Вертикальный парогенератор ПГВ-1000

РАЗРЕЗЫ.bak.cdw

Е : Уплотнение крышки
Г : Крепление трубок в коллекторе
Д : Жалюзийный сепаратор
Н : Дистанционирующая решетка
О : Патрубок входа питательной воды
Парогенератор вертикальный
насыщенного пара ПГВ -1000

ГЛАВН ВИД.cdw

Раздающий коллектор
Сепараторы первой ступени
Парогенератор вертикальный
насыщенного пара ПГВ - 1000
Входной коллектор тепл.
Поверхность теплообмена
Обечайка опускного участка
Выходной патрубок пара

Пояснительная записка.doc

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ПГ4
РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ДИАГРАММЫ5
КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЁТ15
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ20
РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ22
СТОИМОСТЬ ПАРОГЕНЕРАТОРА23
Парогенераторы (ПГ) атомных электростанций относятся к особо сложным агрегатам современной техники. Выполнение проекта парогенератора – задача многоплановая и трудоёмкая. Не существует и вероятно не может существовать такой методики проектирования парогенератора по которой можно было бы автоматически получить его оптимальную схему. Она отыскивается в результате многократных целенаправленных попыток учитывающих всё многообразие факторов.
Для проектирования парогенератора нет строго принятых канонов однако выполнение ряда принципиально важных рекомендаций облегчает проектирование и повышает его качество.
Цель настоящего курсового проекта спроектировать парогенераторную установку для работы в составе энергетического блока с реактором в соответствие с заданием представить чертежи конструкции рационально выбрать компоновку парогенератора в боксе. Руководствуясь научной литературой учебными пособиями и методическими изданиями провести необходимые расчёты по предлагаемым рекомендациям и методикам.
В соответствие с тепловой схемой АЭС пар вырабатывается либо непосредственно в ядерных реакторах кипящего типа либо в парогенераторах-теплообменниках в которых осуществляется передача теплоты от теплоносителя поступающего из реактора и рабочей среде. Парогенератор следовательно является обязательным элементом оборудования двух или трёх контурных АЭС.
По типу теплоносителя различают парогенераторы обогреваемые водой газом или расплавленным металлом. В данном курсовом проекте будет рассмотрена конструкция ПГ с водяным теплоносителем вертикальный.
ПГ АЭС с ВВЭР по характеру работы процессов протекающих на стороне второго контура различают двух видов: ПГ в которых рабочая среда кипит в объеме на погруженной в нее поверхности нагрева; ПГ с естественной циркуляцией и в межтрубном пространстве плотного трубного пучка (прямоточного ПГ).
Основными типами ПГ с водяным теплоносителем являются горизонтальный и вертикальный однокорпусные ПГ с погружной поверхностью нагрева и встроенными паросепарационными устройствами. Поверхности нагрева этих ПГ выполняют из труб малого наружного диаметра 12-22 мм.
Для выравнивания нагрузки зеркала испарения устанавливают погружной дырчатый щит. Для получения пара применяют паросепарационные и паропромывочные устройства.
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ПГ
Парогенераторы блоков АЭС с реакторами ВВЭР-1000– горизонтально расположенные теплообменные аппараты корпусного типа. В табл. 1 представлены исходные данные для расчета ПГ.
Таблица 1 – Исходные данные для ПГ
Прототип форма трубок
ПГ ВВЭР – 1000 (проект) верт. эвольвенты
В данном курсовом проекте рассчитывается вертикальный парогенератор насыщенного пара с естественной циркуляцией обогреваемый водой под давлением со змеевиковыми трубками одинаковой длины.
Генерация и сепарация пара осуществляются в одном корпусе который состоит из коллектора обечаек и двух днищ: внизу и вверху. Материалом корпуса служит сталь 10ГН2МФА.
В нижней части коллектор имеет два патрубка для подвода и отвода теплоносителя изготовленные из стали 10ГН2МФА. Трубный пучок теплопередающей поверхности состоит из змеевиков с шахматным расположением их внутри пучка. Максимальная длина змеевика в пучке не превышает 14 м что позволяет применять трубы без сварных стыков. Материал труб теплопередающей поверхности – сталь12Х18Н10Т.
Трубы в пучке дистанционируются с помощью фигурных и плоских пластин причём последние обеспечивают жёсткость дистанционирующей решётки.
Питательная вода подводится к парогенератору с помощью трубопровода который приваривается к патрубку входа питательной воды в верхней части ПГ. Аварийный подвод воды осуществляется также в верхней части ПГ. Конструкция патрубка обеспечивает изоляцию трубы по которой подаётся питательная вода от корпуса температура которого близка к температуре кипения воды в парогенераторе.
Рисунок 1. Принципиальная схема.
РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ДИАГРАММЫ
Тепловая мощность ПГ; расход теплоносителя; tQ – диаграмма ПГ.
Для рассчитываемого парогенератора уравнение теплового баланса имеет следующий вид:
где QПГ– количество тепла переданного от теплоносителя рабочему телу в ПГ МВт; Dтн – расход теплоносителя кгс; – соответственно энтальпия на входе в парогенератор и на выходе из него Джкг.
Значения определяются по таблице в [1] и [2]:
ts = f(p2) = 26995 0С; 118492 кДжкг; 89902 кДжкг;
h” = 278971 кДжкг; 136583 кДжкг; 120761 кДжкг.
рассчитывается по формуле:
Из уравнения теплового баланса определяем расход теплоносителя: кгс.
Рассмотрим расчет температуры рабочего тела при смешении питательной воды с водой контура естественной циркуляции ПГ. Если Кц=DцD – кратность циркуляции контура то уравнение смешения двух потоков воды можно записать следующим образом:
Кратность циркуляции в подобных ПГ изменяется от 4 до 8-10. Принимаем Кц = 6 тогда
Теплосодержание воды на выходе из испарительного участка:
Рисунок 2. ТQ-Диаграмма парогенератора.
Выбор материала и диаметр труб теплопередающей поверхности и коллектора теплоносителя материала корпуса.
Согласно прототипу принимаем следующие марки стали: для труб теплопередающей поверхности – 12Х18Н10Т; для коллектора теплоносителя – 10ГН2МФА плакированная со стороны омываемой теплоносителем сталью 12Х18Н10Т; для элементов корпуса –10ГН2МФА.
Расчёт ПГ производим с наружным диаметром труб мм.
Расчет толщины стенок труб теплопередающей поверхности входной и выходной камер коллектора теплоносителя.
Толщины стенки труб теплопередающей поверхности:
Расчетное давление теплоносителя:
Температура стенки труб:
при для стали 12Х18Н10Т .
Коэффициент прочности труб
Прибавка к толщине на минусовой допуск
Внутренний диаметр труб .
Площадь живого сечения трубы .
Для расчета толщины стенки входной и выходной камеры коллектора теплоносителя необходимо выбрать внутренний диаметр камер .
Расчетная температура стенки камер
Номинальное допустимое напряжение для стали 10ГН2МФА при температуре : .
Расположение отверстий в камерах для завальцовки труб теплопередающей поверхности – шахматное.
Продольный шаг расположения отверстий:
Поперечный шаг по окружности внутренней поверхности:
Число отверстий в поперечном ряду:
Предварительно задаемся толщиной стенки камер:
Средний диаметр камер:
Поперечный шаг по средней окружности:
Коэффициенты прочности камер в различных направлениях:
в диагональном (при )
Коэффициент прочности камер:
Расчетная толщина стенки камеры:
Принимаем толщину стенки .
Число труб теплопередающей поверхности.
Принимаем скорость теплоносителя на входе в трубки .
Удельный объем теплоносителя на входе .
Площадь живого сечения трубы
Из уравнения неразрывности определим число труб теплопередающей поверхности:
Число отверстий в поперечном ряду камер коллектора
Число поперечных рядов в камере
Проверим число трубок
Число слоев навивки
Число слоев навивки в группах I - III
Диаметр первого слоя навивки:
где 0041м- длина прямого участка змеевика первого слоя навивки.
Шаг между слоями навивки:
Диаметр первого и последнего слоев навивки в группах м:
Внутренний диаметр обечайки трубного пучка
Наружный диаметр обечайки
Средний диаметр межтрубного пространства
Живое сечение межтрубного пространства:
Число трубок в слоях навивки групп I – III:
Расчет площади теплопередающей поверхности испарительного участка ПГ.
Qи=217737*103 Джкг .
Площадь теплопередающей поверхности рассчитывается по формуле
Так как отношение то коэффициент теплоотдачи k рассчитывается по формуле ;
Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке
где поправочные коэффициенты Ct и Cl в расчёте можно принять равными единице.
Скорости теплоносителя на входе и выходе трубки принимаем
Определим число Рейнольдса для входного и выходного участков
Коэффициенты теплопроводности .
Определим по формуле
где находится по температуре стенки
подставим в уравнение для
Проверим результат пересчитав тепловой поток
Погрешность в вычислениях превышает допустимую:
Так как отношение принятого и рассчитанного значений теплого потока находятся в интервале то считаем полученные значения и окончательными.
Аналогично определим для выхода
Погрешность в вычислениях не превышает допустимой ().
Определим средний коэффициент теплопередачи и площадь теплопередающей поверхности
Больший температурный напор
Меньший температурный напор
Среднелогарифмический температурный напор испарительного участка:
Длина труб теплопередающей поверхности испарителя
Расчет площади теплопередающей поверхности экономайзерного участка ПГ.
Так как отношение то коэффициент теплоотдачи k рассчитывается по формуле .
Принимаем скорости теплоносителя на входе трубки
Коэффициенты теплопроводности
Для определения предварительно найдем число Нуссельта:
где С=032; n=025; ;
Коэффициент теплоотдачи
Определим площадь теплопередающей поверхности
Средний температурный напор экономайзерного участка:
Площадь теплопередающей поверхности длина труб ПГ.
Расчетная площадь теплопередающей поверхности: .
Площадь теплопередающей поверхности ПГ
КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЁТ
Конструкционные характеристики пучка труб ПГ.
Шаг между трубами в первом слое навивки принят равным
Шаг навивки первого слоя труб .
Угол навивки первого слоя
Длина одного витка .
Длина изогнутой части трубы первого слоя:
Число витков первого слоя навивки:
Высота первого слоя навивки:
Высота последнего слоя навивки:
Длина прямых участков труб:
Длина изогнутых участков труб:
Шаг между трубками в последнем слое навивки:
Диаметры входных и выходных патрубков теплоносителя и рабочего тела штуцеров продувки и контрольно-измерительных приборов.
Диаметры патрубков выбираются таким образом чтобы скорость среды не превышала допустимую скорость в трубопроводах присоединяемых к патрубкам. Для воды для пара среднего давления .
Принимаем скорость теплоносителя во входном патрубке =10мс и
в выходном патрубке =10мс. Плотность воды при и равен соответственно и тогда внутренний диаметр патрубков входа и выхода теплоносителя:
Скорость воды в патрубке: плотность воды:
Внутренний диаметр патрубка входа питательной воды:
Скорость пара плотность пара
Внутренний диаметр патрубка для выхода пара:
Для непрерывной и периодической продувки в ПГ предусмотрены штуцера диаметром 100мм под трубу 114*7. непрерывная продувка осуществляется из зоны до смешения питательной и отсепарированной воды через торовый коллектор с перфорациями; периодическая продувка – из нижней части корпуса ПГ.
Для контроля и регулирования уровня воды в ПГ установлены три пары штуцеров: одна пара для уровнемера контролирующего заполнение ПГ водой со шкалой на всю высоту корпуса; две пары штуцеров – одна для указывающего и регистрирующего уровнемеров другая – для автоматического регулирования подачи питательной воды. Расстояние между последними штуцерами около 1000мм причем нижний штуцер располагается на 150 – 200мм ниже уровня воды в ПГ.
Дренаж из корпуса осуществляется через коллектор и штуцер периодической продувки; дренаж из коллектора – через штуцер приваренный к нижнему днищу коллектора.
Для удаления воздуха из коллектора может быть использована одна из трубок наружного слоя навивки которая выводится из корпуса в нижней его части.
На верхнем днище корпуса располагается воздушник. В верхнем днище корпуса предусмотрен лаз диаметром 500мм в центральной части жалюзийного сепаратора – лаз диаметром 600мм с крышкой.
Размеры основных деталей и узлов корпуса коллектора и внутрикорпусных устройств.
Для деталей коллектора:
Расчетное давление ;
Расчетная температура ;
Номинальное допускаемое напряжение .
Для деталей корпуса и внутрикорпусных устройств:
Номинальное допускаемое напряжение для стали 22К .
Обечайка трубного пучка. Материал – сталь 10ГН2МФА.
Наружный и внутренний диаметры обечайки мм: ;
Обечайка корпуса. Материал – сталь 10ГН2МФА.
Площадь опускного участка кольцевого канала: ;
Внутренний диаметр обечайки корпуса (расчетный): ;
Расчетная толщина обечайки корпуса: ; примем ;
Наружный диаметр обечайки корпуса: ;
Высота обечайки корпуса: .
Днища корпуса. Материал – сталь 10ГН2МФА .
Расчетная толщина днищ: ;
Она и принимается в качестве толщины верхнего и нижнего днища.
Камеры теплоносителя. Материал – сталь 10ГН2МФА.
Наружный и внутренний диаметр камер мм: ;
Наружная обечайка коллектора. Материал – сталь 10ГН2МФА.
Внутренний диаметр: ;
Расчетная толщина стенки: ; принимаем
Высота обечайки (по эскизу парогенератора): .
Днища коллектора. Материал – сталь 10ГН2МФА.
Разделительная обечайка. Материал – сталь 12Х18Н10Т.
Внутренний диаметр рассчитывается из условия равенства площадей: ; отсюда ;
Толщина обечайки принимается равной ;
Наружный диаметр обечайки: ;
Перфорированная часть коллектора. Материал – сталь 10ГН2МФА.
Расчетная толщина стенки: .
Осевые сепараторы – центробежные с однократным закручиванием потока с отводом влаги в объем корпуса через отверстия в стенке. При внутреннем диаметре сепаратора 240мм его производительность Dc=2.85 кгс (определена экспериментально). Сухость пара на выходе из сепаратора
–10%. Количество сепараторов: nc=DDc=1302.85=46Сепараторы изготавливаются из стали 0Х18Н10Т. Сепараторы установлены и приварены к плите толщиной 20 мм ограничивающей сверху раздающую камеру пароводяной смеси над трубным пучком. Отверстия в плите под сепаратором располагаются с шагом 260 мм.
Жалюзийные сепараторы состоят из шести концентрических вертикальных секций. Ширина собственно жалюзей 80 мм. На входе в каждую секцию и выходе из нее установлены дырчатые листы. Влажность пара на выходе составляет 02%.
Площадь жалюзийных сепараторов:
где - предельная скорость пара на входе в сепараторы.
Секции сепаратора размещаются на специальной раме опирающейся на корпус.
Расчет водного режима.
Так как второй контур АЭС с реактором типа ВВЭР имеет БОУ со 100%-ой конденсатоочисткой то расчет водного режима ведем только при наличии примесей хлорида-иона.
Расход продувочной воды при наличии БОУ:
где - содержание примесей в воде ПГ и в воде после продувки мкгкг; - содержание примесей в конденсате после БОУ.
Необходимо увеличить продувку до 1214%.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
Гидравлический расчёт контура с естественной циркуляцией проводится с целью определения надёжности работы контура при заданных размерах и тепловых характеристиках.
Гидравлические сопротивления первого контура.
Коэффициент сопротивления выхода теплоносителя из патрубка .
Сопротивление патрубка:
Разделительная обечайка.
Скорость теплоносителя в обечайке: .
Коэффициент трения: .
Коэффициент сопротивления выхода теплоносителя из разделительной обечайки .
Сопротивление обечайки:
Гидравлическое сопротивление труб теплопередающей поверхности.
Переходное число Рейнольдса:
Скорость теплоносителя в трубах: .
Коэффициент сопротивления входа теплоносителя в трубы: .
Коэффициент сопротивления при повороте потока на 90º в трубах: .
Коэффициент сопротивления выхода теплоносителя из труб: .
Суммарный коэффициент местных сопротивлений:
Суммарный коэффициент сопротивления труб:
Гидравлическое сопротивление труб:
Кольцевой канал на выходе теплоносителя из ПГ.
Эквивалентный диаметр канала:
Скорость теплоносителя в канале:
Сопротивление канала:
Коэффициент сопротивления входа в патрубок: .
Скорость теплоносителя в патрубке: .
Сопротивление патрубка:
Гидравлическое сопротивление первого контура:
Гидравлические сопротивления второго контура.
Гидравлическое сопротивление второго контура ПГ преодолеваемое питательным насосом складывается из сопротивления системы подачи питательной воды сопротивления жалюзийных сепараторов и выхода пара из ПГ.
Гидравлическое сопротивление пучка труб движению пароводяной смеси преодолевается напором создающимся в контуре естественной циркуляции ПГ.
Сопротивление выхода питательной воды из входного патрубка в тороидальный коллектор:
Сопротивление трубок раздачи питательной воды – сопротивление входа в трубки () сопротивление выхода из трубок ():
Сопротивление жалюзийных сепараторов: .
Сопротивление выходного патрубка пара:
Сопротивление второго контура: .
РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Изоляция необходима как средство обеспечивающее нормальную температуру воздуха в рабочих помещениях или предохраняющее обслуживающий персонал от ожогов. Температура на поверхности изоляции tк принимается в закрытых рабочих помещениях равной 45 С. Расчётная температура стенки принимаем tст = ts(р2) = 2574С.
Определяем значение коэффициента теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающую среду как
αн = 84+006(45-25) = 96 ккал(чм2С).
В качестве изоляционного слоя выбираем минераловатные плиты на синтетической связке полужёсткие марки 100.
Коэффициент теплопроводности изоляционного слоя определяем по средней температуре слоя изоляции
tcр = (tст + tк)2 = (25741 + 45)2 = 15121 С;
λиз = 0038+000018tср = 0038+00001815121 = 00652 ккал(чмС).
Для цилиндрической поверхности толщину изоляции определяем по формуле:
Для цилиндрической поверхности пользуемся формулой для нахождения dИЗ
Решаем левую и правую части выражения отдельно и получаем:
Толщина изоляции тогда определяется как
СТОИМОСТЬ ПАРОГЕНЕРАТОРА
Для того чтобы рассчитать стоимость парогенератора нужно найти его массу. Чтобы посчитать массу наш парогенератор следует разбить на несколько частей.
Находим объем корпуса ;
Крышка имеет сложную форму поэтому разбиваем ее на две поверхности:
кольцо и элиптическая часть-диск.
Находим объем кольца ;
Нижняя крышка(днище):
Общий объем двух крышек: .
г) Патрубки подвода и отвода теплоносителя.
Находим объем патрубка;
д) Патрубки подвода и отвода рабочего тела.
Находим объем патрубка подвода р.т. ;
Находим объем патрубка отвода р.т. ;
е) Центральная трубка.
Находим объем трубки ;
з) Трубки поверхности теплообмена.
Находим объем трубок ;
Общий объем парогенератора ;
Масса парогенератора
- плотность нержавеющей стали.
- стоимость одной тонны нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т.
- стоимость одной тонны нержавеющей стали типа 10ГН2МФА.
В данном курсовом проекте по начальным данным был спроектирован и рассчитан ПГ ВВЭР – 1000 (проект) верт. эвольвенты. В процессе проектирования были проведены тепловой расчет конструкторский расчёт расчет сепарации гидравлический расчёт расчёт тепловой изоляции расчет водно химического режима расчет стоимости парогенератора.
Все значения полученные в расчетах удовлетворяют допускаемым. Так же определены масса ПГ. Весь ПГ рассчитан конструкторским методом. Правильность расчетов расхода отражает допустимые пределы погрешности менее 2% при определении расхода ТН двумя способами.
На основании расчетов был выполнены чертежи ПГ: ФЮРА 6934 10.001 ВО ФЮРА 6934 10.002 ВО.
Спроектированный ПГ соответствует техническому заданию и отличается от проекта который планируют применять на АЭС только теплообменными трубками.
Проведены все необходимые проверки которые подтвердили правильность расчетов и конструкторских решений. В результате всего вышесказанного можно заключить что поставленная задача в данной курсовой работе выполнена полностью все требования к данному проекту указанные в задании выполнены.
В итоге проведенной работы был спроектирован прямоточный парогенератор перегретого пара обогреваемого водой под давлением со следующими параметрами:
–суммарная тепловая мощность ПГ Q=3027 МВт
–средняя длина теплообменной трубки в трубном пучке L=116м
–размер теплообменной трубки 14х14 мм
–расстояние между трубками S=24 мм
–расход греющей среды GТ.Н.= 191313 кгс
расход рабочего тела DП.В.=160 кгс
Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных лектростанций . : М.: Энергоатомиздат 1987.-384 с.
Ривкин С.Л. Александров А.А. Теполфизические свойства воды и водного пара. – М.:Энергия 1980. - 424 с. ил.
Моделирование тепловой изоляции. Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Общая энергетика» «Вспомогательное оборудование» «ТЭС и АЭС» для студентов ТЭФ и ЭЛТИ. – Томск: Изд-во Томского политехнического.
Тепловые и атомные электрические станции: СправочникПод общ.ред. А.В. Клименко В.М. Зорин. – М.: Изд. МЭИ 2003. – 645 с.