№№
|
|
Размерность
|
Значение
|
1
|
Расход воды первого
контура через парогенератор
|
т/ч ´ 103
|
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 ts.
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.
QПГ=G1*(i1'-i1'')*h,
где: i1',
i1''
- энтальпия теплоносителя во входном (при t1'=318°C) и
выходном (при t1''=291
°C)
сечениях соответственно.
Значения (при t1'=316 °C) i1' и i1'' определяем из таблицы "Термодинамические и теплофизические
свойства воды и водяного пара" /1/, при
P1=15,7 ;
i1'=14,31
;
i1''=12,89;
h - КПД
парогенератора, принимаем h=0,99.
QПГ=18*(106/3600)(14,28-12,58)*
105*0,99=7,029 *105 кДж/с
2. Определяем паропроизводительность парогенератора (2-ой
контур).
QПГ=Д*[(i2'-iПВ)+r]+ ДПР*(i2'-iПВ),
где: Д - паропроизводительность ПГ,
r - теплота парообразования,
ДПР - расход продувки.
При P =3,0 Мпа, ts =233,84 С;
i2' = 1,008 *106 Дж/кг;
r =1,794 *106 Дж/кг;
По таблице определяем энтальпию питательной воды:
При tПВ = 225 , P2 =3,0 МПа,
iПВ=9,67 *105
Дж/кг
Принимаем величину продувки ПГ: ДПР = 0,01
Д.
Д= QПГ/ ( (i2'-iПВ)*1,02+r) =
7,029 *105/
(1,008*(1,24-0,967)*103+1,794 *103)=7,029 *105/1,836*103==383
кг/с.
3. Определяем больший и меньший температурные напоры.
Dtб = t1' -
ts' =318-234=94°C,
Dtм = t2''
- ts' = 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:
dв=dн-2d=16-2*1,5=13 мм.
Определим площадь сечения трубы:
Fтр =p*dн2/4=3,14*132/4=1,33*10-4 м2
Зададимся скоростью теплоносителя на входе в трубчатку:
W1вх=5 м/с.
Определим расчетное число труб теплопередающей поверхности из уравнения
сплошности потока:
Gвн =fвн*W1вх/n1',
где fвн= fтр*n,
n1'=1,694*10-3 м3/кг, тогда
n=(G*n1')/( fтр* W1вх)=12736 шт.
4. Тепловой расчет.
1.
Определим средний
температурный напор воль поверхности нагрева:
Dtб =84 °C,
Dtм =57°C,
Dtб /Dtм
=1,4<1,7
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:
Dtср =(Dtб +Dtм)/2 =
(84+57)=70,5 °C.
2.Определим коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы.
2.1. Средняя температура теплоносителя на участке
t1ср =(Dtср +Dtср)/2=(318+291)/2=305°C.
2.2. Физические параметры воды при t1ср =305°C:
плотность r1=799 кг/м3,
коэффициент теплопроводности l1 =0,531 Вт/(м*К),
вязкость m 1 =88,3 *10-6 Па*с,
число Прандтля Pr=0,98,
удельный объем -u1=1,425*10-3
м3/кг.
2.3. Скорость теплоносителя
W1=(Gм * -u1)/(Fтр * n)=4,19 м/с.
2.4. Число Рейнольдса
Re=(
W1 * dвн)/(-u1 * m 1)= (4,19 *0,013)/( 1,425*10-3 * 88,3 *10-6)=4,42
*105
2.5. Определяем средний для участка коэффициент теплоотдачи от
теплоносителя к трубе по формуле:
a1=0,021*(
l1
/d)*Re0,8*Pr0,43=
=0,021*(0,53/0,013)*(4,42 *105)0,8*0,980,43=
=2,73 *104 Вт/(м2*К).
2.6. Термическое сопротивление:
R1=1/a1=3.66 * 10-5 (м2*К)/ Вт.
2.7. Температура стенки:
tст=t1ср-(1/3)*( t1ср- ts)=305-(1/3)*(305-224)=281°C.
2.8. Теплопроводность стали 12Х18Н10Т при tст=281°C
lст =18,51 Вт/(м*К) (приложение
IX учебника)
Термическое сопротивление стенки:
Rст =dст/lст=1,5*10-3 /(18,51)=8, 1* 10-5 (м2*К)/
Вт.
2.9. Термическое сопротивление окисных пленок:
2.10. Сумма термических сопротивлений:
R=
R1 + Rст + 2Rок= 3,66* 10-5 + 8, 1* 10-5 +1,5*
10-5 =
=13,26 * 10-5 (м2*К)/
Вт.
3. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде во
входном сечении:
3.1. Проведем расчет методом последовательных приближений. Первое
значение теплового потока q для расчета берем из диапазона:
q=(0,8¸0,9)* Dtб /R =(0,8¸0,9)* 84/13,26 * 10-5 =(5,67 ¸6,38) * 10-5
Принимаем: q'=6,2
3.2. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки
трубы к кипящей воде по формуле:
a2'=(10,45/(3,3-0,0113(Ts
- 373)))* (q')0,7=62000 (Вт/м2*K)
3.3. Термическое сопротивление:
R2'=1/a2'=1,61 * 10-5(м2*K
/Вт)
3.4. Определяем коэффициент теплопередачи во входном
сечении.
Полное термическое сопротивление во входном сечении:
Rполн'= R1'+ R2'=(13,26
+1.61)* 10-5 =14,87 * 10-5 (м2*K
/Вт).
Коэффициент теплопередачи во входном сечении.
k1'= 1/ Rполн'=6720
(Вт/м2*K)
3.5 Удельный тепловой поток:
qn''= k1'*Dtб=6720*84=6320 (Вт/м2)
3.6. Определяем отношение:
q''/
q'=1,01 <1,05.
Точность расчета устраивает, поэтому принимаем
окончательно:
a2'=62000 (Вт/м2*K),
k1'= 6720
(Вт/м2*K).
4. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи и
теплопередачи в выходном сечении:
4.1. Определяем коэффициент теплоотдачи в выходном
сечении:
4.1.1 Первое значение теплового потока для расчета
методом последовательных приближений q2'=4,3 * 10-5(Вт/м2)
4.1.2 Вычисляем a2''
a2''=(10,45/(3,3-0,0113(Ts - 373)))*
(q')0,7=0,48*10 (Вт/м2*K)
R2''=2,05 *10-5
4.1.3 Определяем коэффициент теплопередачи и полное
термическое сопротивление в выходном сечении:
Rполн''= R+
R2''=(13,26 +2,08)* 10-5 = 15,34* 10-5 (м2*K
/Вт).
k2''= 1/ Rполн''=
6510(Вт/м2*K)
4.1.4 Удельный тепловой поток в выходном сечении:
qn''= k2''*Dtм=436000 (Вт/м2)
4.1.5 Определяем отношение
q''/
q'=1,01 <1,05.
Точность расчета устраивает, поэтому принимаем окончательно:
a2''=48000 (Вт/м2*K),
k2''= 6510
(Вт/м2*K).
4.1.6 Отношение коэффициентов теплопередачи на входе и
на выходе:
kвх/ kвых=6,72/6,51 =1,03 <1,25, ПОЭТОМУ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ВСЕГО
УЧАСТКА РАССЧИТЫВАЕМ, КАК СРЕДНЕАРИФМЕТИЧЕСКОЕ ЭТИХ ДВУХ ЗНАЧЕНИЙ k.
K=0,5(6,72+6,51)=6,615
КВТ/М*К
5.. Определяем площадь поверхности теплообмена,
расчетную длину труб, расчетную длину среднего змеевика.
5.1 Определяем расчетную площадь поверхности
теплообмена:
HP= QПГ/(k*Dtcр)=7,029 *105/(6,615 *70,5)=1,52 *103 м2
5.2 Определяем среднюю расчетную длину труб:
LP= HP/(p*dн)=1,52 *103/(3.14*0,016)=30,5
*103 м
5.3 Определяем расчетную длину одной трубы среднего
змеевика:
lp= LP/n=30,5 *103 /12736=3,56
м
5.4 Пересчитаем характеристики теплопередающей
поверхности с учетом коэффициента запаса:
Кз=1,125
Масса 1м трубы 16х1,5 ml=0,6
кг/м
5.5 Площадь теплопередающей поверхности ПГ
Н= HP *Кз=1,52 *103 *1,125=1,71 *103
м2.
5.6 Длина труб ПГ:
LP= LP *1,125=30,5 *103 *1,125=34,6 *103
м
5.7 Средняя длина одного змеевика:
l=
lp*1,125=3,56 *1,125=4,05 м
5.8 Масса трубчатки
lp=L*ml*10-3 =34,6 *0,6=20,76тн
5. Гидравлический расчет ПГ
1.
Гидравлический расчет
первого контура ПГ
Удельный вес и вязкость теплоносителя на входе:
t1 = 318 °C
n1'=1,694*10-3 м3/кг
m1'=83,7*10-6 Па/кг
Удельный вес и вязкость теплоносителя на входе:
t2 =291
n2'=1,371*10-3 м3/кг
m2'=92,7 *10-6 Па/кг
Удельный вес и вязкость теплоносителя при средней
температуре теплоносителя ПГ (t1ср=301):
n1cр=1,425 *10-3 м3/кг
m=88,3*10-6 Па/кг
Абсолютная шероховатость поверхностей из стали
Ох18Н10Т принята равной dш £
0,05 мм.
1.1
Определяем гидравлическое
сопротивление входного коллектора
1.1.1
Определяем переходное
число Рейнольдса
Reпер =120*(dвк/dш)=120*1000/0,05=24*105
1.1.2
Определяем переходное
число Рейнольдса входного сечения
Reвк ==(W1вх*dвх)/( n1'*m1')=(7,8 *1)/( 1,694*10-3 *83,7*10-6)=55,1
*106
Reвк > Reпер
1.1.3
Для режимов течения с Re > Reпер
коэффициент трения x определяется по формуле:
x=(1,74+2*lg(r в /dш)) -2= (1,74+2*lg(500/0,05))
-2=10,5*10-3
1.1.4
Длина коллектора
теплоносителя:
lк=lперф. части+l уч. присоед. к патр.=2130+760=2890 м
1.1.5
Определяем сопротивление
трения входного коллектора теплоносителя по формуле:
DPT= x*( lк/d)*(1/n1')*(
W1''2/2)=
=10,5*10-3 * (2890/1000)*(1/1,694*10-3)*(7,8
2/2)=0,545 kРа
1.2
Определяем гидравлическое
сопротивление выходного коллектора
1.2.1
Переходное число
Рейнольдса
Reпер =120*(dвк/dш)=120*1000/0,05=24*105
1.2.2
Определяем переходное
число Рейнольдса выходного сечения
Reвых==(W1вых*dвых)/( n1''*m1'')=(6,52 *1)/( 1,349*10-3 *92,7 *10-6)=51,3
*106
Reвк > Reпер
1.2.3
Коэффициент трения :
x=(1,74+2*lg(r в /dш)) -2= (1,74+2*lg(500/0,05))
-2=10,5*10-3
1.2.4
Длина выходного
коллектора:
lк=2890 м
1.2.5
Определяем сопротивление
трения выходного коллектора :
DP= x*( lк/d)*(1/n1'')*(
W1''2/2)=
=10,5*10-3 *
(2890/1000)*(1/1,349*10-3)*(6,52 2/2)=0,471 kРа
1.3
Определяем гидравлическое
сопротивление труб теплопередающей поверхности
1.3.1
Переходное число
Рейнольдса
Reпер =120*(dвк/dш)=120*13,2/0,05=0,317*105
1.3.2
Скорость теплоносителя в
трубах:
Wтр=G/(fтр*n*r1ср)=
=(19*103)/(3,6*1,33*10-4 *
12736*0,799*10-3)=3,7 м/с.
1.3.3
Число Рейнольдса
Reтр=(Wтр*dв)/( n1ср*m1ср)=(3,7 *0,013)/( 1,425 *10-3 *88,310-6)=3,88
*105
Reтр > Reпер
1.3.4
Коэффициент трения :
xт=(1,74+2*lg(r в /dш)) -2= (1,74+2*lg(6,4/
0,05)) -2=28,2 *10-3
1.3.5
Коэффициент сопротивления
входа теплоносителя в трубу определяем по таблице (с.114)
xвх.тр=0,5
1.3.6
Коэффициент сопротивления
при повороте теплоносителя на 180° внутри
труб:
xпов=0,5
1.3.7
Коэффициент сопротивления
выхода теплоносителя из труб:
xпов=1
1.3.8
Суммарный коэффициент
местных сопротивлений:
xсум=xвх.тр+xпов.тр+xвых.тр=2
1.3.9
Суммарный коэффициент
сопротивлений труб:
xтр.сум=xсум+xт*r в /dв =2+28,2 *10-3*6,6 /0,0132=19,1
1.3.10 Гидравлическое сопротивление трубчатки:
DPтр = xтр.сум*(1/n1ср)*( W1тр2/2)=
=19, 1 * 0,799*103*3,7 2/2=104
kРа
1.4 Гидравлическое сопротивление I контура:
DPI =SDPi =0,545 +0,478 +104=105кПа
2.
Гидравлическое
сопротивление 2-го контура ПГ.
Гидравлическое сопротивление пучка труб движению
пароводяной смеси преодолевается напором, создающимся в контуре естественной
циркуляции ПГ.
2.1
Сопротивление выхода
питательной воды из входного патрубка в коллектор питательной воды:
DPвх = xвх.п*r2'*( Wпит2/2)=1,3*0,785 *103*5,4 2/2=18,9 кПа
Скорость питательной воды определим по формуле:
Wпит=(Д+0,015*Д)*
n2'/(0,785*dв2)=
=(383+0,015*383)*1,216 *10-3/(0,785*0,32)=5,4
м/с
Где n2' при t2'=225° C
и P2=3,0МПа
2.2
Коэффициент местного
сопротивления при повороте на 90 питательной воды в трубах раздачи:
xт.раз=0,2
2.2.1Сопротивление, испытываемое потоком питательной
воды при повороте в трубах раздачи питательной воды:
Скорость в трубе раздачи:
W2 раз '=(Д+0,015*Д)*
n2'/(0,785*n*dтр2)=
=(383+0,015*383)*1,216 *10-3/(0,785*12*0,082)=7,8
м/с
DPтр.разд = xт.раз*r2'*( Wразд2/2)=0,2*7,8 2*1,216 *103/2=5,0 кПа
2.3
Сопротивление трубок
раздачи питательной воды:
Сопротивление входа: xвх=0,5,
Сопротивление выхода: xвых=1,2,
DPтр.разд = (xвх+xвых )*r2'*( Wразд2/2)=1,7*6,86 2*0,741*103/2=29,64 кПа
2.4
Суммарное сопротивление
коллектора пит. воды:
DPк.пит = DPвх.п +2*DPт.раз +DPтр.разд=18,9+2*3,99
+42=68,8кПа
2.5
Сопротивление жалюзийного
сепаратора:
DPсеп =9 кПа.
2.6
Сопротивление выходных
патрубков пара:
DPвых.патр = xвых*r2''*( W2''2/2)=0,5*51,6 2*66,21 2=10,05
кПа
W2''=Д* n2''/(0,785*n*dв2)=
=383*66,2 *10-3/(0,785*10*0,252)=51.6
м/с
2.7
Сопротивление коллектора
пара (xк.п=1,3):
DPкп = xкп*r2''*( Wкп''2/2)=1,3*55,7 2*66,2 /2=30,4
кПа
Wкп''=Д* n2''/(0,785*n*dв2)=
=383*66,2 *10-3/(0,785*10*0,582)=55,7
м/с
2.8
Сопротивление второго
контура ПГ
DPII = DPк.пит +DPсеп +DPвых.патр+DPкп =68,8
+9+10,05+50,4 =118,2 кПа
3 Определяем мощность главного циркуляционного и
питательного насосов NI и NII .
3.1 Мощность главного циркуляционного насоса
определяем по формуле:
NI =G*DPI /*r1cр*hГЦН,
где h=0,76 - КПД
главного циркуляционного насоса.
NI=19000*105*1,404 *10-3/(3,6*0,76)=1014 кВт
3.2 Мощность питательного насоса определяем по
формуле:
NII =1,005*D*DPII /*r2'*hПН,
, где hПН =0,82 - КПД питательного насоса.
NII=1,005*383*118*1,216 *10-3/0,82=67,3 кВт
Библиографический список
1.
Рассохин Н.Г.
"Парогенераторные установки атомных электростанций" М.:
Энергоатомиздат, 1987