Расчет парогенератора ПГВ-1000
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. Коллектор изготовлен из стали 10ГН2МФА Коллектор должен быть расчитан на давление Р1'=17 МПа, что соответствует Рр=1.250.90.102 Р1'= 1.95 кгс/мм2 и температуру t1'=310C, которой… Читать ещё >
Расчет парогенератора ПГВ-1000 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
парогенератор теплоотдача коллектор
Парогенератор ПГВ-1000 предназначен для отвода тепла от теплоносителя первого контура и генерации сухого насыщенного пара РУ ВВЭР -1000.
Тип парогенераторагоризонтальный однокорпусной, с погруженной поверхностью теплообмена из горизонтально расположенных Uобразных 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:
1.Тепловой расчет поверхности нагрева.
2.Конструктивный расчет элементов парогенераторов.
3.Расчет на прочность элементов парогенераторов.
4.Гидродинамический расчет.
1.Тепловой расчет поверхности нагрева
1.1 Уравнения теплового и материального баланса ПГ АЭС, тепловая диаграмма парогенератора
Тепловая мощность экономайзерного участка
Qэк=(D+Dпр)?('sпв)
's=f (p''2, ts)=f (6.2 МПа, 277.71 C)=1225.1 кДж/кг
пв=f (p''2,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)=141 538.37кВт= 141.5 МВт Тепловая мощность испарительного участка
Qи = D? r
r=f (p''2, ts)=f (6.2 МПа, 277.71 C)=1556.0 кДж/кг Получаем Qи=430?1556.0= кВт =669.1 МВт Тепловая мощность парогенератора
Qпг=Qэк+Qи
Получаем Qпг=141.5+669.1=810.6 МВт Расход теплоносителя
Gтн=
'1= f (p'1, t'1)=f (17.0 МПа, 310 C)=1392.4 кДж/кг
''1=f (p'1,t''1)=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 нагрева
tц=f (, p''2)=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
t''1и= f (''1и, p'1)=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 л-коэф.теплопроводности воды, кВт/м ?К
dн и дст — соотв. наружный диаметр и толщина стенки труб, м Число Рейнольдса где wс-массовая скорость теплоносителя, кг/м2?с м-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 (p'1=17.0 МПа, t'1и=310 C)
х = 1.4120 ?10-3 м3/кг
м = 887.0?10-7 Па? с л = 0.544?10-3 кВт/м?К
Pr =0.94
2) вход теплоносителя в экономайзерный участок (p'1=17.0 МПа, t''1и=285.5 C)
х = 1.3297?10-3 м3/кг м = 970.0?10-7 Па? с л = 0.589?10-3 кВт/м?К
Pr =0.85
3) выход теплоносителя из экономайзерного участка (p'1=17.0 МПа, t''1=280 C)
х = 1.3041?10-3 м3/кг м = 986.0?10-7 Па? с л = 0.597?10-3 кВт/м?К
Pr =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
wс =w'1
wс==4957.5 кг/м2?с
Число Рейнольдса в расчетных сечениях:
вход теплоносителя в испарительный участок
==715 400.2
вход теплоносителя в экономайзерный участок
===654 185.6
выход теплоносителя из экономайзерного участка
===643 570
Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы:
вход теплоносителя в испарительный участок
==
41.95
'1=41.95 кВт/м2?К вход теплоносителя в экономайзерный участок
==
40.48
''1и=40.48 кВт/м2?К
выход теплоносителя из экономайзерного участка
==
39.56
''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 Дt-температурный напор расчетного сечения (разность между температурами теплоносителя и рабочего тела) на входе теплоносителя в испарительный участок Дt =310−277.71=32.29 C
tст=t2+1/3 Дt =277.7+1/3 *32.29=288.47 C
где t2— температура насыщения при известном давлении рабочего тела на выходе теплоносителя из испарительного участка Дt =285.5−277.71=7.8 C
tст=t2+1/3 Дt =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
лм=19.06?10-3кВт/м?К на выходе теплоносителя из испарительного участка лм=18.61?10-3кВт/м?К Коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего тела на испарительном участке поверхности нагрева ПГ АЭС определяется методом последовательного приближения
ts-температура насыщения при давлении рабочего тела в испарителе
q-удельный тепловой поток, кВт/м2
q=K?Дt
K-коэффициент теплопередачи, кВт/м2?К Дt-температурный напор расчетного сечения (разность между температурами теплоносителя и рабочего тела)
K=
2Rок=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 б2=
K=8.14 кВт/м2?К
q=K?Дt=8.14?32.29=262.8 кВт/м2
б2=50.3 кВт/м2?К Иттерация 2
Полагаем б2=50.3 кВт/м2?К
K=7.01 кВт/м2?К
q=K?Дt=7.01?32.29=226.35 кВт/м2
б2=45.31 кВт/м2?К
Вычисления считают законченными, если расхождения значений удельного теплового потока, полученных в 2-х последних иттерациях не превышает отклонения 5%
q = (q'-q'')/q''
q =(262.8 -226.35) / 226.35 = 0.161>0.05
Иттерация 3
Принимаем б2=45.31 кВт/м2?К
K=6.9 кВт/м2?К
q=K?Дt=6.9?32.29=222.8 кВт/м2
б2=44.81 кВт/м2?К
q =(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 б2=
K=8.09 кВт/м2?К
q=K?Дt=8.09?7.8=63.1 кВт/м2
б2=18.53 кВт/м2?К Иттерация 2
Полагаем б2=18.53 кВт/м2?К
K=5.63 кВт/м2?К
q=K?Дt=5.63?7.8=43.92 кВт/м2
б2=14.38 кВт/м2?К
q =(63.1- 43.92)/43.92 = 0.44>0.05
Иттерация 3
Полагаем б2=14.38 кВт/м2?К
K=5.18 кВт/м2?К
q=K?Дt=5.18?7.8=40.41 кВт/м2
б2=13.56 кВт/м2?К
q =(43.92−40.41)/40.41 = 0.087>0.05
Итерация 4
Полагаем б2=13.56 кВт/м2?К
K=5.07 кВт/м2?К
q=K?Дt=5.07?7.8=39.55 кВт/м2
б2=13.36 кВт/м2?К
q =(40.41−39.55)/39.55 = 0.022<0.05
ИТОГО принимаем б''2и=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
№ итерации | ||||||||
м2*К/квт | 1/50.3 | 1/45.31 | 1/18.53 | 1/14.38 | 1/16.56 | |||
К КВт/м2*К | 8.14 | 7.1 | 6.4 | 8.09 | 5.63 | 5.18 | 5.07 | |
q, кВт/м2 | 262.8 | 226.35 | 222.8 | 63.1 | 43.92 | 40.41 | 39.55 | |
q, % | 0.157 | 0.0161 | 0.44 | 0.087 | 0.0022 | |||
кВт/м2*К | 50.3 | 45.31 | 44.81 | 18.53 | 14.38 | 13.56 | 13.36 | |
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 значение коэффициента теплопередачи на испарительном участке
кВт/м2?К Средний температурный напор на участке
tєк=(tб-tм)/ln (tб /tм)
(0С) Расчётная площадь поверхности нагрева испарительного участка
Hр = (м2)
Итого расчетная площадь поверхности нагрева ПГ с учётом Кзап=1.125 — коэффициент запаса
Hпг= 1.125?6501 = 7313.6 (м2)
Длина труб ПГ
L= Hпг/(dн-dвн))
(м)
Длина одной трубы l = L / n, где n полное число труб
l = 161 666.05/8104= 19.95 (м)
lcp=HПГ / (2**dCP*n)=7313.6 / (2**0.5*(0.024+0.016)*8104)=7.182 (м)
2. Конструкционный расчёт элементов парогенераторов
2.1 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:
n1к' = (* d) / S1к ;
n1к' = (0.95*) / 0.024 80 (шт.)
Определяем число рядов отверстий вдоль образующей коллектора:
n2к' = n / n1к
n2к' = 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.
l1' = n1к' * S1к ;
l2' = n2к'* S2к ;
l1' = 80 * 24 = 1920 (мм) ;
l2' = 101 * 24 = 2424 (мм) ;
Определяем длину lтр, а следовательно и корпуса парогенератора
Lоб = 2 * (x1 + x2 + x3),
Где
x1 = (dвнк / 2) + кол ;
x3 = 1.5 * b + l1' ,
где
b — расстояние между трубными пучками, принимаемое равным 200 мм.
кол — толщина коллектора, которая расчитана в п. 3.1
x2 =
где
lср. — средняя длина трубного пучка, lcp=7.182 (м)
x1 = (0.95 / 2) + 0.1518 = 0.627 (м)
x2 =1.769 (м)
x3 = 1.5 * 0.2 + 1.920= 2.22 (м)
Lпг = 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
Для выполнения расчета принимаем:
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.
2.5 Диаметры входных и выходных патрубков рабочего тела, штуцеров продувки и КИП
Диаметр патрубка подачи питательной воды
(м)
Диаметры двух отводящих труб:
(м)
Диаметры раздающих трубок
(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
3.1 Расчет толщины стенки коллектора
Коллектор изготовлен из стали 10ГН2МФА Коллектор должен быть расчитан на давление Р1'=17 МПа, что соответствует Рр=1.250.90.102 Р1'= 1.95 кгс/мм2 и температуру t1'=310C, которой отвечает номинальное допустимое напряжение [н] =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
m = S1k / S2k =2.4 / 2.4 = 1
Значит min = 0.325
Толщина стенки камеры находим
мм Масса коллектора
M=
м — плотность стали 7900 (кг/м3).
М=7900{(101−1)0.024+0.5}*0.785{(1.2536)2-(0.95)2}=12 031.76 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
0.005
Условия выполняются
3.4 Расчет на прочность трубки теплопередающей поверхности
S= (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:
1.Внутренний диаметр обечайки
D=4. 8 (м)
2.Принимая толщину стенки 164 (м)
3.Средний радиус:
(мм)
Dср=4964 (мм)
4. Диаметр отверстий для коллектора dк=1101.8 (мм)
5. Диаметр отверстий для продувки При 0.67<о<1
(м)
6. Расстояние между осями отверстий для коллекторов: lпр=1900(мм)
lпоп=1900 (мм).
7. Углы кромок отверстий
sin
GM= (мм)
sin
LP= (мм)
sin
8. Характеристики отверстий для коллектора, как эллипса лежащего на цилиндрической поверхности радиуса:
большая ось
(мм)
(мм)
(мм)
9.Средний диаметр отверстия для коллектора
(мм)
10.Растояние между отверстиями для коллектора и продувки
(мм)
11.Проверим, является ли ряд отверстий dк и dпр ослабляющим рядом
(мм)
(мм)
т.к. и то ряд отверстий для коллекторов и ряд dк и dср являються ослабляющими
13. Расчетное давление 6.2 Мпа, температура tp=ts=278 0C
[] = 12.7 кгс/мм2
14.Определение коэффициента прочности
(мм)
а= (мм) b761.55 (мм)
m=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 имеем
Sи — С= 167−5=162 (мм). Полученный результат удовлетворяет условию.
Толщина стенки центральной обечайки
3.6 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
Деталь | Рр, | Tp, 0C | Материал | мм | |
Центральная oбечайка | 0.711 | 22К | |||
Коллектор | 1.95 | 10ГН2МФА | 151.8 | ||
Переходная часть коллектора | 1.95 | 10ГН2МФА | 47.13 | ||
Днище | 0.711 | 22К | |||
Трубки нагрева | 1.95 | Х18Н10Т | 1.015 | ||
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:
l1 = Rкорп + 1(м) = 2.4+ 1 = 3.4 (м);
dпк = dвнк = 0.95 (м) (м);
Определим коэффициенты трения для каждого участка:
при этом имеем три участка:
1- подвода теплоносителя
2- отвода теплоносителя
3- 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:
1.Тепловой расчет поверхности нагрева.
2.Конструктивный расчет элементов парогенераторов.
3.Расчет на прочность элементов парогенераторов.
4.Гидродинамический расчет.
В результате расчетов получены следующие данные:
1.Площадь поверхности теплообмена HПГ=7313,6 м2
2.Коэфициент теплопередачи К=6.4 кВт/ м2К
3.Число трубок n=8104 шт
4.Средняя длина U-образных трубок ПГ lСР=7.182 м
5.Р ПГ по 1 контуру Р=257.757 кПа
6.Мощность ГЦН на прокачку теплоносителя по одной петле ГЦК NI=2.317 MВт
Список литературы
1.Рассохин Н. Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомздат, 1987. — 384 с.
2.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.
3.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.
4.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.
5.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.