Расчет тепловой схемы парогенератора ПГВ-1000 с построением диаграмм t-Q, тепловой и гидродинамический расчеты (стр. 1 из 3)

ВВЕДЕНИЕ

Парогенераторы АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой, вырабатывают насыщенный пар. Требование поддержания высокой частоты теплоносителя обусловливает выполнение поверхностей теплообмена таких парогенераторов из аустенитной нержавеющей стали с электрополированными поверхностями. Трубы из такой стали промышленностью выпускаются длиной до 14 метров. 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 ´ 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 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=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.

Q_ПГ=18*(10⁶/3600)(14,28-12,58)* 10⁵*0,99=7,029 *10⁵ кДж/с

2. Определяем паропроизводительность парогенератора (2-ой контур).

Q_ПГ=Д*[(i₂'-i_ПВ)+r]+ Д_ПР*(i₂'-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;

i₂' = 1,008 *10⁶Дж/кг;

r =1,794 *10⁶ Дж/кг;

По таблице определяем энтальпию питательной воды:

При t_ПВ = 225 , P₂ =3,0 МПа,

i_ПВ=9,67 *10⁵ Дж/кг

Принимаем величину продувки ПГ: Д_ПР = 0,01 Д.

Д= Q_ПГ/ ( (i₂'-i_ПВ)*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.

Dt_б = t₁' - t_s' =318-234=94°C,

Dt_м = t₂'' - 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-2d=16-2*1,5=13 мм.

Определим площадь сечения трубы:

F_тр =p*d_н²/4=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:

G_вн =f_вн*W_1вх/n₁',

где f_вн= f_тр*n,

n₁'=1,694*10^-3 м³/кг, тогда

n=(G*n₁')/( f_тр* W_1вх)=12736 шт.

4. Тепловой расчет.

1. Определим средний температурный напор воль поверхности нагрева:

Dt_б =84 °C,

Dt_м =57°C,

Dt_б /Dt_м =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:

Dt_ср =(Dt_б +Dt_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 =(Dt_ср +Dt_ср)/2=(318+291)/2=305°C.

2.2. Физические параметры воды при t_1ср =305°C:

плотностьr₁=799 кг/м³,

коэффициент теплопроводности l₁ =0,531 Вт/(м*К),

вязкостьm ₁ =88,3 *10^-6 Па*с,

число ПрандтляPr=0,98,

удельный объем^-u₁=1,425*10^-3 м³/кг.

2.3. Скорость теплоносителя

W₁=(G_м * ^-u₁)/(F_тр * n)=4,19 м/с.

2.4. Число Рейнольдса

Re=( W₁ * d_вн)/(^-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)*Re^0,8*Pr^0,43=

=0,021*(0,53/0,013)*(4,42 *10⁵)^0,8*0,98^0,43=

=2,73 *10⁴ Вт/(м²*К).

2.6. Термическое сопротивление:

R₁=1/a₁=3.66 * 10^-5 (м²*К)/ Вт.

2.7. Температура стенки:

t_ст=t₁^ср-(1/3)*( t₁^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 (м²*К)/ Вт.