CN102418836B - 百万千瓦级核电站汽轮机疏水*** - Google Patents

百万千瓦级核电站汽轮机疏水*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,包括通过疏水管道连接的疏水器和凝汽器闪蒸箱,疏水管道水平设置,疏水管道中固定有孔板,孔板的中心设有用于排水的通孔,其中,疏水器的出水口设有排水阀,排水阀连接有控制其开关的浮球;孔板固定于疏水管道向凝汽器闪蒸箱的开口处,孔板下端设有至少一个排出积水的排水孔。本发明中的疏水器连续排水,有效降低了其排水过程对疏水管道管壁的冲击力;孔板下端设置的排水孔有助于充分排出疏水管道内的积水,避免积水因水击振动对管壁的冲击;孔板位于疏水管道向凝汽器闪蒸箱的开口处,可以避免其排水时产生的闪蒸汽对管壁的冲蚀。本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***结构简单且疏水效果显著。

Description

百万千瓦级核电站汽轮机疏水***
技术领域
本发明涉及百万千瓦级核电站汽轮机的关键技术,更具体地,涉及百万千瓦级核电站汽轮机疏水***。
背景技术
百万千瓦级核电站发电过程中,为了合理利用资源、提高发电效率,对核电站汽轮机发电时排出的蒸汽进行重复利用。通常将这部分蒸汽抽出,供应至高压加热器,在高压加热器中对给水***进行回热处理。这部分百万千瓦级核电站汽轮机抽汽管道根据功能分为高压加热器(AHP)及载热器(GSS)***。但是,核电站发电过程中的蒸汽与火电发电过程或其他发电过程中的蒸汽不同;火电发电过程中的蒸汽为过热蒸汽,含水量低,抽汽过程中产生的水量少;核电站发电过程中的蒸汽则为饱和蒸汽,所含水量丰富,抽汽过程中往往产生大量的积水。若水汽混合物进入高压加热器中,加热过程中,易产生“水撞现象”,损坏给水***中的输水管道。为了保证设备安全,通常设置疏水***,在汽轮机抽汽过程中把抽汽管道中的水排放掉。
现有技术中,百万千瓦级核电站汽轮机疏水***包括由疏水管道依次连接的疏水器和凝汽器闪蒸箱,疏水管道中固定有孔板。具体地,选用倒置桶疏水器,孔板中心开孔并固定在疏水管道内。抽汽过程中,从汽轮机中抽出的蒸汽在抽汽管道中运行时,部分水汽混合物进入输水管道,由疏水器完成水汽分离,这一过程中蒸汽冷凝产生的水通过输水管道与孔板排放至凝汽器闪蒸箱。疏水器的水汽分离功效保证抽汽管道中的蒸汽不会进入闪蒸箱,从而凝汽器闪蒸箱中的低压环境得到维持。
但是,这样设计的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***在使用过程时,由于倒置桶疏水器的排水方式为间断排水,其对疏水器下游的疏水管道的冲击力较大;孔板仅在中心开孔,上游易产生积水,而且积水因水击而振动,对疏水管道同样有较大冲击;另外,孔板上下游压差大,孔板排出的少量水在凝汽器闪蒸箱内闪蒸产生的湿蒸汽易冲蚀管壁,长期作用孔板下游的疏水管道,其管壁明显变薄,部分甚至开裂。上述排水冲击以及湿蒸汽造成的裂缝主要有两种形式:一种是疏水器与孔板之间的疏水管道上弯头处的焊缝开裂;另一种是孔板下游的疏水管道壁变薄,严重的情况下管道开裂。疏水管道开裂,空气可进入疏水管道并进入凝汽器闪蒸箱,可直接导致发电过程无法继续进行,对核电站的经济效益以及设备的维护均严重不利。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术中百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中疏水管道易发生开裂、导致发电过程中止的问题,提供一种可以减缓排水对疏水管道的冲击力度、降低闪蒸的湿蒸汽对管壁的冲蚀的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***。
本发明解决的技术问题通过以下技术方案实现:提供百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,包括通过疏水管道连接的疏水器和凝汽器闪蒸箱,所述疏水管道水平设置,所述疏水管道中固定有孔板,所述孔板的中心设有用于排水的通孔,其中,所述疏水器的出水口设有排水阀,所述排水阀连接有控制其开启或关闭的浮球;所述孔板固定于所述疏水管道向所述凝汽器闪蒸箱的开口处,所述孔板的下端设有至少一个排出积水的排水孔。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔的下端与所述疏水管道的内壁相切。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔为孔径均一的排水孔。