Расчёт парогенератора типа вода-вода без перегрева
В практике проектирования оборудования используется 2 вида расчётов: конструкционный и поверочный. Конструкционный — определение основных конструктивных параметров ПГ. Поверочный расчёт проводится для определения возможности использования уже найденной конструкции при других, но достаточно близких к первоначальным параметрам работы. Определяем температуру воды при смешении питательной воды… Читать ещё >
Расчёт парогенератора типа вода-вода без перегрева (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Расчёт парогенератора типа вода-вода без перегрева
Парогенераторы АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой под давлением, вырабатывают насыщенный пар. Получение сухого насыщенного пара осуществляется в жалюзийном сепараторе. В выбранной конструкционной схеме питательная вода через коллектор питательной воды и систему раздающих труб подается в барабан-сепаратор. Здесь она смешивается с котловой водой парогенератора и нагревается до температуры насыщения ts.
В практике проектирования оборудования используется 2 вида расчётов: конструкционный и поверочный. Конструкционный — определение основных конструктивных параметров ПГ. Поверочный расчёт проводится для определения возможности использования уже найденной конструкции при других, но достаточно близких к первоначальным параметрам работы.
Данная расчетно-пояснительная записка включает в себя расчет тепловой схемы парогенератора с построением Q-T диаграммы?? тепловой, гидравлический и конструкционный расчеты.
1. Исходные данные
№ | Наименование | Значение | Величина | |
Тепловая мощность | МВт | |||
Давление первого контура | МПа | |||
Давление второго контура | 4,5 | МПа | ||
Температура первого контура входная | оС | |||
Температура первого контура выходная | оС | |||
Температура питательной воды | оС | |||
КПД парогенератора | % | |||
Дополнительные условия:
Характер движения теплоносителя и рабочего тела:
— теплоноситель движется в трубном пространстве
— рабочее тело движется в межтрубном пространстве
— естественная многократная циркуляция
Специальные ограничения:
-? 0,15 атм.
2. Принципиальная тепловая схема
3. Предварительный расчёт
3.1 Тепловая мощность ПГ; расход теплоносителя и рабочего тела
Запишем уравнение теплового баланса:
Здесь: — тепловая мощность экономайзера.
— тепловая мощность испарителя.
— расход теплоносителя через парогенератор.
— энтальпия теплоносителя на входе в парогенератор.
— энтальпия теплоносителя на выходе из парогенератора.
D — паропроизводительность парогенератора.
— энтальпия воды в состоянии насыщения по второму контуру.
— энтальпия питательной воды.
— удельная теплота парообразования.
Необходимые значения энтальпий определяем из таблиц:
оС (При давлении =4.5 МПа)
=1340,5 (При давлении =13МПа и температуре =300 оС)
=1183,3 (При давлении =13МПа и температуре =270 оС)
=1122,2 (При давлении =4.5МПа и температуре 257.41 оС)
=2796,5 (При давлении =4.5МПа и температуре 257,41 оС)
=944,3 (При давлении =4.5МПа и температуре =220 оС)
==2796,5−1122,2=1674,3
Определяем расход теплоносителя по первому контуру:
1298,2
Определяем паропроизводительность парогенератора:
Тепловая мощность испарителя: ==180,8 МВт.
Тепловая мощность экономайзера: МВт
3.2 Построение Q-T диаграммы ПГ
Определим энтальпию, а соответственно и температуру на выходе из испарительного участка:
Отсюда =1198,4
Этой энтальпии соответствует температура на выходе из испарительного участка при Р=13МПа
оС
Определяем температуру воды при смешении питательной воды с водой контура естественной циркуляции: выберем такую температуру, чтобы недогрев до температуры насыщения составлял (5−10) оС. Это делается из соображений безопасной работы ПГ, так как при несоблюдении этого условия вода в опускном участке будет кипеть, а этого нельзя допустить.
оС
3.3 Выбор материала, толщины и диаметра труб теплопередающей поверхности, материала корпуса и коллектора теплоносителя
Выбираем следующие марки стали:
— для труб теплопередающей поверхности — 12Х18Н10Т
— для коллектора теплоносителя — 10ГН2МФА, плакированная со стороны, омываемой теплоносителем
— для элементов корпуса — 10ГН2МФА.
