
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