Расчет горизонтального парогенератора, обогреваемого водой под давлением
Министерство
образования и науки, молодежи и спорта Украины
Одесский
национальный политехнический университет
Кафедра АЭС
Курсовой
проект
По
дисциплине: ”Парогенераторы и теплообменное оборудование АЭС”
Расчет
горизонтального парогенератора, обогреваемого
водой под
давлением
Выполнил: ст. гр. ТЯ-0904
Тацюк О.М.
Одесса 2012
Исходные данные: Вариант 42.
Паропроизводительность ПГ: D=401
кг/с
Параметры пара: P2=6,9
МПа, t2=tS=284,5
˚С
Температура питательной воды: t2’
=220 ˚C
Параметры теплоносителя: P1=16
МПа, t1’=331
˚C, t1”=296
˚C.
Кратность циркуляции: Кц=5.
Тепловая мощность ПГ, расход теплоносителя, t-Q
диаграмма ПГ.
Для рассчитываемого ПГ уравнение теплового
баланса имеет следующий вид:
Продувка ПГ принимается равной DПР= 0,5%*D=0,005*401=2,01
кг/с.
Значения h’, hПВ, r, h1’, h1”
определяются по таблице “Термодинамические и теплофизические свойства воды и
водяного пара”
Энтальпия пара на линии насыщения: h’=1261,2
кДж/кг (Р2 и t2).
Энтальпия питательной воды на линии
насыщения: hПВ=943,7
кДж/кг (t2’).
Удельная теплота парообразования: r=1510,7
кДж/кг (Р2).
Энтальпия т.н. на входе в ПГ: h1’=1518,34
кДж/кг (Р1 и t1’).
Энтальпия т.н. на выходе из ПГ: h1”=1316,37
кДж/кг (Р1 и t1”).
КПД парогенератора: ŋ=0,97.
Тепловая мощность ПГ:
Тепловая мощность экономайзерной
части ПГ:
Тепловая мощность испарительной
части ПГ:
Расход теплоносителя:
Определяем энтальпию теплоносителя
на выходе из испарительной части парогенератора .
которой соответствует температура 
302,9 ˚С
(
и Р1).
Определяем энтальпию рабочего тела
при смещении с котловой водой.
которой соответствует температура 
272,5 ˚С
(
и Р2).
t-Q диаграмма
ПГ представлена на рис. 1
Рис. 1 t-Q диаграмма
ПГ.
Выбор материала и диаметра труб
теплопередающей поверхности и коллектора теплоносителя, материала корпуса
Выбираем следующие марки стали:
- для труб теплопередающей
поверхности 12Х18Н10Т;
для коллектора
теплоносителя 10ГН2МФА,
плакированная со стороны, омываемой теплоносителем, сталью 12Х18Н10Т;
для элементов корпуса -
10ГН2МФА;
Расчет толщины стенок труб
теплопередающей поверхности, входной и выходной камер коллектора теплоносителя.
Толщина стенки труб теплопередающей
поверхности рассчитывается по формуле:
С=С1+ С2+ С3+
С4
dН=16 мм
(принимается).
P1Р=0,9*1,25*P1=0,9*1,25*16=18
МПа.
Температура стенки трубы во входном
сечении:
tСТ.Р=0,5*(t1’+tS)=0.5*(331+284.5)=308
˚C.
Допустимое напряжение [σН]=11,9
кгс/мм2=117 МПа.
φ=1-минимальный коэффициент
прочности труб.
Прибавка к толщине на минусовой
допуск:
С1=0,11*(δр-С)=0,11*(1,14+С-С)=0,125
мм
С2=0, С3=0.
Прибавка на утонение изогнутой части
трубы:
Принимаем δр=1,5 мм (с
последующим уточнением).
Овальность труб, а=12%
Прибавка к расчетной толщине:
С=0,125+0+0+0,473=0,598 мм
Уточняем толщину стенки трубки:
δР=1,14+0,598=1,738=1,8
мм
Внутренний диаметр трубки:
dВ=dН -2 δР=16-2*1,8=12,4
мм
Площадь живого сечения трубки:
fТР=(π/4)*d2=(3.14/4)*(12,4*10-3)2=1,21*10-4
м2
Площадь сечения трубки:
f==(π/4)*d2=(3.14/4)*(16*10-3)2=2,01*10-4
м2
Толщина стенки входной и выходной
камеры коллектора рассчитывается по формуле:
dВ.К=0,834 мм
(принимается)
φ- коэффициент прочности камер.
С=1.
Расчетная температура стенки камер tСТ.Р 
t1’=331˚C
Допустимое напряжение [σН]=23 кгс/мм2=225
МПа.
Для расчета толщины стенки
перфорированной части коллектора рассчитываем коэффициенты прочности
перфорированной части коллектора:
Для продольного ряда:
S1c2dН=32 мм -
продольный шаг расположения отверстий.
d0=0,2+dН=0,2+16=16,2
мм.
Для поперечного ряда:
S2C=26 мм -
поперечный шаг расположения отверстий.
Для диагонального ряда:
m=S2C /S1C=26/32=0,813
Для расчета толщины стенки
коллектора принимаем меньшее значение
коэффициента прочности φ=0,264
Толщина стенки коллектора будет
равна:
Наружный диаметр коллектора равен:
Толщина стенки конусной части
коллектора:
Расчет площади теплопередающей
поверхности испарительного участка ПГ.
Исходные данные:
Р1=16 МПа,
QИ=605791
Дж/с,
t1И’= t1’=331 ˚C,
t1И”=302,9 ˚C,
tS=284,5
˚C,
Таблица №1.Число труб
теплопередающей поверхности.
|
Величина
|
Обозначение, Расчетная
формула
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Скорость
теплоносителя на выходе в трубы, м/с
|
|
3,5
|
4,5
|
5,5
|
|
Удельный
объем теплоносителя при t1 и P1, кг/м3
|
v1’
|
0,001514
|
0,001514
|
0,001514
|
|
Площадь
живого сечения трубы, м2
|
|
1,21*10-4
|
1,21*10-4
|
1,21*10-4
|
|
Расчетное
число труб теплопередающей поверхности.
|
|
13389
|
10414
|
8521
|
Расчет α1вх
Таблица №2. Физические параметры теплоносителя
во входном сечении .
|
Физические
параметры теплоносителя, при t1’=331 ˚C.
|
|
Вариант.
|
|
Величина
|
Ед.
из.
|
1
|
2
|
3
|
|
Удельный
объем: v1’
|
м3/кг
|
0,001514
|
0,001514
|
0,001514
|
|
Динамическая
вязкость: μ
|
Па/с
|
8,06*10
-5
|
8,06*10
-5
|
8,06*10
-5
|
|
Коэф.
теплопроводности: λ
|
Вт/(м*К)
|
0,48
|
0,48
|
0,48
|
|
Критерий
Прандтля: Pr
|
-
|
1,264
|
1,264
|
1,264
|
|
Число
Рейнольдса: Re
|
-
|
355655
|
457271
|
558886
|
|
Коэф.
теплоотдачи:  кВт/(м*К)25,130,6936,04
|
|
|
|
|
|
Термическое
cопротивление R'=1/ 1/кВт/(м*К)0,03980,03260,0277
|
|
|
|
|
Число Рейнольдса рассчитывается по формуле:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Температура стенки принимается
ориентировочно равной:
где t1=t1’-для
входного сечения и t1=t1”-для
выходного участка.
λСТ=18,8
Вт/(м*К)
Rок=1,5*10-5
Термическое сопротивление стенки
трубы и оксидных пленок:
Для первой итерации q’ принимаем
равной.
Рассчитываем 
по формуле:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Удельный тепловой поток 
рассчитывается
по формуле:
Проверка отношения 
:
Так как условие 
не
выполняется, повторяем расчет.
Принимая q’ВХ=q”ВХ=2,71*105
Вт/м2.
Рассчитываем по формуле:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Удельный тепловой поток рассчитывается
по формуле:
Проверка отношения 
:
Так как условие выполняется
полученные значения α’ВХ , q’ВХ
и α”ВХ , q”ВХ считаем
окончательным.
Результаты расчета для трех
вариантов скоростей сведены в таблицу №3.
Таблица №3. Расчет коэффициента
теплоотдачи.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Удельный
тепловой поток.
|
|
2,32*105
|
2,4*105
|
2,52*105
|
|
|
Коэффициент
теплоотдачи.
|
46,7948,4449,62
|
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплопередачи.
|
 5,826,16,3
|
|
|
|
|
|
Удельный
тепловой поток.
|
2,71*1052,84*1052,93*105
|
|
|
|
|
|
Проверка
отношений.
|
 0,860,860,86-
|
|
|
|
|
|
Так
как условие   повторяем расчет.
|
|
Удельный
тепловой поток.
|
|
2,71*105
|
2,84*105
|
2,94*105
|
|
|
Коэффициент
теплоотдачи.
|
52,1853,9355,16
|
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплопередачи.
|
5,896,186,38
|
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплопередачи.
|
2,74*1052,87*1052,97*105
|
|
|
|
|
|
Проверка
отношений.
|
0,990,990,99-
|
|
|
|
|
Так как условие выполняется
полученные значения α’ВХ , q’ВХ
и α”ВХ
, q”ВХ считаем
окончательным.
Расчет α’вых
Таблица №2а. Физические параметры
теплоносителя в выходном сечении.
|
Физические
параметры теплоносителя, при t1И”=302,9 ˚C.
|
|
Вариант.
|
|
Величина
|
Ед.
из.
|
1
|
2
|
3
|
|
Удельный
объем: v1”
|
м3/кг
|
0,00132
|
0,00132
|
0,00132
|
|
Динамическая
вязкость: μ
|
Па/с
|
9,01*10
-5
|
9,01*10
-5
|
9,01*10
-5
|
|
Коэф.
теплопроводности: λ
|
Вт/(м*К)
|
0,53
|
0,53
|
0,53
|
|
Коэф.
Прандтля: Pr
|
-
|
0,99
|
0,99
|
0,99
|
|
Скорость
теплоносителя
|
 3,134,14,9
|
|
|
|
|
Число
Рейнольдса: Re
|
-
|
326338
|
418088
|
510880
|
|
Коэф.