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔的孔径为Φ2~4mm。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔为孔径变化的排水孔。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔为孔径变大的排水孔。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔在所述孔板的前端面上的孔径为Φ1~2mm,所述排水孔在所述孔板的后端面上的孔径为Φ3~4mm。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔为圆形、椭圆形或半圆形。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水阀包括阀座、阀芯和阀杆,所述阀杆一端与所述阀芯固定连接、另一端与所述浮球固定连接,所述阀芯可绕所述阀座上端向疏水器的壳体内翻转。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述孔板的厚度为10mm。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述孔板焊接在所述疏水管道中。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述疏水器与所述疏水管道法兰连接。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔的中轴线与所述疏水管道的中轴线平行。
在上述百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,所述排水孔的中轴线与所述疏水管道的中轴线成一定角度。
实施本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,可以获得以下有益效果:本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中,将孔板设置在疏水管道向凝汽器闪蒸箱的开口处,形成喷射(SPRAYER)型的节流降压元件,此时孔板排出的水所产生的湿蒸汽直接进入凝汽器闪蒸箱,避免对疏水管道管壁的冲蚀,同时由于凝汽器闪蒸箱空间容积大,所产生的湿蒸汽并不会直接冲蚀凝汽器闪蒸箱的内壁;另外,在孔板的下端设置与疏水管道相切的排水孔,有利于孔板上游积水的排出,从而有效缓解积水因水击振动对管壁的冲击;本发明中的疏水器为连续排水,对其下游管道以及管道上弯头的冲击力度因此也减小,从而降低了弯头焊缝开裂的可能性。本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***结构简单并且充分延长了汽轮机疏水管道的使用寿命,进而有利于降低核电发电过程中的维修成本以及减少中止发电带来的经济损失。
附图说明
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。附图中:
图1是根据本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的结构示意图;
图2是根据本发明的实施例1的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的孔板排列方式的结构示意图;
图3是根据本发明的实施例2的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的孔板排列方式的结构示意图;
图4是根据本发明的实施例1的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中孔板的主视图;
图5是根据本发明的实施例1的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中孔板的剖视图;
图6是根据本发明的实施例2的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中孔板的主视图;
图7是根据本发明的实施例2的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***中孔板的剖视图;
图8是根据本发明的实施例3的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的孔板排列方式的结构示意图。
具体实施方式
本发明中的方位定义如下:以孔板为参照,其上游方向定义为前,下游方向定义为后。
