Расчет парогенератора ПГВ-1000

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

парогенератор теплоотдача коллектор

Парогенератор ПГВ-1000 предназначен для отвода тепла от теплоносителя первого контура и генерации сухого насыщенного пара РУ ВВЭР -1000.

Тип парогенератора- горизонтальный однокорпусной, с погруженной поверхностью теплообмена из горизонтально расположенных U- образных труб, с встроенными сепарационными устройствами.

В горизонтальном ПГ обеспечивается большая площадь зеркала испарения, что облегчает сепарацию влаги из пара, естественная циркуляция рабочего тела повышает надежность установки, хотя и приводит к некоторому увеличению размеров ПГ.

Целью настоящего курсового проекта является:

1.Тепловой расчет поверхности нагрева.

2.Конструктивный расчет элементов парогенераторов.

3.Расчет на прочность элементов парогенераторов.

4.Гидродинамический расчет.

1.Тепловой расчет поверхности нагрева

1.1 Уравнения теплового и материального баланса ПГ АЭС, тепловая диаграмма парогенератора

Тепловая мощность экономайзерного участка

Qэк=(D+Dпр)?( 's -пв)

'_s=f (p''₂,t_s)=f (6.2 МПа , 277.71 C)=1225.1 кДж/кг

_пв=f (p''_2,t_пв)=f (6.2 МПа , 210 С)=899.2 кДж/кг

Паропроизводительность D=430 кг/с Величина продувки D_пр=0.01?D

Получаем Q_эк=(430+430?0.01)? (1225.1-899.2)=141538.37кВт= 141.5 МВт

Тепловая мощность испарительного участка

Q_и = D? r

r=f (p''₂,t_s)=f (6.2 МПа , 277.71 C)=1556.0 кДж/кг

Получаем Q_и=430?1556.0= кВт =669.1 МВт

Тепловая мощность парогенератора

Q_пг=Q_эк+Q_и

Получаем Q_пг=141.5+669.1=810.6 МВт

Расход теплоносителя

G_тн=

'₁= f (p'₁,t'₁)=f (17.0 МПа , 310 C)=1392.4 кДж/кг

''₁=f (p'_1,t''₁)=f (17.0 МПа , 280 С)=1232.4 кДж/кг

0.98 - КПД ПГ

Получаем G_тн= кг/с

Кратность циркуляции К_ц=6

Энтальпия рабочего тела на входе в межтрубное пространство поверхности нагрева

Получаем = кДж/кг

Температура рабочего тела на входе в межтрубное пространство поверхности нагрева

t_ц=f( , p''₂)=f(1170.8 кДж/кг,6.2 МПа)=267 C

Энтальпия теплоносителя на выходе из испарительного участка

''_1и ='₁-

получаем ''_1и= кДж/кг

Температура теплоносителя на выходе из испарительного участка

t''_1и= f(''_1и , p'₁)=f(1260.4 кДж/кг,17.0 МПа)=285.5 C

1.2 Расчет коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы

Коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя рассчитывается по эмпирическим зависимостям для случая течения однофазной среды в трубах, кВт/м²? К

где л-коэф.теплопроводности воды, кВт/м ?К

d_н и д_ст - соотв.наружный диаметр и толщина стенки труб, м

Число Рейнольдса

где wс-массовая скорость теплоносителя, кг/м²?с

м-динамическая вязкость воды, Па? с

Рассмотрим 3 опорные точки тепловой диаграммы:

вход теплоносителя в испарительный участок ( вход в ПГ )

вход теплоносителя в экономайзерный участок ( выход из испарительного)

выход теплоносителя из экономайзерного участка (выход из ПГ )

Для указанных сечений по заданным давлению и температуре определяют теплофизические параметры.

