二回路系统D核动力装置

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1、船舶核动力装置Marine Nuclear Power Plants核科学与技术学院核科学与技术学院（）（）MNPP-C03-L114/13/202314.8 造水系统造水系统1.设置的必要性设置的必要性2.功用功用3.海水淡化方法海水淡化方法4.蒸发法造水的三种形式蒸发法造水的三种形式4/13/202321.设置的必要性设置的必要性l船舶长期在海洋中航行，动力装置及船员都要消耗淡水，船舶长期在海洋中航行，动力装置及船员都要消耗淡水，仅靠船舶自身携带无法满足需求，因此船舶必须设置造水仅靠船舶自身携带无法满足需求，因此船舶必须设置造水系统（制淡系统、制淡装置）；系统（制淡系统、制淡装置）；l压水

2、堆核动力装置一、二回路都使用轻水作为工质，运行压水堆核动力装置一、二回路都使用轻水作为工质，运行过程中由于跑、冒、滴、漏以及取样等原因，造成工质装过程中由于跑、冒、滴、漏以及取样等原因，造成工质装量减少，影响正常运行量减少，影响正常运行4/13/20233蒸汽和凝给水的损失蒸汽和凝给水的损失 l蒸汽经过轴封以及在蒸汽管路中流经法兰、阀门等的不严蒸汽经过轴封以及在蒸汽管路中流经法兰、阀门等的不严密部分的泄漏损失；密部分的泄漏损失；l水经过水泵密封处的泄漏以及在管路、设备和水柜等处的水经过水泵密封处的泄漏以及在管路、设备和水柜等处的泄漏损失；泄漏损失；l蒸汽发生器泄放时蒸汽和水的损失以及装置在启动

3、和停车蒸汽发生器泄放时蒸汽和水的损失以及装置在启动和停车时的疏水损失；时的疏水损失；l一回路系统泄漏、取样以及启动过程中排水造成的损失。一回路系统泄漏、取样以及启动过程中排水造成的损失。l全船非动力用水的消耗，例如饮用水、生活用水、卫生用全船非动力用水的消耗，例如饮用水、生活用水、卫生用水等。水等。4/13/20234舰船淡水消耗量舰船淡水消耗量用途用途单位单位用量用量生活用水生活用水民用船舶民用船舶L/(人人天天)150250军用船舶军用船舶25动力装置用水动力装置用水柴油机柴油机L/(马力马力天天)0.150.23汽轮机汽轮机0.41.0资料来源：刘英贵、刘令勋资料来源：刘英贵、刘令勋.船

4、舶特辅装置与系统船舶特辅装置与系统.北京：国防工业出版社，北京：国防工业出版社，19914/13/202352.功用功用l将海水淡化，生产符合要求的动力装置用水和生活用水，将海水淡化，生产符合要求的动力装置用水和生活用水，供应动力装置补给水和人员消耗供应动力装置补给水和人员消耗l通常情况下，船上各种用途的淡水都由同一套淡化装置生通常情况下，船上各种用途的淡水都由同一套淡化装置生产，则所造淡水的质量应该符合要求最高的一、二回路补产，则所造淡水的质量应该符合要求最高的一、二回路补给水的水质标准给水的水质标准4/13/202363.海水淡化方法海水淡化方法l 通过物理、化学等方法，从海水中获取淡水通

5、过物理、化学等方法，从海水中获取淡水l主要途径主要途径从海水中取出水（蒸馏、反渗透、冰冻、水合物法等）从海水中取出水（蒸馏、反渗透、冰冻、水合物法等）从海水中取出盐（离子交换、电渗析、电容吸附法等）从海水中取出盐（离子交换、电渗析、电容吸附法等）l实际应用的方法实际应用的方法反渗透法反渗透法电渗析法电渗析法蒸发法（蒸馏法）蒸发法（蒸馏法）4/13/20237复习复习l循环水系统的功用是什么循环水系统的功用是什么?l自流式循环水系统有什么特点自流式循环水系统有什么特点?l循环水系统的流量调节方式有哪些循环水系统的流量调节方式有哪些?l润滑油系统的功用是什么润滑油系统的功用是什么?l润滑油系统的设

6、计要求是什么润滑油系统的设计要求是什么?4/13/20238一、反渗透法一、反渗透法在压力驱动下，淡水通过半透膜进入膜的低压侧，水中的在压力驱动下，淡水通过半透膜进入膜的低压侧，水中的其他组分被阻挡在膜的高压侧并随浓缩水排出，从而达到其他组分被阻挡在膜的高压侧并随浓缩水排出，从而达到有效分离的作用有效分离的作用为了获得必要的淡化速率，实际操作压力大于为了获得必要的淡化速率，实际操作压力大于，操作压力，操作压力与海水渗透压力之差，即为过程的推动力与海水渗透压力之差，即为过程的推动力反渗透过程必须具备两个条件反渗透过程必须具备两个条件高选择性和高渗透性的半透膜；高选择性和高渗透性的半透膜；运行压力

7、高于海水的渗透压。运行压力高于海水的渗透压。4/13/20239图图4-42 反渗透原理反渗透原理4/13/202310图图4-43 反渗透原理示意图反渗透原理示意图4/13/202311二、电渗析法二、电渗析法渗析是指溶液中溶质通过半透膜的现象，自然渗析的推动渗析是指溶液中溶质通过半透膜的现象，自然渗析的推动力是半透膜两侧溶质的浓度差。力是半透膜两侧溶质的浓度差。在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜而迁移，在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜而迁移，从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为电渗电渗析析。4/13/202312

8、图图4-44 电渗析原理示意图电渗析原理示意图4/13/202313三、蒸发法三、蒸发法l使海水受热汽化，再将蒸汽冷凝，从而得到淡水使海水受热汽化，再将蒸汽冷凝，从而得到淡水l主要有以下四种形式主要有以下四种形式多级闪蒸多级闪蒸多效蒸发多效蒸发蒸汽压缩蒸馏蒸汽压缩蒸馏太阳能蒸馏太阳能蒸馏l常见的蒸发式造水装置常见的蒸发式造水装置低压浸管型造水装置低压浸管型造水装置闪发式造水装置闪发式造水装置薄膜蒸发式造水装置薄膜蒸发式造水装置4/13/202314图图4-45低压浸管型蒸汽发生器工作原理低压浸管型蒸汽发生器工作原理 4/13/202315图图4-46 单级闪发式造水装置单级闪发式造水装置4/1

9、3/202316薄膜蒸发式造水装置薄膜蒸发式造水装置l薄膜蒸发式造水装置利用的薄膜蒸发原理薄膜蒸发式造水装置利用的薄膜蒸发原理l海水蒸发器常见的形式有海水蒸发器常见的形式有立管降膜式和横管喷淋膜式立管降膜式和横管喷淋膜式两种两种类型。类型。l立管降膜式海水蒸发器：立管降膜式海水蒸发器：传热管束为直立放置，海水泵将传热管束为直立放置，海水泵将海水送入海水蒸发器，通过上部喷嘴均匀喷入传热管内。海水送入海水蒸发器，通过上部喷嘴均匀喷入传热管内。传热管多制成双槽形的螺纹管。传热管多制成双槽形的螺纹管。l横管喷淋膜式蒸发器：横管喷淋膜式蒸发器：传热管束为水平布置，海水泵将海传热管束为水平布置，海水泵将海

10、水送至管束上面的喷嘴，从上向下喷淋的海水在传热管外水送至管束上面的喷嘴，从上向下喷淋的海水在传热管外表面形成薄膜状态向下流动，加热蒸汽在传热管内冷凝放表面形成薄膜状态向下流动，加热蒸汽在传热管内冷凝放热，使传热管外侧的海水蒸发产生蒸汽。这种蒸发器的传热，使传热管外侧的海水蒸发产生蒸汽。这种蒸发器的传热管一般采用光管。热管一般采用光管。4/13/202317（1）多级闪蒸）多级闪蒸l闪发的概念闪发的概念 将一定温度和压力的水排入压力低于当前水温所对应饱和将一定温度和压力的水排入压力低于当前水温所对应饱和压力的闪发室内，一部分水因过热而汽化成为蒸汽压力的闪发室内，一部分水因过热而汽化成为蒸汽l经过

11、加热的海水依次通过多个温度、压力逐级降低的闪蒸经过加热的海水依次通过多个温度、压力逐级降低的闪蒸室，进行蒸发、冷凝的蒸馏淡化方法室，进行蒸发、冷凝的蒸馏淡化方法4/13/202318淡水淡水 海水海水 多级闪蒸过程示意多级闪蒸过程示意4/13/202319（2）多效蒸发）多效蒸发将几个蒸发器串联进行蒸发操作，以节省热量的蒸馏淡化将几个蒸发器串联进行蒸发操作，以节省热量的蒸馏淡化方法方法海水蒸发器的受热面是盘管，盘管浸泡在海水中，盘管内海水蒸发器的受热面是盘管，盘管浸泡在海水中，盘管内通有蒸汽，蒸发器内为真空通有蒸汽，蒸发器内为真空低真空蒸发：低真空蒸发：高真空蒸发高真空蒸发4/13/20232

12、0多级蒸发过程示意多级蒸发过程示意4/13/202321（3）蒸汽压缩蒸发）蒸汽压缩蒸发l将蒸发产生的二次蒸将蒸发产生的二次蒸汽绝热压缩，再返回汽绝热压缩，再返回海水蒸发器作为加热海水蒸发器作为加热蒸汽，同时冷凝成淡蒸汽，同时冷凝成淡水，以提高热能利用水，以提高热能利用率的蒸馏淡化方法率的蒸馏淡化方法图图 蒸汽压缩蒸发过程示意蒸汽压缩蒸发过程示意4/13/2023224.蒸发法造水的三种形式蒸发法造水的三种形式l低压浸管型造水装置低压浸管型造水装置 海水蒸发器内设置加热管，用蒸汽加热海水，使其蒸发产生蒸汽海水蒸发器内设置加热管，用蒸汽加热海水，使其蒸发产生蒸汽 海水蒸发器内为真空状态海水蒸发器

13、内为真空状态 l闪发式造水装置闪发式造水装置 海水在预热器中加热，然后送入闪发室，闪发产生蒸汽海水在预热器中加热，然后送入闪发室，闪发产生蒸汽 闪发室内为真空状态闪发室内为真空状态l薄膜蒸发式造水装置薄膜蒸发式造水装置4/13/202323图图4-47 低压浸管型原理低压浸管型原理造造水水比比：单单位位质质量量的的加加热热蒸蒸汽汽（一一次次汽汽）可可以以产产生生的的二二次蒸汽量次蒸汽量海水蒸发器海水蒸发器加热盘管加热盘管4/13/202324单级低压浸管型造水装置的造水比单级低压浸管型造水装置的造水比l质量平衡方程质量平衡方程GfGvGbl能量平衡方程能量平衡方程Gs（hshd）GvhvGbh

14、bGfhfl排污率排污率GvGbl造水比造水比RGvGs4/13/202325多级蒸发装置的造水比多级蒸发装置的造水比l多级蒸发系统中，第一级蒸发器产生的二次汽，作为第二多级蒸发系统中，第一级蒸发器产生的二次汽，作为第二级蒸发器的加热蒸汽，依此类推级蒸发器的加热蒸汽，依此类推l级数越多，产生蒸汽越多，但装置重量、尺寸增加很多，级数越多，产生蒸汽越多，但装置重量、尺寸增加很多，设备投资也大大增加，船用装置最多不超过三级设备投资也大大增加，船用装置最多不超过三级一级一级 RGvG 二级二级 R（Gv，1 Gv，2）Gs 三级三级 R（Gv，1 Gv，2 Gv，3）Gs 4/13/202326采用真

