Создание методики расчета активности пара ТН второго контура моноблочного ПГА ЯЭУ

Конструкция моноблочного парогенерирующего агрегата. Определение геометрических размеров эжекторов. Выполнение расчетов активности пара второго контура для змеевикового парогенератора и для парогенератора с навивкой змеевиков вокруг шахты активной зоны.

Рубрика Физика и энергетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 18.10.2011
Размер файла 5,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

рад

Ди

0,04363

14

Число Авогадро

моль-1

NA

6,023·1023

15

Массовое число воды

г/моль

М

18

4.2.3 Анализ результатов расчета первых змеевиков

Анализ влияния скорости движения ТН второго контура на его активацию

Результаты расчета приведены на рисунках 7-11.

Рисунок 7 - График зависимости концентрации р/а ядер азота ТН второго контура от угла входа трубок ni = f(иi) при скорости ТН W0 = 100 см/с и Riпг = 28 см.

Рисунок 8 - График зависимости концентрации р/а ядер азота ТН второго контура от угла входа трубок ni =f(иi) при скорости ТН W0 = 10 см/с и Riпг = 28 см.

Рисунок 9 - График зависимости концентрации р/а ядер азота ТН второго контура от угла входа трубок ni = f(иi) при скорости ТН W0 = 1 см/с и Riпг = 28 см.

Рисунок 10 - График зависимости концентрации р/а ядер азота ТН второго контура от угла входа трубок ni = f(иi) при скорости ТН W0 = 100 см/с и Riпг = 17,2 см.

Рисунок 11 - График зависимости концентрации р/а ядер азота ТН второго контура от угла входа трубок ni = f(иi) при скорости ТН W0 = 100 см/с и Riпг = 6,7 см.

Из результатов расчета можно сделать следующие выводы:

1. Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура очень сильно зависит от скорости его движения по трубкам ПГ. Это объясняется тем, что образование новых ядер значительно уменьшается с увеличением расстояния расчетного участка от нормали и в то же время при малых скоростях движения ТН второго контура резко возрастает время распада р/а ядер азота (сравнение рисунка 7 и рисунка 9).

При скорости W0 = 1 см/с концентрация р/а ядер азота ТН второго контура, существенно, зависит от угла поворота от начальной точки. Однако на втором цикле концентрация р/а ядер азота в ТН второго контура не зависит от угла входа и в среднем составляет порядка 23,6 Бк/г.

При скорости W0 = 100 см/с, ядра не успевают распадаться, а, следовательно, концентрация р/а ядер азота ТН второго контура все время нарастает.

2. Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура мало зависит от угла входа ТН в кассету ПГ. Но следует отметить, что с возрастанием скорости движения зависимость от угла входа несколько увеличивается.

3. Зависимость концентрации р/а ядер азота от радиуса витка ПГ исследовалась при скорости W0 = 100 см/с (наиболее характерной для номинальной работы установки). Характер изменения концентрации р/а ядер азота от угла входа в змеевик остается прежним. Однако с уменьшением радиуса навивки суммарная концентрация ni на втором обороте витка падает от 40 при Riпг = 28 см до 5,5 при Riпг = 6,7 см. Это объясняется увеличением расстояния от АЗ до расчетной точки.

4.3 Расчет концентрации радиоактивных (р/а) ядер азота теплоносителя второго контура в опускных трубах змеевикового кассетного ПГ

4.3.1 Алгоритм расчета концентрации р/а ядер азота теплоносителя второго контура в опускных трубах

Для нахождения начальной концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на входе в дроссельные трубки в дальнейшем расчете используется следующий алгоритм:

Разобьем ПГ на 15 участков, высота каждого из которых равна ДZ = 10 см.

1) Высота от верхней кромки рассматриваемого участка до нижней кромки ПГ будет равна:

, см, при i = 2,3..15, (4.3.1.1)

где = 130 см.

2) Высота от центра АЗ до середины рассматриваемого участка находится как:

, см, (4.3.1.2)

где h - высота от АЗ до ПГ, см.

3) Расстояние от центра ПГ до центра АЗ по радиусу составит:

, см. (4.3.1.3)

4) Расстояние от центра ПГ до поверхности принятой сферической АЗ:

сi = , см, (4.3.1.4)

где R0 - условный сферический радиус АЗ, см.

5) Плотность потока нейтронов спектра деления в расчетной точке:

, Н/см2·с, (4.3.1.5)

где лn - усредненная длина релаксации быстрых нейтронов.

6) Число ядер в единице объема определится:

, ядер/см3, (4.3.1.6)

где = 6,023·1023 - число Авогадро, моль-1; с = 0,925 - плотность воды, г/см3; М = 18 - массовое число воды, г/моль.

7) Время прохождения участка можно рассчитать по формуле (4.3.1.7):

, с, (4.3.1.7)

где l = ДZ = 10 см - длина рассматриваемого участка;

W0 = 3 м/с = 300 см/с - скорость движения воды в опускных трубах.

8) Изменение концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на рассматриваемом участке l:

ядер/г. (4.3.1.8)

9) Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рассматриваемого участка определится как:

, при i = 1,2,3…, ядер/г. (4.3.1.9)

Результаты расчеты представлены ниже в таблице 4.3.1.1 и они показали, что при принятой плотности потока нейтронов на поверхности активной зоны цпов.а.з. = 1013 нейтронов/(см2·с) концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на входе в дроссельные трубки будет равна n15 = 2,8 ядер/г.

Таблица 4.3.1.1 - Результаты расчета концентрации р/а ядер азота ТН второго контура в опускных трубах.