вход теплоносителя в испарительный участок (p'₁=17.0 МПа, t'_1и=310 C)

х = 1.4120 ?10^-3 м³/кг

м = 887.0?10^-7 Па?с

л = 0.544?10^-3 кВт/м?К

Pr =0.94

2) вход теплоносителя в экономайзерный участок (p'₁=17.0 МПа, t''_1и=285.5 C)

х = 1.3297?10^-3 м³/кг

м = 970.0?10^-7 Па?с

л = 0.589?10^-3 кВт/м?К

Pr =0.85

3) выход теплоносителя из экономайзерного участка (p'₁=17.0 МПа, t''₁=280 C)

х = 1.3041?10^-3 м³/кг

м = 986.0?10^-7 Па?с

л = 0.597?10^-3 кВт/м?К

Pr =0.83

Так как массовая скорость теплоносителя в силу постоянства проходного сечения остаётся постоянной по всей длине трубы поверхности нагрева, то её можно рассчитать по известным параметрам во входном сечении

wс =w'₁

wс==4957.5 кг/м²?с

Число Рейнольдса в расчетных сечениях:

вход теплоносителя в испарительный участок

==715400.2

вход теплоносителя в экономайзерный участок

===654185.6

выход теплоносителя из экономайзерного участка

===643570

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы:

вход теплоносителя в испарительный участок

==

41.95

'₁=41.95 кВт/м²?К

вход теплоносителя в экономайзерный участок

==

40.48

''_1и=40.48 кВт/м²?К

выход теплоносителя из экономайзерного участка

==

39.56

''₁=39.56кВт/м²?К

1.3 Расчет коэффициента теплоотдачи на испарительном участке

Для определения коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу необходимо знать коэффициент теплопроводности материала трубы, зависящий от температуры стенки, которая в первом приближении для расчетных сечений определяется через Дt-температурный напор расчетного сечения (разность между температурами теплоносителя и рабочего тела) на входе теплоносителя в испарительный участок

Дt =310-277.71=32.29 C

t_ст=t₂+1/3 Дt =277.7+1/3 *32.29=288.47 C

где t₂- температура насыщения при известном давлении рабочего тела на выходе теплоносителя из испарительного участка

Дt =285.5-277.71=7.8 C

t_ст=t₂+1/3 Дt =271.71+1/3* 7.8=280.3 C

В качестве материала труб поверхности нагрева ПГ АЭС обычно используется аустенитная сталь Х18Н10Т .Тогда коэффициент теплопроводности материала труб :

на входе теплоносителя в испарительный участок

л_м=19.06?10^-3кВт/м?К

на выходе теплоносителя из испарительного участка

л_м=18.61?10^-3кВт/м?К

Коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего тела на испарительном участке поверхности нагрева ПГ АЭС определяется методом последовательного приближения

t_s-температура насыщения при давлении рабочего тела в испарителе

q-удельный тепловой поток , кВт/м²

q=K?Дt

K-коэффициент теплопередачи, кВт/м²?К

Дt-температурный напор расчетного сечения (разность между температурами теплоносителя и рабочего тела)

K=

2R_ок=1.5?10^-2 м²?К/кВт-термическое сопротивление оксидной плёнки на поверхности труб

Термическое сопротивление стенки трубы

R_ст=

Выход теплоносителя из испарительного участка (вход рабочего тела в испарительный участок)

Иттерация 1

На первом иттерационном шаге полагают коэффициент теплоотдачи б₂=

K=8.14 кВт/м²?К

q=K?Дt=8.14?32.29=262.8 кВт/м²

б₂=50.3 кВт/м²?К

Иттерация 2

Полагаем б₂=50.3 кВт/м²?К

K=7.01 кВт/м²?К

q=K?Дt=7.01?32.29=226.35 кВт/м²

б₂=45.31 кВт/м²?К

Вычисления считают законченными, если расхождения значений удельного теплового потока, полученных в 2-х последних иттерациях не превышает отклонения 5%

q = (q'-q'')/q''

q =(262.8 -226.35) / 226.35 = 0.161>0.05

Иттерация 3

Принимаем б₂=45.31 кВт/м²?К

K=6.9 кВт/м²?К

q=K?Дt=6.9?32.29=222.8 кВт/м²

б₂=44.81 кВт/м²?К

q =(226.35-222.8)/288.8 = 0.016<0.05

Вход теплоносителя в испарительный участок (выход рабочего тела из испарительного участка)

Иттерация 1

На первом иттерационном шаге полагают коэффициент теплоотдачи б₂=

K=8.09 кВт/м²?К

q=K?Дt=8.09?7.8=63.1 кВт/м²

б₂=18.53 кВт/м²?К

Иттерация 2

Полагаем б₂=18.53 кВт/м²?К

K=5.63 кВт/м²?К

q=K?Дt=5.63?7.8=43.92 кВт/м²

б₂=14.38 кВт/м²?К

q =(63.1- 43.92)/43.92 = 0.44>0.05

Иттерация 3

Полагаем б₂=14.38 кВт/м²?К

K=5.18 кВт/м²?К

q=K?Дt=5.18?7.8=40.41 кВт/м²

б₂=13.56 кВт/м²?К

q =(43.92-40.41)/40.41 = 0.087>0.05

Итерация 4

Полагаем б2=13.56 кВт/м2?К

K=5.07 кВт/м²?К

q=K?Дt=5.07?7.8=39.55 кВт/м²

б₂=13.36 кВт/м²?К

q =(40.41-39.55)/39.55 = 0.022<0.05

ИТОГО принимаем б''_2и=13.36 кВт/м²?К

Результаты итерационного расчета коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу приведены в таблице 1

Таблица 1. Вход теплоносителя в испаритель выход теплоносителя из испарителя

№ итерации	1	2	3	1	2	3	4
м2*К/квт	0	1/50.3	1/45.31	0	1/18.53	1/14.38	1/16.56
К КВт/м2*К	8.14	7.1	6.4	8.09	5.63	5.18	5.07
q, кВт/м2	262.8	226.35	222.8	63.1	43.92	40.41	39.55
q, %	1	0.157	0.0161	1	0.44	0.087	0.0022
кВт/м2*К	50.3	45.31	44.81	18.53	14.38	13.56	13.36

Число труб поверхности нагрева n при известных внутреннем диаметре труб, скорости и параметрах теплоносителя на входе в эти трубы определяется на основании уравнения неразрывности струи:

(шт).

1.4 Расчет площади нагрева ПГ

Коэффициент теплопередачи в расчетных сечениях:

На входе теплоносителя в испарительный участок:

на выходе теплоносителя из испарительного участка



Среднее значение коэффициента теплопередачи на испарительном участке

кВт/м²?К

Средний температурный напор на участке

t_єк=(t_б-t_м)/ln(t_б /t_м)

(⁰С)

Расчётная площадь поверхности нагрева испарительного участка

H^р = (м²)

Итого расчетная площадь поверхности нагрева ПГ с учётом К_зап=1.125 - коэффициент запаса

H_пг= 1.125?6501 = 7313.6 (м²)

Длина труб ПГ

L= H_пг/(d_н-d_вн))

(м)

Длина одной трубы l = L / n, где n полное число труб

l = 161666.05/8104= 19.95 ( м )

l_cp=H_ПГ / (2**d_CP*n)=7313.6 / (2**0.5*(0.024+0.016)*8104)=7.182 (м)

2. Конструкционный расчёт элементов парогенераторов

2.1 Расчет коллектора подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева

Внутренний диаметр колектора принимаю dвнк=0.95 (м)

Материал камеры - Сталь 10ГН2МФА

=10.3 (м/с)

Расположение отверстий под трубы в камере - шахматное

Шаг труб (отверстий) по периметру коллектора в поперечном ряде отверстий, отнесенный к внутренней поверхности коллектора;

(S₁)=1.5?d_н =1.5?16?10^-3=0.024 м

Диаметр отверстий под трубы d₀ = d_н + 0.2мм = 16 + 0.2 = 16.2(мм)

Число труб поверхности нагрева n = 8104 (шт)

Определяем число отверстий для труб в поперечном сечении

( по периметру ) коллектора:

n_1к' = ( * d ) / S_1к ;

n_1к' = (0.95* ) / 0.024 80 ( шт. )

