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