Учебная работа. Расчет парогенератора ПГВ-1000

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Расчет парогенератора ПГВ-1000

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:

.тепловой расчет поверхности нагрева.

.Конструктивный расчет элементов парогенераторов.

.Расчет на прочность элементов парогенераторов.

.Гидродинамический расчет.

1.тепловой расчет поверхности нагрева

.1 Уравнения теплового и материального баланса ПГ АЭС, тепловая диаграмма парогенератора

тепловая мощность экономайзерного участка

Qэк=(D+Dпр)·( s -пв)

s=f (p2,ts)=f (6.2 МПа , 277.71 C)=1225.1 кДж/кг

пв=f (p2,tпв)=f (6.2 МПа , 210 С)=899.2 кДж/кг

Паропроизводительность D=430 кг/с Величина продувки Dпр=0.01·D

Получаем Qэк=(430+430·0.01)· (1225.1-899.2)=141538.37кВт= 141.5 МВт

тепловая мощность испарительного участка

и = D· r=f (p2,ts)=f (6.2 МПа , 277.71 C)=1556.0 кДж/кг

Получаем Qи=430·1556.0= кВт =669.1 МВт

тепловая мощность парогенератора

пг=Qэк+Qи

Получаем Qпг=141.5+669.1=810.6 МВт

Расход теплоносителя

тн=

1= f (p1,t1)=f (17.0 МПа , 310 C)=1392.4 кДж/кг

1=f (p1,t1)=f (17.0 МПа , 280 С)=1232.4 кДж/кг

0.98 — КПД ПГ

Получаем Gтн= кг/с

Кратность циркуляции Кц=6

Энтальпия рабочего тела на входе в межтрубное пространство поверхности нагрева

Получаем = кДж/кг

температура рабочего тела на входе в межтрубное пространство поверхности нагревац=f( , p2)=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

1и= f(1и , p1)=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 λ-коэф.теплопроводности воды, кВт/м ·Кн и δст — соотв.наружный диаметр и толщина стенки труб, м

Число Рейнольдса

где wρ-массовая скорость теплоносителя, кг/м2·с

μ-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 (p1=17.0 МПа, t1и=310 C)
  • υ = 1.4120 ·10-3 м3/кг

    μ = 887.0·10-7 Па·с

    λ = 0.544·10-3 кВт/м·К=0.94

    ) вход теплоносителя в экономайзерный участок (p1=17.0 МПа, t1и=285.5 C)

    υ = 1.3297·10-3 м3/кг

    μ = 970.0·10-7 Па·с

    λ = 0.589·10-3 кВт/м·К=0.85

    ) выход теплоносителя из экономайзерного участка (p1=17.0 МПа, t1=280 C)

    υ = 1.3041·10-3 м3/кг

    μ = 986.0·10-7 Па·с

    λ = 0.597·10-3 кВт/м·К=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

    wρ =w1

    wρ==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

    Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы:

    вход теплоносителя в испарительный участок

    ==

    .95

    1=41.95 кВт/м2·К

    вход теплоносителя в экономайзерный участок

    ==

    .48

    1и=40.48 кВт/м2·К

    выход теплоносителя из экономайзерного участка

    ==

    .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 Δt-температурный напор расчетного сечения (разность между температурами теплоносителя и рабочего тела) на входе теплоносителя в испарительный участок

    Δt =310-277.71=32.29 C

    tст=t2+1/3 Δt =277.7+1/3 *32.29=288.47 C

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

    Δt =285.5-277.71=7.8 C

    tст=t2+1/3 Δt =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

    λм=19.06·10-3кВт/м·К

    на выходе теплоносителя из испарительного участка

    λм=18.61·10-3кВт/м·К

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

    s-температура насыщения при давлении рабочего тела в испарителеудельный тепловой поток , кВт/м2

    =K·Δt

    коэффициент теплопередачи, кВт/м2·К

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

    =

    Rок=1.5·10-2 м2·К/кВт-термическое сопротивление оксидной плёнки на поверхности труб

    термическое сопротивление стенки трубы

    Rст=

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

    Иттерация 1

    На первом иттерационном шаге полагают коэффициент теплоотдачи α2=

    =8.14 кВт/м2·К

    =K·Δt=8.14·32.29=262.8 кВт/м2

    α2=50.3 кВт/м2·К

    Иттерация 2

    Полагаем α2=50.3 кВт/м2·К

    K=7.01 кВт/м2·К

    q=K·Δt=7.01·32.29=226.35 кВт/м2

    α2=45.31 кВт/м2·К

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

    Dq = (q-q)/q

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

    Иттерация 3

    Принимаем α2=45.31 кВт/м2·К

    =6.9 кВт/м2·К=K·Δt=6.9·32.29=222.8 кВт/м2

    α2=44.81 кВт/м2·К

    Dq =(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 α2=

    =8.09 кВт/м2·К

    =K·Δt=8.09·7.8=63.1 кВт/м2

    α2=18.53 кВт/м2·К

    Иттерация 2

    Полагаем α2=18.53 кВт/м2·К

    =5.63 кВт/м2·К

    =K·Δt=5.63·7.8=43.92 кВт/м2

    α2=14.38 кВт/м2·К

    Иттерация 3

    Полагаем α2=14.38 кВт/м2·К

    K=5.18 кВт/м2·К

    =K·Δt=5.18·7.8=40.41 кВт/м2

    α2=13.56 кВт/м2·К

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

    Итерация 4

    Полагаем α2=13.56 кВт/м2·К

    =5.07 кВт/м2·К=K·Δt=5.07·7.8=39.55 кВт/м2

    α2=13.36 кВт/м2·К

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

    ИТОГО принимаем α2и=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

    № итерации1231234м2*К/квт01/50.31/45.3101/18.531/14.381/16.56К КВт/м2*К8.147.16.48.095.635.185.07q, кВт/м2262.8226.35222.863.143.9240.4139.55q, %10.1570.016110.440.0870.0022кВт/м2*К50.345.3144.8118.5314.3813.5613.36

    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

    кВт/м2·К

    Средний температурный напор на участке

    Dtєк=(Dtб-Dtм)/ln(Dtб /Dtм)

    (0С)

    Расчётная площадь поверхности нагрева испарительного участка

    р = (м2)

    Итого расчетная площадь поверхности нагрева ПГ с учётом Кзап=1.125 — коэффициент запаса

    пг= 1.125·6501 = 7313.6 (м2)

    Длина труб ПГ

    = Hпг/(dн-dвн))

    (м)

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

    = 161666.05/8104= 19.95 ( м )cp=HПГ / (2**dCP*n)=7313.6 / (2**0.5*(0.024+0.016)*8104)=7.182 (м)

    2. Конструкционный расчёт элементов парогенераторов

    .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·dн =1.5·16·10-3=0.024 м

    диаметр отверстий под трубы d0 = dн + 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:

    1к = ( p * d ) / S1к ;1к = (0.95*p ) / 0.024 » 80 ( шт. )

    Определяем число рядов отверстий вдоль образующей коллектора:

    2к = n / n1к2к = 8104 / 80 = 101 (шт. )

    2.2 Габариты трубного пучка

    При известном наружном диаметре коллектора, известном количестве трубок: n1к, n2к, n, рассчитываем габариты трубного пучка, с учетом известной площади теплопередающей поверхности Нпгр.

    1 = n1к * S1к ;2 = n2к* S2к ;1 = 80 * 24 = 1920 ( мм ) ;2 = 101 * 24 = 2424 ( мм ) ;

    Определяем длину lтр, а следовательно и корпуса парогенератора

    об = 2 * (x1 + x2 + x3 ),

    Где

    1 = ( dвнк / 2 ) + dкол ;3 = 1.5 * b + l1 ,

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

    dкол — толщина коллектора, которая расчитана в п. 3.1

    2 =

    гдеср. — средняя длина трубного пучка, lcp=7.182 (м)

    x1 = ( 0.95 / 2 ) + 0.1518 = 0.627 ( м )2 =1.769 ( м )3 = 1.5 * 0.2 + 1.920= 2.22 ( м )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

    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.

    .5 Диаметры входных и выходных патрубков рабочего тела, штуцеров продувки и КИП

    Диаметр патрубка подачи питательной воды

    ( м )

    Диаметры двух отводящих труб:

    ( м )

    ( 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

    .1 Расчет толщины стенки коллектора

    Коллектор изготовлен из стали 10ГН2МФА

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

    Рр=1.25×0.9×0.102 Р1= 1.95 кгс/мм2 и температуру t1=310C, которой отвечает номинальное допустимое напряжение [sн] =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

    S1k= (S1)=1.5·dн =1.5·16·10-3=0.024 м

    находим

    находим

    находим

    = S1k / S2k =2.4 / 2.4 = 1

    значит jmin = 0.325

    Толщина стенки камеры

    находим

    мм

    Масса коллектора

    =

    rм — 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 Рр=0.9*1.25*0.102*6.2=0.711 (кгс/мм2)

    Минимально допустимая высота днища hд=0.2*dвн=0.2*4.8=0.96 ( м )

    Выбираю hд=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

    .005

    Условия выполняются

    3.4 Расчет на прочность трубки теплопередающей поверхности

    = ( 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:

    .Внутренний диаметр обечайки

    =4. 8 ( м )

    .Принимая толщину стенки 164 ( м )

    .Средний радиус:

    ( мм )ср=4964 ( мм )

    . диаметр отверстий для коллектора dк=1101.8 ( мм )

    . диаметр отверстий для продувки

    При 0.67

    . Расстояние между осями отверстий для коллекторов: lпр=1900(мм)поп=1900 ( мм ).

    . Углы кромок отверстий

    sin

    = ( мм )

    = ( мм )

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

    большая ось

    ( мм )

    ( мм )

    ( мм )

    .Средний диаметр отверстия для коллектора

    ( мм )

    10.Растояние между отверстиями для коллектора и продувки

    ( мм )

    .Проверим, является ли ряд отверстий dк и dпр ослабляющим

    ( мм )

    ( мм )

    т.к. и то ряд отверстий для коллекторов и ряд dк и dср являються ослабляющими

    . Расчетное давление 6.2 Мпа, температура tp=ts=278 0C

    [] = 12.7 кгс/мм2

    .Определение коэффициента прочности

    ( мм )

    а= ( мм ) b761.55 ( мм )=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 имееми — С= 167-5=162 (мм). полученный результат удовлетворяет условию.

    Толщина стенки центральной обечайки

    ,

    .6 Расчёт на прочность переферийной обечайки

    Используя сталь 22К номинально допустимое напряжение

    f(ts=2820C)=12.7 , Р2=6.2Мпа

    Используя формулу

    ( мм )

    С=3 мм; = 110 ( мм )

    3.7 Расчёт на прочность деталей парогенератора

    Таблица 3.1

    ДетальРр, Tp, 0CМатериал, ммЦентральная oбечайка0.71128122К167Коллектор1.9531010ГН2МФА151.8Переходная часть коллектора1.9531010ГН2МФА47.13Днище0.71128122К168Трубки нагрева1.95330Х18Н10Т1.015

    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:

    1 = Rкорп + 1( м ) = 2.4+ 1 = 3.4 ( м );пк = dвнк = 0.95 ( м ) ( м );

    Определим коэффициенты трения для каждого участка:

    при этом имеем три участка:

    1-подвода теплоносителя

    2-отвода теплоносителя

    -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:

    .Тепловой расчет поверхности нагрева.

    .Конструктивный расчет элементов парогенераторов.

    .Расчет на прочность элементов парогенераторов.

    .Гидродинамический расчет.

    В результате расчетов получены следующие данные:

    .Площадь поверхности теплообмена HПГ=7313,6 м2

    .Коэфициент теплопередачи К=6.4 кВт/ м2К

    .Число трубок n=8104 шт

    .Средняя длина U-образных трубок ПГ lСР=7.182 м

    .DР ПГ по 1 контуру DР=257.757 кПа

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

    Список литературы

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

    .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.

    .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.

    .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.

    .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.

    Учебная работа. Расчет парогенератора ПГВ-1000