Расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t-Q, тепловой и гидродинамический расчеты

Расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t-Q, тепловой и гидродинамический расчеты

Использование для поверхностей теплообмена труб из нержавеющей стали целесообразно только при минимально допустимых по условиям прочности толщинах стенок d ст . Для высокого давления теплоносителя d ст 1.5 мм, а для среднего d ст 1.2 мм. По условиям технологии изготовления трубы из нержавеющей стали выпускаются с наименьшей толщиной 1.4 мм.

Применение труб с толщиной стенки, оптимальной по условиям сварки ( d ст » 2.5 мм), противоречит требованиям создания агрегата с возможно меньшими капитальными затратами. Кроме того, необходимо считаться с недопустимостью неоправданного увеличения расхода дефицитного очень дорогостоящего материала. Такие ограничения, стоявшие перед проектировщиками и конструкторами, в какой-то мере даже способствовали созданию наиболее оптимальной конструкции ПГ для АЭС с ВВЭР: однокорпусного с погруженной поверхностью теплообмена, с естественной циркуляцией рабочего тела. В течениепоследующего двадцатилетия с переходом на более высокие единичные мощности агрегатов созданная конструкция ПГ принципиальных изменений не претерпела.

Однако осуществлялись весьма серъезное усовершенствование ее узлов и рационализация протекания процессов генерации пара.

Практика показывает, что даже для условий больших мощностей реактора ВВЭР-1000ПГ погруженной поверхностью теплообмена обеспечивает требуемую производительность.

Данная расчетно-пояснительная записка включает в себя расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t - Q , тепловой и гидродинамический расчеты. 1. Исходные данные для шифра 149 02 представлены в таблице 1 Таблица 1

№№ Размерность Значение
1 Расход воды первого контура через парогенератор т/ч 10 3 18
2 Температура воды первого контура на входе в ПГ ° C 318
3 Температура воды первого контура на выходе из ПГ ° C 291
4 Давление воды первого контура МПа 15.7
5 Давление воды первого контура Мпа 3,0
6 Температура питательной воды ° C 225
7 Величина продувки % 1.0
8 Типоразмер труб поверхности теплообмена мм 16х1.5
9 Материал труб поверхности теплообмена Сталь ОХ18Н10Т
1.Расчет тепловой схемы ПГ
В выбранной конструкционной схеме питательная вода через коллектор питательной воды и систему раздающих труб подается на горячую сторону теплопередающей поверхности. Здесь она смешивается с котловой водой парогенератора и нагревается до температуры насыщения t s . Подача питательной воды на горячую сторону парогенератора служит выравнивания паровых нагрузок по площади зеркала испарения.

Получение сухого насыщенного пара осуществляется в жалюзийном сепараторе. 1. Определяем тепловую мощность ПГ. Q ПГ =G 1 *(i 1 '-i 1 '')* h , где: i 1 ', i 1 '' - энтальпия теплоносителя во входном (при t 1 '=318 ° C ) и выходном (при t 1 ''=291 ° C ) сечениях соответственно.

Значения (при t 1 '=316 ° C ) i 1 ' и i 1 '' определяем из таблицы 'Термодинамические и теплофизические свойства воды и водяного пара' /1/, при P 1 =15,7 ; i 1 '=14,31 ; i 1 ''=12,89; h - КПД парогенератора, принимаем h =0,99. Q ПГ =18*(10 6 /3600)(14,28-12,58)* 10 5 *0,99=7,029 *10 5 кДж/с 2. Определяем паропроизводительность парогенератора (2-ой контур). Q ПГ = Д *[(i 2 '-i ПВ )+r]+ Д ПР *(i 2 '-i ПВ ), где: Д - паропроизводительность ПГ, r - теплота парообразования, Д ПР - расход продувки. По давлению 2-го контура при помощи таблицы 'Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения' /1/ определяем: При P =3,0 Мпа, t s =233,84 С; i 2 ' = 1,008 *10 6 Дж / кг ; r =1,794 *10 6 Дж/кг; По таблице определяем энтальпию питательной воды: При t ПВ = 225 , P 2 =3,0 МПа, i ПВ= 9,67 *10 5 Дж/кг Принимаем величину продувки ПГ: Д ПР = 0,01 Д. Д= Q ПГ / ( (i 2 '-i ПВ )*1,02+r) = 7,029 *10 5 / (1,008*(1,24-0,967)*10 3 +1,794 *10 3) =7,029 *10 5 /1,836*10 3= =383 кг/с. 3. Определяем больший и меньший температурные напоры. D t б = t 1 ' - t s ' =318-234=94 ° C, D t м = t 2 '' - t s ' = 291-234=57 ° C , Характерные пара изменения температуры вдоль поверхности нагрева представлены на t - Q диаграмме

3. Конструктивный расчет ПГ. Для изготовления коллекторов теплоносителя и корпуса парогенератора применяется сталь 10ГН2МФА, коллектора теплоносителя изнутри плакируются сталью ОХ18Н10Т. По заданию трубчатка ПГ выполняется из стали ОХ18Н10Т, труба 16х1,5. Поверхность теплообмена состоит из U -образных горизонтальных змеевиков, скомпонованных в два U -образных пучка, имеющих по три вертикальных коридора для обеспечения циркуляции котловой воды. Концы змеевиков привариваются к плакировке коллекторов аргонодуговой сваркой и вальцуются взрывом на всю толщину стенки.

Расположение отверстий в коллекторах для завальцовки труб шахматное.

Определим число труб теплопередающей поверхности.

Определим внутренний диаметр трубы: d в = d н -2 d =16-2*1,5=13 мм.

Определим площадь сечения трубы: F тр = p * d н 2 /4=3,14*13 2 /4=1,33*10 -4 м 2 Зададимся скоростью теплоносителя на входе в трубчатку: W 1 вх=5 м/с.

Определим расчетное число труб теплопередающей поверхности из уравнения сплошности потока: G вн = f вн * W 1вх / n 1 ', где f вн = f тр * n , n 1 '=1,694*10 -3 м 3 /кг, тогда n =( G * n 1 ')/( f тр * W 1вх )=12736 шт. 4. Тепловой расчет. 1. Определим средний температурный напор воль поверхности нагрева: D t б =84 ° C , D t м =57 ° C , D t б / D t м =1,4 Поскольку температурный напор и, следовательно, удельный тепловой поток, изменяются значительно, то коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде и коэффициент теплопередачи рассчитываются раздельно на границах участка.

Коэффициент теплопередачи рассчитывается, как среднее арифметическое этих двух значений.

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы рассчитывается по средней температуре теплоносителя и принимается одинаковым для всего участка: D t ср =( D t б + D t м )/2 = (84+57)=70,5 ° C . 2.Определим коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы. 2.1. Средняя температура теплоносителя на участке t 1ср =( D t ср + D t ср )/2=(318+291)/2=305 ° C . 2.2. Физические параметры воды при t 1ср =305 ° C : плотность r 1 =799 кг/м 3 , коэффициент теплопроводности l 1 =0,531 Вт/(м*К), вязкость m 1 =88,3 *10 -6 Па*с, число Прандтля Pr =0,98, удельный объем - u 1 =1,425*10 -3 м 3 /кг. 2.3. Скорость теплоносителя W 1 =( G м * - u 1 )/( F тр * n )=4,19 м/с. 2.4. Число Рейнольдса Re =( W 1 * d вн )/( - u 1 * m 1 )= (4,19 *0,013)/( 1,425*10 -3 * 88,3 *10 -6 )=4,42 *10 5 2.5. Определяем средний для участка коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к трубе по формуле: a 1 =0,021*( l 1 /d)*Re 0,8 *Pr 0,43 = =0,021*(0,53/0,013)*(4,42 *10 5 ) 0,8 *0,98 0,43 = =2,73 *10 4 Вт/(м 2 *К). 2.6. Термическое сопротивление: R 1 =1/ a 1 =3.66 * 10 -5 (м 2 *К)/ Вт. 2.7. Температура стенки: t ст = t 1 ср -(1/3)*( t 1 ср - t s )=305-(1/3)*(305-224)=281 ° C . 2.8. Теплопроводность стали 12Х18Н10Т при t ст =281 ° C l ст =18,51 Вт/(м*К) (приложение IX учебника) Термическое сопротивление стенки: R ст = d ст / l ст =1,5*10 -3 /(18,51)=8, 1* 10 -5 (м 2 *К)/ Вт. 2.9. Термическое сопротивление окисных пленок: 2 R ок =1,5* 10 -5 (м 2 *К)/ Вт. 2.10. Сумма термических сопротивлений: R = R 1 + R ст + 2 R ок= 3,66* 10 -5 + 8, 1* 10 -5 +1,5* 10 -5 = =13,26 * 10 -5 (м 2 *К)/ Вт. 3. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде во входном сечении: 3.1. Проведем расчет методом последовательных приближений.