Расчёт парогенератора для атомных электростанций - Контрольная работа

Разность температур греющего теплоносителя ?тгщ по конспекту: Разность температур нагреваемого теплоносителя ?тнг по конспекту: Разность температур приведенная ?тп по конспекту: Входной параметр р по конспекту: Входной параметр R по конспекту: Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ? по номограмме (для R=?) 1 Число Рейнольдса Re по конспекту: Число Нуссельта Nu по конспекту: Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв по конспекту: С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Разность температур греющего теплоносителя ?тгщ по конспекту: Разность температур нагреваемого теплоносителя ?тнг по конспекту: Разность температур приведенная ?тп по конспекту: Входной параметр р по конспекту: Входной параметр R по конспекту: Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ? по номограмме (для R=?) 1 Число Рейнольдса Re по конспекту: Число Нуссельта Nu по конспекту: Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв по конспекту: С помощью метода простой итерации мы сможем определить плотность теплового потока с достаточной степенью точности. Число Рейнольдса Re по конспекту: Коэффициент местного сопротивления ? (для гладкой трубы) по конспекту: Динамическая скорость w* по конспекту: Условие гладкости труб по конспекту: Потери давления в трубах ?ртр по конспекту: Коэффициент угла поворота на 45° k45° задан по конспектуПри эксплуатации в неноминальных режимах расчет 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 подается вода на линии насыщения при атмосферном давлении, температура греющего теплоносителя на выходе составила 148,5 °С, аварийная тепловая мощность - 3622 МВТ.

конструктивный энергетический реактор гидравлический

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 290 °С до температуры 320 °С с расходом воды 21500 т/ч. 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 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 расчет парогенератора

Конструктивный расчет служит для определения площади теплообменной поверхности парогенератора. При расчете 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. Расчет будем производить в общепринятой табличной форме.

Таблица

Наименование размера Источник формулы Величина

Температура греющего теплоносителя на входе тгщвх задана по ТЗ

Температура греющего теплоносителя на выходе тгщвых задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на входе тнгвх задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе тнгвых задана по ТЗ

Температура питательной воды тпв задана по ТЗ

Коэффициент теплопроводности металла теплообменных трубок ?тр задан по ТЗ

Давление насыщенного пара во 2-м контуре рп задано по ТЗ

Толщина стенки теплообменной трубки ?тр 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. Произведем расчет первой половины парогенератора.

Наименование размера Источник формулы Величина

Температура греющего теплоносителя на входе тгщвх1 задана по ТЗ

Наименование размера Источник формулы Величина

Температура греющего теплоносителя на выходе тгщвых1 задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на входе тнгвх1 задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе тнгвых1 задана по ТЗ

Разность температур греющего теплоносителя ?тгщ по конспекту: Разность температур нагреваемого теплоносителя ?тнг по конспекту: Разность температур приведенная ?тп по конспекту: Входной параметр р по конспекту: Входной параметр R по конспекту: Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ? по номограмме (для R=?) 1

Тепловая мощность половины парогенератора Q1 по конспекту: Больший температурный перепад ?тб по конспекту: Меньший температурный перепад ?тм по конспекту: Среднелогарифмическая разность температур ?тлог по конспекту: Средняя температура ?тср по конспекту: Определяющая средняя температура греющего теплоносителя тгщср по конспекту: Кинематический коэффициент вязкости ?гщ по таблице

Коэффициент теплопроводности ?гщ 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 ?конв 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 ?кип по конспекту: Коэффициент теплопередачи К по конспекту: Расчетная плотность теплового потока q1 по конспекту: Расчетная площадь поверхности теплообмена F1 по конспекту: Площадь поверхности теплообмена с учетом запаса 15% F115% по конспекту: Таблица. Рассчитаем площадь теплообмена второй половины парогенератора.

Наименование размера Источник формулы Величина

Температура греющего теплоносителя на входе тгщвх2 задана по ТЗ

Температура греющего теплоносителя на выходе тгщвых2 задана по ТЗ

Наименование размера Источник формулы Величина

Температура нагреваемого теплоносителя на входе тнгвх2 задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе тнгвых2 задана по ТЗ

Разность температур греющего теплоносителя ?тгщ по конспекту: Разность температур нагреваемого теплоносителя ?тнг по конспекту: Разность температур приведенная ?тп по конспекту: Входной параметр р по конспекту: Входной параметр R по конспекту: Коэффициент, связанный с движением теплоносителя ? по номограмме (для R=?) 1

Тепловая мощность половины парогенератора Q2 по конспекту: Больший температурный перепад ?тб по конспекту: Меньший температурный перепад ?тм по конспекту: Среднелогарифмическая разность температур ?тлог по конспекту: Средняя температура ?тср по конспекту: Определяющая средняя температура греющего теплоносителя тгщср по конспекту: Кинематический коэффициент вязкости ?гщ по таблице

Коэффициент теплопроводности ?гщ 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 ?конв 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 ?кип по конспекту: Коэффициент теплопередачи К по конспекту: Расчетная плотность теплового потока q2 по конспекту: Расчетная площадь поверхности теплообмена F2 по конспекту: Площадь поверхности теплообмена с учетом запаса 15% F215% по конспекту: Суммарная площадь парогенератора F по конспекту: Таким образом, суммарная площадь парогенератора равна 4035 м2, что вполне приемлемо (без учета экономайзерного участка).

Гидравлический расчет парогенератора

Гидравлический расчет парогенератора служит для определения гидравлических потерь в трубках. В данном расчете 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 Кш задана по конспекту для аустенитной цельнотянутой трубки

Плотность воды ?в по таблице

Кинематический коэффициент вязкости ? по таблице

Предполагаем, что труба гладкая. Тогда получим: Наименование размера Источник формулы Величина

Число Рейнольдса Re по конспекту: Коэффициент местного сопротивления ? (для гладкой трубы) по конспекту: Динамическая скорость w* по конспекту: Условие гладкости труб по конспекту: Потери давления в трубах ?ртр 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° ?90° по конспекту: Сопротивление расширению ?вх задано по конспекту

Сопротивление сужению ?вых задано по конспекту

Потери на местном сопротивлении ?рм по конспекту: Потери давления нивелирные ?рнив заданы по конспекту (вследствие малости)

Потери давления на ускорение ?руск 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 расчете потери напора - лишь 87 КПА.

Поверочный расчет 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 расчета

Расчетная плотность теплового потока q по конспекту: Определяющая средняя температура греющего теплоносителя тгщср по конспекту: Кинематический коэффициент вязкости ?гщ по таблице

Коэффициент теплопроводности ?гщ по таблице

Число Прандтля Pr по таблице

Число Рейнольдса Re по конспекту: Число Нуссельта Nu по конспекту: Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв по конспекту: Коэффициент теплоотдачи при кипении ?кип по конспекту: Коэффициент теплопередачи К по конспекту: Средняя температура ?тср по конспекту: Подбирая температуры греющего теплоносителя на входе и выходе, добьемся 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 ?тлог по конспекту: Больший температурный перепад ?тб по конспекту: Меньший температурный перепад ?тм по конспекту: Температура греющего теплоносителя на входе тгщвх получена в результате подбора для соответствия найденных выше значений

Температура греющего теплоносителя на выходе тгщвых 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 тгщвх задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на входе тнгвх задана по ТЗ

Температура нагреваемого теплоносителя на выходе тнгвых задана по ТЗ

Расход воды в первом контуре G1 задан по ТЗ

Суммарная площадь парогенератора F из конструктивного расчета

Определяющая средняя температура греющего теплоносителя тгщср примем как среднюю между тгщвх и тнгвх: Наименование размера Источник формулы Величина

Кинематический коэффициент вязкости ?гщ по таблице

Коэффициент теплопроводности ?гщ по таблице

Число Прандтля Pr по таблице

Число Рейнольдса Re по конспекту: Число Нуссельта Nu по конспекту: Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене ?конв по конспекту: Поскольку коэффициент ?кип при большой мощности будет также очень большим (таким образом, при вычислении коэффициента теплопередачи он внесет крайне небольшой вклад), то при дальнейших расчетах 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 ?тб по конспекту: Меньший температурный перепад ?тм по конспекту: Среднелогарифмическая разность температур ?тлог 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 тгщвх

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 еще больше приблизить мощности Qавар и Qб. В этом случае получим следующие параметры: Таблица

Наименование размера Источник формулы Величина

Температура первого приближения t1 принимаем согласно проведенным итерациям

Больший температурный перепад ?тб по конспекту: Меньший температурный перепад ?тм по конспекту: Среднелогарифмическая разность температур ?тлог 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.

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 расчет 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 подается 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.

Размещено на .ru