15、空蒸发的优点采用真空蒸发的优点l耗热少。耗热少。由于蒸发温度低，可用低温低压的蒸汽作为热源；由于蒸发温度低，可用低温低压的蒸汽作为热源；通常使用废汽总管的蒸汽来加热海水。通常使用废汽总管的蒸汽来加热海水。l减少水垢生成，延长运行时间。减少水垢生成，延长运行时间。蒸发温度约为蒸发温度约为50，水垢生成的速度很低，可以连续运行，水垢生成的速度很低，可以连续运行三个月再清洗。三个月再清洗。4/13/202327图图4-48 低压浸管型造水装置低压浸管型造水装置4/13/202328图图4-49 闪发式原理闪发式原理4/13/202329闪发式造水装置的造水比闪发式造水装置的造水比l质量平衡方程质量平

16、衡方程GfGvGbl能量平衡方程能量平衡方程Gs（hshd）Gf（hf，o hf，i）GvhvGbhb=Gfhf，ol排污率排污率GvGbl造水比造水比RGvGs4/13/202330采用闪发原理造水的优点采用闪发原理造水的优点l利用水的自过热而蒸发，使已被加热的海水在减压状态下利用水的自过热而蒸发，使已被加热的海水在减压状态下过热蒸发；过热蒸发；l热量消耗少；热量消耗少；l可以解决传热面上结垢的问题。可以解决传热面上结垢的问题。4/13/202331图图4-50 多级闪发造水装置的温度分布多级闪发造水装置的温度分布造水比造水比？4/13/202332图图4-51 闪发型造水装置闪发型造水装置

17、 4/13/202333薄膜蒸发式造水装置薄膜蒸发式造水装置l海水在传热管间呈薄膜状流动，传热系数较高，因此传热海水在传热管间呈薄膜状流动，传热系数较高，因此传热面积小、造水装置结构紧凑；面积小、造水装置结构紧凑；l立管降膜式立管降膜式 海水用泵从上部喷入加热管内，在管内成膜，蒸汽在管外海水用泵从上部喷入加热管内，在管内成膜，蒸汽在管外加热。加热。l横管喷淋膜式横管喷淋膜式 海水在传热管外成膜，加热蒸汽在管内流动。海水在传热管外成膜，加热蒸汽在管内流动。4/13/202334造水参数确定造水参数确定l造水装置的产量造水装置的产量l加热蒸汽参数加热蒸汽参数l蒸发温度蒸发温度4/13/202335

18、船舶电力系统船舶电力系统l电力系统用于保障船舶在正常情况下和应急情况下产生电电力系统用于保障船舶在正常情况下和应急情况下产生电能，向核动力装置和船上所有用户提供电能。能，向核动力装置和船上所有用户提供电能。l核动力装置电力系统主要有两个特点：核动力装置电力系统主要有两个特点：l第一，由主电力系统和应急电力系统组成，设计上符合第一，由主电力系统和应急电力系统组成，设计上符合单一故障准则；单一故障准则；l第二，在任何情况下均必须能提供不间断电力需求，这第二，在任何情况下均必须能提供不间断电力需求，这是核反应堆核安全设计的要求。是核反应堆核安全设计的要求。4/13/202336l主电力系统主电力系统

19、-用于保证所有用户的电能，应由至少用于保证所有用户的电能，应由至少两个无关联的主配电柜、两台主发电机和一台备两个无关联的主配电柜、两台主发电机和一台备用发电机组成。用发电机组成。l应急电力系统应急电力系统-与主电力系统无关，用于当主发电与主电力系统无关，用于当主发电机和备用发电机不工作时，保证核动力装置与整机和备用发电机不工作时，保证核动力装置与整个船舶重要用户的电能。个船舶重要用户的电能。l蓄电池蓄电池储存电能，通过直流储存电能，通过直流-交流逆变电变换，在交流逆变电变换，在其它电源不工作时保证提供不间断供应电能。其它电源不工作时保证提供不间断供应电能。4/13/202337图图4-53主泵供电原理图主泵供电原理图4/13/202338思考题思考题1.造水系统的功用是什么造水系统的功用是什么?2.海水淡化的方法通常有哪几种海水淡化的方法通常有哪几种?3.利用蒸发法造水，造水比的含义是什么利用蒸发法造水，造水比的含义是什么?4.推导低压浸管型和单级闪发式造水装置的造水比表达式。推导低压浸管型和单级闪发式造水装置的造水比表达式。4/13/202339