一種汽水分離再熱器換熱管束實(shí)驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核電廠汽水分離再熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽水分離再熱器換熱管束實(shí)驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓水堆核電廠中常規(guī)島汽輪機(jī)組為飽和蒸汽機(jī)組，汽水分離再熱器是常規(guī)島蒸汽再熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)置于汽輪機(jī)組高壓缸和低壓缸之間。蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的新飽和蒸汽在高壓缸中做功后壓力降低、濕度增加，高壓缸末級排汽進(jìn)入汽水分離再熱器進(jìn)行分離和再熱后成為過熱蒸汽，進(jìn)入低壓缸繼續(xù)做功。汽水分離再熱器主要功能就是除去高壓缸排汽中的水分并加熱使之過熱，從而提高核電廠汽輪機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。進(jìn)行汽水分離再熱器研發(fā)設(shè)計時，再熱器管束的換熱性能和壓降特性是其整體性能的重要指標(biāo)，也影響著整個核汽輪機(jī)組的整體性能，故針對汽水分離再熱器一級、二級再熱器管束開展換熱和壓降的測試或驗證實(shí)驗非常必要。本發(fā)明正是基于該種需求而提供了一種能夠采用實(shí)際工作介質(zhì)，即大流量高溫高壓一定干度的蒸汽進(jìn)行汽水分離再熱器換熱管束換熱和壓降實(shí)驗的裝置?，F(xiàn)有技術(shù)對高溫高壓蒸汽通過翅片管束的換熱和壓降實(shí)驗及理論仍然存在一些不足，如只能進(jìn)行單管實(shí)驗、只能采用空氣等其它工質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗、只能通過經(jīng)驗關(guān)系式設(shè)計計算，無法滿足或提高核電關(guān)鍵設(shè)備的可靠性要求。
[0003]例如，中國專利申請?zhí)?01320188149.8，公開了一種管外強(qiáng)制對流換熱實(shí)驗裝置。該實(shí)驗裝置包括帶有喇叭進(jìn)口的通風(fēng)管、測試管、實(shí)驗管、測速管、擴(kuò)張管、離心引風(fēng)機(jī)。通風(fēng)管內(nèi)設(shè)有柵格結(jié)構(gòu)，通風(fēng)管與測試管間設(shè)有穩(wěn)流濾網(wǎng)，測試管內(nèi)設(shè)有溫度計，實(shí)驗管內(nèi)設(shè)有發(fā)熱管，取風(fēng)管與微壓計相連。雖然該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，通用性好，實(shí)驗汽流穩(wěn)定性好且湍流度也較好，但是該發(fā)明氣流量較小，且只能進(jìn)行空氣的單管對流換熱實(shí)驗，不能用于大流量高溫高壓蒸汽管束換熱和壓降實(shí)驗。
[0004]又例如，中國專利申請?zhí)?01310607579，公開了一種換熱管換熱性能測試裝置，包括冷源回路、冷卻水回路、PID數(shù)據(jù)采集及控制器，以及能量微調(diào)回路和/或冷卻水輔助回路，可對蒸發(fā)器和冷凝器分別進(jìn)行測試，且蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)設(shè)置多個換熱管，可避免測試一個換熱管不具代表性的缺陷，測試結(jié)果精度高；板式換熱器、變頻水泵和冷源水箱的設(shè)置可以確?；芈分械睦鋬鏊屠鋮s水溫度恒定，且管路外包裹保溫棉，穩(wěn)定性好，測試誤差小。但是該發(fā)明不能用于測試蒸汽介質(zhì)橫掠管束的換熱與壓降特性，更不能用于測試汽水分離再熱器換熱管束的換熱與壓降特性。
[0005]又例如，中國專利申請?zhí)朇N 202101956 U，公開了一種單管換熱管測試裝置，包括換熱管、殼體、輸送泵、儲液罐及進(jìn)、出口閥，其特征在于:所述換熱管為單根換熱管體，所述殼體由包括若干筒節(jié)、位于端部的筒節(jié)連接封頭和封板，所述筒節(jié)均由圓管、筒節(jié)端部法蘭和筒管上、下部接管組成，各筒節(jié)經(jīng)由端部法蘭依次連接；所述換熱管的進(jìn)、出口分別經(jīng)閥門與管程儲液罐連接；所述殼體的每個筒節(jié)的上接管分別經(jīng)閥門連接殼程流量分配器，殼程流量分配器與殼程儲液罐連接，每個筒節(jié)的下接管分別經(jīng)閥門連接混流器，殼程混流配器與殼程儲液罐連接?；谠撗b置可獲得實(shí)際換熱器單根換熱管的傳熱特性，進(jìn)一步對管殼式換熱器節(jié)點(diǎn)溫度進(jìn)行預(yù)測，以確定管殼式換熱器管程和殼程流體的節(jié)點(diǎn)溫度。但是該發(fā)明還是基于單管實(shí)驗，不能滿足管束特性試驗的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種汽水分離再熱器換熱管束實(shí)驗裝置及方法，能在汽水分離再熱器管外實(shí)際的具有一定干度的高溫高壓蒸汽工作條件下進(jìn)行再熱器管束換熱和壓降測試和驗證。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種汽水分離再熱器換熱管束實(shí)驗裝置，包括矩形截面的換熱管束實(shí)驗段9，依次焊接在換熱管束實(shí)驗段9下部的下矩形段5、入口漸擴(kuò)段4和入口接管2，依次焊接在換熱管束實(shí)驗段9上部的上矩形段10、出口漸縮段11和出口接管13，所述實(shí)驗裝置通過入口接管2和出口接管13與試驗管道系統(tǒng)相連接；所述下矩形段5內(nèi)裝配有不銹鋼絲網(wǎng)6，在所述下矩形段5和上矩形段10上分別對稱焊接有一對測溫組件7和一對測壓組件8 ;所述換熱管束實(shí)驗段9由前后的一對管板9-2和左右的一對導(dǎo)流板9-3圍成，所述前后的一對管板9-2以在豎直高度上的等分水平面為對稱面，在該對稱面上下預(yù)設(shè)距離區(qū)內(nèi)打孔，管板9-2上部和下部鏡面對稱地打有多對管孔，管孔中插有換熱管9-1，所述左右的一對導(dǎo)流板9-3內(nèi)壁面上焊接有半圓截面換熱管9-1-4，所述半圓截面換熱管9-1-4是將整根換熱管從圓形截面中心線上沿?fù)Q熱管軸向方向截開一分為二形成，所述換熱管9-1和半圓截面換熱管9-1-4在縱向和橫向組成叉排排列的換熱管束區(qū)；所述換熱管9-1的部分管中放置有熱電偶，所述換熱管9-1內(nèi)同軸裝配有加熱棒9-1-6，所述加熱棒9-1-6的發(fā)熱段長度和前后的一對管板9-2內(nèi)壁面的間距相同；所述測溫組件7由傾斜插入下矩形段5或上矩形段10側(cè)壁的測溫盲管7-1和置于測溫盲管7-1內(nèi)的T型熱電偶7-2組成；所述測壓組件8包括傾斜插入下矩形段5或上矩形段10側(cè)壁的取壓管8-4以及與取壓管8-4通過閥門連接的冷卻罐8-1，所述冷卻罐8-1帶有一個排氣加水孔和兩個引壓接管，壓力傳感器和差壓變送器連接在冷卻罐8-1引壓接管上。
[0009]所述實(shí)驗裝置的表面除冷卻罐8-1外設(shè)置有保溫層。
[0010]所述換熱管束實(shí)驗段9中間部位焊接有一圈肋板9-4。
[0011]所述換熱管束實(shí)驗段9上的換熱管9-1分為不放置熱電偶的A換熱管9-1-1和放置熱電偶的B換熱管9-1-2，上部和下部的兩組換熱管束以換熱管束實(shí)驗段9在豎直高度上的等分水平面為對稱面而對稱布置。
[0012]所述換熱管束實(shí)驗段9換熱管束排布和其實(shí)驗對象換熱管束的原型材料尺寸相同、排布方式相同，且換熱管束實(shí)驗段9管束區(qū)由A換熱管9-1-1、放置熱電偶的B換熱管9-1-2和焊接在導(dǎo)流板上的半圓截面換熱管9-1-4協(xié)同排布組成，從下往上呈周期排列，每兩排為一周期，每排換熱管數(shù)量相同，第一排半圓截面換熱管9-1-4在右邊導(dǎo)流板上，其余全部為A換熱管9-1-1，第二排半圓截面換熱管9-1-4在左邊導(dǎo)流板上，中間和最右邊共布置兩根B換熱管9-1-2，其余全部為A換熱管9-1-1。
[0013]所述B換熱管9-1-2內(nèi)壁面上加工有矩形槽9-1.2_1，管內(nèi)熱電偶9_1_5置于矩形槽 9-1.2-1 內(nèi)。
[0014]每組測壓組件8均通過肋板8-3將取壓管8-4分別與下矩形段5或上矩形段10焊接加固。
[0015]所述入口漸擴(kuò)段4的下部焊接有入口蓋板3，以將入口漸擴(kuò)段4和入口接管2連接，所述出口漸縮段11的上部焊接有出口蓋板12，以將出口漸縮段11和出口接管13連接。
[0016]所述入口接管2的下端焊接有入口接管法蘭1，所述出口接管13的上端焊接有出口接管法蘭14。
[0017]所述實(shí)驗裝置上設(shè)置有用于實(shí)驗裝置起吊部件和實(shí)驗裝置固定放置的部件。
[0018]上述所述的一種汽水分離再熱器換熱管束實(shí)驗裝置的實(shí)驗方法，所述實(shí)驗裝置連接在實(shí)驗系統(tǒng)的管道上，得到汽水分離再熱器管外實(shí)際的具有一定過熱度或者一定干度的高溫高壓蒸汽介質(zhì)；高溫高壓蒸汽通過入口接管2進(jìn)入壓力容器后，經(jīng)入口漸擴(kuò)段4進(jìn)入下矩形段5，經(jīng)不銹鋼絲網(wǎng)6均流后，蒸汽流速在整個矩形通道中得以均勻分布；蒸汽入口溫度由置于測溫組件7內(nèi)的T型熱電偶7-2測得，壓力由連接于測壓組件8后的壓力傳感器和差壓變送器測得，蒸汽橫掠換熱管束實(shí)驗段9被加熱，溫度升高而壓力下降；換熱管9-1的內(nèi)壁溫度由其內(nèi)的熱電偶9-1-5測得，換熱管9-1內(nèi)電加熱棒9-1-6的加熱功率即換熱管內(nèi)壁的熱流密度，由供電設(shè)備上的數(shù)顯電流表和電壓表測量，在換熱管束的結(jié)構(gòu)參數(shù)和排列參數(shù)已知時，由此擬合計算得到翅片管平均管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及壓降系數(shù)。
[0019]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明實(shí)驗裝置，為針對汽水分離再熱器管束特點(diǎn)而發(fā)明的實(shí)驗裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)和高溫高壓蒸汽實(shí)驗