Парогенераторы

     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

 

 

 

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 *10⁶ Дж/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  
 

      

 
2. 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.

 

     3. Тепловой расчет ПГ 

     

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:

     плотность  r₁=799 кг/м³,

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

     вязкость m ₁ =88,3 *10^-6  Па*с,

     число Прандтля Pr=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: