Nyhet | 2014-07-08 | 16:06

Beräkningsmetoder för tubvärmeväxlares värmeöverföringskapacitet

Examensarbete av Martinus Johansson, avdelningen för värmeöverföring, institutionen för energivetenskaper, Lunds tekniska högskola.

Handledare: Tord Karlsson, Ringhals.

Sammanfattning:

Vid Ringhals kärnkraftverk finns ett flertal säkerhetsrelaterade tubvärmeväxlare. En tubvärmeväxlare består av en cylindrisk mantel med tuber inuti där ena mediet strömmar inuti tuberna på den så kallade tubsidan. Det andra mediet styrs av bafflar och strömmar tvärs tuberna på den så kallade mantelsidan. Att uppskatta tubvärmeväxlares värmeöverföringskapacitet är viktigt för att bedöma exempelvis hur snabbt reaktorhärden kan kylas vid en effektnedgång av anläggningen eller vid ett haveri.

Detta arbete behandlar olika metoder för beräkning av tubvärmeväxlares värmegenomgångstal, k-värde, vilket är ett mått på en tubvärmeväxlares värmeöverföringskapacitet. För beräkning av k-värdet behövs ett värmeövergångstal på mantelsidan och ett på tubsidan. Då flödet på mantelsidan är komplext är osäkerheterna relativt stora vid beräkning av mantelsidans värmeövergångstal. Idag använder Ringhals Kerns metod på mantelsidan, vilket är en relativt enkel handräkningsmetod som inte kräver så mycket indata. Metoden har visat sig ha brister och målet med arbetet har varit att undersöka möjligheten att använda en annan mer noggrann metod och eventuellt ersätta Kerns metod. En litteraturstudie har genomförts för att hitta en mer noggrann handräkningsmetod för mantelsidan och därefter genomföra beräkningar och jämföra resultaten med Kerns metod och med leverantörsspecifikationer. Delawares metod valdes ut då den tar större hänsyn till flödets komplexitet men den kräver också mer indata. Strömanalys är en metod som kräver mer avancerade, iterativa beräkningar, och i litteraturen finns inte kompletta data för att använda denna metod. Istället har ett kommersiellt beräkningsprogram, HTRI, använts för jämförelser med denna metod.

För att beräkna k-värdet krävs dessutom ett värmeövergångstal för tubsidan varför metoder för det också finns med i arbetet men endast diskuteras kort då osäkerheterna där är betydligt mindre. Idag används en Excelmall på Ringhals där Kerns metod används på mantelsidan och i arbetet har en liknande Excelmall med Delawares metod utformats.

För att utvärdera metoderna har k-värden för två av Ringhals tubvärmeväxlare beräknats. Resultaten är inte entydiga och för den ena värmeväxlaren ger Kerns och Delawares metoder på mantelsidan väldigt lika k-värden medan HTRI ger ett högre k-värde.

För den andra värmeväxlaren ger Kerns metod på mantelsidan ett betydligt lägre k-värde än om Delawares metod används, medan HTRI även där ger ett högre k-värde än de andra metoderna. HTRI anses vara mer tillförlitligt än handräkningsmetoderna och med stöd av det och även med stöd av litteraturstudien rekommenderas Delawares metod framför Kerns då den tar betydligt större hänsyn till flödets komplexitet.