Парогенераторна установка ПГВ-1000

Парогенераторна установка ПГВ-1000

Вступ

Парогенератор ПГВ-1000 призначений для відводу тепла від теплоносія першого контуру і генерації сухої насиченої пари реакторної установки ВВЕР -1000.

Тип парогенератора-горизонтальний однокорпусний, з зануреною поверхнею теплообміну з горизонтально розташованих U-подібних труб, з вбудованими сепараційними пристроями.

У горизонтальному ПГ забезпечується велика площа дзеркала випаровування, що полегшує сепарацію вологи з пари, природна циркуляція робочого тіла підвищує надійність установки, хоча і призводить до деякого збільшення розмірів ПГ.

Метою цього курсового проекту є:

.Тепловий розрахунок поверхні нагріву.

.Конструктивний розрахунок елементів парогенераторів.

.Розрахунок на міцність елементів парогенераторів.

.Гідродинамічний розрахунок.

1. Тепловий розрахунок парогенератора

1.1 Тепловий баланс парогенератора

Теплова потужність:

економайзерної ділянки:

,де

 -величина продувки;

- ентальпія води на лінії насичення робочого тіла (таблиця II.1 [1]);

 - ентальпія живильної води (таблиця II.2 [1]);

випарної ділянки:

,де

 - теплота пароутворення (таблиця II.1 [1]);

загальна теплова потужність парогенератора:

Витрата теплоносія:

, де

 - ентальпія теплоносія на вході в ПГ;

 -ентальпія теплоносія на виході з ПГ (таблиця II.2 [1]);  - ККД парогенератора (стор. 245 [2]).

Ентальпія робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:

, де

 - кратність циркуляції (стор. 342 [2]).

Температура робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:

.

Ентальпія теплоносія на виході з випарника:

, де

 - ентальпія теплоносія на вході в випарник.

Температура теплоносія на виході з випарника (таблиця II.2 [1]):

Рисунок 1.1 - t-Qдіаграма

.2 Теплообмін зі сторони теплоносія

Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія до стінки труби

Коефіцієнт тепловіддачі з боку теплоносія розраховується за емпіричними залежностями.Для випадку течії однофазного середовища в трубах,

де λ-коеф.теплопровідності води, _н і δ _ст - відповідно зовнішній діаметр і товщина стінки труб, м

Число Рейнольдса

де wρ-масова швидкість теплоносія,

μ-динамічна в'язкість води, Па · с

Розглянемо 3 опорні точки теплової діаграми:

1.       вхід теплоносія в випарну ділянку (вхід в ПГ)

2.       вхід теплоносія в економайзерну ділянку (вихід з випарного)

.        вихід теплоносія з економайзерної ділянки (вихід з ПГ)

Для вказаних перерізів поверхні нагріву за заданими значеннями тиску та температури теплоносія визначимо питомий об'єм, динамічну в'язкість, коефіцієнт теплопровідності та число Прандтля (таблиця II.2, ІІ.3, ІІ.4 [1]):

-    вхід теплоносія у випарну ділянку

-    вхід теплоносія в економайзерну ділянку

-    вихід теплоносія з економайзерної ділянки

Масова швидкість теплоносія через постійність прохідного перерізу залишається постійна по всій довжині труби поверхні нагріву, тому її можна розрахувати по відомим значенням параметрів у вхідному перерізі:

Число Рейнольдса в розрахункових перерізах:

-    вхід теплоносія у випарну ділянку:

-    вхід теплоносія в економайзерну ділянку:

-    вихід теплоносія з економайзерної ділянки:

, де

 - зовнішній діаметр труб поверхонь нагріву;  - товщина стінки труб поверхонь нагріву.

Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки труби:

-    вхід теплоносія в випарну ділянку:

-    вхід теплоносія в економайзерну ділянку:

-    вихід теплоносія з економайзерної ділянки:

Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від труб робочому тілу

Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки труби до робочого тіла необхідно знати коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби, який залежить від температури стінки, яка у першому наближенні для розрахункових перерізів:

Коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби поверхонь нагріву, що залежить від температури (таблиця II.5 [1]):

-    вхід теплоносія в випарну ділянку:

 (таблиця II.5 [1])

-    вихід теплоносія з випарної ділянки:

 (таблиця II.5 [1])

Термічний опір оксидних плівок приймаємо: .

Для знаходження густини теплового потоку qта коефіцієнта тепловіддачі α₂ необхідно задати k, для цього приймаємо, що α₂=30. За допомогою ітерацій ми уточнюємо величину коефіцієнта тепловіддачі з боку робочого тіла α₂та густини теплового потоку. Розрахунок вважається завершеним,коли відхилення значень питомого теплового потоку, отриманих в останніх двох ітераціях, не перевищує відхилення у 5%.

На першому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:

-    вхід теплоносія у випарну ділянкупри :

Коефіцієнт теплопередачі:

Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:

-    вихід теплоносія з випарної ділянки при :

Коефіцієнт теплопередачі:

Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:

На другому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:

-    вхід теплоносія в випарну ділянку, при :

Коефіцієнт теплопередачі:

Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:

Розбіжність значень питомого теплового потоку:

-    вихід теплоносія з випарної ділянки, при :

Коефіцієнт теплопередачі:

Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку

Розбіжність значень питомого теплового потоку:

На третьому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:

-    вхід теплоносія в випарну ділянку, при :

Коефіцієнт теплопередачі:

Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:

Розбіжність значень питомого теплового потоку:

-    вихід теплоносія з випарної ділянки, при :

Коефіцієнт теплопередачі:

Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:

Розбіжність значень питомого теплового потоку:

Як випливає з приведених в таблиці 1.1 результатів, умова  виконується вже на третьому ітераційному кроці. Отже, значення коефіцієнтів тепловіддачі від труб киплячому робочому тілу в розрахункових перерізах визначається величинами, що отриманні на цих ітераційних кроках

Таблиця 1.1 - Результати розрахунку коефіцієнта тепловіддачі

Таким чином коефіцієнти тепловіддачі від труб робочому тілу на вході і виході з випарної ділянки відповідно дорівнюють ; .

Число труб поверхні нагріву при відомому внутрішньому діаметрі труб, швидкості та параметрах теплоносія на вході в ці труби визначиться на основі рівняння нерозривності струменя:

.3 Розрахунок площі поверхні нагріву та довжини труб

Випарна ділянка

Площа нагріву випарної ділянкирозраховується як:

.

Коефіцієнт теплопередачі в розрахункових перерізах:

-    вхід теплоносія у випарну ділянку

-    вихід теплоносія з випарної ділянки

.

Усереднений коефіцієнт теплопередачі на випарній ділянці

.

Більший температурний напір

.

Менший температурний напір

.

Температурний напір на випарній ділянці

.

Розрахункова площа нагріву випарної ділянки

,

враховуючи коефіцієнт запасу

,

Довжина труб випарної ділянки

,

тут .

Економайзерна ділянка

Теплофізичні властивості робочого тіла визначаються в залежності від його тиску та температури:

-        вхід робочого тіла в економайзерну ділянку

(; ; ):

коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби (сталь Х18Н10Т) (табл. II.5 [1]):

,

коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби (сталь Х18Н10Т):

,

Більший температурний напір

.

Менший температурний напір

.

Температурний напір на економайзерній ділянці

.

Орієнтовно оцінюємо площу поверхні економайзерної ділянки

Приймаємо: ;

Орієнтовна площа нагріву економайзерної ділянки

,

враховуючи коефіцієнт запасу

;

Орієнтовна довжина труб економайзерної ділянки

.

Площа поверхні міжтрубного простору( з ескізу)

.

Масова швидкість робочого тіла

 ;

Число Рейнольдса в розрахункових перерізах:

-    вхід робочого тіла в економайзерну ділянку

.

При поперечному омиванні трубного пучка потоком однофазного робочого тіла коефіцієнт тепловіддачі від труби до робочого тіла дорівнює:

, де

- при коридорному розташуванні труб

Коефіцієнт теплопередачі:

,

Розрахункова площа нагріву економайзерної ділянки

,

враховуючи коефіцієнт запасу

.

Похибка розрахунку

;

, тому довжина труб економайзерної ділянки

.

Середня довжина труб парогенератора

2. Конструктивний розрахунок парогенератора

.1 Основні конструктивні характеристики пучка теплообмінних труб

Внутрішній діаметр камери теплоносія:

, де

- швидкість теплоносія в камері;

Крок труб по периметру колектора в поперечному ряду отворів, по внутрішній поверхні:

Кількість труб в одному поперечному ряді половини колектора, враховуючи зазори (10% периметру):

Кількість рядів труб по вертикалі:

Зовнішній діаметр камери теплоносія:

, де

 - приймаємо товщину стінки колектора.

Ширина половининапівпучка:

.

Приймаємо крок труб (стор.38[1]):

.

Висота пучка труб:

.

Орієнтовний радіус корпуса:

Зазор між корпусом та колектором:

.

Зазор між пучками приймаємо рівним:

;

Внутрішній радіус корпусу парогенератора

Розрахунок довжини пучка:

;

,

де ;

2.2 Розрахунок зануреного дірчатого листа

Для виконання розрахунку приймаємо:

середній ваговий рівень дзеркала випаровування на 75 мм вище дірчатого листа: ( мм )

крайовий кут  ;

діаметр отворів дірчатого листа  ( мм );

швидкість пари в отворах дірчатого листа на 20% вище ніж мінімально допустима. На основі оціночних розмірів і ескізного опрацювання ширина дзеркала випаровування 2,33 (м ).

Приведена швидкість пари:

Частка перетину, зайнята паром:

Дійсний рівень водяного об'єму:

 м

Середній радіус бульбашок пари, що утворюються над дірчатим листом:

 м

Швидкість пари в отворах дірчатого листа:

мінімально допустима:

фактична з урахуванням коефіцієнта запасу:

Необхідна сумарна площа дірчатого листа:

Площа дірчатого листа:

Відносна площа перерізу отворів дірчатого листа:

Коефіцієнт місцевого опору отворів дірчатого листа:

Товщина парової подушки під дірчатим листом:

розрахункова:

фактична:

Сумарна кількість отворів у дірчатому листі:

Крок отворів по їх розташуванню по вершинах квадрата:

парогенератор нагрів теплообмінний труба

2.3 Режимні та конструктивні характеристики паросепараційного пристрою горизонтального ПГ

Для виконання розрахунку приймаємо:

використовуємо похилі жалюзійні сепаратори;

приймаємо значення вологості пари на вході в сепаратор із запасом 20%;

ширину пакету жалюзі мм;

вологість пари на вході в жалюзійний сепаратор(5-10)%, яка має місце при дотриманні нерівності  , де

;

масовий паровміст на вході в сепаратор ;

кут нахилу жалюзі  ;

число рядів жалюзі ;

коефіцієнт нерівномірності швидкості по висоті жалюзі

перевищення вісі верхнього ряду труб поверхні нагріву над діаметральною площиною корпусу ПГ Dl = 72мм

Швидкість пари на вході в сепаратор:

критична:

з урахуванням коефіцієнта запасу:

Прохідний перетин сепаратора:

де ширина пакету жалюзі в одному ряді:

Висота жалюзійного сепаратора:

м

Крок розташування рядів жалюзійного сепаратора:

Відстань від горизонтальної діаметральної площини корпусу парогенератора до верхньої кришки (виходу пари) жалюзійного сепаратора:

=м

Дійсна висота парового простору:

м

При цьому

м

<

Оскільки <то установка жалюзійних сепараторів забезпечує якісну сепарацію.

2.4 Діаметри вхідних і вихідних патрубків робочого тіла

Діаметр патрубка подачі живильної води:

Згідно стандартів приймаю:

Діаметридвох відвідних труб:

Згідно стандартів приймаю:

Діаметрироздаючих трубок:

Згідно стандартів приймаю:

Діаметр колектора відводу пару:

.

Згідно стандартів приймаю:

Діаметри патрубків відводу пару:

Згідно стандартів приймаю:

3. Розрахунок на міцність

.1 Розрахунок камери теплоносія

Розрахунковий тиск

;

Номінальна допустима напруга при для сталі , густина

Коефіцієнти міцності для послаблюючих рядів отворів

Поперечного

;

Повздовжнього

;

косого напряму

,

де ; - діаметр отвору під трубу; - при коридорному розташуванні отворів.

Для розрахунку товщини стінки використовується найменший коефіцієнт:

Маса колектора

.

3.2 Розрахунок верхньої конічної частини колектора

Кут нахилу приймаємо α = 9⁰< 45⁰

Рисунок 3.1- Верхня конічна частина колектора

Розрахунковий тиск

;

Номінальна допустима напруга при для сталі , густина

Поправка на корозію с = 3 мм

Коефіцієнт міцності для конічної перехідної ділянки без послаблюючих отворів і звареної рівноміцним швом приймається φ = 1

Розрахуємо товщину стінки:

3.3 Розрахунок на міцність центральної обичайки

Рисунок 3.2 - Центральна обичайка горизонтального парогенератора

Матеріал сталь 22К

Розрахунковий тиск:

;

Номінально допустиме напруження при  для сталі 22К за табл.П.7 [1]

Приймаємо товщину стінки S_об = 65мм;

Добавка на корозію С = 3 мм;

Середній радіус обичайки:

Діаметр отвору для колектора d_к = 760 мм

Діаметр отвору для продувки d_пр = 97 мм

Відстань між осями отворів для колекторів з розрахунку конструктивних характеристик пучка:

поперечна l_поп =1430;

повздовжня l_повз =1430

Кути кромок отворів (рис.3.2):

a =27^о

a₁ =11^o

a₂ = 44^o

Характеристики отвору для колектора як еліпса, що лежить на циліндричній поверхні:

велика вісь (гіпотенуза прямокутного трикутника PHM)

, де

- мала вісь:

Середній діаметр отворів для колектора (еліпса):

Відстань між кромками отворів для колектора та продувки

Відстань між кромками отворів для колекторів:

Перевірка, чи є ряд отворів d_к та d_пр послаблюючим рядом отворів:

l<l’ ,

отже ряд послаблюючий

Перевірка, чи є два отвори для колекторівd_кпослаблюючим рядом отворів: l₁>l’ ,

отже ряд не єпослаблюючим.

Визначення коефіцієнта міцності φ₁ при послаблюючому ряду отворів d_к та d_пр :

середній діаметр послаблюючих отворів:

- поперечний крок отворів по довжині дуги :

- повздовжній крок отворів:

- параметр

Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:

Так, як d_к<d_п , то отвір необхідно укріпити штуцером з такими розмірами:

Тоді площа укріпленого перетину штуцера:

Коефіцієнт міцності:

Тоді розрахункова товщина стінки:

Прибавка до розрахункової товщини стінки: С = 0,003 м

Перевірка правильності застосування формули:

,

тому формула для розрахунку товщини стінки центральної обичайки справедлива.

.4 Розрахунок на міцність периферійної обичайки

Матеріал периферійної обичайки - сталь 22К

Розрахунковий тиск:

;

Номінально допустиме напруження при  для сталі 22К за табл.П.7 [1]

Приймаємо товщину стінки і добавку: , ;

Середній радіус обичайки:

Діаметр отворів паровідвідних труб:

Відстань між кромками отворів:

Мінімальна відстань між двома не послаблюючими отворами:

Перевірка, чи є два отвори для паровідвідних трубd послаблюючим рядом отворів:l<l’ , отже ряд не є послаблюючим.

Визначення коефіцієнта міцності φ при одиночному отворі для паровідвідної труби:

Параметр А:

Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:

Отже діаметр отвору не перевищує допустиме значення

Розрахункова товщина стінки:

.5 Розрахунок на міцність днища

Матеріал днища сталь 22К

Розрахунковий тиск:

;

Номінально допустиме напруження при  для сталі 22К за табл.П.7 [1]

Мінімально допустима висота днища

Визначення коефіцієнта міцності φ при одиночному отворі для лазу:

Параметр А:

Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:

Отже діаметр отвору лазу не перевищує допустиме значення

Умова виконується

3.6 Розрахунок на міцність колектора паропроводу

Матеріал колектора паропроводу сталь 22К

Розрахунковий тиск:

;

Номінально допустиме напруження при  для сталі 22К за табл.П.7 [1]

Визначимо необхідний діаметр колектора паропроводу:

площа перерізу колектора паропроводу:

, де

_п=50 - швидкість пари в колекторі

Приймаємо товщину стінки і добавку: , ;

Відстань між кромками отворів:

Мінімальна відстань між двома не послаблюючими отворами:

Перевірка, чи є два отвори для паровідвідних трубd послаблюючим рядом отворів:

l<l’ , отже ряд не є послаблюючим.

Визначення коефіцієнта міцності φ при послаблюючій дії одного отвору паропідвідної труби:

при А ³ 1

Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:

Так, як d_к<d_п , то отвір необхідно укріпити штуцером з такими розмірами:

Тоді площа укріпленого перетину штуцера:

Коефіцієнт міцності:

Розрахункова товщина стінки:

4. Гідродинамічний розрахунок

Визначимо коефіцієнти тертя для кожної ділянки:

- підведення теплоносія;

- трубки;

- відведення теплоносія.

шорсткість внутрішньої поверхні труб   мм;

колектора ( мм );

 м ;

Місцевий опір на першій і на третій ділянках відсутний, і на другій ділянці - вхід з роздаючої камери в труби, вихід визначаємо з номограм:

, де

Масова швидкість теплоносія на ділянках 1 і 3:

На ділянці 2:

Гідравлічні опори на даних ділянках:

питомий об’єм теплоносія в трубному пучку:

довжина камер (колекторів) підведення і відведення теплоносія:

l₁ = R_корп + 1 = 1,52 + 1 = 2,52 м ;

Гідравлічний опір парогенератора по тракту теплоносія:

Потужність ГЦН, що витрачається на подолання гідравлічного опору парогенератора:

ККД ГЦН

Висновки

В курсовому проекті були проведені наступні розрахунки:

.Тепловий розрахунок поверхні нагрівання підтверджує задану продуктивність

. Конструктивний розрахунок визначає характерні розміри елементів парогенератора.

.Розрахунок на міцність дозволяє визначити основні характеристики міцності елементів парогенератора

. Гідродинамічний розрахунок визначає необхідну потужність на прокачування теплоносія по контуру.

У результаті розрахунків отримані наступні дані:

.Площа поверхні теплообміну H_ПГ = 647 м²

.Коефіціент теплопередачі:

на випарній ділянці К=8,01 кВт/ м²К

на економайзерній ділянці К=3,2 кВт / м²К

.Число трубок n=4059шт

.Средняя довжина U-образних трубок ПГ l_ср=5,751 м

.D Р_ПГ по одній петлі ПГ, D Р=143 кПа

.Потужність ГЦН на прокачування теплоносія по одній петлі ПГ N=308 КВт

Перелік посилань

1.       Методичні вказівки до самостійної роботи по дисципліні "Парогенератори АЕС" для студентів спеціальності "Атомні електричні станції" В.П. Рожалін. К.: КПІ, 1990 - 80с

2.       Розрахунок на міцність деталей парогенераторів АЕС. Методичні вказівки до проекту по дисципліні "Парогенератори АЕС" для студентів спеціальності "Парогенераторобудування" В.К. Щербаков - Київ: КПІ, 1986. 28 с.

3.       Шевель Є. В. Методичні вказівки до курсового проекту з курсу "Теплообмінні апарати та теплоносії" для спеціальності "Теплофізика" / Шевель Є. В., Письменний Є. М. - К.:НТУУ "КПІ", 2000. - 37 с.

4.       Рассохин Н. Г. "Парогенераторные установки АЭС" / Рассохин Н. Г. - М.: Енергоатомиздат, 1987. - 384 с.