теплоотдачи: кВт/(м*К)23,0128,0532,93
|
|
|
|
|
Число Рейнольдса рассчитывается по формуле:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Температура стенки принимается
ориентировочно равной:
λСТ=18,7
Вт/(м*К)
Rок=1,5*10-5
Термическое сопротивление стенки
трубы и оксидных пленок:
Для первой итерации q’вых
принимаем равной.
Рассчитываем 
по формуле:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Удельный тепловой поток рассчитывается
по формуле:
Проверка отношения :
Так как условие 
выполняется
полученные значения
α’ВЫХ , q’ВЫХ и
α”ВЫХ, q’ВЫХ считаем
окончательным.
Результаты расчета для трех
вариантов скоростей сведены в таблицу №3а.
Таблица №3а. Расчет коэффициента
теплоотдачи.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Удельный
тепловой поток.
|
 8,92*1049,39*1049,74*104
|
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплоотдачи.
|
 23,9924,8825,53
|
|
|
|
|
|
Коэффициент
теплопередачи.
|
 5,095,345,53
|
|
|
|
|
|
Удельный
тепловой поток.
|
 9,37*1049,83*1041,02*105
|
|
|
|
|
|
Проверка
отношений.
|
 0,950,960,6-
|
|
|
|
|
Так как условие выполняется
полученные значения α’ВЫХ, q’ВЫХ и
α”ВЫХ, q’ВЫХ считаем
окончательным.
Коэффициент теплопередачи, площадь
теплопередающей поверхности, длина труб испарительного участка ПГ.
Средний коэффициент теплопередачи
испарительного участка ПГ:
Больший температурный напор:
Меньший температурный напор:
Среднелогарифмический температурный
напор:
Расчетная площадь теплопередающей
поверхности испарительного участка:
В таблице №4 представлен расчет
коэффициента теплопередачи испарительного участка и площади теплопередающей
поверхности для трех вариантов скоростей.
Таблица №4. Расчет площади
теплопередающей поверхности испарительного участка ПГ.
|
Величина
|
Обознач
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Средний
коэф. теплопередачи.
|
 5,495,765,96
|
|
|
|
|
|
Больший
температурный напор.
|
|
46,5
|
46,5
|
46,5
|
|
|
Меньший
температурный напор.
|
 18,418,418,4
|
|
|
|
|
|
Среднелогарифмический
температурный напор.
|
 30,3430,3430,34
|
 3636,933466,453350,12м2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет площади теплопередающей поверхности экономайзерного
участка ПГ.
Исходные данные:
QЭ=127956
Дж/с
t'1Э=t”1И=302,9
˚С
t”1Э=t”1=296
˚С
t'2Э=t’2Ц=272,5
˚С
tS=284,5 ˚С1СР=0,5*(302,9+296)=299,5
˚С
t2СР=0,5*(272,5+284,5)=278,5
˚С
Таблица №5. Физические параметры теплоносителя в
выходном сечении.
|
Физические
параметры теплоносителя, при t1СР=299,5 ˚C.
|
|
Вариант.
|
|
Величина
|
Ед.
из.
|
1
|
2
|
3
|
|
Удельный
объем: v1
|
м3/кг
|
0,00137
|
0,00137
|
0,00137
|
|
Динамическая
вязкость: μ
|
Па/с
|
9,11*10
-5
|
9,11*10
-5
|
9,11*10
-5
|
|
Коэф.
теплопроводности: λ
|
Вт/(м*К)
|
0,54
|
0,54
|
0,54
|
|
Коэф.
Прандтля: Pr
|
-
|
0,97
|
0,97
|
0,97
|
|
Скорость
теплоносителя
|
 3,254,165,09
|
|
|
|
|
Число
Рейнольдса: Re
|
-
|
323242
|
413377
|
505779
|
|
Коэф.
теплоотдачи: кВт/(м*К)23,0428,0532,96
|
|
|
|
|
Число Рейнольдса:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Теплоотдача от стенки трубы к
рабочему телу происходит в условиях поперечного обтекания шахматного
расположения трубок ПГВ с углом атаки ψ<90˚.
Тогда поправка на угол атаки ε=1˚.
Таблица №5. Физические параметры
рабочего тела.
|
Физические
параметры рабочего тела, при t2СР=278,5 ˚C.
|
|
Вариант.
|
|
Величина
|
Ед.
из.
|
1
|
2
|
3
|
|
Удельный
объем: v2Э
|
м3/кг
|
0,00133
|
0,00133
|
0,00133
|
|
Динамическая
вязкость: μ
|
Па/с
|
9,86*10
-5
|
9,86*10
-5
|
9,86*10
-5
|
|
Коэф.
теплопроводности: λ
|
Вт/(м*К)
|
0,58
|
0,58
|
0,58
|
|
Коэф.
Прандтля: Pr
|
-
|
0,9
|
0,9
|
0,9
|
|
Скорость
раб. тела: w2Э
|
м/с
|
1,02
|
1,3
|
1,59
|
|
Число
Рейнольдса: Re
|
-
|
124151
|
158770
|
194260
|
|
Коэф.
теплоотдачи:кВт/(м*К)37,9144,4850,72
|
|
|
|
|
Скорость воды в межтрубном пространстве:
Число Рейнольдса:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
x-поправка
Михеева:
Температура стенки принимается
ориентировочно равной:
λСТ=18,5
Вт/(м*К)
Rок=1,5*10-5
Термическое сопротивление стенки
трубы и оксидных пленок:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Больший температурный напор:
Меньший температурный напор:
Среднеарифметический температурный
напор:
Площадь теплопередающей поверхности
экономайзерного участка:
Основные результаты теплового
расчета экономайзерного участка представлены в таблице №6.
Таблица №6. Результаты расчета
площади теплопередающей поверхности экономайзерного участка ПГ.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Коэффициент.
теплопередачи.
|
 5,395,776,06
|
|
|
|
|
|
Больший
температурный напор.
|
|
23,5
|
23,5
|
23,5
|
|
|
Меньший
температурный напор.
|
18,418,418,4
|
|
|
|
|
|
Арифметический
температурный напор.
|
 20,9520,9520,95
|
|
|
|
|
|
Расчетная
площадь теплопередающей поверхности испарительного участка.
|
 113310591008м2
|
|
|
|
|
Площадь теплопередающей поверхности, длина и
масса труб ПГ
Расчетная площадь теплопередающей
поверхности ПГ 
.
Так как в процессе эксплуатации ПГ
возможно образование течей в отдельных трубках и их заглушка, то фактическая
площадь теплопередающей поверхности рассчитывается с некоторым запасом, 
.
Значение коэффициента kЗ выбирается
из интервала от 1,1 до 1,25.
Принимаем kЗ=1,15.
Расчетная площадь теплопередающей
поверхности:
Площадь теплопередающей поверхности:
Длина труб теплопередающей
поверхности:
Длина одной трубки:
Масса 1м трубы 
ml=0,51кг/м
Масса труб:
Результаты расчета представлены в
таблице №7.
Таблица №7. Площадь теплопередающей
поверхности, длина и масса труб.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Расчетная
площадь теплопередающей поверхности
|
|
4769,93
|
4525,45
|
4358,12
|
м2
|
|
Площадь
теплопередающей поверхности.
|
 5485,45204,35011,8м2
|
|
|
|
|
|
Длина
труб теплопередающей поверхности.
|
 116463110495106408м
|
|
|
|
|
|
Длина
одной трубки.
|
 8,9410,8412,77м
|
|
|
|
|
|
Масса
труб.
|
 59396,1356352,4554268,08кг
|
|
|
|
|
Размеры и масса основных узлов корпуса,
коллектора и ВКУ.
P1Р=1,5*0,9*P1=1,5*0,9*16=21,6
МПа.
P2Р=1,5*0,9*P2=1,5*0,9*6,9=9,3
МПа.
tрасч=350
˚С
ρст=7500
кг/м3
[σН]=185
МПа
Для расчета центральной обечайки:
С=8; φ=0,636.
Для расчета боковой обечайки:
С=0,62; φ=0,84.
Для расчета элептического днища:
С=20,62; φ=0,85.
Внутренний диаметр корпуса ПГ:
dВН=4,3
м
Толщина стенки центральной обечайки:
Расчетная толщина стенки центральной обечайки:
Длина центральной обечайки:
Наружный диаметр центральной
обечайки:
Толщина стенки боковой обечайки:
Расчетная толщина стенки боковой
обечайки:
Длина боковой обечайки:
Наружный диаметр боковой обечайки:
Объем центральной обечайки:
Объем боковой обечайки:
Масса центральной обечайки:
Масса боковой обечайки:
Высота эллиптического днища:
Толщина стенки эллиптического днища:
Наружный диаметр эллиптического
днища:
Объем эллиптического днища:
Масса эллиптического днища:
Длина корпуса ПГ:
Основные результаты конструкционного
расчета ПГ сведены в таблицу №8.
Таблица №8. Масса деталей частей
парогенератора.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Внутренний
диаметр корпуса.
|
 4,33,83,5м
|
|
|
|
|
|
Толщина
стенки центральной обечайки.
|
 185164152мм
|
|
|
|
|
|
Расчетная
толщина стенки центральной обечайки.
|
204180167мм
|
|
|
|
|
|
Длина
центральной обечайки.
|
|
3
|
3,7
|
4,3
|
м
|
|
Наружный
диаметр центральной обечайки.
|
 4,74,23,8м
|
|
|
|
|
|
Толщина
стенки боковой обечайки.
|
 133118109мм
|
|
|
|
|
|
Расчетная
толщина стенки боковой обечайки.
|
146130120мм
|
|
|
|
|
|
Длина
боковой обечайки.
|
|
3
|
3,7
|
4,3
|
м
|
|
Наружный
диаметр боковой обечайки.
|
 4,64,13,7м
|
|
|
|
|
|
Объем
центральной обечайки.
|
 8,59,37,4м3
|
|
|
|
|
|
Объем
боковой обечайки.
|
 6,36,94,9м3
|
|
|
|
|
|
Масса
центральной обечайки.
|
 637506975055500кг
|
|
|
|
|
|
Масса
боковой обечайки.
|
 472505175036750кг
|
|
|
|
|
|
Высота
эллиптического днища.
|
 1,0750,950,875м
|
|
|
|
|
|
Толщина
стенки эллиптического днища.
|
 171158136мм
|
|
|
|
|
|
Наружный
диаметр эллиптического днища.
|
 4,64,13,8м
|
|
|
|
|
|
Объем
эллиптического днища.
|
 1,51,181м3
|
|
|
|
|
|
Масса
эллиптического днища.
|
 1125088507500кг
|
|
|
|
|
|
Длина
корпуса ПГ
|
 11,513,314,9м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Достаточность парового пространства для
сепарации пара.
