Расчет парогенератора ПГВ-1000
1. Основные характеристики и конструкция парогенератора
ПГВ-1000
Парогенератор ПГВ-1000 - однокорпусный горизонтальный
теплообменник с погружной поверхностью теплообмена, состоящий из горизонтально
расположенных труб, со встроенными паросепарационными устройствами, системой
раздачи аварийной питательной воды.
Корпус ПГ - горизонтальный цилиндрический сосуд, торцы которого с двух
сторон закрыты эллиптическими днищами. Материал корпуса - легированная
конструкционная сталь 10ГН2МФА.
Длина корпуса 13840мм, внутренний диаметр 4000мм, толщина стенок в
средней части корпуса 145мм, на концевых участках 105мм, толщина стенок днища
120мм.
Коллекторы теплоносителя первого контура предназначены для раздачи
теплоносителя первого контура в теплообменные трубы ПГ. ”Горячий“ и “холодный“
коллекторы имеют одинаковое устройство.
Коллектор состоит из двух камер: верхней - конической и нижней -
цилиндрической с внутренним диаметром 834мм и толщиной стенок 171мм. Коллекторы
выполнены из легированной конструкционной стали 10ГН2МФА. Внутренняя
поверхность коллекторов, включая крышки фланцевых разъемов, плакированы
антикоррозионной наплавкой: 1 слой - 340-8; 2 слой - ЭА 899/216.
Каждый коллектор имеет: переходное кольцо Ду - 850, для соединения с
главным циркуляционными трубопроводами, штуцер Ду-20, предназначенный для
непрерывной и периодической продувки, два штуцера Ду-10 - воздушник и штуцер
контроля плотности фланцевого соединения первого контура.
В верхней части коллекторы первого контура имеют фланцевый разъем Ду-500,
снабженный плоской, при снятии которой, возможен доступ внутрь коллектора.
Уплотнение каждого фланцевого соединения осуществляется с помощью двух
никелевых прокладок, герметичность уплотнений контролируется с помощью
измерения давления в междупрокладочном пространстве (МПП) фланцевых разъемов,
образованном двумя прокладками. Перетечка сред из одного контура в другой не
допускается. Герметичность фланцевых соединений ПГ контролируется как в
процессе разогрева, так и в процессе эксплуатации на отсутствие течей в контролируемых
полостях.
Поверхность теплообмена ПГ выполнена из 11000 змеевиков, изготовленных из
труб 16*1,5 из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т. Змеевики скомпонованы в
два U-образных пучка, имеющих по три вертикальных коридора, для обеспечения
устойчивой гидродинамики циркулирующей котловой воды. Трубки в пучках размещены
в шахматном порядке с шагом по высоте S1=19мм, по
ширине S2=23мм. Концы змеевиков заделываются в стенки
коллекторов теплоносителя путем обварки их торцов с антикоррозионным покрытием
внутренних полостей аргонно-дуговой сваркой с последующей вальцовкой на всю
глубину заделки в коллектор методом взрыва. Змеевики дистанционируются в
трубном пучке волнистыми и плоскими пластинами из стали 08Х18Н10Т, которые в
свою очередь закрепляются в опорных конструкциях, расположенных в корпусе ПГ.
В паровом пространстве ПГ установлен жалюзийный сепаратор, состоящий из
набора пакетов жалюзей. Конструкция пакета включает в себя установленный за
жалюзями паровой дырчатый лист. Пакеты располагаются под углом 26o к вертикали в паровом объеме ПГ на
высоте около 750мм от погружного дырчатого листа. Жалюзи волнообразного профиля
выполнены из стали 08Х18Н10Т.
Подвод питательной воды осуществляется через патрубок, расположенный в
верхней части корпуса ПГ. К патрубкам питательной воды через проставки с трубой
присоединен коллектор Ду-400, расположенный в паровом объеме ПГ,
разветвляющийся на две раздающие трубы Ду-250, расположенные над погружным
дырчатым листом. Питательная вода подается на “горячую” часть теплообменного
пучка под дырчатый лист через 16 раздающих коллекторов Ду-80, соединенных
раздающими трубами и имеющих по длине 38 трубок Ду-25 для выхода питательной
воды. Материал системы подвода и раздачи питательной воды - сталь марки Ст20.
Подвод питательной воды в аварийных режимах при работе на мощности меньшей 7%
от номинальной осуществляется через патрубок расположенный на днище. К патрубку
присоединен коллектор Ду-100 с раздающими трубами Ду-20. Материал патрубка -
сталь 08Х18Н10Т.
Для выравнивания паровой нагрузки зеркала испарения в водяном объеме ПГ
установлен погружной дырчатый лист, который представляет собой набор листов с
отверстиями диаметром 13мм на металлической раме. Живое сечение дырчатого листа
для прохода пара составляет около 8%.