为了将抽汽管道中蒸汽冷凝产生的水排出,在抽汽管道上连接多个疏水***。本发明中的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***包括通过疏水管道连接的疏水器和凝汽器闪蒸箱,疏水管道水平设置,疏水管道中固定有孔板,孔板的中心设有用于排水的通孔,其中,疏水器的出水口设有排水阀,排水阀连接有控制其开启或关闭的浮球;孔板固定于疏水管道向凝汽器闪蒸箱的开口处,孔板的下端设有至少一个排出积水的排水孔。
如图1所示,图1为本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的结构示意图。汽轮机10发电过程中排出的蒸汽通过抽汽管道8进入高压加热器9中,并对高压加热器9中的多个输水管道进行回热处理,从而对汽轮机10排出的蒸汽进行充分利用。抽汽管道8上连接有多个汽轮机疏水***。重力作用下,抽汽管道8中部分蒸汽冷凝产生的积水以及小部分蒸汽进入疏水管道4内,并在压力作用下进入疏水器1中,实现水汽分离。随后抽汽管道8中的积水以及进入疏水管道4的小部分蒸汽冷凝产生的水通过疏水管道4与孔板2上的通孔进入凝汽器闪蒸箱3中。通过多个疏水***的协同作用,保证只有蒸汽进入高压加热器9中;通过疏水器1的水汽分离性能,保证没有蒸汽进入凝汽器闪蒸箱3中,从而维持抽汽管道8与凝汽器闪蒸箱3之间的压力差,使得抽汽管道8中的积水顺利沿疏水管道4排出。
实施例1:
实施例1的百万千瓦级核电站疏水***包括通过疏水管道4连接的疏水器1和凝汽器闪蒸箱3,疏水管道4水平设置,孔板2的中心设有用于排水的通孔6,其中,疏水器1的出水口设有排水阀,排水阀连接有控制其开启或关闭的浮球;孔板2固定于疏水管道4向凝汽器闪蒸箱3的开口处(如图2所示),孔板2的下端设有一个排出积水的排水孔5。汽轮机抽汽过程中,抽汽管道内的积水通过上述汽轮机疏水***从蒸汽中分离,进入凝汽器闪蒸箱3中,并最终用于下一次的发电过程。
疏水***中,疏水器1的作用在于实现汽轮机排出的蒸汽中的水汽分离,保证只有水最终进入凝汽器闪蒸箱。目前常见的疏水器包括倒吊桶疏水器、浮球式疏水器以及自由浮球式疏水器。结合核电站发电过程中的特点,以及考虑整个疏水***的成本,本发明的疏水器1通过法兰与疏水管道4固定连接,包括壳体、设置在出水口的排水阀以及与排水阀连接并控制其开启或关闭的浮球;壳体上设有进水口与出水口。排水阀包括阀座、阀芯和阀杆,阀杆一端与阀芯固定连接,另一端与浮球固定连接,阀芯可绕阀座上端向疏水器的壳体内翻转。
浮球采用密度小于水的材质制成,可漂浮于水面;壳体上设置的出水口距离壳体底端一定距离,当壳体内的水平面低于出水口的高度时,浮球的高度同样低于出水口的高度,此时与其连接的阀杆向下倾斜,阀杆另一端连接的阀芯因此与阀座紧密结合,排水阀关闭;当壳体内的水平面高于出水口的高度时,浮球的高度同样高于出水口的高度,此时与其连接的阀杆向上倾斜,阀杆另一端连接的阀芯因此绕阀座的上端向壳体内翻转,此时阀芯与阀座之间出现空隙,排水阀开启,疏水器内的水因此可以经由该空隙从出水口排出。
进入疏水器的水汽混合物中的小部分蒸汽由于压力降低、环境温度降低等因素,在疏水器1中迅速转化为水。另外,若过多的蒸汽进入疏水器中,壳体内水平面高度不变时,浮球的高度也不会改变,排水阀仍然保持关闭状态。即使蒸汽不能迅速转化为水,但是过多蒸汽产生的压力也将阻止抽汽管道中的蒸汽进一步进入疏水管道中,从而避免了蒸汽的浪费。通过上述说明,可以知道通过本发明的疏水器可以很好地实现水汽分离,有效排出抽汽管道中积水的同时避免蒸汽损失。
与倒吊桶疏水器不同的是,本发明的疏水器在排水过程中为连续排水,当壳体内的水平面略升高时,浮球高度改变从而开启排水阀。连续排水的优点在于,排水过程水的冲力明显降低,从而对疏水器下游疏水管道的管壁冲击力降低,有利于疏水管道的保护。本发明中的疏水器结构简单,反应灵敏度高;在使用前通常在疏水器中充入一定量的水,水平面高度基本与出水口的高度平齐。
另一方面,本发明中也可以选用市售的一些浮球式疏水器,例如FT44-32、DN50与PN40型号(SPIRAX SARCO)的疏水器。
汽轮机疏水管道中的孔板2通常采用不锈钢材料制成,在疏水管道4中可以控制管道内水的流量,并维持孔板2上下游之间的压差。实施例1中,10mm厚的孔板2垂直焊接在疏水管道4内;孔板2的排水孔的中轴线因此与疏水管道4的中轴线平行。为了避免孔板2排出的水瞬间气化产生的湿蒸汽冲蚀孔板下游的管壁,此处将孔板2设置于疏水管道4向凝汽器闪蒸箱3的开口处。此时作为疏水管道4中节流降压元件的孔板2为典型的喷射(SPRAYER)型式降压元件。当水经由孔板2排出时,瞬间气化产生的湿蒸汽直接进入凝汽器闪蒸箱内,而不再冲蚀疏水管道的管壁;另外,由于凝汽器闪蒸箱3空间容积大,孔板2下游所产生的湿蒸汽也不会直接冲蚀凝汽器闪蒸箱3的内壁,避免造成其他损坏。