Высота уровня воды в ПГ на ПДЛ: h=0,1
м
Расстояние от ПДЛ до нижней кромки ЖС: HЖС=0,75
м
Плотность среды которая проходит через ПДЛ:
ρs=ρ”=36,02
кг/м3
ρ’=741,56 кг/м3
Влажность на выходе из ПГ: σ=0,02%
Коэффициент: а=0,65-0,039*Р2=0,65-0,039*6,9=0,381
Площадь поверхности зеркала испарения
Скорость пара при прохождении ЖС:
Запас:
Поправочный коэффициент:
Запас увеличения уровня:
Вспомогательная функция плотности
среды:
Граничная высота ЖС:
Высота парового пространства:
Критический запас скорости:
Площадь ЖС:
Результаты расчета парового
пространства представлены в таблице №9.
Таблица №9. Паровое пространство.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Площадь
поверхности зеркала испарения.
|
 55,8160,2964,52м2
|
|
|
|
|
|
Скорость
пара при прохождении ЖС.
|
 0,1990,1850,173м/с
|
|
|
|
|
|
Запас.
|
 0,2390,2220,208м/с
|
|
|
|
|
|
Поправочный
коэффициент.
|
 0,3430,3270,312-
|
|
|
|
|
|
Запас
увеличения уровня.
|
 0,2280,2230,218м
|
|
|
|
|
|
Вспомогательная
функция плотности среды.
|
 40974,1440974,1440974,14-
|
|
|
|
|
|
Граничная
высота ЖС.
|
 1057,53961,85881,54мм
|
|
|
|
|
|
Высота
парового пространства.
|
 0,5220,5270,532м
|
|
|
|
|
|
Критический
запас скорости.
|
 0,0790,0850,09%
|
|
|
|
|
|
Площадь
ЖС.
|
 46,5850,1553,52м2
|
|
|
|
|
Масса коллектора
Паспортные характеристики коллектора:
Высота коллектора: 4,97 м
Высота перфорированной и цилиндрической части:
3,42 м
Высота перфорированной части: 2,2 м
Высота цилиндрической части: 1,22 м
Высота конической части: 1,55 м
Наружный диаметр коллектора: dН=1,134
м
Внутренний диаметр коллектора: dВ=0,834
м
Диаметр отверстия в стенки коллектора, под
трубки: d0=
0,0162 м
Толщина стенки коллектора: δстк=0,15м
Число трубок теплопередающей поверхности:
n1ТР=13034;
n2ТР=10192;
n3ТР=8330.
Объем перфорированной части коллектора:
Объем цилиндрической части
коллектора:
Наружный диаметр: dН=0,95 м
Внутренний диаметр: dВН=0,834 м
Объем конической части коллектора.
R=0,453-больший
радиус конической части.
r=0,236-меньший
радиус конической части.
RВН=0,417-больший
внутренний радиус конической части.
rВН=0,2-меньший
внутренний радиус конической части.
Масса коллектора рассчитывается по
формуле:
Толщина крышки люка коллектора 1-го
контура (Ду800).
Масса крышки:
Расчет эллиптического днища крышки
люка 2-го контура.
Объемы днища:
Объем эллиптического днища равен:
Масса днища:
.
Масса ПДЛ: M1ПДЛ=2093 кг; M2ПДЛ=2261 кг; M3ПДЛ=2420 кг.
Результаты конструкционного расчета
парогенератора и его основных элементов сведены в таблицу №10
Таблица №10. Масса ПГ, и его
элементов.
|
Элемент.
|
Вариант
|
|
1
|
2
|
3
|
|
кг
|
т
|
кг
|
т
|
кг
|
т
|
|
Центральная
обечайка.
|
63750
|
63,75
|
69750
|
69,75
|
55500
|
55,5
|
|
Боковая
обечайка.
|
47250
|
47,25
|
51750
|
51,75
|
36750
|
36,75
|
|
Эллиптическое
днище корпуса.
|
11250
|
11,25
|
8850
|
8,850
|
7500
|
7,5
|
|
Коллектор.
|
11475
|
11,475
|
12150
|
12,150
|
12525
|
12,525
|
|
Крышка
1-го контура.
|
617,95
|
0,617
|
617,95
|
0,617
|
617,95
|
0,617
|
|
Эллиптическое
днище 2-го контура.
|
525
|
0,525
|
525
|
0,525
|
525
|
0,525
|
|
Паровой
коллектор.
|
7200
|
7,2
|
7200
|
7,2
|
7200
|
7,2
|
|
Коллектор
питательной воды.
