Конструктивный расчет парогенератора
Введение
Когда АЭС гудит, как сонный лев,
И тихо засыпает АТОМ-город,
Свою работу выполняет ПГВ
И в дом наш не проникнет холод.
Ядерный энергетический реактор ВВЭР-1000 является самым распространенным 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 300 °С до температуры 330 °С. После этого нагретая вода поступает в парогенератор, в котором отдает 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 остается чистым.
Парогенератор предназначен для передачи энергии, произведенной 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 теплопередающие трубки 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 6,5 МПа и влажностью 0,2% при температуре питательной воды 225 °C. Тепловая мощность каждого парогенератора – 750 МВт.
В данном курсовом проекте рассчитывается 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 расчет парогенератора
Ели скучно стало ночью,
И не знаешь, чем подругу занять,
Одно занятие есть точно:
Предложи ей ПГ посчитать!
Конструктивный расчет служит для определения площади поверхности теплообмена парогенератора. При расчете температуры греющего теплоносителя равны 330 °С на входе и 300 °С на выходе, нагреваемого теплоносителя — 280°С на входе и на выходе. Температура питательной воды — 225 °С. Тепловая мощность парогенератора — 750 МВт. Расчет будем производить в табличной форме.
Конструктивный расчет парогенератора представлен в таблице 1.
Таблица 1 – Конструктивный расчет парогенератора
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Температура греющего теплоносителя на входе 
| задание по курсовому проекту | 
|
Температура греющего теплоносителя на выходе 
| задание по курсовому проекту | 
|
Температура нагреваемого теплоносителя на входе 
| задана по ТЗ | 
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе 
| задана по ТЗ |
|
Температура питательной воды 
| задана по ТЗ | 
|
Коэффициент теплопроводности металла теплообменных трубок 
| задание по курсовому проекту | 
|
Давление насыщенного пара во втором контуре 
| задание по курсовому проекту | 
|
Толщина стенки теплообменной трубки 
| задание по курсовому проекту | 
|
Наружный диаметр теплообменной трубки 
| задание по курсовому проекту | 
|
Продолжение 1 таблицы 1
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Внутренний диаметр теплообменной трубки 
| по конспекту: 
| 
|
Тепловая мощность парогенератора 
| задана по ТЗ | 
|
Энтальпия греющего теплоносителя на входе 
| по таблице для
| 
|
Энтальпия греющего теплоносителя на выходе 
| по таблице для
| 
|
Расход воды в первом контуре 
| по конспекту: 
| 
|
| Разделим теплообменную поверхность на две равные части с передачей тепловой мощности на каждой из них Q/2. Произведем расчет первого участка парогенератора. | ||
Температура греющего теплоносителя на входе 
| задание по курсовому проекту |
|
Температура греющего теплоносителя на выходе 
| задана по ТЗ | 
|
Тепловая мощность половины парогенератора 
| по конспекту: 
| 
|
Больший температурный перепад 
| по конспекту: 
| 
|
Меньший температурный перепад 
| по конспекту: 
| 
|
Среднелогарифмическая разность температур 
| по конспекту: 
| 
|
Скорость греющего теплоносителя 
| по конспекту | 
|
Определяющая средняя температура греющего теплоносителя 
| по конспекту: 
| 
|
Продолжение 2 таблицы 1
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Кинематический коэффициент вязкости 
| по таблице для
| 
|
Коэффициент теплопроводности 
| по таблице для
| 
|
Число Прандтля 
| по таблице для
| 
|
Число Рейнольдса 
| 
| 
|
Число Нуссельта 
| 
| 
|
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене 
| 
| 
|
| С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты: | ||
Принимаемая плотность теплового потока 
| задаемся с последующим уточнением | 
|
Коэффициент теплоотдачи при кипении 
| по конспекту: 
| 
|
Коэффициент теплопередачи 
| по конспекту: 
| 
|
Расчетная плотность теплового потока 
| по конспекту: 
| 
|
Расчетная площадь поверхности теплообмена 
| по конспекту: 
| 
|
Площадь поверхности теплообмена с учетом запаса 15% 
| по конспекту: 
| 
|
| Рассчитаем площадь теплообмена второго участка парогенератора. |
Продолжение 3 таблицы 1
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Температура греющего теплоносителя на входе 
| задана по ТЗ |
|
Температура греющего теплоносителя на выходе 
| задание по курсовому проекту |
|
Температура нагреваемого теплоносителя на входе 
| задана по ТЗ |
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе 
| задана по ТЗ |
|
Тепловая мощность половины парогенератора 
| по конспекту: 
|
|
| Больший температурный перепад
| по конспекту: 
|
|
| Меньший температурный перепад
| по конспекту: 
| 
|
| Среднелогарифмическая разность температур
| по конспекту:
| 
|
Скорость греющего теплоносителя 
| по конспекту | 
|
| Определяющая средняя температура греющего теплоносителя
| по конспекту: 
| 
|
Кинематический коэффициент вязкости 
| по таблице для
| 
|
| Коэффициент теплопроводности
| по таблице для
| 
|
| Число Прандтля
| по таблице для
| 
|
| Число Рейнольдса
|
| 
|
| Число Нуссельта
| 
| 
|
Продолжение 4 таблицы 1
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
| Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене
|
| 
|
| С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты: | ||
| Принимаемая плотность теплового потока
| задаемся с последующим уточнением | 
|
| Коэффициент теплоотдачи при кипении
| по конспекту:
| 
|
| Коэффициент теплопередачи
| по конспекту:
| 
|
Расчетная плотность теплового потока 
| по конспекту: 
| 
|
Расчетная площадь поверхности теплообмена
| по конспекту: 
| 
|
Площадь поверхности теплообмена с учетом запаса 15% 
| по конспекту: 
| 
|
Суммарная площадь поверхности теплообмена парогенератора 
| по конспекту: 
| 
|
Таким образом, суммарная площадь парогенератора равна 3408,8м2.
Гидравлический расчет
Как часто бывает, молодой горячий ПГВ-1000 проиграл в казино дом, машину, часы. И ему больше нечего уже было терять, кроме как давление в трубах! «Давление в трубах на зеро!» - закричал тысячник. Что ж, ставки сделаны. Смотрит, что из этого вышло…
Гидравлический расчет парогенератора служит для определения гидравлических потерь в трубках. Наружный диаметр трубки 16 мм, толщина стенки трубки 1,2 мм.
Таблица 2 – Гидравлический расчет парогенератора
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
| Температура греющего теплоносителя на выходе
| задание по курсовому проекту |
|
Скорость греющего теплоносителя на выходе 
| по конспекту | 
|
Плотность греющего теплоносителя на выходе 
| по таблице для
| 
|
| Расход греющего теплоносителя
| по конспекту:
| 
|
| Внутренний диаметр теплообменной трубки
| по конспекту: 
| 
|
Площадь поперечного сечения трубок 
| по конспекту: 
| 
|
Число трубок 
| по конспекту: 
| 
|
Длина трубок 
| по конспекту: 
| 
|
Шероховатость 
| задана по конспекту для аустенитной цельнотянутой трубки | 
|
| Определяющая средняя температура греющего теплоносителя
| по конспекту: 
| 
|
Продолжение 1 таблицы 2
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Скорость греющего теплоносителя 
| по конспекту для
| 
|
Плотность воды 
| по таблице для
| 
|
| Кинематический коэффициент вязкости ν | по таблице для
| 
|
| Число Рейнольдса
| 
| 
|
| Предположим, что труба гладкая. | ||
Коэффициент местного сопротивления  (для гладкой трубы)
| по конспекту: 
| 
|
Динамическая скорость 
| по конспекту: 
| 
|
| Условие гладкости труб | по конспекту: 
| 
|
Потери давления в трубах 
| по конспекту: 
| 
|
Сопротивление в трубах при повороте на 45° 
| по конспекту | 
|
Сопротивление в трубах при повороте на 90° 
| по конспекту | 
|
Сопротивление на входе 
| задано по конспекту | 
|
Сопротивление на выходе 
| задано по конспекту | 
|
Потери на местном сопротивлении 
| по конспекту:
| 
|
Продолжение 2 таблицы 2
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Потери давления нивелирные 
| заданы по конспекту (вследствие малости) | 
|
Потери давления на ускорение 
| заданы по конспекту (вследствие малости) |
|
Полные потери напора 
| по конспекту: 
| 
|
Таким образом, потери напора находятся на допустимом уровне. Допустимые потери давления в первом контуре – 130 кПа, во втором контуре – 110 кПа. В данном расчете потери напора – 66,77 кПа.
3. Поверочный расчет парогенератора на мощности 70%
Коль уж мне пахать в неноминале,
Сдерживая всю мою мощу,
Попрошу путёвку на Ямале.
И тогда я даже не кричу.
Поверочный расчет следует учитывать при обеспечении безопасности АЭС. Поверочный расчет парогенератора представлен в таблице 3.
Таблица 3 – Поверочный расчет парогенератора на мощности 70%
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
| Рассчитаем изменение температур греющего теплоносителя при понижении мощности до 70% от номинальной. | ||
Тепловая мощность парогенератора 
| по конспекту: 
| 
|
| Суммарная площадь поверхности теплообмена парогенератора
| из конструктивного расчета | 
|
| Температура греющего теплоносителя на входе
| произвольное приближение | 
|
Энтальпия греющего теплоносителя на входе 
| по таблице для
| 
|
Энтальпия греющего теплоносителя на выходе 
| по конспекту: 
| 
|
| Температура греющего теплоносителя на выходе
| по таблице для
| 
|
| Разделим теплообменную поверхность на две равные части с передачей тепловой мощности на каждой из них Q70%/2. Произведем расчет первого участка парогенератора. | ||
| Температура греющего теплоносителя на входе
| из поверочного расчета | 
|
| Температура греющего теплоносителя на выходе
| из поверочного расчета | 
|
Продолжение 1 таблицы 3
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
Температура нагреваемого теплоносителя на входе 
| задана по ТЗ |
|
Температура нагреваемого теплоносителя на выходе 
| задана по ТЗ |
|
| Тепловая мощность половины парогенератора
| по конспекту: 
| 
|
| Больший температурный перепад
| по конспекту:
| 
|
| Меньший температурный перепад
| по конспекту:
| 
|
| Среднелогарифмическая разность температур
| по конспекту:
| 
|
| Определяющая средняя температура греющего теплоносителя
| по конспекту:
| 
|
| Скорость греющего теплоносителя
| по конспекту |
|
| Кинематический коэффициент вязкости
| по таблице для
| 
|
| Коэффициент теплопроводности
| по таблице для
| 
|
| Число Прандтля
| по таблице для
|
|
| Число Рейнольдса
|
| 
|
| Число Нуссельта
|
| |
| Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене
|
| 
|
| С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты: |
Продолжение 2 таблицы 3
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
| Принимаемая плотность теплового потока
| задаемся с последующим уточнением | 
|
| Коэффициент теплоотдачи при кипении
| по конспекту:
| 
|
| Коэффициент теплопередачи
| по конспекту:
| 
|
| Расчетная плотность теплового потока
| по конспекту:
| 
|
| Расчетная площадь поверхности теплообмена
| по конспекту:
| 
|
| Рассчитаем площадь теплообмена второго участка парогенератора. | ||
| Температура греющего теплоносителя на входе
| из поверочного расчета | 
|
| Температура греющего теплоносителя на выходе
| из поверочного расчета | 
|
| Температура нагреваемого теплоносителя на входе
| задана по ТЗ |
|
| Температура нагреваемого теплоносителя на выходе
| задана по ТЗ |
|
| Тепловая мощность половины парогенератора
| по конспекту: 
|
|
| Больший температурный перепад
| по конспекту:
|
|
| Меньший температурный перепад
| по конспекту:
| 
|
Продолжение 3 таблицы 3
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
| Среднелогарифмическая разность температур
| по конспекту:
| 
|
| Определяющая средняя температура греющего теплоносителя
| по конспекту:
| 
|
| Скорость греющего теплоносителя
| по конспекту | 
|
| Кинематический коэффициент вязкости
| по таблице для
|
|
| Коэффициент теплопроводности
| по таблице для
| 
|
| Число Прандтля
| по таблице для
| 
|
| Число Рейнольдса
|
|
|
| Число Нуссельта
|
| 
|
| Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене
|
| 
|
| С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Произведя ряд итераций, получим результаты: | ||
| Принимаемая плотность теплового потока
| задаемся с последующим уточнением | 
|
| Коэффициент теплоотдачи при кипении
| по конспекту:
| 
|
| Коэффициент теплопередачи
| по конспекту:
| 
|
| Расчетная плотность теплового потока
| по конспекту:
| 
|
Продолжение 4 таблицы 3
| Наименование размера | Источник формулы | Величина |
| Расчетная площадь поверхности теплообмена
| по конспекту:
| 
|
| Суммарная площадь
| по конспекту: 
| 
|
При мощности 70 % от номинальной температура греющего теплоносителя на входе составляет 314 °С, на выходе – 291,7 °С. 