Пароотводящая система включает в себя 10 патрубков Ду - 350 из стали 22К.
Патрубки с помощью переходников из стали 20 соединены в общий паровой коллектор
Ду - 600 из стали 16ГС.
. Теплотехнические характеристики парогенератора в
номинальном режиме
|
№
|
Наименование показателей
|
Величина
|
|
1
|
Тепловая мощность, МВт
|
750
|
|
2
|
Паропроизводительность, кг/с (т/ч)
|
408.05 (1470)
|
|
3
|
Давление генерируемого пара (абсолютное), МПа
|
6.27
|
|
4
|
Температура генерируемого пара, оС
|
278.5
|
|
5
|
Температура питательной воды, оС
|
220
|
|
6
|
Температура теплоносителя, оС - на входе - на
выходе
|
320 289
|
|
7
|
Расход теплоносителя при работе на четырёх петлях,м3/ч
|
21200
|
|
8
|
Давление теплоносителя на входе(абсолютное), МПа
|
15.7
|
|
9
|
Сопротивление ПГ по 1-му контуру при расходе теплоносителя
10000 м3/ч, МПа
|
0.119
|
|
10
|
Сопротивление ПГ по 2-му контуру при паропроизводительности
10000 м3/ч, МПа
|
0.105
|
|
11
|
Влажность пара на выходе из ПГ, %
|
0.2
|
|
12
|
Величина непрерывной продувки по 2-му контуру от
номинальной паропроизводительности, %
|
0.5
|
|
13
|
Скорость выхода пара из зеркала (средняя), м/с
|
0.382
|
|
14
|
Расчетное рабочее давление, МПа - по 1-му контуру - по 2-му
контуру
|
17.64
7.84
|
|
15
|
Расчетная температура, оС - по 1-му контуру - по
2-му контуру
|
350 300
|
|
16
|
Давление гидроиспытаний, МПа (кгс/см2) - по 1-му
контуру - по 2-му контуру
|
24.5 (250) 10.78 (110)
|
3. Тепловой расчет
Исходные данные
Паропроизводительность
;
Параметры
теплоносителя:
, 
, 
;
Параметры
пара: 
, 
;
Температура
питательной воды 
Кратность
циркуляции - 
Принципиальная
тепловая схема парогенератора
Рисунок
1 - Тепловая схема ПГ с водным теплоносителем
В выбранной конструкционной системе ПГ, питательная вода подается на
”горячую“ часть теплообменного пучка под дырчатый лист, где происходит
частичная конденсация пара и подогрев питательной воды до температуры воды
контура естественной циркуляции. Далее питательная вода попадает в опускной
участок контура естественной циркуляции ПГ, где смешивается с водой,
отсепарированной в жалюзийном сепараторе, поступает в межтрубное пространство
теплопередающей поверхности, нагревается до температуры насыщения и испаряется
на испарительном участке. Пароводяная смесь поступает в жалюзийный сепаратор,
пройдя погружной дырчатый лист, где происходит отделение воды от пара.
Влажность пара на выходе из ПГ равна 0,2%.
Тепловая мощность парогенератора. Расход теплоносителя. Т-Q диаграмма
Для рассчитываемого ПГ уравнение теплового баланса имеет следующий вид:
где
- тепловая мощность на экономайзерном участке;
- тепловая мощность на испарительном участке;
- расход питательной воды с учетом продувки;
- КПД
парогенератора;
-
энтальпия пара на линий насыщения (
);
-
энтальпия питательной воды (
и 
);
r=1544.2 кДж/кг
- скрытая теплота парообразования;
-
энтальпия на входе теплоносителя (
и 
);
-
энтальпия на выходе теплоносителя ( и 
)
Тепловая
мощность ПГ:
Тепловая
мощность экономайзерной части ПГ:
Тепловая
мощность испарительной части ПГ
Расход
теплоносителя
Определяем
энтальпию теплоносителя на выходе из испарительной части ПГ:
которой
соответствует температура
(
и 
)
Определяем
энтальпию рабочего тела при смешении с котловой водой
Энтальпия
воды контура естественной циркуляции:
которой соответствует температура
(
и 
)
Рисунок
2 - t-Q диаграмма ПГ
.
Выбор материалов основных элементов ПГ
Выбираем
следующие марки стали:
· для труб теплопередающей поверхности - Х18Н10Т;
· для коллектора теплоносителя - 10ГН2МФА, плакированная со
стороны, омываемой теплоносителем, сталью Х18Н10Т;
· для элементов корпуса 10ГН2МФА
Расчет толщины стенок труб теплопередающей поверхности,
горячего и холодного коллекторов теплоносителя
Толщина стенки труб теплопередающей поверхности рассчитывается по
формуле:
где
- расчетное давление, МПа;
-
внешний диаметр, мм. Принимаем 
-
минимальный коэффициент прочности труб;
C - допуск
увеличения к расчетной толщине, мм;
-
допустимое напряжение, МПа.
