产业科技创新 Industrial Technology Innovation 28Vol.1 No.30
〈科技之窗〉
付元钢
（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150090）
摘要：本论文总结了汽水分离再热器内传热性能计算公式，并针对某核电项目的汽水分离再热器（MSR ）设计了一
套试验装置，测量了各个工况下再热器换热管的参数变化，经过计算分析了的管内、管外对流传热系数，总结了速度对传热系数的影响，通过试验的结果，为常规岛汽水分离再热器（MSR ）设计提供技术支持。关键词：汽水分离再热器；两相流；凝结传热；试验研究 中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2019）30-0028-02
1 概述
exosip
汽水分离再热系统（Moisture Separator Reheater，以下简称MSR）是核电厂重要的辅助系统之一。目前常采用的MSR 由汽水分离装置、一级再热管束、二级再热管束、壳体4个部件组成，其中一级再热管束是一种管壳式汽—汽热交换器，加热蒸汽在管内流动、凝结，同时将热量传递给在管外流动的经过分离除湿的蒸汽，使管外的蒸汽在离开MSR 时成为具有一定过热度的过热蒸汽。 近年来许多的学者在物理机理、不同流动形态等方面深入研究分析凝结换热。但是由于凝结换热过程中同时存在热量和质量的传递和交换流动机理十分复杂，至今仍没有形成统一的物理模型。尽管如此换热管管内两相流换热的研究理论也有了很大的发展，从而也促使两相流换热器的经济性和可靠性得以提高。但是由于各种工质管内两相流（凝结/蒸发）换热问题的复杂性和多变性，到目前为止，试验仍然是对各种工质管内两相流换热的主要研究手段。
本项目以《汽水分离再热器试验和验证规程》（QB13 00004-2011）等技术文件为标准，通过试验的
方法测试汽水分离再热器管内、外传热系数。通过试验的结果，为常规岛汽水分离再热器（MSR）设计提供技术支持。
2 试验方案设计
2.1 引言
汽水分离再热器（MSR）的一级低压再热管束和二级高压再热器管束均为U 型管。一级低压再热器管内的加热蒸汽为高压缸抽汽，二级高压再热器管内的加热蒸汽则来自主蒸汽，压力和温度都更高。加热蒸汽
都沿着水平U 型管束流动。管外经过除湿的蒸汽刚进入再热管束时温度最低，加热蒸汽的热负荷最高，若这部分管束加热蒸汽的流量少，那么出口处将可能发生凝结水过冷现象，凝结水在出口处逐渐汇聚形成一道水墙将前后蒸汽隔开如图1所示。
图1 MSR 加热蒸汽流程图
2.2 验方案
基于《汽水分离再热器试验和验证规程》（QB13 00004-2011）的要求设计了本试验的方案试验流程如图2。
试验系统主要包括蒸汽发生器、换热试验件及温度、压力、流量测试采集系统组成。
换热试验件为壳管式换热器换，中间等距离加装四道折流板。被加热蒸汽在壳侧被加热成为过热蒸汽；加热蒸汽在管内冷凝放热。通过测量加热蒸汽的进出口温度（T ）、压力（P ）和流量参数（G ）查水和蒸汽性质图表以及传热管表面积，即可通过式传热学公式计算出换热器的总传热系数。根据设置在传热管外管壁上的热电偶测量传热管外管壁的温度，可计算出管内、管外的对流传热系数。确定传热量通过传热面积即可计算出换热管管外的传热系数。
产业科技创新 2019，1（30）：28~29Industrial Technology Innovation 作者简介：付元钢（1982- ），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，高级工程师，主要从事核电汽水分离再热器（MSR）、余热ORC利用发电机组以及储能等设备设计研究工作。
秸秆炭化29
简易升降平台
第1卷 第30
期
图2 试验系统图
3 试验结果分析
3.1 加热蒸汽流量对管内蒸汽冷凝对流传热系数的影响
如图3所示随着蒸汽流量的增加（管内蒸汽流速的增加）传热管管内冷凝对流传热系数逐渐增大。这说明随着蒸汽入口流速的增加管内液膜的湍流度增加使液膜侧的对流换热得到提高；此外较高的蒸汽流速使得蒸汽对液膜的剪切力增大，对液膜的携带效果增强这对减薄液膜厚度，减小液膜热阻起到了积极作用最终使得冷凝传热系数随蒸汽入口流速的增加而增大。而小流量时随着管内蒸汽的逐渐冷凝，蒸汽流速逐渐降低，那么蒸汽对凝结液的携带效果减弱，蒸汽与换热管底部的凝结液体之间出现明显的速度差，使得凝结液积存在换热管底部而无法被及时排出。在此情况下凝液量的大小将决定换热能力的高低。由于蒸汽入口流量的增加使得蒸汽入口流速增大，那么相同质量含汽率下的凝液量变大，此时管子底部凝结液积存深度增加，相应的管子顶部膜状凝结区域减小换热能力减弱。
led显示屏制作500010000150002000025%
50%75%100%
工况（%)
蒸汽管内冷凝对流传热系
数（w /m 2℃）
图3 不同加热蒸汽流量的蒸汽管内冷凝对流传热系数
3.2 被加热蒸汽流量对管外蒸汽过热对流传热系数的影响
如图4所示在试验条件下被加热蒸汽对流传热系数随着加热蒸汽流量的增加而增加这主要是在固定换热器中传热面积一定为了满足加热蒸汽完全冷凝及出口端差的要求被加热蒸汽的流量随之增加壳内蒸汽流速增快对管外蒸汽的扰动加强提高了换热速率。但是
回转窑烧嘴在实际的产品中增加被加热蒸汽会使得压力损失增加要考虑这部分损失。
20040060080025%
50%
75%100%
工况（%)
蒸汽管外被加热对流传热系数（w /m 2℃）
图4 不同被加热蒸汽流量的蒸汽管外被加热对流传热系数
3.3 被加热蒸汽流量对总传热系数的影响
根据总传热系数的定义式如图5可以看出随着管内冷凝对流传热系数和管外过热对流传热系数的增加。
0500100015002000250025%
50%75%100%60
网络墓地
加热蒸汽流量（kg/h)
总传热系数（w /m 2℃）
图5 不同加热蒸汽流量的换热管总传热系数
4 结语
本研究针对汽水分离再热器（MSR）设计了一套试验装置，主要包括试验换热器的温度、压力、流量测量。根据测量结果分别对试验条件下换热管的管内、管外对流传热系数进行了总结同时计算出总的
传热系数。这些结果对于新的汽水分离设计都有较重要的参考。主要的研究结论如下：
1）试验测得的一级再热器管束的总传热系数分别2 212 W/m2℃，研究是在相当于单管的试验设备上测得的传热系数，在设计参考中应考虑管排布置方式及换热管数量，引入管排修正系数进行修正，通常为0.8～0.9。
2）不论管内、管外，蒸汽流动速度是影响传热系数的主要参数，因此在设计中要重点考虑。参考文献：
[1] 顾善春，袁益超，石凯旋. 核电汽水分离再热器流动和传
热过程分析[J]. 能源工程，2015，35（6）：1-5.[2] 徐慧强，孙中宁，谷海峰，等. 水平管内纯饱和蒸汽强制
对流冷凝局部换热特性[J]. 化工学报，2015，66（1）：92-98.
[3] QB13 00004-2011，汽水分离再热器试验和验证规程[S].
付元钢：某核电汽水分离再热器管内凝结传热试验研究
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议