Тепловий і матеріальний баланс парогенератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Тепловий розрахунок площі теплопередаючої поверхні вертикального парогенератора

1.1 Рівняння теплового і матеріального балансу ПГ АЕС

Теплова потужність економайзерної ділянки розоаховується за формулою:

Q_ек=(D+D_пр)?( _s -_пв ), (1.1)

Ентальпія живильної води [1]:

_пв=f (Р₂=4,1 МПа , t_пв=225 ^oC )=967,2 кДж/кг,

Ентальпія води на лінії насичення [1]:

_s=f (Р₂=4.1 МПа, _s=251.83⁰C,)=1094,6 кДж/кг.

Паровиробництво D=130кг/с,

Величина продувки

D_пр=0,01?D=0,01?130=1,3 кг/с,

З (1.1) отримуємо Q_ек=16727,62 кВт,

Теплова потужність випарної ділянки:

Q_в = D? r, (1.2)

Скрита теплота пароутворення [1]:

r = f (Р₂=4,1 МПа)=1705,8 кДж/кг,

З (1.2) отримаємо Q_в=221754 кВт,

Теплова потужність парогенератора:

Q_пг=Q_ек+Q_в , (1.3)

З (1.3) отримаємо

Q_пг=16727,62+221754 =238481,62 кВт,

Витрата теплоносія:

G_тн= , (1.4)

Ентальпія теплоносія на вході в парогенератор [1]:

₁= f (Р₁, t₁)=f (14,5 МПа , 329 ^oC)=1513,3 кДж/кг,

Ентальпія теплоносія на виході з парогенератора [1]:

=f (Р_1, t₁)=f (14,5 МПа , 297 ^oC)=1322,1 кДж/кг,

0,98 - ККД ПГ,

З (1.4) отримаємо G_тн=1272,74 кг/с,

Кратність циркуляції К_ц=5,

Ентальпія робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:

, (1.5)

З (1.5) отримаємо =1069,12 кДж/кг.

Температура робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву [1]:

t_ц=f( , Р₂)=f(1069,12 кДж/кг, 4,1 МПа)=246,58 ^oC,

Ентальпія теплоносія на виході з випарної ділянки:

=₁-, (1.6)

З (1.6) отримаємо =1335,511 кДж/кг,

Температура теплоносія на виході з випарної ділянки [1]:

t= f(, Р)=f(1335,511 кДж/кг, 14,5 МПа)=299,46 ^oC,

На рисунку 1.1 приведена TQ діаграма вертикального парогенератора.



Рисунок 1.1 - TQ діаграма вертикального парогенератора.

1.2 Теплообмін з боку теплоносія. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія до стінки труби

Коефіцієнт тепловіддачі з боку теплоносія розраховується за емпіричними залежностями для випадку перебігу однофазного середовища в трубах,кВт/м²? К:

, (1.7)

де л- коеф.теплопровідності води, кВт/м ?К, d_н і д_ст - відповідно зовнішній діаметр і товщина стінки труб поверхні нагріву, м.

Число Рейнольдса:

, (1.8)

де wс- масова швидкість теплоносія, кг/м²?с,

м- динамічна в'язкість води, Па?с.

Розглянемо 3 опорних точки теплової діаграми:

вхід теплоносія у випарну ділянку (вхід в ПГ),

вхід теплоносія в економайзерну ділянку (вихід з випарного),

вихід теплоносія з економайзерної ділянки (вихід з ПГ).

Для вказаних перетинів по заданому тиску і температурі визначають теплофізичні параметри:

вхід теплоносія у випарну ділянку (Р₁=14,5 МПа, t_1в=329 ^oC) [1]:

х = 1,5364 ?10^-3 м³/кг,

м = 7,6032?10^-5 Па?с,

л = 0,49347?10^-3 кВт/м?К,

Pr =1,0504,

вхід теплоносія в економайзерну ділянку (Р₁=14,5 МПа, t=299,46 ^oC) [1]:

х = 1,378?10^-3 м³/кг,

м = 8,8367?10^-5 Па?с,

л = 0,55871?10^-3 кВт/м?К,

Pr =0,86679,

вихід теплоносія з економайзерної ділянки (Р₁=14,5 МПа, t₁=297 ^oC) [1]:

х = 1,3684?10^-3 м³/кг,

м = 8,9337?10^-5 Па?с,

л = 0,56319?10^-3 кВт/м?К,

Pr =0,85978.

Оскільки масова швидкість теплоносія через постійність прохідного перетину залишається постійною по всій довжині труби поверхні нагріву, то її можна розрахувати за відомими параметрами у вхідному перетині:

wс =w₁, (1.9)

wс==3970,32 кг/м²?с,

Число Рейнольдса у розрахункових перетинах розраховується за формулою (1.8):

вхід теплоносія у випарну ділянку:

==584853,5,

вхід теплоносія в економайзерну ділянку:

===503214,8,

вихід теплоносія з економайзерної ділянки:

===497751,

Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки труби:

вхід теплоносія у випарну ділянку:

=

=

=38,82 кВт/м²?К,

вхід теплоносія в економайзерну ділянку:

=

=

=35,88 кВт/м²?К,

вихід теплоносія з економайзерної ділянки:

=

=

=35,73 кВт/м²?К.

1.3 Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від стінки труб до робочого тіла на випарній ділянці

Коефіцієнт тепловіддачі з боку робочого тіла на випарній ділянці поверхні нагріву ПГ АЕС визначається за формулою:

, (1.10)

t_s- температура насичення при тиску робочого тіла у випарнику,

q- питомий тепловий потік, кВт,

q=K?Дt , (1.11)

K- коефіцієнт теплопередачі, кВт/м²?К,

Дt - температурний натиск розрахункового перетину (різниця між температурами теплоносія і робочого тіла).

Коефіцієнт теплопередачі:

, 1.12)

2R_ок = 1,5?10^-2 м²?К/кВт - термічний опір оксидної плівки на поверхні труб.

Термічний опір стінки труб:

R_ст=, (1.13)

Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки труби до робочого тіла необхідно знати коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби, залежний від температури стінки, яка в першому наближенні для розрахункових перетинів визначається через Дt - температурний напір розрахункового перетину (різниця між температурами теплоносія і робочого тіла):

на вході теплоносія у випарну ділянку:

Дt =329-251,83=77,17 ^oC,

t_ст=t_2s+1/3 Дt =251,83+1/3? 77,17 =277,55 ^oC,

де t_2s - температура насичення при відомому тиску робочого тіла,

на виході теплоносія з випарної ділянки:

Дt =299,46-251,83=47,63 ^oC,

t_ст=t_2s+1/3 Дt =251,83+1/3? 47,63 =267,7 ^oC,

В якості матеріалу труб поверхні нагріву ПГ АЕС зазвичай використовується аустенітна сталь 08Х18Н10Т . Тоді коефіцієнт теплопровідності матеріалу труб:

на вході теплоносія у випарну ділянку(таблиця П5):

л_м=18,5?10^-3кВт/м?К,

при t_ст=277,55 ^oC,

на виході теплоносія з випарної ділянки :

л_м=18,38?10^-3кВт/м?К,

при t_ст=267,7 ^oC,

Вхід теплоносія в випарну ділянку (вихід робочого тіла у випарної ділянки):

Ітерація 1:

В першому наближенні приймаємо = ?:

кВт/м²?К,

q=K?Дt= 8,58?77,17=662,11 кВт/м²,

кВт/м²?К,

Перераховуємо, приймаючи отриманого з першого наближення:

кВт/м²?К,

q=K?Дt= ?77,17=596,52 кВт/м² ,

кВт/м²?К,

,

- умова не виконана.

Ітерація 2:

Перераховуємо, приймаючи отриманого з другого наближення:

кВт/м²?К,

q=K?Дt= ?77,17=592,66 кВт/м²,

кВт/м²?К,

Обчислення вважають закінченими, якщо розбіжності значень питомого теплового потоку, отриманих 2-х останніх іттераціях не перевищує відхилення 5%.

q = (q-q)/q, (1.14)

,

- умова виконана.

Вихід теплоносія з випарної ділянки (вхід робочого тіла в випарну ділянку):

Ітерація 1:

В першому наближенні приймаємо = ?:

кВт/м²?К,

q=K?Дt=?47,63=400,092 кВт/м²,

кВт/м²?К,

Ітерація 2:

Перераховуємо, приймаючи отриманого з першого наближення:

кВт/м²?К,

q=K?Дt=?47,63=346,74 кВт/м²,

кВт/м²?К,

,

- умова не виконана.

Ітерація 3:

Перераховуємо, приймаючи отриманого з другого наближення:

кВт/м²?К,

q=K?Дt=?47,63=341,98 кВт/м²,

кВт/м²?К,

,

 - умова виконана.

Таблиця 1.1 - результати ітераційного розрахунку коефіцієнта тепловіддачі

	На вході робочого тіла в випарну ділянку	На виході робочого тіла з випарної ділянки
Ітерація	1	2	3	1	2	3
, м2	0			0
К, кВт/ м2 К	8,58	7,73	7,68	8,40	7,28	7,18
q, кВт/ м2	662,11	596,52	592,66	400,092	346,74	341,98
2	78,32	72,81	72,48	55,05	49,80	49,32
	-	0,109	0,0062	-	0,153	0,013

1.4 Розрахунок площі теплопередаючої поверхні ПГ

Площа поверхні нагріву парогенератора H_пг визначається як сума площ поверхонь нагріву економайзерної і випарної ділянок. При цьому фактична площа поверхні нагріву береться з деяким запасом по відношенню до розрахункової:

H_пг= H_пг^р ?К_зап , (1.15)

де H_пг - розрахункова площа поверхні нагріву ПГ, м²,

К_зап=1,125 - коефіцієнт запасу.

Розрахункова площа поверхні нагріву парогенератора:

H_пг^р= H_ек+ H_вип^р , (1.16)

Спочатку розрахуємо випарну ділянку.

Розрахункова площа поверхні нагріву випарної ділянки:

H_вип^р =, (1.17)

Розрахуємо середній температурний напір на ділянці:

, (1.18)

де t_б і t_м - відповідно більший і менший температурні напори (різниці температур теплоносія і робочого тіла на межах ділянки).

Температура стінки труби: на вході теплоносія у випарну ділянку:

Дt =329-251,83=77,17 ^oC,

t_ст=t_2s+1/3 Дt =251,83+1/3? 77,17 =277,55 ^oC,

де t_2s- температура насичення при відомому тиску робочого тіла

а виході теплоносія з випарної ділянки.

Дt =299,46-251,83=47,63 ^oC,

t_ст=t_2s+1/3 Дt =251,83+1/3? 47,63 =267,70 ^oC,

Температурний напір на випарній ділянці:

^oC,

Тоді коефіцієнт теплопровідності матеріалу труб [1]:

на вході теплоносія у випарну ділянку:

л_м=18,5?10^-3кВт/м?К,

на виході теплоносія з випарної ділянки:

л_м=18,38?10^-3кВт/м?К,

Коефіцієнт теплопередачі на ділянці розраховують як середньоарифметичну величину між входом і виходом:

К = 0,5?(К_вх+К_вих), (1.19)

Коефіцієнти теплопередачі для випарної ділянки були розраховані, і ми беремо

К_вх=7,68 кВт/м²?К, К_вих= 7,18 кВт/м²?К.

Середній коефіцієнт теплопередачі:

кВт/м²?К,

Тоді розрахункова площа поверхні нагріву випарної ділянки:

H_вип^р = м²,

Тепер розглянемо економайзерну ділянку, використовуючи формулу (1.17).

Температура стінки труби:

на виході теплоносія з випарної ділянки (на вході в економайзерну):

Дt =297-246,58=50,42 ^oC,

t_ст= t_ц +1/3 Дt =246,58+1/3? 50,42=263,38 ^oC,

на виході теплоносія з економайзерногої ділянки:

Дt =299,46-251,83=47,63 ^oC,

t_ст= t_2s +1/3 Дt =251,83+1/3? 47,63=262,45 ^oC,

Середній температурний напор на ділянці за формулою (1.18)

,

Тоді коефіцієнт теплопровідності матеріалу труб [1]:

на виході теплоносія з випарної ділянки (на вході в економайзерну):

л_м= 18,32 ?10^-3кВт/м?К,

при t_s=263,38 ^oC,

на виході теплоносія з економайзерної ділянки:

л_м= 18,31 ?10^-3кВт/м?К,

при t_s=262,45 ^oC,

Коефіцієнти теплопередачі за формулою (1,12).

2R_ок=1.5?10^-2м²?К/кВт - термічний опір оксидної плівки на поверхні труб.

На вході робочого тіла в економайзер:

кВт/м²?К,

На виході робочого тіла з економайзера:

кВт/м²?К,

Середнє значення коефіцієнта теплопередачі на економайзерній ділянці:

кВт/м²?К,

Теплофізичні властивості робочого тіла на вході і виході з економайзерної ділянки визначаються залежно від температури і тиску робочого тіла [1].

На вході робочого тіла в економайзерну ділянку:

Р₂ =4,1 МПа, t_ц =246,58 ^oC: = 0,62219?10^-3 кВт/м К,

= 1,0779?10^-4 Па?с,

Pr = 0,83595.

На виході робочого тіла з економайзерної ділянки:

Р₂ =4,1МПа , t_s=251,83 ^oC: = 0,61569?10^-3 кВт/м К,

= 1,0529?10^-4 Па? с,

Pr = 0,835.

Pr по температурі стінки:

На вході робочого тіла в економайзер [1]:

t_ст =26338 ^oC, Pr=1,262,

На виході робочого тіла з економайзера [1]:

t_ст =262,45 ^oC, Pr=1,2685.

При поперечному омиванні трубного пучка потоком однофазного робочого тіла (економайзерна ділянка) коефіцієнт тепловіддачі від труби:

, (1.20)

У нашому випадку для коридорного пучка С = 0,26 , n = 0,65

_i = 1 - враховує відмінність тепловіддачі в перших рядах пучка від середньої інтенсивності пучка,

_s - враховує вплив на коефіцієнт тепловіддачі кроків труб в пучку.

У нашому випадку для коридорного пучка

_s=

- поправка, що враховує кут атаки потоку робочого тіла труб поверхні нагріву:

= 90 - _ср , (1.21)

_ср - середній кут навивки змійовика.

Число Рейнольдса в розрахункових точках:

Re = , (1.22)

На вході робочого тіла в економайзер:

Re =,

На виході робочого тіла з економайзера:

Re =,

Знаходження _ср проведено в конструкційному розрахунку (пункт 2.1). Звідки беремо _ср= 45⁰. Звідки за довідковими даними приймаємо = 0.83.

Коефіцієнти тепловіддачі за формулою (1.19).

На вході робочого тіла в економайзер:

кВт/м²?К,

На виході робочого тіла з економайзера:

кВт/м²?К,

Розрахункова площа поверхні нагріву економайзерної ділянки по формулі (1.17):

H_ек^р = м²,

Отже, розрахункова площа поверхні нагріву ПГ з врахуванням К_зап =1,125 - коефіцієнт запасу за формулою (1.15):

H_пг= 1,125? (487,59+61,22) = 617,41 м²,

Довжина труб ПГ:

, (1.23)

м,

Довжина однієї труби:

l = L / n , (1.24)

де: n - повне число труб

l = 15597,4/ 3253= 4,79 м.

2. Конструкційний розрахунок елементів парогенератора

2.1 Розрахунок середнього кута навивки труб поверхні нагріву

Враховуючи те, що нам невідомий середній кут навивки змієвика _ср, який можна знайти знаючи середню довжину труб в пучку, яку у свою чергу знаходять за відомою площею теплопередаючої поверхні, то знаходження _ср, а значить і поправки будуть носити ітераційний характер.

Середній кут навивки:

, (2.1)

Кут навивки 1-го слою:

, (2.2)

Для першого шару навивки розраховують крок навивки:

S_1сл^н = n_1k^ф ?S_1сл = 80?0,021 = 1,68 м, (2.3)

Довжина одного витка:

м, (2.4)

Довжину зігнутої частини труби:

, (2.5)

м,

Число витків:

, (2.6)

z_1сл = 4,612/ 3,29= 1,41,

Висота першого шару навивки:

H_1сл = z_1сл ?S_1сл^н, (2.7)

H_1сл = 1,68?1,41= 2,37 м

Для останнього шару навивки визначаються

висота:

H_IIIm = H_1сл + 2? [0.5? S_1сл ? (N_сл -1)], (2.8)

H_IIIm = 2,37 + 2?[0,5? 0,021 ? (21 - 1)] = 2,79м,

довжина прямих ділянок труб:

l_IIIm^пр = d_mсл -d_н^к , (2.9)

l_IIIm^пр = 1,758 -0,74 = 1,018 м,

довжина зігнутої ділянки труб:

l_IIIm^з = l - l_IIIm^пр, (2.10)

l_IIIm^з = 4,79-1,018= 3,772 м,

Кут навивки останнього слою:

, (2.11)

Середній кут навивки:

,

Розбіжність:

= |42,9 ^o - 45^o |/42,9^o = 0,04 < 0,05- умова виконана.

2.2 Основні конструкційні характеристики пучка теплообмінних труб

Маємо внутрішньокорпусний колектор для введення поверхні нагріву

м, (2.12)

Число труб поверхні нагріву n розраховується по формулі:

, (2.13)

шт.,

Число отворів в поперечному ряду по периметру камери при (S₁)=1.5?d_н= =1,5?0,014=0,021 м - крок труб (отворів) по периметру колектора в поперечному ряді отворів, віднесений до внутрішньої поверхні колектора, дорівнює:

, (2.14)

шт.,

З урахуванням установки дистанціонуючих пластин:

=- 3=83 - 3=80 шт.,

Число рядів отворів уздовж твірної колектора:

, (2.15)

шт.,

Число шарів навивки трубного пучка (має бути кратне трьом):

N_сл=0,5 =шт.,

N_сл=21 шт.,

Діаметр 1-го слою навивки:

м, (2.16)

Зовнішній діаметр колектора:

м,

Крок труб по периметру колектора:

S_1сл = 1,5?d_н = 0,021 м,

Діаметр останнього слою навивки:

м, (2.17)

Середній діаметр навивки:

м, (2.18)

Площа прохідного перерізу між трубного простору:

м, (2.19)

Масова швидкість робочого тіла в між трубному просторі:

, (2.20)

2.3 Розрахунок режимних і конструктивних характеристик ступенів сепарації пари

У даному ПГ як другий ступінь сепарації пари використовують вертикальні жалюзійні сепаратори.

Ширина власне жалюзі b_ж=80мм [2]

Масовий паровміст на вході в сепаратор х=0,9

Приймем коефіцієнт нерівномірності К_р=0,7

Визначимо критичну швидкість пари на вході в сепаратор:

, (2.21)

Коефіцієнт поверхневого натягу [1]:

Н/м,

Густина води і пари на лінії насичення [1] :

кг/м³,

кг/м³,

Кут нахилу жалюзі ,

,

З урахуванням коефіцієнта запасу:



Площа прохідного перетину, що забезпечує необхідну швидкість пари:

, (2.21)

Число кіл, по яких розташовуються блоки жалюзі:

, (2.22)

Тут ми прийняли первинний крок розташування кіл сепараторів 200 мм з подальшим уточненням.

Внутрішній діаметр корпусу ,

,

Крок розташування:

, (2.23)

Виходячи з розташування блоків по концентричних колах, сума діаметрів цих кіл:

, (2.24)

де с= -1=4,

м,

Висота жалюзійного сепаратора:

, (2.25)

Циклонна сепарація:

При діаметрі сепаратора d й висоті hм:

n_ц= шт,

Оскільки число циклонних сепараторів повинно бути кратним 6-ти, то приймаємо n_ц=42 шт.

