一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统及其除氧方法技术方案

一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统及其除氧方法，系统包括冷凝器鼓泡除氧装置、低压加热器、除氧器、除氧膜装置和加药装置；鼓泡除氧装置集成于冷凝器内，鼓泡除氧装置连接乏汽，同时冷凝器还通过凝水泵连接低压加热器；低压加热器连接乏汽，同时低压加热器与除氧器的注入口连接；除氧器连接汽轮机抽汽或新蒸汽，同时除氧器连接给水系统；加药装置与给水系统连接；除氧膜装置集成于均衡水箱，均衡水箱与冷凝器连接。方法通过热力除氧、联氨除氧、除氧膜相结合，构成多层次的除氧体系。本发明专利技术满足船用直流蒸发器在各工况下给水深度除氧要求；部分功能设备集成在已有设备上，舱室空间利用率高；减少消耗品使用，经济性好。

【技术实现步骤摘要】
一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统及其除氧方法
本专利技术属于二回路凝给水除氧技术，具体涉及一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统及其除氧方法。
技术介绍
在反应堆及一回路系统中，蒸汽发生器传热管作为一、二回路能量传递的界面以及一回路压力边界的一部分，是核动力系统中的重要部位，其二次侧水质对其腐蚀有较大影响，需要重视，而含氧量是水质中极为重要的一个指标。对于直流蒸发器给水要求有别于传统的船用锅炉给水和U型管蒸发器给水。直流蒸发器给水含氧量要求与蒸发器材料关系密切，不同的材料，对给水含氧量要求差异较大。本项目中，根据选用材料，要求直流蒸发器给水含氧量为5ppb。这个指标与陆上核电站给水含氧量指标相近，远低于船用锅炉给水含氧量指标，略低于船用U型管蒸发器给水指标。此外，由于直流蒸发器不设置排污口，因此船上应用较多的盐类除氧剂无法应用。现有的船用给水除氧技术主要包括：热力除氧器除氧、亚硫酸钠加药除氧、除氧树脂除氧、冷凝器鼓泡除氧，此外，陆用核电领域还有应用联氨进行除氧，化工领域有应用除氧膜进行除氧：(1)热力除氧器除氧：在常规蒸汽动力系统中应用广泛，一般采用大气式、一体化除氧器，由于船用条件、除氧器工作参数及设备体积要求等原因，给水含氧量一般只能达到50ppb，除氧效能达不到要求，而陆用核电站一般采用高压除氧器，由于使用环境条件较好，热力系统工况稳定，除氧效能较好，能达到5ppb至7ppb。(2)亚硫酸钠加药除氧：可以实现给水深度除氧，但由于存在盐类沉积问题，一般用于自然循环蒸发器给水除氧，不适用直流蒸发器。(3)除氧树脂除氧：除氧树脂能够实现常温下除氧，但除氧效果受设备体积限制，若要实现深度除氧要求尺寸较大，且树脂消耗较大；考虑树脂更换成本及设备尺寸，直流蒸发器中不采用树脂除氧。(4)冷凝器鼓泡除氧：是一种低温热力除氧技术，相关设备一般集成在除氧器中，占用空间少，但在实际应用中存在除氧效果不稳定、噪声较大等问题。(5)联氨加药除氧：在核电领域应用广泛技术成熟，可以实现深度除氧，且适用于直流蒸发器，但由于联氨易燃易爆，在船上相对密闭空间大量应用存在风险。(6)除氧膜除氧：是近年来在化工领域兴起的除氧技术，是一种物理除氧方式，能在常温条件下完成除氧功能，在核电、船舶领域尚未应用，在二回路主给水上应用，缺乏使用经验，风险较大，因此考虑用于系统补水除氧。综上所述，目前没有成熟的船用除氧技术能够满足直流蒸发器给水深度除氧要求，需要借鉴陆用相关技术。船用核动力系统一般采用大气式热力除氧器与亚硫酸钠相结合方式，由于船用核动力直流蒸发器含氧量要求提高且直流蒸发器无排污，因此考虑采用中压除氧器与联氨除氧相结合。为了利用系统废热，同时加强除氧器效能，除氧器前设置低压加热器。此外，由于二回路系统中氧的主要来源为冷凝器泄漏及系统补水，因此考虑在冷凝器和均衡水箱集成相关除氧设备。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有船用除氧技术存在的上述不足，提供一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统及其除氧方法，通过热力除氧、联氨除氧、除氧膜等多种方式相结合，构成多层次的除氧体系，满足船用直流蒸发器在各工况下给水深度除氧要求；部分功能设备集成在已有设备上，舱室空间利用率高；充分利用系统废汽能量，同时减少消耗品使用，系统经济性好。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统，主要包括：冷凝器、鼓泡除氧装置、低压加热器、除氧器、除氧膜装置和加药装置；鼓泡除氧装置集成于冷凝器内，鼓泡除氧装置连接乏汽，同时冷凝器还通过凝水泵连接低压加热器；低压加热器连接乏汽，同时低压加热器与除氧器的注入口连接；除氧器连接汽轮机抽汽或新蒸汽，同时除氧器连接给水系统；加药装置与给水系统连接；除氧膜装置集成于均衡水箱(用于二回路补水)，均衡水箱与冷凝器连接，均衡水箱采用氮封与大气隔绝。按上述方案，所述低压加热器采用表面式加热器。按上述方案，所述热力除氧器采用喷雾填料式的中压热力除氧器。按上述方案，所述加药装置及联氨药品布置于加药间。本专利技术还提供了一种上述船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统的除氧方法，结合热力除氧、联氨除氧、鼓泡除氧、除氧膜除氧，构成多层次的除氧体系，包括如下步骤：S1、除氧膜装置集成于均衡水箱，从源头上降低进入二回路系统的氧；S2、鼓泡除氧装置使用乏汽将冷凝器内凝水的过冷度控制在0.6℃以内，进行鼓泡除氧；S3、鼓泡除氧后的凝水，通过凝水泵，经低压加热器注入除氧器，低压加热器采用乏汽加热凝水，通过乏汽流量控制调节凝水温度；S4、凝水进入除氧器后，采用汽轮机抽汽或新蒸汽对凝水进行加热、除氧；S5、最后通过加药装置进行联氨加药，深度除氧。按上述方案，根据热平衡，所述低压加热器所需的加热蒸汽质量流量计算式为式中，GL,S——低压加热器所的需加热蒸汽质量流量，单位kg/s；GL,L——通过低压加热器的凝水质量流量，单位kg/s；h1——加热后出口凝水焓值，单位kJ/kg；h2——加热前入口凝水焓值，单位kJ/kg；h3——加热蒸汽焓值，单位kJ/kg；h4——蒸汽凝水焓值，单位kJ/kg；ηL——考虑低压加热器内热损失的系数。按上述方案，所述热力除氧器所需的加热蒸汽流量计算式为式中，Gh,S——除氧器所需蒸汽的质量流量，kg/s；Gh,L——进入除氧器凝水的质量流量，kg/s；hd——除氧器内饱和水的焓值，kJ/kg；hi——进入除氧器凝水的焓值，kJ/kg；hh,S——加热蒸汽焓值，kJ/kg；ηd——考虑除氧器内热损失的系数。按上述方案，所述加药装置注入联氨的联氨加入量按照下式计算，G＝C+β(3)式中，G——联氨加入量，单位mg/L；C——水中溶解氧含量，单位mg/L；β——联氨过剩量，单位mg/L；β取0.02～0.05mg/L。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、蒸发器给水水质是保障蒸发器长期安全、稳定运行的重要参数，本专利技术通过热力除氧、联氨除氧、鼓泡除氧、除氧膜等多种方式相结合，构成多层次的除氧体系，满足直流蒸发器给水含氧量5ppb指标，实现稳态、动态工况下给水深度除氧，在各工况下除氧效果良好；2、在满足除氧指标要求的前提下，由于海上平台舱室空间相对有限，考虑将除氧膜相关设备与均衡水箱集成，鼓泡除氧装置与冷凝器集成，节约舱室空间；3、先采用中压除氧器进行除氧，再采用联氨深度除氧，减少联氨使用，联氨作为一种易燃有毒的化学消耗品，尽量节约药品使用，既能降低运行成本，也有利于平台安全防护。4、控制联氨扩散，加强联氨防护，设置独立的联氨存储、加药区域，与其它舱室隔离，加强该区域管控，要求保持负压，抽气器、除氧器排气至该负压区域，避免联氨在汽轮机舱内扩散，有利于集中控制，该区域相关系统设计考虑联氨易燃易爆特性。5、在热力除氧前设置低压加热器，一方面有利于除氧器除氧效能提高，另一方面有利于系统废热的回收，有利于提高系统经济性；6、在船舶凝给水除氧领域，首次引入联氨除氧技术与除氧膜除氧技术，与热力除氧配合，保证蒸发器内无盐类的浓缩与沉积，适用于直流蒸发器。7、二回路系统补水一般来自均衡水箱，由于补水是二回路内氧的主要来源，因此将除氧膜装置集成于均衡水箱，从源头上降低进入二回路系统的氧，避免系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统，其特征在于，主要包括：冷凝器、鼓泡除氧装置、低压加热器、除氧器、除氧膜装置和加药装置；鼓泡除氧装置集成于冷凝器内，鼓泡除氧装置连接乏汽，同时冷凝器还通过凝水泵连接低压加热器；低压加热器连接乏汽，同时低压加热器与除氧器的注入口连接；除氧器连接汽轮机抽汽或新蒸汽，同时除氧器连接给水系统；加药装置与给水系统连接；除氧膜装置集成于均衡水箱，均衡水箱与冷凝器连接，均衡水箱采用氮封与大气隔绝。

【技术特征摘要】
1.一种船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统，其特征在于，主要包括：冷凝器、鼓泡除氧装置、低压加热器、除氧器、除氧膜装置和加药装置；鼓泡除氧装置集成于冷凝器内，鼓泡除氧装置连接乏汽，同时冷凝器还通过凝水泵连接低压加热器；低压加热器连接乏汽，同时低压加热器与除氧器的注入口连接；除氧器连接汽轮机抽汽或新蒸汽，同时除氧器连接给水系统；加药装置与给水系统连接；除氧膜装置集成于均衡水箱，均衡水箱与冷凝器连接，均衡水箱采用氮封与大气隔绝。2.如权利要求1所述的船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统，其特征在于，所述低压加热器采用表面式加热器。3.如权利要求1所述的船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统，其特征在于，所述热力除氧器采用喷雾填料式的中压热力除氧器。4.如权利要求1所述的船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统，其特征在于，所述加药装置及联氨药品布置于加药间。5.一种上述权利要求1～4任一项所述的船用核动力直流蒸发器给水深度除氧系统的除氧方法，结合热力除氧、联氨除氧、鼓泡除氧、除氧膜除氧，构成多层次的除氧体系，其特征在于，包括如下步骤：S1、除氧膜装置集成于均衡水箱，从源头上降低进入二回路系统的氧；S2、鼓泡除氧装置使用乏汽将冷凝器内凝水的过冷度控制在0.6℃以内，进行鼓泡除氧；S3、鼓泡除氧后的凝水，通过凝水泵，经低压加热器注入除氧器，低压加热器采用乏汽加热凝水，通过乏汽流量控制调节凝水温度；S4、凝水进入除...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄威霖，王佳林，赵翠娜，赵观辉，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42