堵塞沉积对波形板汽水分离器运行特性的影响规律及机理

在核电厂装置运行的热态工况下,波形板汽水分离器内高温高压且湿度较大,易出现腐蚀现象,产生沉积物并影响汽水分离性能。为研究沉积堵塞现象对波形板汽水分离器运行特性的影响机理,本文运用CFD软件对不同堵塞程度的波形板建立了经过合理简化的二维模型,在不同热态工况下对波形板分离器开展数值计算与分析,得到了堵塞程度对波形板运行特性的影响规律和作用机理。结果表明:堵塞沉积的波形板压降和分离效率随工况的变化趋势均与未堵塞时较为相似;沉积物使实际流通截面变小,从而使波形板的压降增大,且压降增幅随堵塞程度增大而增大;沉积物明显影响了液滴的碰撞分离过程,使分离效率降低;在疏水钩未失效前,波形板分离效率的降幅随堵塞程度增大而增大;在压降、效率增幅方面,沉积物在低流速工况下的影响程度更大。研究结果为波形板的沉积堵塞研究及其运行和设计提供了一定的理论支撑和科学依据。

超超临界锅炉启停过程中汽水分离器温度场与应力场数值模拟计算

随着可再生能源行业的发展,更多火电机组需要参与调峰运行,这对锅炉的启停速度、运行的灵活性和安全稳定性提出了更高要求。汽水分离器是超超临界机组的核心厚壁承压部件,在启停过程中由于温度场的变化会产生热应力,从而引起应力损伤和疲劳损伤。通过有限元数值模拟对汽水分离器在不同启停过程中温度场与应力场进行了研究,获得了温度、热应力和总应力随时间变化的规律。研究结果表明,启停过程危险点位置始终处于筒身与引入管连接区域,不同启停过程中冷态启动应力幅值最大,为362 MPa。对冷态启动下3种加速方案进行仿真分析表明,不同方案启动结束阶段瞬态总应力无明显差异(365 MPa)。

汽水分离技术研究进展分析与展望

汽水分离装置是能源化工行业中常用的设备,尤其是核电站中不可缺少的设备.对汽水分离技术在能源动力行业中的应用、研究现状和发展趋势进行了分析.首先,分析介绍了各种汽水分离器的运行原理、优缺点、发展历程.其次,根据每种汽水分离器技术方面存在的问题,对汽水分离器的发展瓶颈进行了总结分析.最后,对汽水分离器的发展趋势进行了展望.

运行参数对曲臂式汽水分离器性能的影响机理

采用计算流体动力学技术计算分析了蒸汽负荷、循环倍率和水位等运行参数对CANDU6堆蒸汽发生器用曲臂式汽水分离器性能的影响。选取水滴粒径x为100μm、200μm和300μm,采用欧拉双流体模型模拟分离器内汽水两相流动。结果表明:运行参数对分离器性能的影响趋势在不同粒径下基本一致,满足粒径无关性;当x=300μm时能够获得较为准确的分离效率和压损值;随着蒸汽负荷增加,分离效率升高,出口湿度降低,而循环倍率和水位对分离效率和出口湿度的影响则与之相反;随着蒸汽负荷或循环倍率的增加,压损升高,压损系数却降低,而水位对压损和压损系数的影响可以忽略。

核电厂蒸发器汽水分离器旋流叶片共模评估

针对国外某核电厂蒸汽发生器内汽水分离器旋流叶片发生严重的流动加速腐蚀问题,从流动加速腐蚀机理、旋流叶片实际运行工况等方面对汽水分离器一级旋流叶片的流动加速腐蚀原因进行分析,并采用数值模型对腐蚀速率进行验证计算。为避免同类腐蚀问题的发生,对国内类似电厂机组进行共模分析和计算,计算结果与实际检查结果一致。

汽水分离器封头失效原因分析

高硫空压机外加鼓风再生吸附式干燥器的汽水分离器下封头在使用过程中突然断裂脱落。利用直读光谱仪、金相显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪,综合分析失效件的断口宏观形貌、微观形貌、化学成分、显微组织及其腐蚀产物。结果表明:汽水分离器下封头的失效模式为冲刷腐蚀断裂;含硫化物、氯化物的汽水混合物介质高速冲刷封头,发生钝化-冲刷-电化学腐蚀-再钝化交替的冲蚀破坏过程;带状组织的存在导致封头具有各向异性,加剧冲刷腐蚀开裂。

方家山核电汽水分离再热器壳侧疏水设计优化与改进

方家山核电为两台百万千瓦级压水堆核电机组,采用二代改进型压水堆技术。两台汽水分离再热器的壳侧疏水泵长期在高温条件下连续运行,故障率较高。原设计仅考虑每列MSR的壳侧疏水设置1台疏水泵,故当疏水泵故障停运时,MSR壳侧疏水必须切换排至凝汽器,会造成机组热效率下降,如同时备用疏水阀门故障会危及机组安全。通过对汽水分离再热器壳侧疏水设计优化的必要性与改进的可行性进行分析,采取在每列MSR的壳侧疏水管增设一台疏水泵回路构成备用列的方式,实现当一台疏水泵故障停运后另一台疏水泵启动,将疏水排至ABP系统上游管道。避免了因一台疏水泵故障停运导致MSR的壳侧疏水只能依靠单一管线切换至凝汽器。改进结果达到了预期,增加了MSR疏水泵运行方式的灵活性,提高了GSS系统壳体疏水的可靠性。

波形板汽水分离器流场的计算模拟

文中对波形板汽水分离器进行数值模拟,针对不同波形板汽水分离器的结构特点,应用UG软件对其进行三维几何建模,采用Fluent软件进行数值模拟,得出蒸汽流场的静压分布规律,速度分布规律,对波形板汽水分离器的结构设计有重要的参考价值。

汽水分离器分离效率的冷态实验研究

研究了一种用于核电站的新型高效汽水分离装置。针对波形板汽水分离装置两相流动复杂的问题,在改变结构参数和工作状态情况下对汽水分离器进行冷态实验,采用玻璃纤维过滤法测量其分离效率。结果表明:带有收集钩的波形板汽水分离器的效率远高于无钩分离器;增加折边长度对效率影响不大;为提高分离效率,屈折角度应为54°,板间距为20mm;气流速度临界值为5m/s,当超过此速度时,水膜发生破裂,二次夹带明显增加,且脱水效率下降。根据实验数据分析得到的最佳结构参数,可用于指导该装置的设计。

百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器汽水分离装置热态验证试验

对百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器汽水分离装置水-空气冷态试验确定的最佳结构进行了实际核电厂运行参数条件下的水-蒸汽热态验证试验,与国外先进结构汽水分离装置试验体在热态试验条件下的性能进行了对比。结果表明,在正常运行条件下,研制的汽水分离装置试验体出口蒸汽湿度(上携带)为0.0021%,远小于百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器设计规定的0.1%的湿度指标,其在恶劣工作条件下的汽水分离性能仍满足设计要求,并优于国外先进结构汽水分离装置试验体。

水滴粒径对旋叶式汽水分离器性能的影响

采用计算流体动力学技术计算分析了水滴粒径对旋叶式汽水分离器性能及其内部流动细节的影响。采用Euler双流体模型结合均值粒径方法计算了分离器内两相流动，粒径选取范围为0.1～150μm ；通过分析流场细节揭示了粒径与分离器性能的内在关系。结果表明：随粒径的增大，压损呈先升后降趋势，分离效率呈“S”型增大趋势；对分离效率产生影响的粒径范围为5～150μm ，而对压损产生影响的粒径范围为大于5μm ；与试验值相比，计算所得压损相对偏差均在4.8％以内，且选用合适的粒径能获得较为准确的分离效率和出口湿度，表明本文计算方案较为可靠；蒸汽流量分配比和水分返流比均随粒径的增大而减小，而返流水分占出水总量的比例较高，可达48％，因此计算中必须加以考虑，建议计算域中加入外围空间。

旋叶汽水分离器试验和数值模拟研究

针对旋叶汽水分离器的缩比模型展开空气-水冷态试验性能分析和数值模拟研究。试验表明:分离效率主要受水流量的影响,随水流量的增大呈逐渐上升的趋势,当水流量增大到0.3m3/h后增加趋势逐渐减缓进而出现下降的趋势。压降对空气流量变化敏感,随空气流量的增大显著上升。进一步建立旋叶分离器CFD数值分析模型,采用欧拉两流体模型,气相为连续相,液相为离散相,并使用雷诺应力RSM方法求解湍流应力。计算分析了液滴粒径对分离特性的影响,结果表明,液滴粒径分布对分离效率有显著影响,微小粒径液滴的存在显著降低了气液分离效率。

蒸汽发生器一级汽水分离器两相流动数值模拟

采用计算流体力学方法并采用非结构化网格和多块网格技术对流动区域进行了网格划分,用两相流模型对蒸汽发生器一级汽水分离器两相流动进行模拟,得到了汽-液两相流动细节,将出口蒸汽干度与蒸汽发生器热工水力专用计算程序计算结果进行比较,吻合良好。

汽水分离器性能试验研究

在常温常压条件下对2个简化试验件进行了空气-水混合物的两相可视化分离试验研究.通过改变入口空气流量、入口水体积分数以及入口液滴粒径等条件,测量并获得试验件的汽水分离效率以及阻力曲线.结果表明:2个试验件的内筒内壁均形成明显水膜,在各试验工况下分离效果良好;带有切向口的试验件2的分离水在切向出口和下降通道中的分布受入口空气流量和水流量的影响较大;试验件2的总阻力及旋叶阻力均大于试验件1的;入口液滴粒径对分离效率无显著影响.

