Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Расчёт парогенератора для атомных электростанций

КонтрольнаяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

При эксплуатации в неноминальных режимах расчёт показал, что при понижении мощности до 70% температура греющего теплоносителя на входе падает до 316 °C, на выходе — до 291 °C. При работе в аварийном режиме, когда во второй контур подаётся вода на линии насыщения при атмосферном давлении, температура греющего теплоносителя на выходе составила 148,5 °С, аварийная тепловая мощность — 3622 МВт. Таким… Читать ещё >

Расчёт парогенератора для атомных электростанций (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

конструктивный энергетический реактор гидравлический

Ядерный энергетический реактор ВВЭР-1000 является самым распространённым среди реакторов типа ВВЭР. АЭС с реактором ВВЭР— двухконтурные с водным теплоносителем. В первом контуре происходит нагрев воды в реакторе под давлением 15,7 МПа с температуры 290 °C до температуры 320 °C с расходом воды 21 500 т/ч. После этого нагретая вода поступает в парогенератор, в котором отдаёт часть теплоты нагреваемому теплоносителю — питательной воде, которая превращается в насыщенный пар. При этом греющий и нагреваемый теплоносители не контактируют непосредственно между собой. Это способствует удержанию радиоактивности в первом контуре, второй контур фактически остаётся чистым.

Парогенератор предназначен для передачи энергии, произведённой в активной зоне реактора, во второй контур. В реакторных установках с ВВЭР-1000 используются парогенераторы ПГВ-1000, горизонтальные, с трубчатой поверхностью теплообмена. Теплоноситель первого контура проходит через 11 500 теплопередающих трубок внутри корпуса парогенератора, нагревая воду второго контура. Кипящая вода второго контура преобразуется в пар и через сборные паропроводы поступает к турбине. Пар вырабатывается насыщенный, с температурой 280 °C, давлением 6,4 МПа и влажностью 0,2% при температуре питательной воды 220 °C. Тепловая мощность каждого парогенератора 750 МВт, паропроизводительность — 1470 т/ч, масса без опор — 322 т, с опорами и полностью заполненного водой — 842 т.

В данном курсовом проекте мы рассчитываем горизонтальный парогенератор с параметрами, близкими к параметрам ПГВ-1000. Цель проекта — определить площадь теплообменной поверхности, рассчитать гидравлические потери и выполнить поверку на неноминальных режимах работы.

Конструктивный расчёт парогенератора

Конструктивный расчёт служит для определения площади теплообменной поверхности парогенератора. При расчёте температуры греющего теплоносителя определены как 330 °C и 300 °C на входе и выходе соответственно, нагреваемого теплоносителя — 280 °C на входе и на выходе. Температура питательной воды — 220 °C. Тепловая мощность парогенератора — 750 МВт. Расчёт будем производить в общепринятой табличной форме.

Таблица

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх

задана по ТЗ

Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых

задана по ТЗ

Температура питательной воды tпв

задана по ТЗ

Коэффициент теплопроводности металла теплообменных трубок? тр

задан по ТЗ

Давление насыщенного пара во 2-м контуре рп

задано по ТЗ

Толщина стенки теплообменной трубки? тр

задана по ТЗ

Наружный диаметр теплообменной трубки dнар

задан по ТЗ

Внутренний диаметр теплообменной трубки dвн

по конспекту:

Скорость воды в парогенераторе wв

по условию ограничения коррозии и эрозии

Тепловая мощность парогенератора Q

задана по ТЗ

Разделим теплообменную поверхность на две равные части с передачей тепловой мощности на каждой из них Q/2. Произведём расчёт первой половины парогенератора.

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх1

задана по ТЗ

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых1

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх1

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых1

задана по ТЗ

Разность температур греющего теплоносителя? tгщ

по конспекту:

Разность температур нагреваемого теплоносителя? tнг

по конспекту:

Разность температур приведённая? tп

по конспекту:

Входной параметр р

по конспекту:

Входной параметр R

по конспекту:

Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ?

по номограмме (для R=?)

Тепловая мощность половины парогенератора Q1

по конспекту:

Больший температурный перепад? tб

по конспекту:

Меньший температурный перепад? tм

по конспекту:

Среднелогарифмическая разность температур? tлог

по конспекту:

Средняя температура? tср

по конспекту:

Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср

по конспекту:

Кинематический коэффициент вязкости? гщ

по таблице

Коэффициент теплопроводности? гщ

по таблице

Число Прандтля Pr

по таблице

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Число Рейнольдса Re

по конспекту:

Число Нуссельта Nu

по конспекту:

Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене? конв

по конспекту:

С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты:

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Принимаемая плотность теплового потока q0

произвольное начальное приближение

Коэффициент теплоотдачи при кипении? кип

по конспекту:

Коэффициент теплопередачи К

по конспекту:

Расчётная плотность теплового потока q1

по конспекту:

Расчётная площадь поверхности теплообмена F1

по конспекту:

Площадь поверхности теплообмена с учётом запаса 15% F115%

по конспекту:

Таблица. Рассчитаем площадь теплообмена второй половины парогенератора.

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх2

задана по ТЗ

Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых2

задана по ТЗ

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх2

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых2

задана по ТЗ

Разность температур греющего теплоносителя? tгщ

по конспекту:

Разность температур нагреваемого теплоносителя? tнг

по конспекту:

Разность температур приведённая? tп

по конспекту:

Входной параметр р

по конспекту:

Входной параметр R

по конспекту:

Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ?

по номограмме (для R=?)

Тепловая мощность половины парогенератора Q2

по конспекту:

Больший температурный перепад? tб

по конспекту:

Меньший температурный перепад? tм

по конспекту:

Среднелогарифмическая разность температур? tлог

по конспекту:

Средняя температура? tср

по конспекту:

Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср

по конспекту:

Кинематический коэффициент вязкости? гщ

по таблице

Коэффициент теплопроводности? гщ

по таблице

Число Прандтля Pr

по таблице

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Число Рейнольдса Re

по конспекту:

Число Нуссельта Nu

по конспекту:

Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене? конв

по конспекту:

С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты:

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Принимаемая плотность теплового потока q0

произвольное начальное приближение

Коэффициент теплоотдачи при кипении? кип

по конспекту:

Коэффициент теплопередачи К

по конспекту:

Расчётная плотность теплового потока q2

по конспекту:

Расчётная площадь поверхности теплообмена F2

по конспекту:

Площадь поверхности теплообмена с учётом запаса 15% F215%

по конспекту:

Суммарная площадь парогенератора F

по конспекту:

Таким образом, суммарная площадь парогенератора равна 4035 м², что вполне приемлемо (без учёта экономайзерного участка).

Гидравлический расчёт парогенератора

Гидравлический расчёт парогенератора служит для определения гидравлических потерь в трубках. В данном расчёте используем среднюю скорость движения воды 4,5 м/с, наружный диаметр трубки 16 мм, толщину стенки трубки 1,5 мм, длину трубок 11 м, количество трубок — 11 000.

Таблица

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Скорость в трубке w

задана по ТЗ

Длина трубок l

задана по ТЗ

Внутренний диаметр теплообменной трубки dвн

по конспекту:

Шероховатость Kш

задана по конспекту для аустенитной цельнотянутой трубки

Плотность воды? в

по таблице

Кинематический коэффициент вязкости ?

по таблице

Предполагаем, что труба гладкая. Тогда получим:

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Число Рейнольдса Re

по конспекту:

Коэффициент местного сопротивления? (для гладкой трубы)

по конспекту:

Динамическая скорость w*

по конспекту:

Условие гладкости труб

по конспекту:

Потери давления в трубах? pтр

по конспекту:

Коэффициент угла поворота на 45° k45°

задан по конспекту

Коэффициент угла поворота на 90° k90°

задан по конспекту

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Коэффициент радиуса поворота N

задан по конспекту

Сопротивление в трубах при повороте на 45°

по конспекту:

Сопротивление в трубах при повороте на 90° ?90°

по конспекту:

Сопротивление расширению? вх

задано по конспекту

Сопротивление сужению? вых

задано по конспекту

Потери на местном сопротивлении? pм

по конспекту:

Потери давления нивелирные? pнив

заданы по конспекту (вследствие малости)

Потери давления на ускорение? pуск

заданы по конспекту (вследствие малости)

Полные потери напора? p

по конспекту:

Таким образом, потери напора находятся на допустимом уровне. Допустимые потери давления в первом контуре — 130 кПа, во втором контуре — 110 кПа. В нашем расчёте потери напора — лишь 87 кПа.

Поверочный расчёт парогенератора (на мощности 70% и в аварийном режиме с давлением на выходе 0,1 МПа)

Рассчитаем изменение температур греющего теплоносителя при понижении мощности до 70% от номинальной.

Таблица

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Тепловая мощность парогенератора Q70%

по конспекту:

Суммарная площадь парогенератора F

из конструктивного расчёта

Расчётная плотность теплового потока q

по конспекту:

Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср

по конспекту:

Кинематический коэффициент вязкости? гщ

по таблице

Коэффициент теплопроводности? гщ

по таблице

Число Прандтля Pr

по таблице

Число Рейнольдса Re

по конспекту:

Число Нуссельта Nu

по конспекту:

Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене? конв

по конспекту:

Коэффициент теплоотдачи при кипении? кип

по конспекту:

Коэффициент теплопередачи К

по конспекту:

Средняя температура? tср

по конспекту:

Подбирая температуры греющего теплоносителя на входе и выходе, добьёмся равенства средней температуры, полученной выше, и среднелогарифмической температуры, вычисляемой с помощью формул. При нахождении температур используется метод простой итерации:

Таблица

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Среднелогарифмическая разность температур? tлог

по конспекту:

Больший температурный перепад? tб

по конспекту:

Меньший температурный перепад? tм

по конспекту:

Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх

получена в результате подбора для соответствия найденных выше значений

Температура греющего теплоносителя на выходе tгщвых

получена в результате подбора для соответствия найденных выше значений

Таким образом, при снижении мощности парогенератора снижаются температуры греющего теплоносителя до 316 °C на входе и 291 °C на выходе.

Рассчитаем теперь температуру греющего теплоносителя на выходе из парогенератора в аварийном режиме, при котором температуры нагреваемого теплоносителя на входе и выходе будут равны 100 °C, а давление воды на выходе— 0,1 МПа.

Таблица

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура греющего теплоносителя на входе tгщвх

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на входе tнгвх

задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе tнгвых

задана по ТЗ

Расход воды в первом контуре G1

задан по ТЗ

Суммарная площадь парогенератора F

из конструктивного расчёта

Определяющая средняя температура греющего теплоносителя tгщср

примем как среднюю между tгщвх и tнгвх:

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Кинематический коэффициент вязкости? гщ

по таблице

Коэффициент теплопроводности? гщ

по таблице

Число Прандтля Pr

по таблице

Число Рейнольдса Re

по конспекту:

Число Нуссельта Nu

по конспекту:

Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене? конв

по конспекту:

Поскольку коэффициент? кип при большой мощности будет также очень большим (таким образом, при вычислении коэффициента теплопередачи он внесёт крайне небольшой вклад), то при дальнейших расчётах мы можем им пренебречь. Продолжим вычисления:

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Коэффициент теплопередачи К

по конспекту:

Температура первого приближения t1

принимаем произвольной в интервале [100;300]

Больший температурный перепад? tб

по конспекту:

Меньший температурный перепад? tм

по конспекту:

Среднелогарифмическая разность температур? tлог

по конспекту:

Плотность теплового потока при аварийном режиме qавар

по конспекту:

Тепловая мощность парогенератора Qавар

по конспекту:

Энтальпия греющего теплоносителя на входе hгщвх

по таблице согласно температуре tгщвх

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Энтальпия греющего теплоносителя на выходе h1

по таблице согласно температуре t1

Тепловая мощность парогенератора по балансу Qб

по конспекту:

С помощью метода простых итераций мы можем ещё больше приблизить мощности Qавар и Qб. В этом случае получим следующие параметры:

Таблица

Наименование размера

Источник формулы

Величина

Температура первого приближения t1

принимаем согласно проведённым итерациям

Больший температурный перепад? tб

по конспекту:

Меньший температурный перепад? tм

по конспекту:

Среднелогарифмическая разность температур? tлог

по конспекту:

Плотность теплового потока при аварийном режиме qавар

по конспекту:

Тепловая мощность парогенератора Qавар

по конспекту:

Энтальпия греющего теплоносителя на выходе h1

по таблице согласно температуре t1

Тепловая мощность парогенератора по балансу Qб

по конспекту:

Теперь тепловые мощности различаются незначительно, остановимся на полученных значениях температуры греющей воды на выходе 148,5 °С и тепловой мощности в аварийном режиме 3622 МВт. Как видно, эти рабочие параметры непригодны для нормальной работы парогенератора, поэтому рассчитанный режим является аварийным.

Заключение

Таким образом, площадь поверхности теплообмена получилась равной 4035 м². Потери давления составили 87 кПа, что вполне допустимо. Следовательно, рассчитанный парогенератор пригоден к эксплуатации.

При эксплуатации в неноминальных режимах расчёт показал, что при понижении мощности до 70% температура греющего теплоносителя на входе падает до 316 °C, на выходе — до 291 °C. При работе в аварийном режиме, когда во второй контур подаётся вода на линии насыщения при атмосферном давлении, температура греющего теплоносителя на выходе составила 148,5 °С, аварийная тепловая мощность — 3622 МВт. Таким образом, эксплуатировать данный парогенератор в неноминальных режимах не рекомендуется.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой