Реферат : Расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t-Q, тепловой и гидродинамический расчеты 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Технология


Расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t-Q, тепловой и гидродинамический расчеты




ВВЕДЕНИЕ

Парогенераторы АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой, вырабатывают насыщенный пар. Требование поддержания высокой частоты теплоносителя обусловливает выполнение поверхностей теплообмена таких парогенераторов из аустенитной нержавеющей стали с электрополированными поверхностями. Трубы из такой стали промышленностью выпускаются длиной до 14 метров. Использование для поверхностей теплообмена труб из нержавеющей стали целесообразно только при минимально допустимых по условиям прочности толщинах стенок ст. Для высокого давления теплоносителя ст  1.5 мм, а для среднего ст  1.2 мм. По условиям технологии изготовления трубы из нержавеющей стали выпускаются с наименьшей толщиной 1.4 мм. Применение труб с толщиной стенки, оптимальной по условиям сварки (ст  2.5 мм), противоречит требованиям создания агрегата с возможно меньшими капитальными затратами. Кроме того, необходимо считаться с недопустимостью неоправданного увеличения расхода дефицитного очень дорогостоящего материала. Такие ограничения, стоявшие перед проектировщиками и конструкторами, в какой-то мере даже способствовали созданию наиболее оптимальной конструкции ПГ для АЭС с ВВЭР: однокорпусного с погруженной поверхностью теплообмена, с естественной циркуляцией рабочего тела. В течениепоследующего двадцатилетия с переходом на более высокие единичные мощности агрегатов созданная конструкция ПГ принципиальных изменений не претерпела. Однако осуществлялись весьма серъезное усовершенствование ее узлов и рационализация протекания процессов генерации пара. Практика показывает, что даже для условий больших мощностей реактора ВВЭР-1000ПГ погруженной поверхностью теплообмена обеспечивает требуемую производительность.

Данная расчетно-пояснительная записка включает в себя расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t-Qтепловой и гидродинамический расчеты.

1. Исходные данные для шифра 149 02 представлены в таблице 1

Таблица 1

№№

Размерность

Значение

1

Расход воды первого контура через парогенератор

т/ч  103

18

2

Температура воды первого контура на входе в ПГ

C

318

3

Температура воды первого контура на выходе из ПГ

C

291

4

Давление воды первого контура

МПа

15.7

5

Давление воды первого контура

Мпа

3,0

6

Температура питательной воды

C

225

7

Величина продувки

%

1.0

8

Типоразмер труб поверхности теплообмена

мм

16х1.5

9

Материал труб поверхности теплообмена

Сталь ОХ18Н10Т

1.Расчет тепловой схемы ПГ

В выбранной конструкционной схеме питательная вода через коллектор питательной воды и систему раздающих труб подается на горячую сторону теплопередающей поверхности. Здесь она смешивается с котловой водой парогенератора и нагревается до температуры насыщения ts.

Подача питательной воды на горячую сторону парогенератора служит выравнивания паровых нагрузок по площади зеркала испарения.

Получение сухого насыщенного пара осуществляется в жалюзийном сепараторе.

1. Определяем тепловую мощность ПГ.

QПГ=G1*(i1'-i1'')*,

где: i1', i1'' - энтальпия теплоносителя во входном (при t1'=318C) и выходном (при t1''=291 C) сечениях соответственно.

Значения (при t1'=316 C) i1' и i1'' определяем из таблицы "Термодинамические и теплофизические свойства воды и водяного пара" /1/, при

P1=15,7 ;

i1'=14,31 ;

i1''=12,89;

 - КПД парогенератора, принимаем =0,99.

QПГ=18*(106/3600)(14,28-12,58)* 105*0,99=7,029 *105 кДж/с

2. Определяем паропроизводительность парогенератора (2-ой контур).

QПГ=Д*[(i2'-iПВ)+r]+ ДПР*(i2'-iПВ),

где: Д - паропроизводительность ПГ,

r - теплота парообразования,

ДПР - расход продувки.

По давлению 2-го контура при помощи таблицы "Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения" /1/ определяем:

При P =3,0 Мпа, ts =233,84 С;

i2' = 1,008 *106 Дж/кг;

r =1,794 *106 Дж/кг;

По таблице определяем энтальпию питательной воды:

При tПВ = 225 , P2 =3,0 МПа,

iПВ=9,67 *105 Дж/кг

Принимаем величину продувки ПГ: ДПР = 0,01 Д.

Д= QПГ/ ( (i2'-iПВ)*1,02+r) =

7,029 *105/ (1,008*(1,24-0,967)*103+1,794 *103)=7,029 *105/1,836*103==383 кг/с.

3. Определяем больший и меньший температурные напоры.

tб = t1' - ts' =318-234=94C,

tм = t2'' - ts' = 291-234=57 C

,

Характерные пара изменения температуры вдоль поверхности нагрева представлены на t-Q диаграмме



3. Конструктивный расчет ПГ.

Для изготовления коллекторов теплоносителя и корпуса парогенератора применяется сталь 10ГН2МФА, коллектора теплоносителя изнутри плакируются сталью ОХ18Н10Т. По заданию трубчатка ПГ выполняется из стали ОХ18Н10Т, труба 16х1,5.

Поверхность теплообмена состоит из U-образных горизонтальных змеевиков, скомпонованных в два U-образных пучка, имеющих по три вертикальных коридора для обеспечения циркуляции котловой воды. Концы змеевиков привариваются к плакировке коллекторов аргонодуговой сваркой и вальцуются взрывом на всю толщину стенки. Расположение отверстий в коллекторах для завальцовки труб шахматное.

Определим число труб теплопередающей поверхности.

Определим внутренний диаметр трубы:

dв=dн-2=16-2*1,5=13 мм.

Определим площадь сечения трубы:

Fтр =*dн2/4=3,14*132/4=1,33*10-4 м2

Зададимся скоростью теплоносителя на входе в трубчатку:

W1вх=5 м/с.

Определим расчетное число труб теплопередающей поверхности из уравнения сплошности потока:

Gвн =fвн*W1вх/1',

где fвн= fтр*n,

1'=1,694*10-3 м3/кг, тогда

n=(G*1')/( fтр* W1вх)=12736 шт.

4. Тепловой расчет.

  1. Определим средний температурный напор воль поверхности нагрева:

tб =84 C,

tм =57C,

tб /tм =1,4<1,7

Поскольку температурный напор и, следовательно, удельный тепловой поток, изменяются значительно, то коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде и коэффициент теплопередачи рассчитываются раздельно на границах участка. Коэффициент теплопередачи рассчитывается, как среднее арифметическое этих двух значений. Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы рассчитывается по средней температуре теплоносителя и принимается одинаковым для всего участка:

tср =(tб +tм)/2 = (84+57)=70,5 C.

2.Определим коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы.

2.1. Средняя температура теплоносителя на участке

t1ср =(tср +tср)/2=(318+291)/2=305C.

2.2. Физические параметры воды при t1ср =305C:

плотность 1=799 кг/м3,

коэффициент теплопроводности 1 =0,531 Вт/(м*К),

вязкость 1 =88,3 *10-6 Па*с,

число Прандтля Pr=0,98,

удельный объем -1=1,425*10-3 м3/кг.

2.3. Скорость теплоносителя

W1=(Gм * -1)/(Fтр * n)=4,19 м/с.

2.4. Число Рейнольдса

Re=( W1 * dвн)/(-1 * 1)= (4,19 *0,013)/( 1,425*10-3 * 88,3 *10-6)=4,42 *105

2.5. Определяем средний для участка коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к трубе по формуле:

1=0,021*( 1 /d)*Re0,8*Pr0,43=

=0,021*(0,53/0,013)*(4,42 *105)0,8*0,980,43=

=2,73 *104 Вт/(м2*К).

2.6. Термическое сопротивление:

R1=1/1=3.66 * 10-52*К)/ Вт.

2.7. Температура стенки:

tст=t1ср-(1/3)*( t1ср- ts)=305-(1/3)*(305-224)=281C.

2.8. Теплопроводность стали 12Х18Н10Т при tст=281C

ст =18,51 Вт/(м*К) (приложение IX учебника)

Термическое сопротивление стенки:

Rст =ст/ст=1,5*10-3 /(18,51)=8, 1* 10-52*К)/ Вт.

2.9. Термическое сопротивление окисных пленок:

2Rок =1,5* 10-52*К)/ Вт.

2.10. Сумма термических сопротивлений:

R= R1 + Rст + 2Rок= 3,66* 10-5 + 8, 1* 10-5 +1,5* 10-5 =

=13,26 * 10-52*К)/ Вт.

3. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде во входном сечении:

3.1. Проведем расчет методом последовательных приближений. Первое значение теплового потока q для расчета берем из диапазона:

q=(0,80,9)* tб /R =(0,80,9)* 84/13,26 * 10-5 =(5,67 6,38) * 10-5

Принимаем: q'=6,2

3.2. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде по формуле:

2'=(10,45/(3,3-0,0113(Ts - 373)))* (q')0,7=62000 (Вт/м2*K)

3.3. Термическое сопротивление:

R2'=1/2'=1,61 * 10-52*K /Вт)

3.4. Определяем коэффициент теплопередачи во входном сечении.

Полное термическое сопротивление во входном сечении:

Rполн'= R1'+ R2'=(13,26 +1.61)* 10-5 =14,87 * 10-5 2*K /Вт).

Коэффициент теплопередачи во входном сечении.

k1'= 1/ Rполн'=6720 (Вт/м2*K)

3.5 Удельный тепловой поток:

qn''= k1'*tб=6720*84=6320 (Вт/м2)

3.6. Определяем отношение:

q''/ q'=1,01 <1,05.

Точность расчета устраивает, поэтому принимаем окончательно:

2'=62000 (Вт/м2*K),

k1'= 6720 (Вт/м2*K).

4. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи и теплопередачи в выходном сечении:

4.1. Определяем коэффициент теплоотдачи в выходном сечении:

4.1.1 Первое значение теплового потока для расчета методом последовательных приближений q2'=4,3 * 10-5(Вт/м2)

4.1.2 Вычисляем 2''

2''=(10,45/(3,3-0,0113(Ts - 373)))* (q')0,7=0,48*10 (Вт/м2*K)

R2''=2,05 *10-5

4.1.3 Определяем коэффициент теплопередачи и полное термическое сопротивление в выходном сечении:

Rполн''= R+ R2''=(13,26 +2,08)* 10-5 = 15,34* 10-5 2*K /Вт).

k2''= 1/ Rполн''= 6510(Вт/м2*K)

4.1.4 Удельный тепловой поток в выходном сечении:

qn''= k2''*tм=436000 (Вт/м2)

4.1.5 Определяем отношение

q''/ q'=1,01 <1,05.

Точность расчета устраивает, поэтому принимаем окончательно:

2''=48000 (Вт/м2*K),

k2''= 6510 (Вт/м2*K).

4.1.6 Отношение коэффициентов теплопередачи на входе и на выходе:

kвх/ kвых=6,72/6,51 =1,03 <1,25, ПОЭТОМУ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ВСЕГО УЧАСТКА РАССЧИТЫВАЕМ, КАК СРЕДНЕАРИФМЕТИЧЕСКОЕ ЭТИХ ДВУХ ЗНАЧЕНИЙ k.

K=0,5(6,72+6,51)=6,615 КВТ/М*К

5.. Определяем площадь поверхности теплообмена, расчетную длину труб, расчетную длину среднего змеевика.

5.1 Определяем расчетную площадь поверхности теплообмена:

HP= QПГ/(k*t)=7,029 *105/(6,615 *70,5)=1,52 *103 м2

5.2 Определяем среднюю расчетную длину труб:

LP= HP/(*dн)=1,52 *103/(3.14*0,016)=30,5 *103 м

5.3 Определяем расчетную длину одной трубы среднего змеевика:

lp= LP/n=30,5 *103 /12736=3,56 м

5.4 Пересчитаем характеристики теплопередающей поверхности с учетом коэффициента запаса:

Кз=1,125

Масса 1м трубы 16х1,5 ml=0,6 кг/м

5.5 Площадь теплопередающей поверхности ПГ

Н= HP *Кз=1,52 *103 *1,125=1,71 *103 м2.

5.6 Длина труб ПГ:

LP= LP *1,125=30,5 *103 *1,125=34,6 *103 м

5.7 Средняя длина одного змеевика:

l= lp*1,125=3,56 *1,125=4,05 м

5.8 Масса трубчатки

lp=L*ml*10-3 =34,6 *0,6=20,76тн

5. Гидравлический расчет ПГ

  1. Гидравлический расчет первого контура ПГ

Исходные данные:

Удельный вес и вязкость теплоносителя на входе:

t1 = 318 C

1'=1,694*10-3 м3/кг

1'=83,7*10-6 Па/кг

Удельный вес и вязкость теплоносителя на входе:

t2 =291

2'=1,371*10-3 м3/кг

2'=92,7 *10-6 Па/кг

Удельный вес и вязкость теплоносителя при средней температуре теплоносителя ПГ (t1ср=301):

1cр=1,425 *10-3 м3/кг

=88,3*10-6 Па/кг

Абсолютная шероховатость поверхностей из стали Ох18Н10Т принята равной ш 0,05 мм.

    1. Определяем гидравлическое сопротивление входного коллектора

      1. Определяем переходное число Рейнольдса

Reпер =120*(dвк/ш)=120*1000/0,05=24*105

      1. Определяем переходное число Рейнольдса входного сечения

Reвк ==(W1вх*dвх)/( 1'*1')=(7,8 *1)/( 1,694*10-3 *83,7*10-6)=55,1 *106

Reвк > Reпер

      1. Для режимов течения с Re > Reпер коэффициент трения определяется по формуле:

=(1,74+2*lg(r в /ш)) -2= (1,74+2*lg(500/0,05)) -2=10,5*10-3

      1. Длина коллектора теплоносителя:

lк=lперф. части+l уч. присоед. к патр.=2130+760=2890 м

      1. Определяем сопротивление трения входного коллектора теплоносителя по формуле:

PT= *( lк/d)*(1/1')*( W1''2/2)=

=10,5*10-3 * (2890/1000)*(1/1,694*10-3)*(7,8 2/2)=0,545 kРа

    1. Определяем гидравлическое сопротивление выходного коллектора

      1. Переходное число Рейнольдса

Reпер =120*(dвк/ш)=120*1000/0,05=24*105

      1. Определяем переходное число Рейнольдса выходного сечения

Reвых==(W1вых*dвых)/( 1''*1'')=(6,52 *1)/( 1,349*10-3 *92,7 *10-6)=51,3 *106

Reвк > Reпер

      1. Коэффициент трения :

=(1,74+2*lg(r в /ш)) -2= (1,74+2*lg(500/0,05)) -2=10,5*10-3

      1. Длина выходного коллектора:

lк=2890 м

      1. Определяем сопротивление трения выходного коллектора :

P= *( lк/d)*(1/1'')*( W1''2/2)=

=10,5*10-3 * (2890/1000)*(1/1,349*10-3)*(6,52 2/2)=0,471 kРа

    1. Определяем гидравлическое сопротивление труб теплопередающей поверхности

      1. Переходное число Рейнольдса

Reпер =120*(dвк/ш)=120*13,2/0,05=0,317*105

      1. Скорость теплоносителя в трубах:

Wтр=G/(fтр*n*1ср)=

=(19*103)/(3,6*1,33*10-4 * 12736*0,799*10-3)=3,7 м/с.

      1. Число Рейнольдса

Reтр=(Wтр*dв)/( 1ср*1ср)=(3,7 *0,013)/( 1,425 *10-3 *88,310-6)=3,88 *105

Reтр > Reпер

      1. Коэффициент трения :

т=(1,74+2*lg(r в /ш)) -2= (1,74+2*lg(6,4/ 0,05)) -2=28,2 *10-3

      1. Коэффициент сопротивления входа теплоносителя в трубу определяем по таблице (с.114)

вх.тр=0,5

      1. Коэффициент сопротивления при повороте теплоносителя на 180 внутри труб:

пов=0,5

      1. Коэффициент сопротивления выхода теплоносителя из труб:

пов=1

      1. Суммарный коэффициент местных сопротивлений:

сум=вх.тр+пов.тр+вых.тр=2

      1. Суммарный коэффициент сопротивлений труб:

тр.сум=сум+т*r в /dв =2+28,2 *10-3*6,6 /0,0132=19,1

1.3.10 Гидравлическое сопротивление трубчатки:

Pтр = тр.сум*(1/1ср)*( W1тр2/2)=

=19, 1 * 0,799*103*3,7 2/2=104 kРа

1.4 Гидравлическое сопротивление I контура:

PI =Pi =0,545 +0,478 +104=105кПа

  1. Гидравлическое сопротивление 2-го контура ПГ.

Гидравлическое сопротивление 2-го контура ПГ P2 , преодолеваемое питательным насосом, складывается из сопротивления жалюзийных сепараторов и выхода пара из ПГ.

Гидравлическое сопротивление пучка труб движению пароводяной смеси преодолевается напором, создающимся в контуре естественной циркуляции ПГ.

    1. Сопротивление выхода питательной воды из входного патрубка в коллектор питательной воды:

Pвх = вх.п*2'*( Wпит2/2)=1,3*0,785 *103*5,4 2/2=18,9 кПа

Скорость питательной воды определим по формуле:

Wпит=(Д+0,015*Д)* 2'/(0,785*dв2)=

=(383+0,015*383)*1,216 *10-3/(0,785*0,32)=5,4 м/с

Где 2' при t2'=225 C и P2=3,0МПа

    1. Коэффициент местного сопротивления при повороте на 90 питательной воды в трубах раздачи:

т.раз=0,2

2.2.1Сопротивление, испытываемое потоком питательной воды при повороте в трубах раздачи питательной воды:

Скорость в трубе раздачи:

W2 раз '=(Д+0,015*Д)* 2'/(0,785*n*dтр2)=

=(383+0,015*383)*1,216 *10-3/(0,785*12*0,082)=7,8 м/с

Pтр.разд = т.раз*2'*( Wразд2/2)=0,2*7,8 2*1,216 *103/2=5,0 кПа

    1. Сопротивление трубок раздачи питательной воды:

Сопротивление входа: вх=0,5,

Сопротивление выхода: вых=1,2,

Pтр.разд = (вх+вых )*2'*( Wразд2/2)=1,7*6,86 2*0,741*103/2=29,64 кПа

    1. Суммарное сопротивление коллектора пит. воды:

Pк.пит = Pвх.п +2*Pт.раз +Pтр.разд=18,9+2*3,99 +42=68,8кПа

    1. Сопротивление жалюзийного сепаратора:

Pсеп =9 кПа.

    1. Сопротивление выходных патрубков пара:

Pвых.патр = вых*2''*( W2''2/2)=0,5*51,6 2*66,21 2=10,05 кПа

W2''=Д* 2''/(0,785*n*dв2)=

=383*66,2 *10-3/(0,785*10*0,252)=51.6 м/с

    1. Сопротивление коллектора пара (к.п=1,3):

Pкп = кп*2''*( Wкп''2/2)=1,3*55,7 2*66,2 /2=30,4 кПа

Wкп''=Д* 2''/(0,785*n*dв2)=

=383*66,2 *10-3/(0,785*10*0,582)=55,7 м/с

    1. Сопротивление второго контура ПГ

PII = Pк.пит +Pсеп +Pвых.патр+Pкп =68,8 +9+10,05+50,4 =118,2 кПа

3 Определяем мощность главного циркуляционного и питательного насосов NI и NII .

3.1 Мощность главного циркуляционного насоса определяем по формуле:

NI =G*PI /*1cр*ГЦН,

где =0,76 - КПД главного циркуляционного насоса.

NI=19000*105*1,404 *10-3/(3,6*0,76)=1014 кВт

3.2 Мощность питательного насоса определяем по формуле:

NII =1,005*D*PII /*2'*ПН,

, где ПН =0,82 - КПД питательного насоса.

NII=1,005*383*118*1,216 *10-3/0,82=67,3 кВт

Библиографический список

  1. Рассохин Н.Г. "Парогенераторные установки атомных электростанций" М.: Энергоатомиздат, 1987

Похожие работы:

  • Атомная энергия

    Реферат >> Физика
    ... подвергнут критике и расчетам с использованием более ... , м3 76000 Парогенератор ПГВ-1000 - однокорпусный теплообменный ... -1000, построенных по российским проектам, эксплуатирует парогенераторы ... га. Технологическая схема АЭС Тепловая схема каждого энергоблока ...