N

ДZ

n0

hпгi

Z1

b

сi

цi

Дфi

Дni

ni

3,3461E+22

10

0

130

265

134

216,547

141,276

0,033

2,52E-06

2,52E-06

-

-

-

120

255

-

207,658

3,69E+02

-

6,57E-06

9,09E-06

-

-

-

110

245

-

198,845

9,57E+02

-

1,70E-05

2,61E-05

-

-

-

100

235

-

190,114

2,47E+03

-

4,40E-05

7,01E-05

-

-

-

90

225

-

181,473

6,32E+03

-

1,13E-04

1,83E-04

-

-

-

80

215

-

172,933

1,61E+04

-

2,86E-04

4,69E-04

-

-

-

70

205

-

164,504

4,05E+04

-

7,21E-04

1,19E-03

-

-

-

60

195

-

156,197

1,01E+05

-

1,80E-03

2,99E-03

-

-

-

50

185

-

148,025

2,49E+05

-

4,43E-03

7,42E-03

-

-

-

40

175

-

140,005

6,06E+05

-

1,08E-02

1,82E-02

-

-

-

30

165

-

132,152

1,46E+06

-

2,59E-02

4,41E-02

-

-

-

20

155

-

124,486

3,43E+06

-

6,11E-02

1,05E-01

-

-

-

10

145

-

117,03

7,95E+06

-

1,42E-01

2,47E-01

-

-

-

0

135

-

109,807

1,80E+07

-

3,21E-01

5,68E-01

-

-

-

-10

125

-

102,845

3,98E+07

-

7,09E-01

1,28

-

-

-

-20

115

-

96,175

8,56E+07

-

1,52E+00

2,80

4.3.2 Алгоритм расчета концентрации р/а ядер азота в ТН второго контура на входе в змеевики ПГ

1) Расстояние от АЗ до дроссельной трубки по радиусу найдено как:

, см. (4.3.2.1)

2) Расстояние от центра АЗ до середины рабочей трубки по высоте:

, см; (4.3.2.2)

Расстояние от центра АЗ до середины дроссельной трубки по высоте:

, см. (4.3.2.3)

3) Расстояние от центра ПГ до поверхности принятой сферической АЗ определится как:

, см; (4.3.2.4)

, см. (4.3.2.5)

4) Плотность потока нейтронов спектра деления в расчетных точках составит:

, Нейтронов/см2·с; (4.3.2.6)

, Нейтронов/см2·с. (4.3.2.7)

5) Время прохождения участка:

, i = 1, 2; с, (4.3.2.8)

где l = ДZ = 10 см - высота участка;

V1 = 2,3 м/с - скорость воды в дроссельных трубках;

V2 = 1 м/с - скорость воды в рабочих трубках.

6) Изменение концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на рассматриваемых участках l:

, ядер/г; (4.3.2.9)

, ядер/г. (4.3.2.10)

7) Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рассматриваемых участков очевидно равна:

, ядер/г; (4.3.2.11)

, ядер/г. (4.3.2.12)

Расчетный радиус ПГ принимался в зависимости от радиуса витка и угла входа трубок. Расчет произведен при радиусах ПГ равных = 28; 17,2; 6,7; 0; -28; -17,2; -6,7 см в связи с геометрией расположения представленной на рисунке А.4 и рисунке А.5.

4.3.3 Результаты расчета концентрации радиоактивных ядер азота теплоносителя второго контура на входе в змеевики ПГ

Данные по результатам расчета смотри ниже в таблице 4.3.3.1.

Таблица 4.3.3.1 - Результаты расчета концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на входе в змеевики ПГ.

n0

Riпг

b

с

цi

Дфi

Дni

ni

г-1

см

см

см

Н/см2 ·с

с

г-1

г-1

2,8

28,0

106,0

91,2

1,51,E+08

1,03E-01

8,4

11,2

83,5

3,73,E+08

4,35E-02

8,7

11,5

2,8

0,00

134,0

109,8

1,80,E+07

1,03E-01

1,0

3,8

102,8

3,98,E+07

4,35E-02

0,9

3,7

2,8

-28,0

162,0

130,5

1,76,E+06

1,03E-01

0,1

2,9

124,2

3,54,E+06

4,35E-02

0,1

2,9

2,8

17,2

116,8

98,1

6,86,E+07

1,03E-01

3,8

6,6

90,7

1,62,E+08

4,35E-02

3,8

6,6

2,8

0,00

134,0

109,8

1,80,E+07

1,03E-01

1,0

3,8

102,8

3,98,E+07

4,35E-02

0,9

3,7

2,8

-17,2

151,2

122,3

4,40,E+06

1,03E-01

0,2

3,0

115,8

9,17,E+06

4,35E-02

0,2

3,0

2,8

6,75

127,3

105,1

3,08,E+07

1,03E-01

1,7

4,5

98,0

6,97,E+07

4,35E-02

1,6

4,4

2,8

0,00

134,0

109,8

1,80,E+07

1,03E-01

1,0

3,8

102,8

3,98,E+07

4,35E-02

0,9

3,7

2,8

-6,75

140,8

114,6

1,04,E+07

1,03E-01

0,6

3,4

107,8

2,25,E+07

4,35E-02

0,5

3,3

С учетом начальной концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на входе в змеевик в зависимости от расчетного радиуса и угла входа трубок (см. табл. 4.3.3.2) находим концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура после одного оборота витка змеевика по алгоритму, приведенному в пункте 4.2.2.

Таблица 4.3.3.2 - Значение начальной концентрации р/а ядер азота ТН второго контура в зависимости от угла входа рабочих трубок в змеевик и от расчетного радиуса ПГ.

Riпг

Угол входа трубок, иi, рад

0

р/2

р

3р/2

28

11,2

3,8

2,9

3,8

17,2

6,6

3,8

3,0

3,8

6,7

4,5

3,8

3,4

3,8

Результаты расчета концентрации р/а ядер азота после одного витка змеевика приведены в приложении Б и на рисунке 12.

Рисунок 12 - График изменения концентрации р/а ядер азота ТН второго контура при движении ТН по первому витку змеевика при скорости ТН W0 = 100 см/с и расчетном радиусе Riпг= 28 см.

Анализ результатов расчета показывает, что вместо роста концентрации р/а ядер азота ТН второго контура наблюдается ее падение. Это вызвано тем, что скорость образования р/а ядер азота меньше скорости их распада (см. формулу 4.2.2.13) из-за величины начальной концентрации р/а ядер азота n0. Следовательно, основная концентрация р/а ядер азота образуется в опускной трубе питательной воды и, особенно, в дроссельных трубках подвода ТН к змеевикам, т.к. они расположены ближе всего к АЗ.

4.4 Расчет изменения концентрации радиоактивных ядер азота теплоносителя второго контура по высоте змеевикового кассетного ПГ

Далее производится расчет концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на всех витках по алгоритму составленному ранее с учетом изменения концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по высоте ПГ (алгоритм расчета изменения концентрации р/а ядер азота представлен ниже в пункте 4.4.1).

4.4.1 Алгоритм расчета изменения концентрации радиоактивных ядер азота теплоносителя второго контура по высоте ПГ

1) Высота от АЗ до расчетной точки змеевика будет меняться по формуле:

, (4.4.1.1)

где h1 = h = 80 см;

- шаг одного змеевика, см.

2) Количество витков змеевика находится по формуле (4.4.1.2):

, (4.4.1.2)

где - высота экономайзерного участка;

см - высота испарительного участка;

см - высота пароперегревательного участка.

3) Изменение плотности воды принимается равномерно по всей длине участка.

На экономайзерном участке плотность воды изменяется от 925 до 790 кг/м3, что, естественно, вызывает увеличение скорости до 112 см/с.

Изменение плотности учитываем через один оборот витка (при движении по данному витку плотность, а, следовательно, и скорость считаются постоянными) (см. приложение Б).

Аналогично меняется плотность пароводяной смеси на испарительном участке от 790 до 22,7 кг/м3 по формуле:

, (4.4.1.3)

где кг/м3 - плотность насыщенной воды;

= 22,7 кг/м3 - плотность насыщенного пара;

- массовое паросодержание (считаем, что оно меняется линейно по высоте ПГ).

На пароперегревательном участке плотность пара меняется от 22 до 19 кг/м3. Однако для упрощения расчетов принимаем постоянную плотность равную 20 кг/м3.

4) Скорость воды в трубах изменяется и находится по формуле:

, м/с, (4.4.1.4)

где G = 0,059 кг/с - расход воды через одну трубку;

f = 66·10-6 м2 - площадь проходного сечения трубки.

5) С изменением скорости воды меняется и время прохождения отрезка окружности:

, с. (4.4.1.5)

4.4.2 Результаты расчета концентрации радиоактивных ядер азота в теплоносителе второго контура по всей высоте ПГ

Результаты расчета представлены в приложении Б и на рисунках 13-15.

Рисунок 13 - график изменения концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по всей высоте кассеты ПГ при скорости ТН W0 = 100 см/с и расчетном радиусе Riпг = 28 см.

Рисунок 14 - Изменение концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по всей высоте ПГ при скорости ТН W0 = 100 см/с и расчетном радиусе Riпг = 17,2 см.

Рисунок 15 - Изменение концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по всей высоте ПГ при скорости ТН W0 = 100 см/с и расчетном радиусе Riпг = 6,7 см.

Из графиков можно сделать следующие выводы:

1. Концентрация р/а ядер азота в ТН второго контура непрерывно падает по высоте - это вызвано той же причиной, что и падение активности по витку (см. пункт 4.3.3), но имеет более выраженный характер из-за уменьшения нейтронного потока по высоте ПГ.

2. С уменьшением расчетного радиуса ПГ уменьшается и разброс в концентрациях р/а ядер азота ТН второго контура в зависимости от угла входа трубок в змеевик, в связи с выравниванием величины плотности потока нейтронов.

3. Следует отметить, что разброс значений концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по углу входа трубок достаточно велик: от 1,18 для Ri = 28 см до 1,05 для Ri = 6,7 см (таблица 4.4.2.1).

4. С уменьшением расчетного радиуса ПГ уменьшается и темп падения концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по ходу змеевика. Это связано с уменьшением времени прохождения расчетного участка.

Таблица 4.4.2.1 - Концентрация р/а ядер азота в ТН второго контура на входе в ПГ и выходе из него в зависимости от угла входа трубок и радиуса навивки расчетного змеевика.

Расчетный радиус Riпг, см

Концентрация р/а ядер азота ТН 2 контура на входе в змеевик в зависимости от угла входа трубок ni, 1/г

Концентрация р/а ядер азота ТН 2 контура на выходе из ПГ в зависимости от угла входа трубок ni, 1/г

0

р/2

р

3р/2

0

р/2

р

3р/2

28,00

11,80

4,42

3,52

4,42

20,63

18,53

17,61

17,34

21,75

8,42

4,09

3,26

4,09

15,47

14,07

13,45

13,46

17,20

6,75

3,95

3,20

3,95

12,86

11,77

11,27

11,44

12,75

5,58

3,87

3,22

3,87

10,29

9,68

9,34

9,52

9,75

4,98

3,83

3,28

3,83

9,13

8,72

8,46

8,64

6,70

4,51

3,80

3,38

3,80

8,44

8,18

8,00

8,14

Средняя концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на каждой трубочке определится путем интерполяции данных по расчету активации при углах иi = 0; р/2; р; 3р/2 для действительных углов входа (см. рисунок 16).

Размещено на http://www.allbest.ru/

- расчетные данные (таблица 4.4.2.1); Размещено на http://www.allbest.ru/

- интерполированные данные по углу входа в змеевик.

Рисунок 16 - Распределение концентрации р/а ядер азота на выходе из ПГ в зависимости от угла входа трубок для наружного змеевика с Riпг = 28 см и 9 трубками.

Аналогичным способом рассчитаны все змеевики на 6 расчетных радиусах, что позволило определить среднюю концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из всех змеевиков данного радиуса, и построить зависимость средней концентрации р/а ядер азота от радиуса змеевика (см. рисунок 17).

Зная среднюю концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура каждого змеевика на его радиусе, находим среднюю концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рабочих трубок по формуле:

, 1/г. (4.4.2.1)

Рисунок 17 - График зависимости средней концентрации р/а ядер азота ТН второго контура от расчетного радиуса Riпг.

Результаты вычислений средней концентрации р/а ядер азота на выходе из рабочих трубок представлены в таблице 4.4.2.2.

Таблица 4.4.2.2 - Результаты вычисления средней концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рабочих трубок.

№ змеевика, i

Радиус навивки змеевика, dнав, см

Число трубок, nтр

Средняя концентрация р/а ядер азота в одной трубочке, nсрi, ядер/г

1

6,75

2

8,2

2

8,25

2

8,5

3

9,75

3

8,8

4

11,25

4

9,2

5

12,75

4

9,7

6

14,25

5

10,4

7

15,75

5

11,1

8

17,25

6

11,8

9

18,75

6

12,5

10

20,25

7

13,2

11

21,75

7

14,0

12

23,25

8

15,2

13

24,75

8

16,3

14

26,25

8

17,5

15

27,75

9

18,7

Средняя концентрация р/а ядер азота в ПГ, nвых, 1/г

13,57

Средняя активность ТН второго контура на выходе из ПГ определяется как:

, Бк/г. (4.4.2.2)

Таким образом qвых = 13,57·0,0943 = 1,279 Бк/г ? 1,3 Бк/г.

4.5 Определение действительной активности пара второго контура для змеевикового кассетного ПГ при мощности реактора 150 МВт

В предыдущих параграфах расчет активности пара ТН второго контура принимался при потоке быстрых нейтронов на поверхности АЗ равном Нейтронов/см2·с. Это было принято для удобства расчетов по теоретическим предпосылкам. В действительности, полученные результаты надо умножить на отношение действительного потока нейтронов на поверхности АЗ к принятому потоку нейтронов. В нашем случае действительный поток нейтронов на поверхности АЗ находится как:

, , (4.5.1)

где = 0,91 - вероятность утечки быстрых нейтронов (Рисунок 2);

н = 2,47 - число вторичных нейтронов, образующихся на одно деление;

- число делений урана в секунду на единицу мощности.

Отсюда поток нейтронов на поверхности АЗ равен Н/см2·с. Следовательно, предыдущие результаты вычислений нужно умножить на 1,3.

Активность пара второго контура на выходе из ПГ будет равна Бк/г. Допустимая активность пара ТН второго контура равна q70 Бк/г (см. раздел 3).

Отсюда следует, что можно уменьшить расстояние от АЗ до дроссельных трубок (которое в данных расчетах равняется 60 см) на величину x, которая находится по формуле:

, Бк/г, (4.5.2)

где лn - усредненная длина релаксации быстрых нейтронов (принятая 10 см).

Расчеты показывают, что расстояние от АЗ до ПГ можно уменьшить на 37 см при этом активность пара второго контура не будет превышать допустимое значение.

5. Расчет активности пара второго контура в змеевиковом ПГ

5.1 Расчет змеевикового ПГ

Расчет змеевикового парогенератора производится по программе "Тритон" разработанной на кафедре Энергетики СПбГМТУ.

Исходными данными являются:

- Количество змеевиков, zзм;

- Количество параллельных труб, nII;

- Температура ТН на входе в ПГ, ?С, tвхаз;

- Температура ТН на выходе из ПГ, ?С, tвыхаз;

- Диаметр навивки 1 контура, мм, d1;

- Внутренний диаметр труб, мм, Dвн;

- Наружный диаметр труб, мм, Dн;

- Поперечный шаг, мм, Sпопер;

- Продольный шаг, мм, Sпрод.

Расчет производится в 2 этапа. По задаче № 1 по заданному сопротивлению 1 и 2 контура находится поперечный шаг и число трубок ПГ, которые могут не удовлетворить нас по условиям проектирования, но будут использоваться в дальнейших расчетах.

По задаче № 2 при заданном числе трубок и поперечном шаге определяем параметры змеевикового ПГ.

Были произведены расчеты ПГ по исходным данным при наружном диаметре трубок Dн = 18 мм. Остальные данные были определены ранее или уточняются программой.

Результаты расчета змеевикового ПГ приведены ниже на рисунке 18.

Рисунок 18 - Результаты расчета змеевикового ПГ.

Распределение трубок по змеевикам

Для того чтобы длина трубок по змеевикам была одинакова, трубки ПГ должны быть распределены по змеевикам по закону:

, (5.1.1)

где di - диаметр навивки змеевика;

ni - число трубок.

Проведенные расчеты позволили распределить трубки следующим образом (Таблица 5.1.1).

Таблица 5.1.1 - Распределение трубок по змеевикам.

№ змеевика

Диаметр навивки змеевика, dнав, мм

Число трубок, nтр

Отношение dнав /nтр

1

2121

15

141

2

2163

15

144

3

2205

15

147

4

2247

15

150

5

2289

16

143

6

2331

16

146

7

2373

16

148

8

2415

16

151

9

2457

17

145

10

2499

17

147

11

2541

17

149

12

2583

18

144

13

2625

18

146

14

2667

18

148

15

2709

18

151

16

2751

19

145

17

2793

19

147

18

2835

19

149

19

2877

20

144

20

2919

20

146

21

2961

20

148

22

3003

20

150

23

2045

21

97

24

3087

21

147

25

3129

21

149

26

3171

21

151

Определение скорости движения ТН по элементам ПГ

К ПГ подходят 52 секционные трубки, площадь проходного сечения определяется как:

, м2, (5.1.2)

где х = 0,0011 м3/кг - удельный объем воды [3];

щ = 2,5 м/с - допустимая скорость ТН;

G = 65,39/52 = 1,26 кг/с - расход питательной воды по одной секции.

м2.

Отсюда внутренний диаметр трубки равен dвн = 27 мм. Принимаем трубки размером 34?3,5.

Дроссельные трубки принимаются размером 8?1 длиной 100 мм. Число дроссельных трубок равно числу рабочих трубок nдр. = nраб. = 468. Следовательно, расход воды через одну трубку составляет Gтр = 0,14 кг/с. Площадь проходного сечения дроссельной трубки находится по формуле:

, м2. (5.1.3)

Т.е. fпрох = м2.

Отсюда скорость движения воды в дроссельных трубках будет составлять:

, м/с. (5.1.4)

W0 др. м/с.

Скорость движения воды по рабочим трубкам 18?2 мм составит W0 = 0,61 м/с.

5.2 Алгоритм расчета активности пара второго контура в змеевиковом ПГ

Расчет активности пара второго контура производится по алгоритму представленному ниже.

5.2.1 Алгоритм расчета концентрации р/а ядер азота ТН второго контура в опускных трубах

Для нахождения начальной концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на входе в дроссельные трубки используется следующий алгоритм:

Разобьем ПГ на 19 участков, высота каждого из которых равна ДZ = 10 см.

1) Высота от верхней кромки рассматриваемого участка до нижней кромки ПГ будет определятся по формуле:

, см, при i = 2,3..19, (5.2.1.1)

где = 165 см.

2) Высота от центра АЗ до середины рассматриваемого участка находится:

, см, (5.2.1.2)

где h - высота от АЗ до ПГ, см.

3) Расстояние от центра опускной трубы до центра АЗ по радиусу:

, см, (5.2.1.3)

где см - толщина обечайки;

= 0,7 см - зазор между обечайкой и опускной трубкой;

= 3,4 см - диаметр опускной трубки.

4) Расстояние от центра ПГ до поверхности принятой сферической АЗ:

сi = , см, (5.2.1.4)

где R0 - условный сферический радиус АЗ, см.

5) Плотность потока нейтронов спектра деления в расчетной точке составит:

, Нейтронов/см2·с, (5.2.1.5)

где лn - усредненная длина релаксации быстрых нейтронов.

6) Число ядер в единице объема:

, 1/ см3, (5.2.1.6)

где = 6,023·1023 - число Авогадро, моль-1;

с - плотность воды, г/см3.

М = 18 - массовое число воды, г/моль.

7) Время прохождения участка:

, с, (5.2.1.7)

где l = ДZ = 10 см - длина рассматриваемого участка;

W0 = 2,5 м/с = 250 см/с - скорость движения воды в опускных трубах.

8) Изменение концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на рассматриваемом участке l:

ядер/г. (5.2.1.8)

9) Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рассматриваемого участка определится как:

, при i = 1,2,3…, ядер/г. (5.2.1.9)

Результаты расчета представлены в таблице 5.2.1.2. Исходные данные приведены в таблице 5.2.1.1.

Таблица 5.2.1.1 - Исходные данные к расчету активности пара второго контура в змеевиковом ПГ.

Характеристика

Размерность

Обозначение

Численное значение

1

Высота активной зоны

см

Hаз

120

2

Диаметр АЗ

см

Dаз

152

3

Расстояние от АЗ до ПГ по радиусу

см

Д

30

4

Скорость движения ТН второго контура

см/с

W0

61

5

Высота от АЗ до ПГ

см

h

80

6

Радиус ПГ

см

Rпг

158,55

7

Усредненная длина релаксации быстрых нейтронов

см

лn

10

8

Усредненная по спектру длина микроскопического сечения реакции поглощения нейтронов

см2

у

1,6·10-29

9

Постоянная радиоактивного распада

1/с

л

0,0943

10

Концентрация радиоактивных ядер азота в начальный момент времени

ядер/г

n0

0

11

Плотность потока нейтронов на поверхности АЗ (принимаем)

Нейтронов/см2с

цпов.аз.

1013

12

Первоначальный фактор накопления нейтронов

-

Bn

3

13

Концентрация ядер кислорода в воде при плотности 1 г/см3

1/г

N

3,346·1022

14

Расчетный шаг по углу входа трубок от нормали

рад

Ди

6,283

15

Число Авогадро

моль-1

NA

6,023·1023

16

Массовое число воды

г/моль

М

18

17

Угол входа трубок в начальный момент времени

рад

и0

0

Таблица 5.2.1.2 - Результаты расчета концентрации р/а ядер азота в ТН второго контура в опускных трубах.

N

ДZ

n0

hпгi

Z1

b

сi

цi

Дфi

Дni

ni

3,35E+22

10

0

165

300

162

260,5

1,27E+00

4,00E-02

2,72E-08

2,72E-08

-

-

-

155

290

162

251,8

3,23E+00

4,00E-02

6,92E-08

9,63E-08

-

-

-

145

280

162

243,1

8,20E+00

4,00E-02

1,75E-07

2,71E-07

-

-

-

135

270

162

234,4

2,06E+01

4,00E-02

4,41E-07

7,12E-07

-

-

-

125

260

162

225,9

5,16E+01

4,00E-02

1,10E-06

1,81E-06

-

-

-

115

250

162

217,5

1,28E+02

4,00E-02

2,73E-06

4,55E-06

-

-

-

105

240

162

209,1

3,15E+02

4,00E-02

6,72E-06

1,13E-05

-

-

-

95

230

162

200,9

7,67E+02

4,00E-02

1,64E-05

2,76E-05

-

-

-

85

220

162

192,8

1,85E+03

4,00E-02

3,95E-05

6,71E-05

-

-

-

75

210

162

184,8

4,41E+03

4,00E-02

9,41E-05

1,61E-04

-

-

-

65

200

162

176,9

1,04E+04

4,00E-02

2,21E-04

3,83E-04

-

-

-

55

190

162

169,2

2,41E+04

4,00E-02

5,14E-04

8,96E-04

-

-

-

45

180

162

161,7

5,49E+04

4,00E-02

1,17E-03

2,07E-03

-

-

-

35

170

162

154,4

1,23E+05

4,00E-02

2,63E-03

4,70E-03

-

-

-

25

160

162

147,3

2,71E+05

4,00E-02

5,79E-03

1,05E-02

-

-

-

15

150

162

140,3

5,84E+05

4,00E-02

1,25E-02

2,30E-02

-

-

-

5

140

162

133,7

1,23E+06

4,00E-02

2,62E-02

4,92E-02

-

-

-

-5

130

162

127,3

2,51E+06

4,00E-02

5,37E-02

1,03E-01

-

-

-

-15

120

162

121,2

4,99E+06

4,00E-02

1,07E-01

2,09E-01

Расчеты показали, что при принятой плотности потока нейтронов на поверхности активной зоны цпов.а.з. = 1013 Нейтронов/(см2·с) концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на входе в дроссельные трубки будет равна n19 = 0,2 1/г.

5.2.2 Алгоритм расчета концентрации р/а ядер азота в ТН второго контура на входе в первый виток змеевика

1) Расстояние от центра АЗ до дроссельной трубки по радиусу определится как:

, см, (5.2.2.1)

где - радиус змеевика, см.

2) Расстояние от центра АЗ до середины рабочей трубки по высоте:

, см; (5.2.2.2)

Расстояние от центра АЗ до середины дроссельной трубки по высоте:

, см. (5.2.2.3)

3) Расстояние от центра ПГ до поверхности принятой сферической АЗ можно рассчитать как:

, см; (5.2.2.4)

, см. (5.2.2.5)

4) Плотность потока нейтронов спектра деления в расчетных точках составит:

, Н/см2·с; (5.2.2.6)

, Н/см2·с. (5.2.2.7)

5) Число ядер в единице объема:

, 1/ см3, (5.2.2.8)

где = 6,023·1023 - число Авогадро, моль-1;

с - плотность воды, г/см3.

М = 18 - массовое число воды, г/моль.

6) Время прохождения участка будет найдено как:

, i = 1, 2; с, (5.2.2.9)

где l = ДZ = 10 см - высота участка;

V1 = 0,61 м/с = 61 см/с - скорость воды в рабочих трубках;

V2 = 5,5 м/с = 550 см/с - скорость воды в дроссельных трубках.

7) Изменение концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на рассматриваемом участке l:

, ядер/г; (5.2.2.10)

, ядер/г. (5.2.2.11)

8) Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рассматриваемых участков:

, ядер/г; (5.2.2.12)

, ядер/г. (5.2.2.13)

Результаты расчета концентрации р/а ядер азота на входе в первый виток змеевика представлены в таблице 5.2.2.1 при радиусах навивки змеевиков Riпг = 158,55; 145,95; 135,45; 124,95; 114,45; 106,05 см.

Таблица 5.2.2.1 - Результаты расчета концентрации р/а ядер азота в ТН второго контура на входе в первый виток змеевика.

n0

Riпг

b

Zi

ц

Дфi

Дni

ni

0,21

158,55

158,55

127,83

2,36E+06

0,16

0,20

0,41

0,21

158,55

158,55

121,49

4,81E+06

0,02

0,05

0,26

0,21

145,95

145,95

118,41

6,81E+06

0,16

0,60

0,81

0,21

145,95

145,95

111,76

1,44E+07

0,02

0,14

0,35

0,21

135,45

135,45

110,83

1,60E+07

0,16

1,41

1,62

0,21

135,45

135,45

103,91

3,53E+07

0,02

0,34

0,55

0,21

124,95

124,95

103,54

3,68E+07

0,16

3,24

3,45

0,21

124,95

124,95

96,34

8,41E+07

0,02

0,82

1,03

0,21

114,45

114,45

96,58

8,17E+07

0,16

7,20

7,41

0,21

114,45

114,45

89,07

1,94E+08

0,02

1,89

2,10

0,21

106,05

106,05

91,27

1,51E+08

0,16

13,28

13,49

0,21

106,05

106,05

83,52

3,71E+08

0,02

3,61

3,82

Далее производится расчет концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на всех витках по алгоритму приведенному ниже с учетом изменения концентрации р/а ядер азота ТН второго контура по высоте ПГ .

5.2.3 Алгоритм расчета концентрации радиоактивных ядер азота в ТН второго контура в одном витке змеевика

1) Объем АЗ:

, см3. (5.2.3.1)

2) Условный радиус сферической АЗ:

, см. (5.2.3.2)

3) Длина отрезка окружности, на котором выполняется расчет:

, см, (5.2.3.3)

где Ди - расчетный шаг по углу от нормали.

4) Высота от АЗ до расчетной точки змеевика будет меняться как:

, (5.2.3.4)

где h1 = h = 80 см;

- шаг одного змеевика, см.

5) Количество витков змеевика находится по формуле:

, (5.2.3.5)

где - высота экономайзерного участка;

см - высота испарительного участка;

см - высота пароперегревательного участка.