Определяем число рядов отверстий вдоль образующей коллектора:

n_2к' = n / n_1к

n_2к' = 8104 / 80 = 101 (шт. )

2.2 Габариты трубного пучка

При известном наружном диаметре коллектора, известном количестве трубок: n_1к', n_2к', n, рассчитываем габариты трубного пучка, с учетом известной площади теплопередающей поверхности Н_пг^р.

l₁' = n_1к' * S_1к ;

l₂' = n_2к'* S_2к ;

l₁' = 80 * 24 = 1920 ( мм ) ;

l₂' = 101 * 24 = 2424 ( мм ) ;

Определяем длину l_тр, а следовательно и корпуса парогенератора

L_об = 2 * (x₁ + x₂ + x₃ ),

Где

x₁ = ( d_вн^к / 2 ) + _кол ;

x₃ = 1.5 * b + l₁' ,

где

b - расстояние между трубными пучками, принимаемое равным 200 мм.

_кол - толщина коллектора, которая расчитана в п. 3.1

x₂ =

где

l_ср. - средняя длина трубного пучка, l_cp=7.182 (м)

x₁ = ( 0.95 / 2 ) + 0.1518 = 0.627 ( м )

x₂ =1.769 ( м )

x₃ = 1.5 * 0.2 + 1.920= 2.22 ( м )

L_пг = 2 * ( 0.627 + 1.769 + 2.22 ) = 9.232 ( м ).

Исходя из эскизной проработки радиус корпуса парогенератора принимаем

2.4 ( м )

2.3 Расчет погруженного дырчатого листа

Для выполнения расчета принимаем:

средний весовой уровень зеркала испарения на 75 мм. Выше погруженного дырчатого листа.

( мм )

краевой угол ;

диаметр отверстий дырчатого листа ( мм );

скорость пара в отверстиях дырчатого листа 150 ( мм ). На основе оценочных размеров и эскизной проработки ширина зеркала испарения 4.74 (м ).

Приведенная скорость пара:

(м/с)

Доля сечения, занятая паром

 (0.576+0.0414*6.2)*(0.319)=0.353

Действительный уровень водяного объема

0.116 (м )

Средний радиус пузырей пара, образующихся над дырчатым листом

( м )

Скорость пара в отверстиях дырчатого листа:

минимально допустимая

1.51 ( м/с )

фактическая с учетом коэффициента запаса

1.2 * 1.51=1.81 ( м/с )

Необходимая суммарная площадь дырчатого листа

7.701 ( м)

Площадь дырчатого листа:

9.232(4.74- 2*0.45)=35.451 ( м)

Относительная площадь сечения отверстий дырчатого листа:

Коэффициент местного сопротивления отверстий дырчатого листа

Толщина паровой подушки под дырчатым листом

расчетная

фактическая

(м )

Суммарное количество отверстий в дырчатом листе

( шт )

Шаг отверстий по их расположению по вершинам квадрата:

18.9 (мм )

2.4 Режимные и конструкционные характеристики паросепарационного устройства горизонтального ПГ

В горизонтальных парогенераторах используют наклонные жалюзийные сепараторы; принимаю значение влажности пара на входе в сепаратор с запасом 20%, ширину налета жалюзи 80 мм. Принимая влажность на входе в жалюзийный сепаратор

(5-10)%, которая имеет место при соблюдении неравенства

Массовое паросодержание на входе в сепаратор 0.9;

Угол наклона жалюзи ;

Число рядов жалюзи

Коэффициент неравномерности скорости по высоте жалюзи

Скорость пара на входе в сепаратор:

Критическая

с учетом коэффициента запаса

 ( м/с )

Проходное сечение горизонтально расположенного сепаратора

( м)

Ширина пакета жалюзи в одном ряду

0.489 ( м )

Высота жалюзийного сепаратора:

( м )

Шаг расположения рядов жалюзийного сепаратора

( м )

Расстояние от горизонтальной диаметральной плоскости корпуса парогенератора до верхней крышки (выхода пара) жалюзийного сепаратора:

= ( м )

Действительная высота парового пространства:

( м )

При этом

( м )

<

Следовательно, установка жалюзийных сепараторов обеспечивает качественную сепарацию.

2.5 Диаметры входных и выходных патрубков рабочего тела, штуцеров продувки и КИП

Диаметр патрубка подачи питательной воды

( м )

Диаметры двух отводящих труб:

( м )

Диаметры раздающих трубок

( м )

Диаметры рассчитаны при условии, что скорость воды в трубках и коллекторе одинакова.

Диаметры патрубков отвода пара:

 ( м )

т.к. взятая скорость ниже допустимой, то выбранная скорость подходит.

Для периодической продувки, которая происходит из нижней части корпуса парогенератора, предусмотрены штуцера d=80 ( мм ).

3.Расчет на прочность элементов парогенераторов

3.1 Расчет толщины стенки коллектора

Коллектор изготовлен из стали 10ГН2МФА

Коллектор должен быть расчитан на давление Р₁'=17 МПа, что соответствует

Р_р=1.250.90.102 Р₁'= 1.95 кгс/мм² и температуру t₁'=310C, которой отвечает номинальное допустимое напряжение [н] =21.78 кгс/мм2

Коэффициенты прочности для ослабляющих рядов отверстий

Поперечного направления

Продольного направления

Косого направления

где m = S1 / S2 - отношение шагов отверстий соответственно в поперечном и продольном направлении

S_1k= (S₁)=1.5?d_н =1.5?16?10^-3=0.024 м

находим

находим

находим

m = S_1k / S_2k =2.4 / 2.4 = 1

Значит _min = 0.325

Толщина стенки камеры

находим

мм

Масса коллектора

M=

_м - плотность стали 7900 (кг/м³).

М=7900{(101-1)0.024+0.5}*0.785{(1.2536)²-(0.95)²}=12031.76 кг

3.2 Расчет на прочность днища горизонтального парогенератора

Материал днища - сталь 22К.

[] = (кгс/мм²)

Расчетное давление Р_р=0.9*1.25*0.102*6.2=0.711 (кгс/мм²)

Минимально допустимая высота днища h_д=0.2*d_вн=0.2*4.8=0.96 ( м )

Выбираю h_д=1.0 ( м )

( м )

Должны выполнятся соотношения:

и

С - прибавка на коррозию, выбираю 4 ( мм )

3.3 Толщина стенки верхней части коллектора

Толщина стенки конического переходного участка:

( мм )

где =1 . Необходимо выполнение условий

0.005

Условия выполняются

3.4 Расчет на прочность трубки теплопередающей поверхности

S= ( мм )

Значит, условие выполняется.

3.5 Расчет на прочность центральной обечайки

Материал обечайки - сталь 22К. Допустимое напряжение [] = 12.7 (кгс/мм). Толщина стенки центральной обечайки без учета С:



1.Внутренний диаметр обечайки

D=4. 8 ( м )

2.Принимая толщину стенки 164 ( м )

3.Средний радиус:

( мм )

D_ср=4964 ( мм )

4. Диаметр отверстий для коллектора d_к=1101.8 ( мм )

5. Диаметр отверстий для продувки

При 0.67<_о<1

(м)

6. Расстояние между осями отверстий для коллекторов: l_пр=1900(мм)

l_поп=1900 ( мм ).

7. Углы кромок отверстий

sin

GM= ( мм )

sin

LP= ( мм )

sin

8. Характеристики отверстий для коллектора, как эллипса лежащего на цилиндрической поверхности радиуса:

большая ось

( мм )

( мм )

( мм )

9.Средний диаметр отверстия для коллектора

( мм )

10.Растояние между отверстиями для коллектора и продувки

( мм )

11.Проверим, является ли ряд отверстий d_к и d_пр ослабляющим рядом

( мм )

( мм )

т.к. и то ряд отверстий для коллекторов и ряд d_к и d_ср являються ослабляющими

13. Расчетное давление 6.2 Мпа, температура t_p=t_s=278 ⁰C

[] = 12.7 кгс/мм²

14.Определение коэффициента прочности

( мм )

а= ( мм ) b761.55 ( мм )

m=b/a=761.55/750=1.015, где b-поперечный шаг отверстий по длине дуги

При ослаблении действий ряда отверстий для коллекторов

Аналогично при укреплении обоих отверстий для коллекторов штуцерами . При определении расчёта толщины стенки центральной обечайки имеем

S_и - С= 167-5=162 (мм). Полученный результат удовлетворяет условию.

Толщина стенки центральной обечайки

,

3.6 Расчёт на прочность переферийной обечайки

Используя сталь 22К номинально допустимое напряжение

f(t_s=282⁰C)=12.7 , Р₂=6.2Мпа

Используя формулу

 ( мм )

С=3 мм; = 110 ( мм )

3.7 Расчёт на прочность деталей парогенератора

Таблица 3.1

Деталь	Рр,	Tp, 0C	Материал	, мм
Центральная oбечайка	0.711	281	22К	167
Коллектор	1.95	310	10ГН2МФА	151.8
Переходная часть коллектора	1.95	310	10ГН2МФА	47.13
Днище	0.711	281	22К	168
Трубки нагрева	1.95	330	Х18Н10Т	1.015

4. Гидродинамический расчет

Шероховатость внутренней поверхности труб ( м ); коллектора

( м )

удельный объем теплоносителя в трубном пучке

КПД ГЦН

длина камер (коллекторов) подвода и отвода теплоносителя принимаю:

l₁ = R_корп + 1( м ) = 2.4+ 1 = 3.4 ( м );

d_п^к = d_вн^к = 0.95 ( м ) ( м );

Определим коэффициенты трения для каждого участка:

при этом имеем три участка:

1- подвода теплоносителя

2- отвода теплоносителя

3- трубки.



Местные сопротивления на первом и на третьем участках отсутствуют, и на

втором участке - вход из раздающей камеры в трубы, поворот, выход определяем по номограммам:

Где

Массовая скорость теплоносителя на участках 1 и 3:

На участке 2:

( кг/м³ )

( кг/м²с)

Гидравлические сопротивления на рассматриваемых участках:

Гидравлическое сопротивление парогенератора по тракту теплоносителя:

(кПа)

Мощность ГЦН, затрачиваемая на преодоление гидравлического сопротивления парогенератора:

MВт

Вывод

В курсовом проекте были проведены следующие расчеты:

1.Тепловой расчет поверхности нагрева.

2.Конструктивный расчет элементов парогенераторов.

3.Расчет на прочность элементов парогенераторов.

4.Гидродинамический расчет.

В результате расчетов получены следующие данные:

1.Площадь поверхности теплообмена H_ПГ=7313,6 м²

2.Коэфициент теплопередачи К=6.4 кВт/ м²К

3.Число трубок n=8104 шт

4.Средняя длина U-образных трубок ПГ l_СР=7.182 м

5.Р ПГ по 1 контуру Р=257.757 кПа

6.Мощность ГЦН на прокачку теплоносителя по одной петле ГЦК N_I=2.317 MВт

Список литературы

1.Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомздат, 1987. - 384 с.

2.Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учебное пособие для вузов. - 3- е изд., - М.: Высшая школа, 1986. - 448 с.

3.Проэктирование теплообменных аппаратов АЭС (Митенков Ф.М., Гоневко В.Ф., Ушаков П.А., Юрьев Б.С.;Под ред. Ф.М. Митенкова - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 296 с.

4.Расчет на прочность деталей парогенераторов АЭС: Методические указания к проэкту по дисциплине « Парогенераторы атомных электростанций» для студентов специальности 0520 «Парогенераторостроение») Составил В.К. Щербаков - К.: КПИ, 1986. - 28 с.

5.Кирилов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам: (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы ). / под редакцией П.Л. Кирилова. - М.: Энергоатомиздат, 1984 .- 296 с.

Размещено на Allbest.ru