Наружный диаметр трубок ПГ:=14 мм
Толщина трубки:
Внутренний диаметр трубки:
3.4 Расчёт числа трубок теплопередающей поверхности, площади проходного сечения трубного и межтрубного пространства
Проходное сечение одной трубки:
Зададимся скоростью теплоносителя: =1,6
Суммарная площадь проходного сечения трубок:
Число трубок ТО поверхности:
Разобьём наш ПГ на 10 модулей, в каждом по 1183 трубки. Трубки на трубной доске будем располагать по сторонам правильных шестиугольников с относительным шагом .
Число труб, размещённых на главной диагонали шестиугольника:
Внутренний диаметр корпуса:
Площадь межтрубного пространства:
4. Тепловой расчёт
4.1 Тепловой расчёт испарительного участка
Исходные данные для расчёта (по Р=13 МПа, t'=300 оС, t''=273,07 оС)
№ | Наименование | Значение | Величина | |
Тепловая мощность испарителя | 180,8 | МВт | ||
Температура входа в испаритель по I контуру | оС | |||
Температура выхода из испарителя по I контуру | 273,07 | оС | ||
Температура входа в испаритель по II контуру | 257,4 | оС | ||
Температура выхода из испарителя по II контуру | 257,4 | оС | ||
Удельный объём на выходе | ||||
Удельный объём на входе | ||||
Кинематическая вязкость на входе | ||||
Кинематическая вязкость на выходе | ||||
Число Прандтля на входе | 0,877 | ; | ||
Число Прандтля на выходе | 0,825 | ; | ||
Коэффициент теплопроводности на входе | 0,555 | |||
Коэффициент теплопроводности на выходе | 0,599 | |||
Площадь поверхности теплообмена испарительного участка:
.
<2,0 трубки можно считать тонкостенными и коэффициент теплопередачи для плоской стенки запишем в виде:
Расчёт будем проводить на входе и на выходе испарительного участка.
Вход:
Определим коэффициент теплообмена по первому контуру:
.
По формуле Михеева:
Термическое сопротивление стенки трубки и окисных плёнок:
.
берём при температуре стенки
Для входного участка ==300 оС оС По таблице определяем =18,2
для нержавеющих сталей.
Отсюда
будем определять методом последовательных приближений:
1 итерация.
Для I приближения примем:
оС Отсюда
Определяем
Во втором приближении получим:
продолжаем итерации, так как точность мала.
2 итерация.
Для II приближения имеем:
В третьем приближении получим:
точность достаточна.
Итак: ,
Выход:
Определим коэффициент теплообмена по первому контуру:
.
По формуле Михеева:
Термическое сопротивление стенки трубки и окисных плёнок:
.
берём при температуре стенки
Для входного участка ==273,07 оС оС По таблице определяем =18,4
для нержавеющих сталей.
Отсюда
будем определять методом последовательных приближений:
1 итерация.
Для I приближения примем:
оС Отсюда
Определяем
Во втором приближении получим:
продолжаем итерации, так как точность мала.
2 итерация.
Для II приближения имеем:
В третьем приближении получим:
точность достаточна.
Итак: ,
Определяем средний коэффициент теплопередачи по испарительному участку:
Рассчитываем среднелогарифмический напор:
оС Найдём поверхность теплообмена испарителя:
Длина трубки испарительного участка:
4.2 Тепловой расчёт экономайзерного участка
Исходные данные для расчёта:
№ | Наименование | Значение | Величина | |
Тепловая мощность экономайзера | 19,2 | МВт | ||
Температура входа в экономайзер по I контуру | 273,07 | оС | ||
Температура выхода из экономайзера по I контуру | 270,0 | оС | ||
Температура входа в экономайзер по II контуру | 251,4 | оС | ||
Температура выхода из экономайзера по II контуру | 257,41 | оС | ||
Средний удельный объём | ||||
Средняя кинематическая вязкость | ||||
Среднее число Прандтля | 0,823 | ; | ||
Средний коэффициент теплопроводности | 0,602 | |||
Считаем, что в межтрубном пространстве экономайзера происходит поверхностное кипение недогретой до жидкости.
Коэффициент теплоотдачи берётся по средней температуре теплоносителя и среднему температурному напору.
Средняя температура теплоносителя равна:
оС Средний температурный напор равен:
оС Определим коэффициент теплообмена по первому контуру:
.
По формуле Михеева:
Определяем среднюю скорость:
Отсюда .
Определим коэффициент теплообмена по второму контуру:
.
По формуле Михеева:
Определяем среднюю скорость в экономайзере:
Отсюда .
Термическое сопротивление стенки трубки и окисных плёнок:
.
берём по температуре стенки оС По таблице определяем =18,05
для нержавеющих сталей.
Отсюда
Определяем коэффициент теплопередачи по экономайзерного участка:
Рассчитываем среднелогарифмический напор:
оС Найдём поверхность теплообмена экономайзера:
Длина трубки экономайзерного участка:
4.3 Площадь теплопередающей поверхности, длина и масса труб
Общая расчётная площадь теплообмена:
.
Поскольку в процессе эксплуатации парогенератора возможно образование отложений, течей в отдельных трубках и их заглушка, то фактическая площадь теплопередающей поверхности рассчитывается с некоторым запасом.
Значение коэффициента запаса выбирается из интервала от 1,1 до 1,25.
Примем =1,15.
Тогда .
Общая длина трубки с учётом коэффициента запаса равна:
.
Длина испарительного участка:
Длина экономайзерного участка:
Масса одного метра трубы равна: .
Плотность стали 12Х18Н10Т (по ГОСТ 5949–75) равна
Отсюда
Масса труб:
парогенератор тепловой гидравлический перегрев
5. Гидравлический расчёт
Целью данного расчета ПГ является определение гидравлических сопротивлений препятствующих движению теплоносителя и рабочего тела.
5.1 Контур циркуляции
5.2 Определение движущего напора
а) Для кратности циркуляции Кц=2:
Степень сухости равна: .
Движущий напор равен:
Здесь: — плотность воды на входе в экономайзерный участок
— средняя плотность пароводяной смеси на выходе из испарительного участка
— высота испарительного участка. = .
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на входе:
При оС
.
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на выходе:
При оС.
.
.
Определяем среднюю плотность смеси и движущий напор:
б) Для кратности циркуляции Кц=5:
Степень сухости равна: .
.
.
.
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на входе:
При оС
.
.
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на выходе:
При оС.
.
.
Определяем среднюю плотность смеси и движущий напор:
.
в) Для кратности циркуляции Кц=10:
Степень сухости равна: .
.
.
.
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на входе:
При оС
.
Определяем объёмное паросодержание и плотность смеси на выходе:
При оС.
.
.
Определяем среднюю плотность смеси и движущий напор:
.
5.3 Гидравлическое сопротивление I контура
— гидравлические потери на трение
— гидравлические потери на местные сопротивления
— коэффициент сопротивления трения, является функцией Re и относительной шероховатости.
где — коэффициент местного сопротивления
— выход из входного патрубка в коллектор
— поворот на 90 градусов
— вход в трубки из раздаточной камеры
— выход в сборную камеру
— вход в выходной патрубок из коллектора Получили гидравлическое сопротивление первого контура, видно, что оно меньше чем поставленное перед нами ограничение по сопротивлению, значит параметры посчитанные и выбранные нами верны.
5.4 Гидравлическое сопротивление II контура
а) Для кратности циркуляции Кц=2:
Сопротивление трения экономайзерного участка:
По формуле Дарси-Вейсбаха: .
Массовый расход воды на экономайзерном участке:
.
Коэффициент сопротивления трению:
.
.
Сопротивление трения испарительного участка:
Массовые расходы пара и воды на испарительном участке равны соответственно:
При оС.
Определяем скорость смеси:
.
.
Сопротивление опускного трубопровода:
Плотность воды на опускном участке:
Определим диаметр проходного сечения трубопровода.
Примем количество патрутрубков =4 шт. и =0,2 м.
.
Сопротивление участка от ПГ до БС:
Плотность смеси на участке от парогенератора до барабана сепаратора:
Примем количество патрутрубков =4 шт. и =0,2 м.
.
Местные сопротивления:
.
В модуле парогенератора предусмотрено 7 дистанционирующих решеток: 5 из них находятся в испарительном участке, а 2 — в экономайзерном участке. Коэффициент сопротивления решетки: .
Испарительный участок:
Экономайзерный участок:
Опускной участок:
При выходе из БС
При входе в ПГ
При повороте в трубах
Участок от ПГ до БС:
;;; .
Сумма всех потерь по 2-му контуру:
б) Для кратности циркуляции Кц=5:
Сопротивление трения экономайзерного участка:
По формуле Дарси-Вейсбаха: .
Массовый расход воды на экономайзерном участке:
.
Коэффициент сопротивления трению:
.
.
Сопротивление трения испарительного участка:
Массовые расходы пара и воды на испарительном участке равны соответственно:
При оС.
Определяем скорость смеси:
.
.
Сопротивление опускного трубопровода:
Плотность воды на опускном участке:
Определим диаметр проходного сечения трубопровода.
Примем количество патрутрубков =4 шт. и =0,2 м.
.
Сопротивление участка от ПГ до БС:
Плотность смеси на участке от парогенератора до барабана сепаратора:
Примем количество патрутрубков =4 шт. и =0,2 м.
.
Местные сопротивления:
.
В модуле парогенератора предусмотрено 7 дистанционирующих решеток: 5 из них находятся в испарительном участке, а 2 — в экономайзерном участке. Коэффициент сопротивления решетки: .
Испарительный участок:
Экономайзерный участок:
Опускной участок:
При выходе из БС
При входе в ПГ
При повороте в трубах
Участок от ПГ до БС:
;;; .
Сумма всех потерь по 2-му контуру:
в) Для кратности циркуляции Кц=10:
Сопротивление трения экономайзерного участка:
По формуле Дарси-Вейсбаха: .
Массовый расход воды на экономайзерном участке:
.
Коэффициент сопротивления трению:
.
.
Сопротивление трения испарительного участка:
Массовые расходы пара и воды на испарительном участке равны соответственно:
При оС.
Определяем скорость смеси:
.
.
Сопротивление опускного трубопровода:
Плотность воды на опускном участке:
Определим диаметр проходного сечения трубопровода.
Примем количество патрутрубков =4 шт. и =0,2 м.
.
Сопротивление участка от ПГ до БС:
Примем количество патрубков =4 шт., =0,2 м,
Местные сопротивления:
.
В модуле парогенератора предусмотрено 7 дистанционирующих решеток: 5 из них находятся в испарительном участке, а 2 — в экономайзерном участке. Коэффициент сопротивления решетки: .
Испарительный участок:
Экономайзерный участок:
Опускной участок:
При выходе из БС
При входе в ПГ
При повороте в трубах
Участок от ПГ до БС:
;;; .
Сумма всех потерь по 2-му контуру:
5.5 Определение истинного значения кратности циркуляции
Кц | кПа | кПа | |
27,39 | 3,247 | ||
25,38 | 11,499 | ||
22,63 | 35,253 | ||
Из графика зависимости движущего напора и гидравлического сопротивления второго контура видно (по точке пересечения), что и истинная кратность циркуляции Кц (ист.)=8.
6. Конструкционный расчёт ПГ
1. Расчётное давление:
- расчётное давление i-го контура.
Принимаем номинальное допустимое напряжение для стали 10ГН2МФА:
Принимаем номинальное допустимое напряжение для стали 12Х18Н10Т:
2. Входной и выходной патрубки теплоносителя:
Внутренний диаметр:
выберем внутренний диаметр патрубка по скорости теплоносителя
Откуда
Толщина стенки:
— коэффициент прочности
3. Толщина стенки защитного кожуха:
4. Внутренний диаметр входного патрубка циркуляционной воды и выходного патрубка пароводяной смеси:
Внутренний диаметр:
при определении гидравлического сопротивления второго контура приняли =200мм.
Толщина стенки:
5. Корпус ПГ:
Толщина:
Наружный диаметр:
6. Трубные доски:
Толщина:
Диаметр:
Диаметр трубной доски принимаем равным наружному диаметру корпуса ПГ.
7. Крышка и днище ПГ:
Толщина:
— минимально допустимая высота днища (крышки)
Рассохин Н.Г. «Парогенераторные установки АЭС» Москва «Энергоатомиздат.» 1987
Ривкин С.П., Александров А. А. «Теплогидравлические свойства воды и водяного пара «
Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям»