[发明专利]旋转叶片式可控转速动态汽水分离器

说明书

技术领域

本发明涉及核电汽轮机的汽水分离领域，特别涉及对核电汽轮机高压缸排出的湿蒸汽进行汽水两相的预分离。

背景技术

对于轻水堆核电站湿蒸汽汽轮机的进口蒸汽即为接近饱和的湿蒸汽，在高压缸内膨胀做功后，高压缸排汽出口的蒸汽湿度高达10%~12%。这种湿度的蒸汽如果不经处理直接进入低压缸膨胀做功，那么低压缸的末级湿蒸汽的湿度将会进一步增加至20%~24%。

位于高压缸和汽水再热器之间的连通管道，长期处于湿蒸汽条件下运行使得该部分产生了严重的腐蚀/侵蚀问题。实验证明，该管道的腐蚀程度和管道尺寸、管道材料、高压缸排汽工况等因素有关。具体地说，在典型的高压缸排汽条件下（湿度为12%），设备安装3~5年内，将会产生腐蚀/侵蚀问题，这就要求通过焊接来修复被腐蚀的管壁，此项工作代价很高而且需要很长时间，这就导致了部分机组的非计划停运，造成很大的经济损失。已经发现，核电站大量的壁面腐蚀都是由于金属受到侵蚀的结果，即所谓的“流动协助腐蚀”（FAC）。当高纯度的水膜贴附并在管道表面移动时，FAC类型的腐蚀会发生在管道系统的各个地方。在温度为120~180℃的高压排汽管道中，实验证明，管道内的腐蚀/侵蚀速率与流速成正比，与湿度的0.5次方成正比，即流速越快，水滴越多越大，其腐蚀程度就越高，大量的水滴分解了管道壁面上的保护层，在管道壁面会形成齿痕或是凹槽，这就增加了管道内的沿程阻力损失；被溶解的氧化层跟随气流冲击下游汽轮机叶片，大大增加了叶片的磨损程度，严重影响汽轮机运行的安全性。

对于高低压缸之间的压力损失，实验证实，管道内的压力损失与蒸汽湿度的平方成正比，与蒸汽流量成正比。对于额定负荷下运行的核电汽轮机，蒸汽流量基本不变，影响管道压降的主要因素即蒸汽湿度，较大的蒸汽湿度所产生的压力损失，在凝汽器压力不变的条件下，进入低压缸的蒸汽压力下降，蒸汽在低压缸内的有效焓降减少，输出功率下降，导致整机出力降低。为了维持稳定出力稳定，就需要增加热耗，计算表明如果压力损失增加1%，那么相应的机组热耗率会提高0.12%。

较大湿度的蒸汽对于连接管道下游的再热器管束也有很大的影响。由于进入再热器蒸汽的湿蒸汽中所带的液滴大小分布都不均匀，液滴对再热管束进行周期性撞击，使得再热管束产生高周疲劳裂纹。

对于上述由于蒸汽带水所引起的问题，任意一类问题的产生都需要投入非常多的时间和资金来解决。因此，汽水分离器再热器（MSR）在核电厂安全经济运行中扮演重要角色。作为核电二回路的关键设备，安装位置如图2所示，长期以来，MSR的设计、安装、运行都被广泛关注。到目前为止，MSR的设计已经经过三个发展阶段，其间，两大部件汽水分离器和再热器的设计也在不断优化适应日渐提高的机组功率。这里主要说明分离器的发展阶段。第一代MSR采用不锈钢网筛制成的分离器，由重量轻的格栅作为整体式。循环蒸汽由位于外壳一端的水平直通管道经分流通道由下自上流入网筛，分离后的蒸汽垂直地流过再热器的管束表面。这种设计虽然能够有效地排出水分，但是需要很大的水平布置面积。为了减少占地面积，从而减少厂房布置面积，第二代分离器中，采用了垂直的V型波纹板来代替网筛。如图3所示的波纹板元件，虽然波纹板的分离效率较网筛的低一些，但是临界流速高且分离效率对流速的敏感性降低，故每单位蒸汽分离水分需要的空间相对减少，这个特点使得制造和装运更大功率的核电站所需的MSR成为可能。第三代MSR的也是采用的波纹板式分离，只不过是把两个第二代的共同的进汽部分结合在一起构成。