|
1024
|
1,024
|
1024
|
1,024
|
1024
|
1,024
|
|
Трубы
теплопередающей поверхности.
|
59396
|
59,396
|
56352
|
56,352
|
54268
|
54,268
|
|
Сепарационные
устройства.
|
5500
|
5,5
|
5500
|
5,5
|
5500
|
5,5
|
|
ПДЛ.
|
2093
|
2,093
|
2261
|
2,261
|
2420
|
2,42
|
|
Масса
ПГ.
|
210081
|
210,081
|
215980
|
215,98
|
183829
|
183,83
|
Гидравлическое сопротивление 1-го контура ПГ
Исходные данные:
Плотность и вязкость теплоносителя на входе при t’1=331˚C
ρ'=625 кг/м3
μ’=7,97*10-5
Па*с
Плотность и вязкость теплоносителя на выходе при
t’1=296˚C
ρ"=714,3
кг/м3
μ”=9,32*10-5
Па*с
Плотность и вязкость теплоносителя при средней
температуре t’СР=313,5˚C
ρCР=694,4
кг/м3
μСР=8,7*10-5
Па*с
k=0,01 мм
Р1=16 МПа
Скорость теплоносителя на входе в коллектор:
Сопротивление на входе в коллектор:
ξВХ=0,14-коэф.
сопротивления входа коллектора.
Изменение напора вдоль
перфорированной части коллектора:
А=0,04-коэф. сопротивление
перфорированной части.
Изменение напора вдоль коллектора на
уровне средней части:
Скорость входа теплоносителя в
средние ряды трубок:
Падение напора на входе в средние
ряды трубок:
Средняя скорость в трубках:
Коэффициент трения труб:
Потери напора на трение в трубах:
Потери напора на преодоление
поворота трубчатки:
Скорость выхода тока из среднего
участка:
Потери напора на выходе из средней
части труб:
Скорость теплоносителя в выходном
коллекторе:
Потери напора вдоль перфорированной
части коллектора:
Потеря напора на выходе из
коллектора в ГЦН.
Суммарная потеря напора по тракту
теплоносителя:
Результаты расчета сопротивления
первого контура для трех вариантов представлены в таблице №11.
Таблица №11. Гидравлические
сопротивление первого контура ПГ.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Скорость
теплоносителя на входе в коллектор.
|
 10,9810,9810,98м/с
|
|
|
|
|
|
Сопротивление
на входе в коллектор.
|
 5269,85269,85269,8Па
|
|
|
|
|
|
Изменение
напора вдоль перфорированной части коллектора.
|
 1505,61505,61505,6Па
|
|
|
|
|
|
Изменение
напора вдоль коллектора на уровне средней части.
|
 1003,71003,71003,7Па
|
|
|
|
|
|
Скорость
входа теплоносителя в средние ряды трубок.
|
 3,84,865,95м/с
|
|
|
|
|
|
Падение
напора на входе в средние ряды трубок.
|
 270,8442,9663,8Па
|
|
|
|
|
|
Средняя
скорость в трубках.
|
 3,424,375,35м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора на трение в трубах.
|
 6091,499945,6714906,6Па
|
|
|
|
|
|
Потери
напора на преодоление поворота трубчатки.
|
 779,712731908Па
|
|
|
|
|
|
Скорость
выхода тока из среднего участка.
|
 3,324,255,2м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора на выходе из средней части труб.
|
 74,8122,57183,49Па
|
|
|
|
|
|
Скорость
теплоносителя в выходном коллекторе.
|
9,69,69,6м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора вдоль перфорированной части коллектора.
|
 877,73877,73877,73Па
|
|
|
|
|
|
Потеря
напора на выходе из коллектора в ГЦН.
|
 2194,32194,32194,3Па
|
|
|
|
|
|
Суммарная
потеря напора по тракту теплоносителя.
|
 14265,2618488,4123924,36Па
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидравлическое сопротивление 2-го контура ПГ
Это сопротивление, преодолеваемое питательным
насосом, складывается из сопротивлений подачи питательной воды в ПГ, жалюзийных
сепараторов и выхода пара из ПГ.
Гидравлическое сопротивление при движении
пароводяной смеси в межтрубном пространстве и сопротивление погружного
дырчатого листа преодолевается напором контура естественной циркуляции ПГ.
dy1=400
- диаметр трубопровода подачи питательной воды.
dy2=250
- диаметр ответвляющих труб.
dy3=80
- диаметр раздающих труб.
dy4=25
- диаметр трубок на dy3.
l1=2,2
м - длина трубок dy4.
l2=3,7
м - длина короткого ответвления.
l3=6
м - длина длинного ответвления.
n'=6 - количество
раздающих труб dy3
на коротком ответвлении.
n"=10 -
количество раздающих труб dy3
на длинном ответвлении.
n’”=38 - количество
трубок dy4
на каждый отвод dy3.
Плотность питательной воды при tПВ=840,3
кг/м3
Скорость воды в питательном патрубке:
Сопротивление питательной воды с
выходного патрубка питательной воды:
Коэффициент сопротивления при повороте
трубопровода dy1 на 35˚:
Коэффициент сопротивления при
распределении потока в короткий и длинный отводы:
Сечение трубы dy25:
Сечение одного отвода dy80 с учетом n’’’.
Сечение короткого отвода с учетом 6ТИ
dy80, и
длинного при 10 dy80.
Расход воды в коротком и длинном
ответвлении:
Скорость потока в коротком и длинном
ответвлениях:
Потери напора по длине труб,
короткого и длинного отвода:
Определяем скорость в коротком и
длинном отводе:
Определяем скорость в трубах dy80:
Потери напора в трубах dy250:
Потери напора в выходных трубках dy25:
Суммарные потери напора по тракту
питательной воды:
Гидравлический расчет парового
тракта.
Площадь прохода ПДЛ:
Коэффициент сопротивления ПДЛ, ξ=2,74.
Скорость пара при прохождении ПДЛ:
Потери напора при прохождении пара
через ПДЛ:
Результаты расчета гидравлического
сопротивления парового тракта сведены в таблицу №12.
Продолжение таблицы №12.
Гидравлические сопротивления парового тракта
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Площадь
прохода ПДЛ.
|
 4,464,825,16м2
|
|
|
|
|
|
Коэффициент
сопротивления ПДЛ.
|
ξ
|
2,74
|
2,74
|
2,74
|
-
|
|
Скорость
пара при прохождении ПДЛ.
|
 2,52,312,16м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора при прохождении пара через ПДЛ.
|
 308,42263,32230,24Па
|
|
|
|
|
Жалюзийный сепаратор.
Коэффициенты сопротивления ЖС.
ξС=0,05
ξСВХ120=1,67
ξСВХ60=0,65
dПП=345 мм
dВН=290 мм
dПК=600 мм
n=10
lПК=11600 мм
Скорость пара при прохождении ЖС:
Потери напора при прохождении пара
через ЖС:
Скорость пара на входе в
пароотводящий патрубок:
Потери напора в пароотводящем
патрубке:
Скорость пара в пароотводящих
патрубках:
Потери напора при повороте потока на
80˚:
Потери напора в пароотводящем
коллекторе:
Скорость пара в пароотводящем
коллекторе:
Потери напора на преодоление
сопротивления ПК в области обвязки ПГ:
Изменение напора вдоль парового
коллектора:
Полные потери на прохождение
парового тракта ПГ:
В таблице №13 представлены расчеты
жалюзийного сепаратора и его гидравлические сопротивления.
Таблица №13. Жалюзийный сепаратор.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Скорость
пара при прохождении ЖС.
|
 0,240,220,21м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора при прохождении пара через ЖС.
|
 2,462,071,88Па
|
|
|
|
|
|
Скорость
пара на входе в пароотводящий патрубок.
|
 11,911,911,9м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора в пароотводящем патрубке.
|
 3825,63825,63825,6Па
|
|
|
|
|
|
Скорость
пара в пароотводящих патрубках.
|
 16,8616,8616,86м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора при повороте потока на 80˚.
|
 1023,91023,91023,9Па
|
|
|
|
|
|
Потери
напора в пароотводящем коллекторе.
|
|
|
|
|
|
Скорость
пара в пароотводящем коллекторе.
|
 39,3939,3939,39м/с
|
|
|
|
|
|
Потери
напора на преодоление сопротивления ПК в области обвязки ПГ.
|
 16792,0116792,0116792,01Па
|
|
|
|
|
|
Изменение
напора вдоль парового коллектора.
|
 11194,6711194,6711194,67Па
|
|
|
|
|
|
Полные
потери на прохождение парового тракта ПГ.
|
 15877,2215831,7315798,46Па
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность ГЦН и ПН, необходимая для преодоления
гидравлического сопротивления первого и второго контура ПГ
Мощность ГЦН:
ŋ=0,76 - КПД ГЦН.
N12=131209 Вт
N13=169787Вт
Мощность питательного насоса:
ŋ=0,82 - КПД ПН.
Стоимость парогенератора.
Стоимость центральной обечайки:
Стоимость боковой обечайки:
Стоимость эллиптического днища:
Стоимость корпуса ПГ:
Стоимость коллектора питательной
воды:
Стоимость ПДЛ:
Стоимость ЖС:
Трубы теплопередающей поверхности:
Стоимость парового коллектора:
Стоимость ВКУ:
Стоимость парогенератора:
Расчет стоимости ПГ, для трех
вариантов скоростей представлены в таблице №14.
Таблица №14. Стоимость
парогенератора.
|
Элемент.
|
Скорость
теплоносителя w, м/с
|
|
3,5
|
4,5
|
5,5
|
|
Центральная
обечайка.
|
1354414,29
|
1481888,57
|
1179137,14
|
|
Боковая
обечайка.
|
1003860
|
1099465,71
|
780780
|
|
Эллиптическое
днище.
|
261900
|
206028
|
174600
|
|
Корпус.
|
3885934,29
|
4092876
|
3089897,14
|
|
Коллектор
ПВ.
|
20922,37
|
20922,37
|
20922,37
|
|
ПДЛ.
|
38086,74
|
41143,87
|
44037,224
|
|
ЖС.
|
128040
|
128040
|
128040
|
|
Трубы
П/Т.
|
1298317,37
|
1231779,58
|
1186226,123
|
|
Паровой
коллектор.
|
147110,4
|
147110,4
|
147110,4
|
|
ВКУ.
|
1632476,87
|
1568996,22
|
1526336,12
|
|
Стоимость
ПГ.
|
5518411,16
|
5661872,22
|
4616233,26
|
Расчетные затраты и выбор оптимальной скорости
теплоносителя.
Оптимальная скорость т/н определяется по
наименьшим затратам:
З=EнK+S→min,
Где Ен=0,4 - нормативный коэффициент
капитальных вложений, год-1.
К=ЦПГ - стоимость изготовления ПГ,
тыс. грн.
S - эксплутационные
затраты тыс. грн/год.
Для ПГ эксплутационные затраты состоят из амортизационные
отчисления SАМ,
затраты на поточный ремонт SП.Р
,
общестанционные затраты SО
и электроэнергия для прокачки ТН и РТ ПГ - SЭ.
S=SАМ+SПР+SО+SЭ
.
SАМ=0,07*К=0,07*5518411,16=386288,78грн
SПР=0,15*SАМ=0,15*386288,78=57943,32грн
SО=0,016*К=0,016*5518411,16=88294,58грн
TЭКСП=7000
часов
ВЭ=2,5 коп/(кВт*час)
N11=101238
Вт
N2=32628
Вт
SЭ=ТЭКСП*Ве*(N1+N2)*10-5=7000*2,5*(101238+32628)*10-5=23426,55грн
S=386288,78+57943,32+88294,58+23426,55=555953,23грн
З=0,4*К+S=0,4*5518411,16+555953,23=2763317,69
грн
Расчет приведенных затрат сведен в таблицу №15.
Таблица №15. Приведенные затраты .
|
Величина
|
Скорость
теплоносителя w, м/с
|
|
3,5
|
4,5
|
5,5
|
|
Ен
|
0,4
|
0,4
|
0,4
|
|
К=ЦПГ
|
5518411,16
|
5661872,22
|
4616233,26
|
|
S
|
555953,23
|
575042,14
|
480889,13
|
|
SАМ
|
386288,78
|
396331,06
|
323136,33
|
|
SПР
|
57943,32
|
59449,66
|
48470,45
|
|
SО
|
88294,58
|
90589,96
|
73859,73
|
|
SЭ
|
23426,55
|
28671,48
|
35422,63
|
|
З
|
2763317,69
|
2839791,03
|
2327382,44
|
Зависимость приведенных затрат от скорости
теплоносителя.
Средняя скорость теплоносителя в трубках теплопередающей
поверхности:
Капитальная составляющая приведенных
затрат:
SK=0,217*ЦПГ=0,217*5518411,16=1197495,22
грн
Составляющая приведенных затрат на
электроэнергию:
SЭ=ТЭКСП*Ве*(N1+N2)*10-5=7000*2,5*(101238+32628)*10-5=27476,55
грн
Приведенные затраты:
З=0,4*SК+Sе=0,4*1197495,22+27476,55=502424,64грн
В таблице №16 показана зависимость
приведенных затрат от скорости теплоносителя.
Таблица №16.
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед.
из.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Средняя
скорость теплоносителя.
|
 3,424,375,35м/с
|
|
|
|
|
|
Капитальная
составляющая приведенных затрат.
|
SK
|
1197495,2
|
963929,2
|
1003446
|
тыс.грн/год
|
|
Составляющая
приведенных затрат на электроэнергию.
|
SЭ
|
27476,55
|
36535,48
|
47860,63
|
тыс.грн/год
|
|
Приведенные
затраты.
|
З
|
502424,64
|
422122,4
|
449239,1
|
тыс.грн/год
|
Зависимость расчетных затрат от скорости
теплоносителя показана на рис. №2
Рис. 2
Вывод
В результате выполнения курсового проекта был
произведен конструкционный и гидравлический расчет горизонтального
парогенератора обогреваемого водой под давлением. В итоге экономического
расчета ПГ мне удалось определить оптимальную скорость теплоносителя w=4,37
м/с, которой соответствуют оптимальные затраты З=422122,4 тис.грн/год.
Стоимость парогенератора равна 5661872,22 грн.
По оптимальным параметрам габариты ПГ будут
равны: dвн=3,8
м, LПГ=13,3м
МПГ=215,98 т.
горизонтальный парогенератор расчет
Список используемой литературы
1.
Вукалович
М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и
водяного пара. - М: Изд-во стандартов, 1964. - 408 с.
2.
Рассохин
Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций. - М: Энергоатомиздат,
1987. - 384 с.
3.
Справочник
по теплогидравлическим расчётам (ядерные реакторы, теплообменники,
парогенераторы) / П.Л. Кириллов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков. Под общ. ред. П.Л.
Кириллова. - М: Энергоатомиздат, 1990.
4.
Исаченко
В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М: Энергия, 1965.
5.
Рассохин
Н.Г., Мельников В.Н. Парогенераторы, сепараторы и пароприёмные устройства АЭС.
- М: Энергоатомиздат, 1985. - 74 с.
6.
Чулкин
О.А. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине “
Парогенераторы и теплообменное оборудование АЭС ”