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.