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ASMEJ.ofEngineeringforGasTurbinesandPower,1994,（16）:

434～441

附件：

1.外文资料翻译译文；

2.外文原文。

指导教师评语：

签名：

年月日

附件1：

外文资料翻译译文

使用PEPSE分析给水加热器长排水冷却器

作者：

戴维•克里尔、杰拉尔德•韦伯

联邦爱迪生公司

联邦爱迪生公司是一个拥有实力立足芝加哥伊利诺斯的投资公司。

我们服务的客户在伊利诺斯北部大概有3,000,000，约24,000兆瓦的可用容量。

这种容量包括功率从12核单位，24矿物单位和69快速启动调峰单位。

我们一直在修改矿物单位的过程中提升循环和更换已插入超过10%的高压给水加热器。

PEPSE给水加热器的设计模式被广泛用于在新给水加热器方面评估供应商的投标。

我们觉得我们需要一些方法来验证上端差（TTD）和疏水段端差（DCA），以保证给水加热器供应商的投标被评价。

即使一个认证过的ASME验收测试运行在安装完成后情况下，为了让供应商保证终端温差和疏水冷却也将是非常困难的。

如果测试结果表明效果不好，在加热器问题上再采取任何纠正的办法就来不及了，因为它已经安装上了。

PEPSE允许我们相互比较所有加热器厂商的设计，这使我们在加热器的购买上能够作出更明智的决定。

虽然在我们模式下的热水器存在一些近似的准确，但我们觉得我们长疏水冷却器模型配置提供非常准确的结果，从它们与加热器安装后的验收试验得到了证实。

在长期或分裂通过疏水冷却器加热器设计疏水冷却器运行全长加热器，这种设计没有整个管束通过疏水冷却器。

因此，并不是所有的水通过排水冷却器，相反，一部分直接进入冷凝区。

因此，有2个独立的流在不同温度下混合在给水出口喷嘴箱。

分裂通过疏水冷却器的加热器的优点如下。

1.长疏水冷却器往往设计有一个疏水冷却器淹没在液体里。

它利用的是正常的液体水平面在加热器的过冷度，而传统的设计排水冷却器削减整个管束，它在高度更高，但在长度上却更短。

传统的设计采用分离板和压差增加冷却器液面高度，这可能在汽轮机负荷较低，所抽蒸汽压力降低时，运行效果不好。

因此，表面压力不足以驱动加热器外的蒸汽冷凝水。

水和水蒸汽的混合物可以进入热水器外的排水管道，最终造成靠近端板的疏水冷却器管道上的水汽流失，这个问题在长疏水冷却器上没有被发现。

2.长疏水冷却器的设计在过冷区内是不受再热的影响，疏水冷却器的顶部不直接与减温区相邻。

当顶部减温区表面温度升高时发生再热效应，疏水冷却器分离加热液体。

3.在加热器内有很多更好的水位控制，这使得加热器工作状态始终处于最佳端差和疏水冷却的状态.

长疏水冷却器的缺点是：

1.所需的较多管道超过设计标准。

至于一个350兆瓦的双柱单元，大约需要超过80个管道，不是所有的给水都通过疏水冷却器，所以有更多的换热面积被规划为是一致的，这也可以使加热器更长，但因此需要额外的结构支持。

这些因素导致加热器的成本提高，超过一个短的疏水冷却器5%—8%左右。

2.加热器额外的重量需要核查支撑结构的承载能力。

3.蒸汽可能凝结在减温区出口侧，这将在之后详细讨论。

附件5是一个可以容易模拟长疏水冷却器的设计的模型，请注意，它实际上是采用加热器的设计模型，PEPSE的给水加热器所有的管道必须通过疏水冷却器。

换句话说，PEPSE假设成短疏水冷却器。

19型（一种无疏水冷却器的二区加热器）和18型（一种无疏水冷却器的三区加热器）加热器被用来制作模型。

18型和19型加热器，混合在一起，形成一个有减温区和长期疏水冷却器的给水加热器。

除了重复的加热器和需要额外的分流器和混合器，该模型和的标准的PEPSE设计模式的子模型一样。

下面的假设是以这个模型为基础。

1.给水流动率的比例是根据：

输水冷却器内管道的数量超过管束内的全部管道，这可能是因为所有的束管大小相同，通过每个管有大约相同的压降和流量。

（附件6）

2.以上讨论的减温区的传热面积是两个分开的加热器的同一部分。

3.如下冷凝区的传热面积被分成有一个短疏水冷却器的18型加热器和无疏水冷却器的19型加热器：

a．由于一些管在疏水冷却段（N18）的疏水冷却器换热面积（ADC18）和剩下的其它已知管（N19）的附加冷凝面积（AC‘19）在19型加热器可以被计算。

因为较小的冷凝面积（AC’19在附件6）和我们可以使用下列比例的疏水冷却器在长度上是一样的：

因此：

b．接下来上述面积（AC’19）减去总冷凝面积的可利用部分（ACTOT）等于剩余的可用面积。

c．其余面积与上述1和2讨论的使用相同比例的两个加热器模型的面积成比例。

最后的方程为在冷却区内的传热面积之比，如下所示：

TTD的总体复合计算是通过使用88系列卡运算方程完成的。

之后模型的设计我们仍然有一个主要的问题要克服，PEPSE的减温区压降计算比供应商声称的大了很多，我们在设计减温区时重新记录了这一问题。

在过去的几年时间里，供应商在设计加热器外壳部分进行了很多的改进，制造商越来越关注通过每个区的蒸汽侧压降，尤其是在减温区。

由于通过减温区的压降减小，可用蒸汽能量则失去马上传热于给水。

这提高了加热器终端端差，因此，其效率和效力也得到了提高。

传统的减温区使用单个的弧形挡板（附件7），虽然这些挡板的功能能让直接蒸汽通过整个管束，但它们产生了相当高的压降。

减温区内的压降与横流的数量和管外污垢系数有关，对于给定的管束材料的污染系数是一个常数，不能改变，但对于一些交叉流且不是这样。

减温区内交叉流动的数量是依赖于三个参数：

1.多排管可用于交叉流动。

蒸汽可以流经一些列管犹如席卷整个区域，如果我们降低这一数字，该区压降将减少，因为蒸汽在管内交叉减少。

2.挡板板块的数量。

如果我们降低这个数量，压降将减少，因为每当蒸汽通过加热器的时候无法通过管道。

3.挡板周围的流动区域。

这通常称为挡板开窗面积，如果我们增加这个值，压降将减少，因为围绕挡板的蒸汽将逐渐减少。

例如，使用PEPSE给水加热器设计模式应用到高压给水加热器，考虑到三个参数变化的影响，流量将达到1,500,000磅/小时:

1.减少一些排管的数量可让2行的交叉流减少终端温差0.25oF。

2.当端差减少0.5oF，可减少一些挡板的数量。

3.增加挡板周围的的流动区域至一平方英尺减少端差大约0.01oF。

因此，我们已经表明，在PEPSE程序改变一些排管的数量可用于交叉流动，改变一些挡板的数量对不同端差的加热器具有最大的影响，而改变挡板周围的流动区域似乎并明显没有影响。

虽然高压加热器的端差有0.5oF的变化，在7号给水加热器350MW单位看来并不是很大，它影响机组热率约1.0btu/kwh。

假设在100%的容量因子的情况下，在一年中0.5oF的端差变化将会增加燃料成本约8000美元。

因此，如果一个高压加热器上的端差仅仅提升2oF，这将导致额外的燃料成本约为32000美元。

如果改变交叉流的数量，挡板的设置也必须改变。

今天，加热器制造商使用各种各样挡板布置在减温区用来减少压降：

（见附件8）

1.单节段（常规）

2.双节段

3.三节段

4.网格

网格设计产生的最小压降在减温区，（约0.2帕）根据供应商的计算，蒸汽的流动在设计上所有几乎都是平行的，因为只有它席卷过管道，正如它穿过整个区域一样。

PEPSE假设布置一个传统的垂直简单的弧形挡板，然后计算的这个区域的压降，将比供应商的大得多，除非对交叉流动参数进行调整。

解决通过每个区的压降问题应使用上述参数调整压降，使用PEPSE配合制造商声称的参数进行计算，虽然这涉及一些近似值，最好的加热器设计，即那些有最有效传热面积和挡板的设计，从而达到最佳PEPSE的结果。

最后一个主题考虑的是蒸汽凝结在减温区出口侧的可能性，如果蒸汽离开该区域达到接近饱和，管可能发生严重侵蚀，这将大大减少加热器的使用寿命。

由于这个原因，蒸汽离开减温区必须有至少2oF的过热度。

（附件9）

由于不是所有给水都通过长疏水冷却器，所以很难手动计算出蒸汽温度离开这个区域所具有的确切能量。

（附件10）因此，通过疏水冷却器的水能量比没通过的多了15oF。

这种差异可能导致在减温区出口局部凝结。

给水加热器的设计模式是假定蒸汽离开减温区是在其饱和点的状态。

这是一个和传热计算的目的很好的近似，但并没有告诉关注加热器管的完整性的工程师关于在这个区实际发生的事情。

电科院指南：

供应商对在凝结区的这个问题进行了讨论，但得到的结论却不一致。

这可能取决于供应商在减温区设计和关于挡板的布置，因此，看起来虽然有些制造商在这个问题可能有些麻烦，当分析一个长疏水冷却器的加热器时，这个问题应该被注意。

总之，现代实用的方法需要比较不同制造商对高压加热器的投标建议。

性能以及成本必须同时考虑，总的来说，POPSE有能力协助工程师在分析时作出更明智的决策，从而购买加热器最符合成本效益。

附件2：

外文原文（复印件）