Расчет парогенератора АЭС

1. Исходные данные. 

№	Наименование	Значение	Величина
1	Тепловая  мощность	700	МВт
2	По натр. Контуру принудительная  циркуляция
3	Давление  пара за ПГ	13,7	МПа
4	Температура теплоносителя 2 контура  входная	510	оС
5	Температура теплоносителя 2 контура  выходная	320	оС
6	Температура питательной воды	240	оС
7	Температура перегретого пара	490	оС
8	КПД парогенератора	99	%

 

      Дополнительные  условия: 

Характер движения теплоносителя и рабочего тела:

• теплоноситель движется в межтрубном пространстве
• рабочее тело движется в трубном пространстве
• прямоточная схема генерации пара с перегревом

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Предварительный  расчёт. 

1.1 Тепловая мощность ПГ; расход теплоносителя и рабочего тела.

Запишем уравнение теплового  баланса: 

 

Здесь: – расход через экономайзер.

      – расход через испаритель.

      – расход через перегреватель.

       - расход теплоносителя. 

       - теплоёмкость теплоносителя.

       – энтальпия воды на линии насыщения.

       - энтальпия пара на линии насыщения.

       – энтальпия перегретого пара.

       – энтальпия питательной воды. 

Необходимые значения энтальпий определяем из таблиц:

 ^оС  (При давлении =13,7 МПа)                                                   

=   (При ) 

= (При )                 

= (При давлении =13,7 МПа и = 490 ^оС)

= (При температуре =13,7 МПа и =240 ^оС)   

Определяем  расход теплоносителя  по второму контуру:

Т.к. мы имеем прямоточный  ПГ, то расходы через  экономайзерный, испарительный и перегревательный участки будут равны: D_эк = D_исп = D_пп =D 

Тепловая  мощность экономайзера:  = = Вт

Тепловая  мощность испарителя:  = Вт

Тепловая  мощность перегревателя: = Вт 
 

1.2 Построение  Q–T диаграммы ПГ. 

Определим  температуру натрия на выходе из испарительного и перегревательного участков:  
 
 

                                                     
 
 

1.3 Выбор материала, толщины и диаметра труб теплопередающей

поверхности, материала корпуса и коллектора теплоносителя. 

Выбираем  следующие марки  стали:

– для труб теплопередающей поверхности – 15ХМ

– для элементов  корпуса – 10ГН2МФА. 

Наружный  диаметр трубок ПГ: =16 мм  

Толщину стенок труб теплопередающей  поверхности рассчитываем по формуле:

                                                                                            

Здесь  – расчётное давление, .

– наружный диаметр трубки, мм.

– минимальный коэффициент прочности  элемента, ослабленного отверстием или сварным швом.

– номинальное допускаемое напряжение, .

 – прибавка к расчётной  толщине, мм.

МПа = 1,57                      

   Для расчёта номинального допускаемого напряжения необходимо знать температуру стенки трубы во входном (по теплоносителю) сечении .

   В первом приближении можно принять ^оС.

При ^оС для стали 15ХМ

  

   Коэффициент прочности для труб =1.

   Отсюда

   Прибавка к толщине на минусовый допуск мм

   Прибавка на утонение стенки за счёт коррозии =0

   Необходимое утолщение стенки по технологическим, монтажным и другим соображениям проектирующих или изготавливающих предприятий  =0

   Прибавка на утонение стенки изогнутой части трубы =0

  

   Итак, =0,16389мм.

   Окончательно толщина стенки равна мм.

Внутренний  диаметр трубки:  
 
 
 
 

1.4 Проверка ранее принятых температур стенки. 

 При расчёте толщины стенки труб теплопередающей поверхности для определения номинального допускаемого напряжения температура стенки принималась равной:    ^оС.

 Расчётное значение температуры стенки в этом сечении  будет равно:

 

 ^оС.

Отношение , что допустимо при расчёте . 
 

 

1.5 Расчёт числа трубок теплопередающей поверхности, площади проходного сечения трубного и межтрубного пространства. 

Проходное сечение одной трубки: 

Зададимся скоростью рабочего тела на входе: =1

Суммарная площадь проходного сечения трубок:

Число трубок ТО поверхности:

Трубки на трубной  доске будем располагать по сторонам правильных шестиугольников с относительным  шагом  .

Число труб в модуле, на диагонали модуля и число модулей:

, где =1,137

Выберем число труб на диагонали  =35 и найдём :

919 трубок

 трубок

модуля

Внутренний  диаметр корпуса:

Площадь межтрубного пространства:

Тогда скорость движения Na:

Скорость  движения воды на входе:

, что приблизительно равно заданной. 
 
 
 
 
 
 
 

1.6 Расчёт кризиса теплообмена. 

Кризис  теплообмена – это ухудшение теплообмена за счёт оттеснения воды от стенок канала паровой фазой, характеризуется граничным паросодержанием, которое выражается формулой:

граничное паросодержание, для  трубки диаметром  . 

граничное паросодержание, для  трубки диаметром  .

рабочее давление

 

 

Так как  , где , то в рассчитанном парогенераторе присутствует закризисная зона и кризис теплообмена. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тепловой  расчет различных  участков парогенератора. 

Расчет  экономайзерного  участка.

Теплоотдача от натрия к стенке.

Коффицент теплопередачи: , где =0,0134 мм

Определяем среднюю  температуру натрия на экономайзерном участке:

По таблице теплофизических свойств натрия определяем параметры натрия при данной температуре:

(Динамическая вязкость)

(Кинематическая вязкость)

Определяем  среднюю скорость на участке по теплоносителю:

Определяем  число Рейнольдса для натрия на экономайзером  участке: 

Число Пекле на экономайзерном участке:

Число Нуссельта будем  определять по рекомендованной  формуле для натрия, протекающего в межтрубном пространстве:

Коэффициент теплоотдачи  от натрия к стенке на экономайзерном участке будет равен:

Для рабочего тела:

Теплоотдача от стенки к воде. 

По таблице  теплофизических св – в воды и  водяного пара определяем температуру насыщения воды в третьем контуре, при известном давлении:

Определяем среднюю  температуру воды на экономайзерном участке:

По таблице  теплофизических свойств в воды и водяного пара определяем теплофизические свойства воды:

Определим среднюю  скорость на участке:

 

Для нахождения коэффициента теплоотдачи от стенки  воде воспользуемся рекомендованной для расчета формулой Михеева:

 

Теплоотдача от натрия к воде.

Находим среднюю  температуру стенки трубки:

По таблице  физ. св – в сталей определяем коэффициент теплопроводности для стали 15ХМ: