Расчёт парогенератора для атомных электростанций

Вид работы:

Контрольная работа
Предмет:

Физика
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

45,95 Кб
Опубликовано:

2012-04-08

Скачать контрольную работу Читать текст online Посмотреть все контрольные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Расчёт парогенератора для атомных электростанций

Введение

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 °С до температуры 320 °С с расходом воды 21500 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 °С и 300 °С на входе и выходе соответственно, нагреваемого теплоносителя - 280 °С на входе и на выходе. Температура питательной воды - 220 °С. 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 λтр	задан по ТЗ
Давление насыщенного пара во 2-м контуре рп	задано по ТЗ
Толщина стенки теплообменной трубки δтр	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
Входной параметр R	по конспекту:
Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ψ	по номограмме (для R=∞)	1
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 νгщ	по таблице
Коэффициент теплопроводности λгщ	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 αконв	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 αкип	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 ψ	по номограмме (для R=∞)	1
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 νгщ	по таблице
Коэффициент теплопроводности λгщ	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 αконв	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 αкип	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 - 11000.

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 ρв	по таблице
Кинематический коэффициент вязкости ν	по таблице
Предполагаем, что труба гладкая. Тогда получим:
Наименование размера	Источник формулы	Величина
Число Рейнольдса Re	по конспекту:
Коэффициент местного сопротивления ξ (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° ξ90°	по конспекту:
Сопротивление расширению ξвх	задано по конспекту
Сопротивление сужению ξвых	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 νгщ	по таблице
Коэффициент теплопроводности λгщ	по таблице
Число Прандтля Pr	по таблице
Число Рейнольдса Re	по конспекту:
Число Нуссельта Nu	по конспекту:
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене αконв	по конспекту:
Коэффициент теплоотдачи при кипении αкип	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 °С на входе и 291 °С 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 °С, 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 νгщ	по таблице
Коэффициент теплопроводности λгщ	по таблице
Число Прандтля Pr	по таблице
Число Рейнольдса Re	по конспекту:
Число Нуссельта Nu	по конспекту:
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене αконв	по конспекту:
Поскольку коэффициент αкип 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 °С, на выходе - до 291 °С. 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.

Расчёт парогенератора для атомных электростанций