Расчёт парогенератора типа вода-вода

ПГ.dwg

Верхняя трубная доска
Модуль парогенератора типа Вода-Вода
Гидродинамический кожух
Трубки парогенератора
Дистанционирующие пластины
Дистанционирующие решетки
Нижняя крышка парогенератора
Верхняя крышка парогенератора
Патрубок входа теплоносителя
Нижняя трубная доска
Патрубок выхода теплоносителя
Патрубок входа рабочего тела
Патрубок выхода рабочего тела
Решетка трубного пучка
Подвод питательной воды

Бирюков.doc

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту по курсу:
“Парогенераторы и теплообменники АЭС”
Расчёт парогенератора типа вода-вода без перегрева
Парогенераторы АЭС с реакторами охлаждаемыми водой под давлением вырабатывают насыщенный пар. Получение сухого насыщенного пара осуществляется в жалюзийном сепараторе. В выбранной конструкционной схеме питательная вода через коллектор питательной воды и систему раздающих труб подается в барабан-сепаратор. Здесь она смешивается с котловой водой парогенератора и нагревается до температуры насыщения ts.
В практике проектирования оборудования используется 2 вида расчётов: конструкционный и поверочный. Конструкционный – определение основных конструктивных параметров ПГ. Поверочный расчёт проводится для определения возможности использования уже найденной конструкции при других но достаточно близких к первоначальным параметрам работы.
Данная расчетно-пояснительная записка включает в себя расчет тепловой схемы парогенератора с построением Q-T диаграммытепловой гидравлический и конструкционный расчеты.
Давление первого контура
Давление второго контура
Температура первого контура входная
Температура первого контура выходная
Температура питательной воды
Дополнительные условия:
Характер движения теплоносителя и рабочего тела:
–теплоноситель движется в трубном пространстве
–рабочее тело движется в межтрубном пространстве
–естественная многократная циркуляция
Специальные ограничения:
Принципиальная тепловая схема.
Предварительный расчёт.
1 Тепловая мощность ПГ; расход теплоносителя и рабочего тела.
Запишем уравнение теплового баланса:
Здесь: – тепловая мощность экономайзера.
– тепловая мощность испарителя.
– расход теплоносителя через парогенератор.
– энтальпия теплоносителя на входе в парогенератор.
– энтальпия теплоносителя на выходе из парогенератора.
D – паропроизводительность парогенератора.
– энтальпия воды в состоянии насыщения по второму контуру.
– энтальпия питательной воды.
– удельная теплота парообразования.
Необходимые значения энтальпий определяем из таблиц:
оС (При давлении =4.5 МПа)
=13405 (При давлении =13МПа и температуре =300 оС)
=11833 (При давлении =13МПа и температуре =270 оС)
=11222 (При давлении =4.5МПа и температуре 257.41 оС)
=27965 (При давлении =4.5МПа и температуре 25741 оС)
=9443 (При давлении =4.5МПа и температуре =220 оС)
Определяем расход теплоносителя по первому контуру:
Определяем паропроизводительность парогенератора:
Тепловая мощность испарителя: ==1808 МВт.
Тепловая мощность экономайзера: МВт
2 Построение Q–T диаграммы ПГ.
Определим энтальпию а соответственно и температуру на выходе из испарительного участка:
Этой энтальпии соответствует температура на выходе из испарительного участка при Р=13МПа
Определяем температуру воды при смешении питательной воды с водой контура естественной циркуляции: выберем такую температуру чтобы недогрев до температуры насыщения составлял (5-10) оС. Это делается из соображений безопасной работы ПГ так как при несоблюдении этого условия вода в опускном участке будет кипеть а этого нельзя допустить.
3 Выбор материала толщины и диаметра труб теплопередающей
поверхности материала корпуса и коллектора теплоносителя.
Выбираем следующие марки стали:
– для труб теплопередающей поверхности – 12Х18Н10Т
– для коллектора теплоносителя – 10ГН2МФА плакированная со стороны омываемой
– для элементов корпуса – 10ГН2МФА.
Наружный диаметр трубок ПГ:=14 мм
Внутренний диаметр трубки:
4 Расчёт числа трубок теплопередающей поверхности площади проходного сечения трубного и межтрубного пространства.
Проходное сечение одной трубки:
Зададимся скоростью теплоносителя: =16
Суммарная площадь проходного сечения трубок:
Число трубок ТО поверхности:
Разобьём наш ПГ на 10 модулей в каждом по 1183 трубки. Трубки на трубной доске будем располагать по сторонам правильных шестиугольников с относительным шагом .
Число труб размещённых на главной диагонали шестиугольника:
Внутренний диаметр корпуса:
Площадь межтрубного пространства:
1 Тепловой расчёт испарительного участка.
Исходные данные для расчёта (по Р=13 МПа t’=300 оС t’’=27307 оС )
Тепловая мощность испарителя
Температура входа в испаритель по I контуру
Температура выхода из испарителя по I контуру
Температура входа в испаритель по II контуру
Температура выхода из испарителя по II контуру
Удельный объём на выходе
Удельный объём на входе
Кинематическая вязкость на входе
Кинематическая вязкость на выходе
Число Прандтля на входе
Число Прандтля на выходе
Коэффициент теплопроводности на входе
Коэффициент теплопроводности на выходе
Площадь поверхности теплообмена испарительного участка: .
трубки можно считать тонкостенными и коэффициент теплопередачи для плоской стенки запишем в виде:
Расчёт будем проводить на входе и на выходе испарительного участка.
Определим коэффициент теплообмена по первому контуру:
По формуле Михеева:
Термическое сопротивление стенки трубки и окисных плёнок: .
берём при температуре стенки
Для входного участка ==300 оС оС
По таблице определяем =182
для нержавеющих сталей.
будем определять методом последовательных приближений:
Для I приближения примем:
Во втором приближении получим:
продолжаем итерации так как точность мала.
Для II приближения имеем:
В третьем приближении получим:
точность достаточна.
Для входного участка ==27307 оС оС
По таблице определяем =184
Определяем средний коэффициент теплопередачи по испарительному участку:
Рассчитываем среднелогарифмический напор:
Найдём поверхность теплообмена испарителя:
Длина трубки испарительного участка:
2 Тепловой расчёт экономайзерного участка.
Исходные данные для расчёта:
Тепловая мощность экономайзера
Температура входа в экономайзер по I контуру
Температура выхода из экономайзера по I контуру
Температура входа в экономайзер по II контуру
Температура выхода из экономайзера по II контуру
Средний удельный объём
Средняя кинематическая вязкость
Среднее число Прандтля
Средний коэффициент теплопроводности
Считаем что в межтрубном пространстве экономайзера происходит поверхностное кипение недогретой до жидкости.
Коэффициент теплоотдачи берётся по средней температуре теплоносителя и среднему температурному напору.
Средняя температура теплоносителя равна: оС
Средний температурный напор равен: оС
Определяем среднюю скорость:
Определим коэффициент теплообмена по второму контуру:
Определяем среднюю скорость в экономайзере:
берём по температуре стенки оС
По таблице определяем =1805
Определяем коэффициент теплопередачи по экономайзерного участка:
Найдём поверхность теплообмена экономайзера:
Длина трубки экономайзерного участка:
3 Площадь теплопередающей поверхности длина и масса труб.
Общая расчётная площадь теплообмена: .
Поскольку в процессе эксплуатации парогенератора возможно образование отложений течей в отдельных трубках и их заглушка то фактическая площадь теплопередающей поверхности рассчитывается с некоторым запасом.
Значение коэффициента запаса выбирается из интервала от 11 до 125.
Общая длина трубки с учётом коэффициента запаса равна:
Длина испарительного участка:
Длина экономайзерного участка:
Масса одного метра трубы равна: .
Плотность стали 12Х18Н10Т (по ГОСТ 5949–75) равна
Гидравлический расчёт.
Целью данного расчета ПГ является определение гидравлических сопротивлений препятствующих движению теплоносителя и рабочего тела.
1 Контур циркуляции.
2 Определение движущего напора.
а) Для кратности циркуляции Кц=2:
Степень сухости равна: .
Движущий напор равен:
Здесь: – плотность воды на входе в экономайзерный участок
– средняя плотность пароводяной смеси на выходе из испарительного участка
– высота испарительного участка. = .
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на входе:
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на выходе:
Определяем среднюю плотность смеси и движущий напор:
б) Для кратности циркуляции Кц=5:
в) Для кратности циркуляции Кц=10:
3 Гидравлическое сопротивление I контура.
- гидравлические потери на трение
- гидравлические потери на местные сопротивления
- коэффициент сопротивления трения является функцией Re и относительной шероховатости.
где - коэффициент местного сопротивления
- выход из входного патрубка в коллектор
- поворот на 90 градусов
- вход в трубки из раздаточной камеры
- выход в сборную камеру
-вход в выходной патрубок из коллектора
Получили гидравлическое сопротивление первого контура видно что оно меньше чем поставленное перед нами ограничение по сопротивлению значит параметры посчитанные и выбранные нами верны.
4 Гидравлическое сопротивление II контура.
Сопротивление трения экономайзерного участка:
По формуле Дарси-Вейсбаха: .
Массовый расход воды на экономайзерном участке:
Коэффициент сопротивления трению:
Сопротивление трения испарительного участка:
Массовые расходы пара и воды на испарительном участке равны соответственно:
Определяем скорость смеси:
Сопротивление опускного трубопровода:
Плотность воды на опускном участке:
Определим диаметр проходного сечения трубопровода.
Примем количество патрутрубков =4 и =02 м.
Сопротивление участка от ПГ до БС:
Плотность смеси на участке от парогенератора до барабана сепаратора:
Местные сопротивления:
В модуле парогенератора предусмотрено 7 дистанционирующих решеток: 5 из них находятся в испарительном участке а 2 – в экономайзерном участке. Коэффициент
сопротивления решетки: .
Испарительный участок:
Экономайзерный участок:
При повороте в трубах
Участок от ПГ до БС:
Сумма всех потерь по 2-му контуру:
Примем количество патрубков =4 =02 м
5 Определение истинного значения кратности циркуляции.
Из графика зависимости движущего напора и гидравлического сопротивления второго контура видно (по точке пересечения) что и истинная кратность циркуляции Кц (ист.)=8.
Конструкционный расчёт ПГ.
- расчётное давление i-го контура.
Принимаем номинальное допустимое напряжение для стали 10ГН2МФА:
Принимаем номинальное допустимое напряжение для стали 12Х18Н10Т:
Входной и выходной патрубки теплоносителя:
выберем внутренний диаметр патрубка по скорости теплоносителя
- коэффициент прочности
Толщина стенки защитного кожуха:
Внутренний диаметр входного патрубка циркуляционной воды и выходного патрубка пароводяной смеси:
при определении гидравлического сопротивления второго контура приняли =200мм.
Диаметр трубной доски принимаем равным наружному диаметру корпуса ПГ.
-минимально допустимая высота днища (крышки)
Рассохин Н.Г. «Парогенераторные установки АЭС»
Москва «Энергоатомиздат.» 1987.
Ривкин С.П. Александров А.А.
« Теплогидравлические свойства воды и водяного пара ».
Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям».