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:

1.Тепловий розрахунок поверхні нагріву.

2.Конструктивний розрахунок елементів парогенераторів.

3.Розрахунок на міцність елементів парогенераторів.

4.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

1.2 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 л-коеф.теплопровідності води,

d _н і д _ст — відповідно зовнішній діаметр і товщина стінки труб, м Число Рейнольдса

де wс-масова швидкість теплоносія,

м-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)

3. 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 б₂ необхідно задати k, для цього приймаємо, що б₂=30. За допомогою ітерацій ми уточнюємо величину коефіцієнта тепловіддачі з боку робочого тіла б₂та 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:

1.3 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

2.1 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 l = 72 мм 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:

м 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

3.1 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 б = 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 ц = 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 = 65 мм;

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):

=27^о

₁ =11^o

₂ = 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

отже ряд послаблюючий Перевірка, чи є два отвори для колекторівd_кпослаблюючим рядом отворів: l₁>l' ,

отже ряд не єпослаблюючим.

Визначення коефіцієнта міцності ц₁ 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_кп, 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.

3.4 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

Визначення коефіцієнта міцності ц 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:

3.5 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 ц 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

W_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

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

при, А 1

Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:

Так, як d_кп, 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:

1 — підведення теплоносія;

2 — трубки;

3 — 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:

1.Тепловий розрахунок поверхні нагрівання підтверджує задану продуктивність

2. Конструктивний розрахунок визначає характерні розміри елементів парогенератора.

3.Розрахунок на міцність дозволяє визначити основні характеристики міцності елементів парогенератора

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

У результаті розрахунків отримані наступні дані:

1.Площа поверхні теплообміну H_ПГ = 647 м²

2.Коефіціент теплопередачі:

на випарній ділянці К=8,01 кВт/ м²К на економайзерній ділянці К=3,2 кВт / м²К

3.Число трубок n=4059шт

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

5. Р_ПГ по одній петлі ПГ, Р=143 кПа

6.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.