6) Изменение плотности воды принимается равномерно по всей длине участка. На экономайзерном участке плотность воды изменяется от 925 до 790 кг/м3. Изменение плотности учитываем через один оборот витка (при движении по данному витку плотность, а, следовательно, и скорость считаются постоянными). Аналогично меняется плотность пароводяной смеси на испарительном участке от 790 до 22,7 кг/м3 по формуле:

, (5.2.3.6)

где кг/м3 - плотность насыщенной воды;

= 22,7 кг/м3 - плотность насыщенного пара;

- массовое паросодержание (принято, что оно меняется линейно по высоте ПГ).

На пароперегревательном участке плотность пара меняется от 22 до 19 кг/м3. Однако для упрощения расчетов принимаем постоянную плотность равную 20 кг/м3.

7) Скорость воды в трубах изменяется и находится по формуле:

, м/с, (5.2.3.7)

где G = 0,14 кг/с - расход воды через одну трубку;

f = 2,49·10-4 м2 - площадь проходного сечения трубки.

8) Время прохождения этого отрезка окружности составит:

, с. (5.2.3.8)

W0 - скорость движения рабочего тела по рабочей трубке, см/с.

9) Угол рассматриваемого участка активации (от нормали):

, рад, (5.2.3.9)

где и1 = и0; - угол входа трубок в змеевик, рад.

10) Расстояние от расчетной точки до центра АЗ можно рассчитать по формуле:

, см. (5.2.3.10)

11) Расстояние от поверхности АЗ до расчетной точки ПГ:

, см. (5.2.3.11)

12) Плотность потока нейтронов спектра деления в расчетной точке:

, Н/см2 ·с, (5.2.3.12)

где лn - усредненная длина релаксации быстрых нейтронов.

13) Число р/а ядер азота в единице объема ТН определится как:

, 1/г, (5.2.3.13)

где - число Авогадро, 1/моль;

М - массовое число воды, г/моль.

14) Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рассматриваемого участка L:

, 1/г. (5.2.3.14)

5.2.4 Результаты расчета активности пара второго контура по всей высоте змеевикового ПГ

По данному алгоритму считается концентрация р/а ядер азота ТН второго контура по всей высоте змеевикового ПГ на 6 расчетных радиусах. Результаты вычислений приведены в таблицах в приложении Б.

Концентрация р/а ядер азота ТН второго контура на входе в змеевики и выходе из них в зависимости от радиуса навивки змеевика приведена в таблице 5.2.4.1.

Таблица 5.2.2.1 - Концентрация р/а ядер азота в ТН второго контура на входе в змеевики и выходе из них в зависимости от радиуса навивки змеевика.

Расчетный радиус Ri, см

Концентрация р/а ядер азота ТН 2 контура на входе в змеевик в зависимости от угла входа трубок ni, 1/г

Концентрация р/а ядер азота ТН 2 контура на выходе в змеевик в зависимости от угла входа трубок ni, 1/г

158,55

0,414

0,601

145,95

0,807

1,968

135,45

1,620

5,035

124,95

3,447

9,517

114,45

7,407

23,433

106,05

13,495

40,295

Зная концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из змеевиков при расчетных радиусах навивки змеевика, построим зависимость средней концентрации р/а ядер азота на выходе из ПГ от радиуса навивки змеевика (рисунок 19).

Рисунок 19 - Зависимость средней концентрации р/а ядер азота на выходе из ПГ от радиуса навивки змеевика ni = f(Riпг).

Зная среднюю концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из ПГ для шести расчетных радиусов навивки змеевика, путем интерполяции данных по активации находим среднюю концентрацию р/а ядер азота для всех оставшихся радиусов навивки змеевика. Далее определяем среднюю концентрацию р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из ПГ по формуле:

, 1/г. (5.2.4.1)

Результаты вычислений представлены в таблице 5.2.4.2.

Таблица 5.2.4.2 - Результаты вычисления средней концентрации р/а ядер азота ТН второго контура на выходе из рабочих трубок.

№ змеевика, i

Радиус навивки змеевика, dнав, см

Число трубок, nтр

Средняя концентрация р/а ядер азота в одной трубочке, nсрi, ядер/г

1

106,1

15

40,29

2

108,2

15

36,08

3

110,3

15

31,85

4

112,4

15

27,63

5

114,5

16

23,43

6

116,6

16

20,65

7

118,7

16

17,87

8

120,8

16

15,08

9

122,9

17

12,30

10

125,0

17

9,52

11

127,1

17

8,62

12

129,2

18

7,72

13

131,3

18

6,83

14

133,4

18

5,93

15

135,5

18

5,04

16

137,6

19

4,42

17

139,7

19

3,90

18

141,8

19

3,20

19

143,9

20

2,58

20

146,0

20

1,97

21

148,1

20

1,74

22

150,2

20

1,51

23

152,3

21

1,28

24

154,4

21

1,06

25

156,5

21

0,83

26

158,6

21

0,60

Средняя концентрация р/а ядер азота на выходе из ПГ, nср.вых, 1/г

10,04

Средняя активность пара второго контура на выходе из ПГ составит:

, Бк/г. (5.2.4.2)

Т.е qвых = 10,04·0,943 = 0,95 Бк/г ? 1 Бк/г.

5.3 Определение действительной активности пара второго контура для принятой геометрии при мощности реактора 150 МВт

Чтобы найти действительную активность пара ТН второго контура змеевикового ПГ необходимо среднюю активность пара второго контура на выходе из ПГ умножить на число 1,3 (см. подраздел 4.5). Отсюда действительная активность пара второго контура на выходе из змеевикового ПГ будет равна Бк/г. Допустимая активность пара ТН второго контура равна q70 Бк/г (см. раздел 3).

Отсюда следует, что можно уменьшить расстояние от АЗ до дроссельных трубок (которое в данных расчетах равняется 60 см) на величину x, которая находится по формуле:

, Бк/г, (5.3.1)

где лn - усредненная длина релаксации быстрых нейтронов (принятая 10 см).

Расчеты показывают, что расстояние от АЗ до ПГ можно уменьшить на 40 см при этом активность пара ТН второго контура не будет превышать допустимое значение.

5.4 Сравнение наведенной активности пара второго контура в различных компоновках ПГ

Анализ результатов расчета показывает (см. пункты 4.4.2 и 5.2.4), что активность пара второго контура на выходе из парогенератора практически не зависит от конструкции рассматриваемого ПГ.

Заключение

Рассмотрев вопросы активации теплоносителя второго контура, на основе выполненных в данной дипломной работе расчетов можно сделать следующие выводы:

1. Допустимая активность пара второго контура зависит от расположения оборудования в отсеке паротурбинной установки.

2. Была создана методика расчета активности пара второго контура для змеевиковых кассет ПГ, которая позволяет найти зависимость активности пара от расстояния между активной зоной и парогенерирующей поверхностью.

3. Сравнительные расчеты действительной активности пара второго контура на выходе из парогенератора показывают, что она не зависит от рассматриваемых конструкций парогенератора.

Исходя из вышеперечисленных выводов, можно дать рекомендацию по допустимому расстоянию от активной зоны до дроссельных труб для рассматриваемых конструкций моноблочного ПГА. Оно может быть уменьшено до 40 см, а не 60 см как обычно принимается проектировщиками ПГА. Это позволит уменьшить размеры ПГА и его стоимость.

Список использованных источников

  • "Википедия. Свободная энциклопедия" [Электронный ресурс]: сайт. - М., 2001-2011. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/

1. Вилькман Н.Н., Ревков М.В. "Расчет судовых ядерных реакторов": Методическое указание. - ЛКИ, 1985.

2. Ривкин С.Л., Александров А.А. "Термодинамические свойства воды и водяного пара". - М.: "Энергоатомиздат", 1984.

  • Кожемякин В.В. "Проектирование парогенераторов ЯЭУ": Учебное пособие. - Спб.: СПбГМТУ, 2007.
  • Бродер Д.Л., Козловский С.А., Кызьюров В.С., Попков К.К., Рубанов С.М. "Биологическая защита транспортных реакторных установок". - М., Атомиздат, 1961.
  • "Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) СП 2.6.1.2523-09": Минздрав России, 2009.

3. Идельчик И.Е. "Справочник по гидравлическим сопротивлениям" - М.: Машиностроение, 1992.

  • Кузнецов В. А. "Судовые ядерные энергетические установки": Учебник. - Л.: Судостроение, 1989.

4. Сойгин М. Ф., Гусев А. Б. и др. "Судовые ядерные реакторы": Учебник. - Л.: Судостроение, 1967.

Приложение А

Схема моноблочного ПГА со змеевиковыми кассетами ПГ.

Схема змеевиковой кассеты ПГ.

Схема змеевиковой кассеты ПГ.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расходы пара на систему теплофикации и турбину турбопитательного насоса. Уравнения материальных балансов пароперегревателя. Параметры теплообменивающихся сред рабочего контура. Паропроизводительность парогенератора и тепловая мощность ядерного реактора.

    контрольная работа [267,2 K], добавлен 18.04.2015

  • Тепловой расчет площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора. Расчет режимных и конструктивных характеристик ступеней сепарации пара. Определение толщины стенки коллектора на периферийном участке. Гидравлический расчет первого контура.

    курсовая работа [456,5 K], добавлен 13.11.2012

  • Основные технико-экономические показатели Кольской АЭС. Описание технологической схемы, состав энергоблока. Назначение парогенератора (ПГ), система первого контура. Вспомогательное оборудование систем ПГ. Принцип построения цепей технологических защит.

    курсовая работа [379,3 K], добавлен 05.08.2011

  • Оценка влияния течей второго контура на эксплуатационные режимы работы реакторной установки. Определение дополнительных признаков и их использование для составления процедуры управления и диагностики течей контура. Управление запроектными авариями.

    дипломная работа [2,3 M], добавлен 19.03.2013

  • Парогенератор АЭС как единичный теплообменный аппарат или их совокупность. Тепловой расчет поверхности нагрева прямоточного парогенератора. Конструкторский расчет элементов. Гидродинамический расчет первого контура. Анализ результатов основных расчетов.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 10.11.2012

  • Уравнения теплового баланса для парогенератора при прямоточной схеме генерации пара. Выбор скоростей и расчет трубного пучка. Расчет толщины трубки и геометрии межтрубного пространства. Тепловой расчет и расчет на прочность элементов парогенератора.

    контрольная работа [211,0 K], добавлен 04.01.2014

  • Уравнения материальных и тепловых балансов для теплообменных аппаратов и точек смешения сред в рабочем контуре ядерной энергетической установки. Определение расхода пара на турбину, паропроизводительности парогенератора и мощности ядерного реактора.

    контрольная работа [177,6 K], добавлен 18.04.2015

  • Общий вид парогенератора, схема прямоточного. Зависимость температуры пара и температуры первого контура от нагрузки. Влияние внутреннего диаметра навивки. Высота трубной системы, наружный диаметр. Термический, химический, мембранный метод деаэрации.

    курсовая работа [570,5 K], добавлен 18.12.2011

  • Основные цели поверочного расчета. Предназначение котельного агрегата БКЗ 210-140. Тепловой расчет парогенератора: анализ пароперегревателя, фестона, перегревателя, сущность конструктивных размеров воздухоподогревателя. Анализ дымососа и вентилятора.

    курсовая работа [207,7 K], добавлен 12.03.2012

  • Уравнение теплового и материального баланса парогенератора ПГВ-1000, его тепловая диаграмма. Расчет коэффициента теплоотдачи и площади нагрева парогенератора. Конструктивный и гидродинамический расчет элементов парогенератора, определение их прочности.

    курсовая работа [228,8 K], добавлен 10.11.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.