两级旋风汽水分离器的结构优化数值研究

为探讨两级旋风汽水分离器结构参数对其性能的影响,本文通过数值方法对两级旋风汽水分离器进行研究,设计并建立了两级旋风式汽水分离器的物理和几何模型,应用非结构网格技术,采用RNG k-ε模型,液滴相DPM模型,进行数值模拟计算分析,并搭建了气-水分离可视化试验台架,对数值算法进行验证。在验证基础上,数值模拟研究了旋臂高度、旋臂出口宽度、旋臂顶部与返流筒顶部距离、一级出口直径、二级导叶个数与高度、除雾器高度、二级出口直径等参数对两级旋风分离器分离特性以及阻力特性的影响,并依据分析结果给出了具体的优化建议。经计算分析,优化后的汽水分离模型相较于初始模型:一级出口湿度降低了45%,二级出口湿度降低了68%,阻力压降减小了48%。

超临界锅炉启动汽水分离器应力分析及数值模拟

对超临界锅炉汽水分离器变工况下的应力场进行了分析计算,探讨了在高温高压条件下蠕变变形与应力间的关系,以及存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形时应力的计算,并使用ANASYS对某超临界锅炉汽水分离器进行了数值模拟。结果表明:在结构不连续处,即汽水分离器入口附近,局部应力最大;在机组启动初始阶段,此处的应力幅很大;而在稳定运行时,此处的应力绝对值很大,但震荡幅度很小。

超临界直流锅炉汽水分离器瞬态传热的研究

阐述了在高压汽水试验回路上进行的６００ＭＷ超临界直流锅炉汽水分离器模型，在锅炉实际启动过程中介质对筒壁瞬态传热试验研究，试验参数范围为Ｐ＝３～１１ＭＰａ，质量流量Ｍ＝０．２～０．３５ｋｇ／ｓ，干度ｘ＝０．２～０．８．在此参数范围内通过试验研究，由导热反问题方法根据试验数据拟合出动态过程中介质对分离器模型内壁的放热系数关联式，并按模化理论推广到实际设备，为计算动态过程中汽水分离器热应力和优化启动程序提供了重要依据。

超超临界1000MW机组锅炉汽水分离器冷态启动安全性分析

汽水分离器是超超临界机组锅炉中最为重要的厚壁承压元件,定量分析其在各种运行工况下的安全性对于火电机组的安全和优化运行至关重要。对某超超临界1 000 MW机组锅炉汽水分离器在冷态启动过程中的应力场、温度场进行数值模拟计算,在此基础上研究了汽水分离器的热应力、机械应力以及两者矢量叠加的总应力的变化规律,进而使用基于弹性分析的疲劳-蠕变交互作用下的寿命评估计算方法,对冷态启动过程中汽水分离器的寿命损耗进行了计算。结果表明,汽水分离器在冷态启动中,热应力值总体变化趋势是先增后减,机械应力是逐渐增大,且机械应力最终取代热应力成为影响总应力值的主要因素。该汽水分离器的引入管与筒体相贯线区域存在较大的应力集中,在冷态启动过程中具有较大的安全裕度。

新型百万千瓦核电站汽水分离再热器的研制

汽水分离再热器(简称MSR)是核电汽轮机辅助设备,是具有汽水分离和再热功能的大型管壳式换热器。对新型百万千瓦机组四流程MSR产品制造过程中的重点和难点进行分析,并对实际制造过程中的工艺措施进行描述,为类似核电站产品的制造提供参考。

CAP1400蒸汽发生器汽水分离装置研究

汽水分离装置是蒸汽发生器中的主要部件,其性能不仅会影响蒸汽发生器水力循环特性及水位适用性,决定上部尺寸大小,而且会影响汽轮机的正常运行。对CAP1400核电厂蒸汽发生器汽水分离装置进行了不同蒸汽负荷、饱和水量及高水位和正常水位等试验工况下的热态性能试验,获得了SP3型初级分离器与P3X型干燥器组合随蒸汽负荷、饱和水量、水位变化的分离特性。通过初级分离器和干燥器的阻力测量,分别获得了分离器和干燥器的阻力特性,对CAP1400蒸汽发生器的设计研发起到支撑作用。