Расчетное
давление находим по формуле:
Для
расчета номинально допустимого напряжения необходимо знать температуру стенки
трубы 
в
входном (по теплоносителю) сечении. Точное значение можно
определить по формуле:
где
- коэффициент теплопередачи, 
;
-
коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенки трубы, ;
-
коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу на входном (по т/н) участке
трубы, .
В
первом приближении можно принять 
; 
. Тогда
При
для стали Х18Н10Т 
.
Коэффициент прочности труб 
.
Где
Прибавка
к толщине на минусовой допуск:
Прибавка
к истончению стенки за счет коррозии 
.
Прибавка
на технологию 
.
Прибавка
на уплотнение изогнутой части трубы 
Для
расчета примем овальность труб 
и
толщину стенки 
.
Прибавка
к расчетной толщине:
Уточняем
толщину стенки трубки:
Ближайшая
большая толщина стенки по ГОСТу на трубы со стали Х18Н10Т равняется 1.8мм. Ее и
примем как толщину стенки труб теплопередающей поверхности 
. Тогда внутренний диаметр трубки:
Площадь
живого сечения трубы:
Толщина
стенки входной и выходной камеры коллектора рассчитывается по формуле:
где
- внутренний диаметр;
-
коэффициент прочности камер;
С=1 - допуск увеличения к расчетной толщине.
Расчетная
температура стенки камер 
. При этой температуре для стали 10ГН2МФА 
. В соответствии с рекомендациями выбираем шахматное
расположение отверстий в перфорированной части коллектора: продольный шаг
расположения отверстий 
; поперечный шаг по окружности внутренней поверхности 
.
Для
расчета толщины стенки перфорированной части коллектора рассчитываем
коэффициент прочности перфорированной части коллектора.
· для продольного ряда:
Где
· для поперечного ряда:
· для диагонального ряда:
Для
расчета принимаем меньшее значение коэффициента прочности 
Толщина
стенки коллектора будет равна:
Принимаем
. Наружный диаметр коллектора равен:
Толщина
стенки конусной части коллектора:
где
- угол конусности.
Принимаем
толщину стенки конусной части коллектора теплоносителя 
.
.
Расчет площади теплопередающей поверхности и длинны труб испарительного участка
ПГ
Таблица 1
Число труб теплопередающей поверхности
|
Наименование величины
|
Обозначение и расчетная
формула
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Скорость т/н на входе в трубы, м/с
|
 4.55.56.5
|
|
|
|
|
Удельный объем т/н при P1 и t1, м3/кг 1.5424
|
|
|
|
Расчетное число труб теплопередающей поверхности
|
 15430.33312624.81810682.538
|
|
|
|
Расчет коэффициента теплопередачи на входе в испарительный участок
Таблица 2
Физические параметры теплоносителя во входном сечении
|
Физические параметры теплоносителя при
|
|
Величина
|
Ед. изм.
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Удельный объем м3/кг
|
1.5424
|
|
|
Динамическая вязкость  Па/с
|
7.5684
|
|
|
Коэф. теплопроводности   0.4915
|
|
|
|
Критерий Прандтля Pr
|
-
|
1.0532
|
|
Число Рейнольдса Re
|
-
|
400908.034
|
489998.708
|
579089.383
|
|
Коэффициент теплоотдачи   30819.45536186.37641360.485
|
|
|
|
|
|
Термическое сопротивление     
|
|
|
|
|
Число Рейнольдса рассчитывается по формуле:
Коэффициент
теплоотдачи будет равен:
Температура
стенки принимается ориентировочно равной:
Коэффициент
теплопроводности стали Х18Н10Т при 
; 
Термическое
сопротивление стенки трубы и оксидных пленок:
Коэффициент
теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде рассчитывается методом
последовательных приближений. Как первое значение удельного теплового потока
принята величина:
Рассчитываем
по формуле:
Коэффициент
теплопередачи будет равен:
Удельный
тепловой поток 
рассчитывается по формуле:
Таблица 3
Расчет коэффициента теплоотдачи
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед. изм.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Удельный тепловой поток
|
 387053.273402954.855415209.0876
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи
|
67036.50168952.70370413.935
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи
|
 7306.5087596.6257819.868
|
|
|
|
|
|
Удельный тепловой поток
|
 344867.183358560.700369097.758
|
|
|
|
|
|
Проверка отношений
|
 1.1221.1241.125-