Число сепараторів на діаметрі труби:

=8 шт., (2.26)

Якщо прийняти крок розташування сепараторів на плиті S_ц=0,260 м, то діаметр плити:

d_пл= S_ц=80.260=2,08 м. (2.27)

2.4 Розрахунок діаметрів вхідних і вихідних патрубків ПГ

Розрахуєм діаметр вхідного отвору колектора для входу теплоносія:

w = G?F , (2.28)

F =

,

Діаметри патрубків вибираються так, щоб швидкість середовища не перевищувала допустиму швидкість в трубопроводах, що під'єднуються до патрубків. Для води W_тр^доп<10 м/с; для пари середнього тиску W_тр^доп < 50 - 60 м/с.

Внутрішній діаметр патрубків входу і виходу теплоносія приймаємо d_в= d_в= 1,992м. Питомий об`єм води при t₁ і t₁ рівні відповідно:

м³/кг,

м³/кг,

Швидкість теплоносія:

у вхідному патрубку:

W_{1 вх} =,

у вихідному патрубку:

W_{1 вых}= W_{1 вх},

Внутрішній діаметр патрубка входу живильної води: d_в2? = 0,3 м. Питомий об`єм води м³/кг.

Швидкість води в патрубку:

W₂^вх=,

Внутрішній діаметр патрубка для виходу пари: d^п_в2 = 0,6 м. Питомий об`єм пари м³/кг.

Швидкість пари:

W₂^вых =,

Для безперервного і періодичного продування в ПГ передбачені штуцери діаметром 100мм під трубу 114?7. Безперервне продування здійснюється із зони до змішення живильної і відсепарованої води через торовий колектор з перфораціями; періодичне продування - з нижньої частини корпусу ПГ.

3. Розрахунок на міцність елементів парогенератора

3.1 Колектор

Приймаємо внутрішній діаметр колектора d=0,55 м

Матеріал камери - Сталь 10ГН2МФА.

Розподіл отворів під труби в камері - шахматне.

Схематичне зображення колектора зображено на рис. 3.1.

Рис. 3.1 - Схематичне зображення колектора

Крок труб (отворів) по периметру колектора в поперечному ряді отворів, віднесений до внутрішньої поверхні колектора:

(S₁) = 1.5?d_н = 1,5?14?10^-3 = 0,021 м,

Крок між отворами в повздовжньому напрямі:

S_2k = 2?d_н = 2?14?10^-3 = 0,028 м,

Діаметр отворів під труби: d₀ = d_н + 0,2мм = 14 + 0,2 = 14,2 мм.

Довжина камери, не занята сверлінням під труби: a = 0,7 м.

Число труб в одному поперечному ряді: n_1к = 83 шт.

Число поперечних рядів: n_2к = 41 шт.

Колектор повинен бути разрахований на тиск Р₁=14,5 МПа, що відповідає Р_р=1,250,9Р₁=16,31 МПа і температуру t₁ номінальна допустима напруга [_н] =210,78 МПа .

Коефіцієнти міцності для рядів отворів, що ослабляють:

Поперечного напряму:

, (3.1)

Подовжнього напряму:

, (3.2)

Косого напряму:

, (3.3)

де m = S₁ / S₂ - відношення кроків отворів відповідно в поперечному і подовжньому напрямі;

n = 2 при шаховому розташуванні отворів (n = 1 при коридорному).

Ітерація 1:

S_1k= (S₁)=1,5?d_н =1,5?14?10^-3=0,021 м,

За (3.1) знаходимо:

,

За (3.2) знаходимо:

,

За (3.3) знаходимо:

m = S_1k / S_2k =0,021 / 0,028 = 0,75,

,

Товщина стінки камери:

, (3.4)

За (3.4) знаходимо:

мм,

S_1k= мм,

Ітерація 2:

За (3.1) знаходимо:

,

За (3.2) знаходимо:

,

За (3.3) знаходимо:

m = S_1k / S_2k =0,02615 / 0,028 = 0,93407,

,

За (3.4) знаходимо:

мм,

S_1k= мм,

Ітерація 3:

За (3.1) знаходимо:

,

За (3.2) знаходимо:

,

За (3.3) знаходимо:

m = S_1k / S_2k =0,02424 / 0,028 = 0,869,

,

За (3.4) знаходимо:

мм,

S_1k= мм,

Ітерація 4:

За (3.1) знаходимо:

,

За (3.2) знаходимо:

,

За (3.3) знаходимо:

m = S_1k / S_2k =0,02483 / 0,028 = 0,886,

,

За (3.4) знаходимо:

мм,

S_1k= мм,

Ітерація 5:

За (3.1) знаходимо:

,

За (3.2) знаходимо:

,

За (3.3) знаходимо:

m = S_1k / S_2k =0,02469 / 0,028 = 0,881,

,

За (3.4) знаходимо:

мм,

S_1k= мм,

Ітерація 6:

За (3.1) знаходимо:

,

За (3.2) знаходимо:

,

За (3.3) знаходимо:

m = S_1k / S_2k =0,02473 / 0,028 = 0,883,

,

За (3.4) знаходимо:

мм.

Таблиця 3.1 Результати іттераційнного розрахунку _кол

	1	2	3	4	5	6
S1k, мм	21	26,15	24,35	24,83	24,69	24,73
1	0,647	0,914	0,833	0,856	0,845	0,848
2	0,492	0,492	0,492	0,492	0,492	0,492
3	0,196	0,281	0,250	0,258	0,256	0,256
кол, мм	134,98	87,77	100,44	96,74	97,80	97,49

Матеріал колектора Сталь-10ГН2МФА, плакированная зі сторони, омиваючою ТН , сталью 12Х18Н10Т.

Колектор повинен бути розрахований на тиск Р₁'=14,5 МПа, що відповідає Р_р=1,250,9Р₁'= 16,31 МПа і температурі t₁'=329 °C, якій відповідає номінальне допустиме навантаження [_н] =210,78 МПа.

Внутрішній діаметр колектора d=0,55 м.

Коеф. міцності для труб = 1 так як немає ослаблюючих отворів.

Камера теплоносія. Матеріал - ст.10ГН2МФА.

Зовнішній і внутрішній діаметр камер:

d_в.к.=0,55 м,

d_н.к.=0,55+2·0,09749=0,744 м,

Висота камер:

,

З'єднувальна обічайка:

мм,

Зовнішній діаметр:

d_{н ЗО} = d_в.к +2 =0,55+2^.0,02214= 0,594 м,

Висота обічайки:

h_ЗO= H_1сл - 2^.0,35=2,37 - 0,7=1,67,

Зовнішня обічайка колектора:

Внутрішній діаметр: .

Товщина стінки при ц = 1: д_з.о. = 22,14мм.

Висота: h_з.о. = 1,7 м.

Еліптична кришка колектора:

Внутрішній діаметр кришки :

,

Товщина кришки:

,

де Н_д - висота кришки,

,

ц - коефіцієнт міцності кришки.

Оскільки немає отворів, що ослаблюють, то ц = 1.

Отримаємо:

,

Еліптичне днище колектора

Розрахунковий тиск:

Р_р=1,250.9Р₁=16,31 МПа,

Висота днища:

,

ц - коефіцієнт міцності кришки.

Оскільки немає отворів, що ослабляють, то ц = 1.

Отримаємо:

.

3.2 Розрахунок нижньої і верхньої обічайок корпусу ПГ

Матеріал - ст. 22К. Внутрішній діаметр корпусу залежить від діаметру останнього шару навивки пучка труб і ширини кільцевого каналу між обічайкою трубного пучка і корпусом. Кільцевий канал є опускною ділянкою контура природної циркуляції робочого тіла. Від площі прохідного перетину каналу залежить швидкість води в опускній ділянці, яка не повинна перевищувати значення w_оп = 2 м/с. При цьому:

, (3.5)

Щільність теплоносія шукається при параметрах (Р₂ = 4,1 МПа, t_ц = 246,58 С) [1]:

с_оп = 804,31 кг/м³,

Отримаємо:

,

З іншого боку:

, (3.6)

З останнього виразу отримуємо:

Р_р=1,250,9Р₁=4,61 МПа,

Знайдемо діаметр корпусу:

, (3.7)

м²,

А з іншої сторони:

, (3.8)

, (3.9)

Отримаємо:

м,

У верхній обічайці корпусу є два отвори, що ослабляють діаметрами: d₁=0,3м і d₂=0,1м.

Виберемо найбільший діаметр і уточнимо для нього товщину стінки:

А=,

,

При А>1,0

=,

Визначимо товщину обічайок:

м ,

м,

м,

d_н.кор^н= d_в.кор+2^._кор=2,151+2^.0,062=2,275м,

d_н.кор^в= d_в.кор+2^._кор=2,151+2^.0,040=2,231м,

,

3.3 Розрахунок на міцність еліптичних днища і кришки корпусу ПГ

Матеріал - ст. 22К.

Висота днища і кришки:

h^в_д = 0,25^. d^в_кор = 0,25 ^. 2,151 = 0,537м,

h^н_д = 0,25^. d^н_кор = 0,25 ^. 2,235 = 0,558м,

Розрахункова товщина:

мм,

Діаметр отвору для виходу пари d₁=400мм.

Діаметр отвору для лазу d₂=300мм.

Відстань між кромками отворів по середній лінії стінки l =500 мм.

Середній діаметр кришки м.

Товщина стінки штуцера паропроводу і надбавка до товщини стінки S₁=50мм, С=2мм.

Товщина стінки штуцера лазу і надбавка до товщини стінки S₂=40мм, С=2мм.

Схематичне зображення еліптичної кришки корпусу ПГ зображено на рисунок 3.2.

Рисунок 3.2 - Схематичне зображення еліптичної кришки корпусу ПГ

Перевіримо чи є отвори кришки такими, що ослабляють:

l<мм,

Умова виконання - ряд ослабляє.

Визначимо характеристик зміцнюючих отворів:

мм =S,

Розрахункова зміцнююча висота штуцерів:

h₁^p=мм,

h₂^p=мм,

Зміцнюючий переріз штуцерів:

f₁^ш=2h₁^p(S₁-S₁⁰-C₁)=129,61^.2^.(50-7,54-2)=10488,04 мм²,

f₂^ш=2h₂^p(S₂-S₂⁰-C₂)=99,39^.2^.(40--2)=6054,83 мм²,

f= f₁^ш + f₂^ш =16542,87 мм²,

Коефіцієнт міцності кришки при ослабленні його поряд отворів без урахування зміцнення:

=,

=,

Товщина верхньої кришки:

м,

Товщина нижнього днища:

м.

3.4 Розрахунок труб поверхні нагріву

Матеріал - сталь Х18Н10Т.

Товщина трубки поверхні нагріву:

мм,

Допустима _тр = 0,56 мм,а раніше мі брали _тр = 1,4 мм. Тобто ми залишаемо товщину трубки колектора _тр = 1,4 мм.

3.5 Розрахунок трійника колектора

Трійник для вертикального парогенератора (рисунок 3.3) являє собою обичайку 1, що має два бічних отвора 500мм, до яких приварені штуцера трубопроводу теплоносія 3. Знизу обичайка трійника має потовщену стінку для установки шпильок, якими кріпиться знімна кришка 2. Роз'ємне з'єднання кришки дозволяє проникнути в трійник і далі в колектор для його огляду. У верхній частині трійник приварений до колектора.

Обичайка трійника і штуцер трубопроводу виготовлені зі сталі 10ГН2МФА, кришка - зі сталі 22К.

Внутрішній діаметр обічайки трійника - . Приймаємо товщину стінки і добавку відповідно - , .

Середній діаметр обічайки:

,

Розрахунковий тиск -



Рисунок 3.3 - Трійник колектора

Номінальна допустима напруга при розрахунковій температурі:

,

Розгорнутий вигляд трійника колектора зображений на рисунку 3.4.

Рисунок 3.4 - Розгорнутий вигляд трійника колектора

Перевіримо чи являються отвори ослаблюючим рядом, для цього:

l<м,

 < l - ослаблюючий ряд.

Розрахуємо коефіцієнт міцності обічайки, для цього використаємо формулу для продольного ряду:

Визначення мінімально допустимого коефіцієнта міцності для обичайки трійника:

Остаточно отримуємо:

Так як ц < ц? , то коефіцієнт міцності обічайки визначаємо з урахуванням зміцненням отвори штуцером:

- внутрішнім діаметром - d_ш =500мм,

- висотою -h_ш=350мм,

- товщиною стінки - S_ш=45мм,

- добавкою до товщини стінки -C_ш=3,5мм.

Мінімально допустима товщина стінки штуцера при ?=1 та C_ш =0:



Зміцнювальний переріз штуцера:

де h_p- розрахункова зміцнююча висота штуцера; S_0ш - мінімальна товщина стінки штуцера:

Коефіцієнт міцності обичайки з урахуванням зміцнювання отвору:

Розрахункова товщина стінки:

4. Гідравлічний розрахунок парогенератора

Більшість гідродинамичних розрахунів в ядерній енергетиці зв'язано з рухом в каналах. Головні задачі при розрахунку таких течій - визначення гідравличних опорів каналів різної форми і місцевих опорів; розрахунок розподілу розходів і розподілу швидкостей. Одна з задач гідравлічного розрахунку - визначення втрат тиску в каналах і затрат на прокачку теплоносія. Розрахунок починається з визначення необхідних геометричних характеристик чотирьох ділянок тракту теплоносія:

1. Відокремлююча обічайка

2.Сполучна обічайка з роздаючою камерою

3.Труби теплообмінного пучка

4.Збираюча камера з кільцевим каналом

Потужність ГЦН, що витрачається на прокачку теплоносія по трубам поверхні нагріву парогенератора, кВт:

, (4.1)

де - розход теплоносія, кг/с; - гідравличний опір парогенератора, кПа; - густина теплоносія на виході із парогенератора, кг/м³; - КПД ГЦН, . Визначимо довжину камери теплоносія:

, (4.2)

- число рядів отворів уздовж твірної колектора,

- крок труб (отворів) по периметру колектора в уздовж ряду отворів.

Довжина камери теплоносія, не зайнята полем отворів 0,7 м.

м,

Виходячи із особливостей руху середовища в конструктивних елементах парогенератора, вони разбиваются на ділянки, для яких визначаються втрати напору.

Довжина першої ділянки:

, (4.2)

Довжину кільцевого каналу приймемо 3 м.

м,

Довжина другої ділянки:

, (4.3)

Довжину сполучної обічайки з роздаючою і збираючою камерами теплоносія приймемо 5 м.

м,

Довжина третьої ділянки:

м,

Довжина четвертої ділянки:

м,

Як гідравлічний діаметр на всіх розрахункових ділянках, за виключенням четвертого, приймаютя внутрішні діаметри відповідно розділової обічайки, з'єдувальної обічайки з камерою теплоносія і теплообмінних труб:

Виходячи із заданого співвідношення площ прохідного перетину кільцевого каналу і розділової обічайки:

,

Тоді гідравлічний діаметр четвертої розрахункової ділянки:

,

Розташування гідравлічних діаметрів показане на рисунку 4.1

На рисунку 4.1 зображені тільки 3 гідравлічні діаметри з 4, так як зображення гідравлічного діаметру труби неможливе на даному рисунку.



Рисунок 4.1-Зображення гідравлічних діаметрів на кресленні вертикального парогенератора

Коефіцієнт тертя - залежить від виду рідини, режиму руху Re і стану поверхні канала (шороховатості стінки ). Починаючи зі значеня

, коефіцієнтт тертя не залежить ні від властивостей середовища, ні від швидкості руху і визначається тільки відносною шороховатістью. Для режимів руху з коефіцієнт тертя визначається по формулі Нікурадзе. Шорсткість труб із вуглецевої сталі не перевищує 0,1 мм, із аустенітної сталі - 0,05мм.

Коефіцієнти тертя на розрахункових ділянках:

,

Шорсткість на всіх ділянках, окрім третього (:

,

,

,

Коефіцієнт місцевого опору визначається типом останього. Для будь-якого майже важливого випадку на основі експеримента чи отриманих імперичних залежностіей для обрахування коефіцієнтів місцевих опорів, приводиться числове значення, що міститься в справочниках і нормативних матеріалах.

Місцеві опори на першій ділянці представлені різким поворотом потоку на 90⁰ і раптовим розширенням прохідного перетину при потоці з роздільної обічайки в сполучну [1]:

,

На другій ділянці місцеві опори відсутні:

,

На третій ділянці місцеві опори представлені входом в трубу, виходом з неї в камеру і плавними поворотами [1]:

,

Тип місцевого опору:

- вхід в труби з колектору(d?350мм) або барабана…..0,5

- вихід в міжтрубний простір або вихід з нього………..1,5

- вихід з труб в колектор……………………………….1

- поворот в U-образних каналах……………………….0,5

- поворот на 180°

Місцеві опори четвертої ділянки включають тільки різкий поворот теплоносія при виході з ПГ:

,

Масові швидкості теплоносія на ділянках:

,

,

,

Гідравлічні напори розрахункових ділянок:



Гідравлічний опір ПГ по тракту теплоносія:

,

Потужність ГЦН, що витрачається на прокачування теплоносія через ПГ:

.

Висновок

гідравлічний тепловий парогенератор нагрів

Метою курсового проекту був розрахунок вертикального парогенератора з витою поверхнею нагріву і природною циркуляцією робочого тіла.

1. При тепловому розрахунку площі теплопередаючої поверхні вертикального парогенератора була визначена коефіцієнт тепловіддача від теплоносія до стінки труби, а також від стінки труби до робочого тіла на випарній і економайзерній ділянці, які відповідно рівні:

Вхід теплоносія у випарну ділянку: ₁ = 36.73 кВт/(м^2.К)

Вхід теплоносія в економайзерну ділянку: ₁ = 34.35 кВт/(м^2.К)

Вихід теплоносія з економайзерної ділянки : ₁ = 34.11 кВт/(м^2.К)

Теплова потужність парогенератора: Q_пг=238260.36 кВт.

Розрахункова площа поверхні нагріву ПГ: H_пг=650.25 м²

2. Основною метою конструкційного розрахунку парогенератора було визначення середнього кута навивки труб поверхні нагріву, який склав: = 45 ^о

Також були визначені основні кострукційні характеристики пучка теплообмінних труб:

Число труб поверхні нагріву: n =5815 шт.

Число шарів навивки трубного пучка: N_сл = 30 шт.

Діаметр 1-го шару: d_1сл = 0.923 м

Діаметр останнього шару: d_mсл = 1.96 м

3. Був проведений розрахунок на міцність елементів парагенератора, в якому визначили товщину камер підведення теплоносія до труб поверхні нагріву, а також розрахунок колектора:

_кол = 0.084 м, =1.18 мм, d_н.кор.^ниж= 2.346 м, d_н.кор^вр= 2.318 м.

4. Гідравлічний розрахунок був виконаний з метою визначення потужності ГЦН, що витрачається на прокачування теплоносія через парогенератор: N = 1349,5 кВт.

Графічна частина проекту, що складається з двох частин:

- основний вид вертикального парогенератора;

- деталі парогенератора.

Основні визначальні розміри, приведені на кресленнях є результатами розрахунків записки пояснення.

Перелік посилань

1. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине "Парогенераторы АЭС" для студентов специальности "Атомные электрические станции" / Сост. В.П.Рожалин. -.: КПИ, 1990. - 80с.

2. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. - 3-е изд.,перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 384

3. Cпеціалізована програма "WaterSteamPro Calculator"

4. Кутепов А.М. , Стерман Л.С. , Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учебное пособие для вузов. - 3-е изд. испр. -М.: Высш. Шк., 1986. -448с.

5. Расчет на прочность деталей парогенераторов АЭС: Методические указания к проэкту по дисцеплине "Парогенераторы атомных электростанций" для студентов специальности 0520 "Парогенераторостроение" / Сост. В.К.Щербаков - К.: КПИ, 1986. - 28с.

Размещено на Allbest.ru