参考图4,孔板的中心设有一个圆形通孔6,孔板的下端设有一个圆形排水孔5;从图5可以看出,通孔6与排水孔5内径均一,具体地,通孔的直径为Φ9mm;排水孔5的直径为Φ2mm。
这里应该指出的是,孔板2上的通孔6的形状并不影响最终的排水效果,其可以为圆形、三角形、矩形、梯形等几何形状。对本领域技术人员而言,可以理解的是,通常情况下,通孔6的数目越多,孔径越大,排水的效果越佳。但是,本领域技术人员理解的是,孔板上的开孔(本发明中指通孔6与排水孔5,尤其指通孔6)与管道中流量的控制以及孔板上下游压差的控制相关。在核电站发电过程中,应该维护汽轮机与凝汽器闪蒸箱之间的压差,以推动蒸汽和水分别在抽汽管道和疏水管道中流动。因此,孔板上开孔的数量以及孔径均应该保证不会影响上述压差环境。考虑到上述因素,本发明中,通孔的孔径大小为Φ8-9mm。
参考图4,孔板的下端设有另一个孔径均一的圆形排水孔5,其直径为Φ2mm,并且该圆形排水孔的下端与疏水管道的管壁相切。在现有的疏水***中,孔板上游通常具有一定量的积水,积水因水击振动从而对疏水管道4的管壁产生持续的冲击。该冲击作用同样是影响疏水管道4的使用寿命的一个重要因素。本发明中,为了解决此问题,在孔板的下端设置排水孔5,其不仅可以辅助通孔6排水,更重要的是,可以排出疏水管道4中的积水,避免上述水击振动对管壁的损坏。基于上述原因,排水孔5与疏水管道4的管壁相切,从而有效将积水排空。
为了保证孔板2上游积水的充分排空,孔板2下端的排水孔5的形状优选地与疏水管道4的管壁相切,基于此目的的排水孔5结构为圆形、半圆形或椭圆形;但是其他形状的排水孔5,例如矩形排水孔同样可以应用于孔板2下端排水孔5的设置。同样地,对本领域技术人员而言,可以理解的是,孔板下端的排水孔5的数目越多,孔径越大,排水以及充分排出积水的效果越佳。如上所述,同样考虑到孔板在疏水***中的作用,本发明中,排水孔5的孔径大小为Φ2-4mm,排水孔5的数目为1-2个。
凝汽器闪蒸箱3用于储水并构造一低压环境,其与汽轮机之间的压差有助于蒸汽冷凝产生的水在疏水管道中流动。凝汽器闪蒸箱是核电发电过程中合理利用资源的另一充分体现。其内所收集的蒸汽产生的水最终进入反应堆中转换为高温蒸汽,然后进入汽轮机中用于发电。如上所述,通过抽汽***以及疏水***,不仅实现了蒸汽的回热利用,也实现了水的回收利用。
综上所述,通过改变孔板2的位置、优化疏水器1的结构以及在孔板2的下端设立排水孔5,实施例1的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***很好地解决了现有技术中疏水管道易开裂的缺陷,延长整个百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的使用寿命。本发明的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***在实际使用过程中可以使用近3年,而且疏水管道不会发生开裂或焊缝开裂等现象。
实施例2:
实施例2的百万千瓦级核电站核电站疏水***包括通过疏水管道4连接的疏水器1和凝汽器闪蒸箱3,疏水管道4水平设置,孔板2的中心设有用于排水的通孔6,其中,疏水器1的出水口设有排水阀,排水阀连接有控制其开启或关闭的浮球;孔板2垂直固定于疏水管道4中并位于疏水管道4向凝汽器闪蒸箱3的开口处(如图3所示),孔板2的下端设有两个排出积水的排水孔5(如图6所示)。汽轮机抽汽过程中,抽汽管道内的积水通过上述汽轮机疏水***从蒸汽中分离,进入凝汽器闪蒸箱中,并最终用于下一次的发电过程。
与实施例2不同的是,参考图7,孔板2中央的通孔6以及孔板2下端的排水孔6均为孔径变化的开孔,换言之,通孔6与排水孔5的孔径均从孔板2的前端面至后端面逐渐变大。
通孔6在孔板2前端面上的孔径为Φ8mm,在孔板2后端面上的孔径为Φ12mm。排水孔5在孔板2前端面上的孔径为Φ2mm,在孔板2后端面上的孔径为Φ3mm。与内径均一的通孔相比,这种扇形开孔(也即发散式结构)在排水过程中,向下游排水所受的阻力更小,孔板前后端面的压差可以进一步增大,有助于排出的水由于压力减小的瞬间气化。对于排水孔5而言,扇形开孔还可以适当地增加排水孔5的排水量,有助于快速的排出疏水管道内的积水。
通过改变孔板2的位置、优化疏水器1的结构以及在孔板2的下端设立多个排水孔5,实施例2的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***很好地解决了现有技术中疏水管道易开裂的缺陷,排出积水充分且快速,延长整个百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的使用寿命。
实施例3:
实施例3的核电站疏水***包括通过疏水管道4连接的疏水器1和凝汽器闪蒸箱3,疏水管道4水平设置,孔板2的中心设有用于排水的通孔6,其中,疏水器1的出水口设有排水阀,排水阀连接有控制其开启或关闭的浮球;孔板2固定于疏水管道4中并位于疏水管道4向凝汽器闪蒸箱3的开口处,孔板2的下端设有两个排出积水的排水孔5。汽轮机抽汽过程中,抽汽管道内的积水通过上述汽轮机疏水***从蒸汽中分离,进入凝汽器闪蒸箱中,并最终用于下一次的发电过程。
实施例3中,通孔6在孔板2前端面上的孔径为Φ8.5mm,在孔板2后端面上的孔径为Φ13mm。排水孔5在孔板2前端面上的孔径为Φ1mm,在孔板2后端面上的孔径为Φ2.5mm。
与实施例1和2不同的是,孔板2倾斜焊接于疏水管道4中;孔板2的排水孔的中轴线因此与疏水管道4的中轴线成一定角度。如图8所示,孔板2的上端向前倾斜。与垂直设置的孔板2相比,上述结构中,倾斜设置的孔板2使疏水管道4中的水集中于孔板的下端。因此,相同条件下(流量、压差)的排水过程中,通过通孔6以及排水孔6排出的水量可以适当的增加;同时还有助于排水孔5的充分排水。
通过改变孔板2的位置、改变孔板2的设置方式、优化疏水器1的结构以及在孔板2的下端设立多个排水孔5,实施例3的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***很好地解决了现有技术中疏水管道易开裂的缺陷,排出积水充分且快速,延长整个百万千瓦级核电站汽轮机疏水***的使用寿命。
在另一实施方式中,孔板2下端设有两个排水孔5。与实施例2和3不同的是,两个排水孔彼此相切。
在另一实施方式中,孔板2上设有多个通孔6。为了控制疏水管道内的流量,各个通孔6的孔径略减小。多个通孔6可以排列为以孔板中心为圆心的同心圆形、三角形、直线形或交叉形。本领域技术人员应该理解的是,相同数目与孔径的通孔6的排水效果相同。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明,本领域技术人员应当明白,在不脱离本发明范围的情况下,还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外,针对特定情形,可以对本发明做各种修改,而不脱离本发明的范围。因此,本发明不局限于所确定的具体实施例,而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (7)

1.百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,包括通过疏水管道(4)连接的疏水器(1)和凝汽器闪蒸箱(3),所述疏水管道(4)水平设置,所述疏水管道(4)中固定有孔板(2),所述孔板(2)的中心设有用于排水的通孔(6),其特征在于,所述疏水器(1)的出水口设有排水阀,所述排水阀连接有控制其开启或关闭的浮球;所述孔板(2)固定于所述疏水管道(4)向所述凝汽器闪蒸箱(3)的开口处,所述孔板(2)的下端设有至少一个排出积水的排水孔(5);所述通孔(6)孔径均从所述孔板(2)的前端面至后端面逐渐变大,所述通孔(6)在所述孔板(2)前端面上的孔径为Φ8mm,在所述孔板(2)后端面上的孔径为Φ12mm;所述排水孔(5)为孔径变大的排水孔;所述排水孔(5)在所述孔板(2)的前端面上的孔径为Φ1~2mm,所述排水孔(5)在所述孔板(2)的后端面上的孔径为Φ3~4mm。 
2.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,其特征在于,所述排水孔(5)为圆形、椭圆形或半圆形。 
3.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,其特征在于,所述排水阀包括阀座、阀芯和阀杆,所述阀杆一端与所述阀芯固定连接、另一端与所述浮球固定连接,所述阀芯可绕所述阀座上端向疏水器(1)的壳体内翻转。 
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,其特征在于,所述孔板(2)的厚度为10mm。 
5.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,其特征在于,所述孔板(2)焊接在所述疏水管道(4)中。 
6.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,其特征在于,所述疏水器(1)与所述疏水管道(4)法兰连接。 
7.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站汽轮机疏水***,其特征在于,所述排水孔(5)的中轴线与所述疏水管道(4)的中轴线平行。 
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