|
|
|
|
|
|
Если  не входит в диапазон от 0.95 до 1.05, повторяем расчет,
принимая 
|
|
Удельный тепловой поток
|
344867.183358560.700369097.758
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи
|
61834.11263542.70564844.150
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи
|
7240.1167526.0317745.978
|
|
|
|
|
|
Удельный тепловой поток
|
341733.459355228.671365610.158
|
|
|
|
|
|
Проверка отношений
|
1.011.011.01-
|
|
|
|
|
|
Если отношение входит в диапазон от 0.95 до 1.05,
то полученные значения и считаем окончательными
|
|
Физические параметры при 
|
|
Удельный объем 
|
1.3896
|
м3/кг
|
|
|
Динамическая вязкость
|
 8.7231Па/с
|
|
|
|
Коэф. теплопроводности
|
 0.55364
|
|
|
|
Критерий Прандтля
|
 0.87325-
|
|
|
|
Скорость т/н на выходе из испарительного участка
|
 4.15.05.9м/с
|
|
|
|
|
|
Число Рейнольдса
|
 351768.17428985.573506202.976-
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи
|
 28847.50433810.93338597.819
|
|
|
|
|
|
Термическое сопротивление
|
    
|
|
|
|
|
|
Удельный тепловой поток
|
380139.196396384.731408983.072
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи
|
66195.98968163.77969673.167
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи
|
 7180.2107476.8167706.481
|
|
|
|
|
|
Удельный тепловой поток
|
338905.895352905.693363745.859
|
|
|
|
|
|
Проверка отношений
|
1.1221.1231.124-
|
|
|
|
|
|
Если не входит в диапазон от 0.95 до 1.05, повторяем расчет,
принимая
|
|
Удельный тепловой поток
|
338905.895352905.693363745.859
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи
|
 61083.96362839.52364184.544
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи
|
7115.6177407.9687634.271
|
|
|
|
|
|
Удельный тепловой поток
|
335857.116349656.091360337.597
|
|
|
|
|
|
Проверка отношений
|
1.011.011.01-
|
|
|
|
|
|
Если отношение входит в диапазон от 0.95 до 1.05,
то полученные значения и считаем окончательными
|
Коэффициент теплопередачи, площадь теплопередающей
поверхности, длинна труб испарительного участка ПГ
Средний коэффициент теплопередачи испарительного участка ПГ:
Больший
температурный напор:
Меньший
температурный напор:
Среднелогарифмический
температурный напор:
Расчетная
площадь теплопередающей поверхности испарительного участка:
Таблица 4
Расчет площади теплопередающей поверхности испарительного участка
|
Величина
|
Обознач.
|
Вариант
|
Ед. изм.
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
|
Средний коэффициент теплопередачи
|
 7177.86773177690.125
|
|
|
|
|
|
Больший температурный напор
|
 47.2
|
|
|
|
Меньший температурный напор
|
 19.47
|
|
|
|
Среднелогарифмический температурный напор
|
 31.35
|
|
|
|
Расчетная площадь теплопередающей поверхности
испарительного участка
|
 2779.242726.392594.11м2
|
|
|
|
|
|
Расчетная длина труб участка (dср=0.013м)
|
 68085.2566790.5463549.98м
|
|
|
|
|
|
Расчетная длина одной трубы испарительного участка
|
 4.45.35.9м
|
|
|
|
|
6. Тепловой расчет экономайзерного участка ПГ
парогенератор конструкция теплоноситель экономайзерный
Исходные данные:
Таблица 5
Физические параметры теплоносителя в выходном сечении
|
Физические параметры теплоносителя при 
|
|
Величина
|
Обозначение и формула
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
|
Физические параметры
при   , м3/кг1.375
|
|
|
|
 , Па/с8.8652
|
|
|
 ,  0.56038
|
|
|
Pr1
|
0.86212
|
|
Скорость теплоносителя, м/с
|
 4
|
4.9
|
5.8
|
|
|
Число Рейнольдса
|
 341273.13
|
418059.583
|
494846.037
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи,   28342.906
|
33339.052
|
38153.886
|
|
|
|
Теплоотдача от стенки трубы к рабочему телу
происходит в условиях продольного обтекания шахматно расположенных трубок с
углом атаки  . Тогда поправка на угол атаки 
|
|
Физические параметры при   , м3/кг1.3026
|
|
|
|
 , Па/с9.718
|
|
|
 , 0.59579
|
|
|
Pr2Э
|
0.82274
|
|
Скорость воды в межтрубном пространстве, м/с
|
 0.5
|
0.5
|
0.5
|
|
|
Число Рейнольдса
|
 49768
|
49768
|
49768
|
|
Коэффициент теплоотдачи,
|
æ - поправка Михеева æ18176.3118176.3118176.31
|
|
|
|
|
|
Средний коэффициент теплопередачи
|
 5561.770
|
5730.280
|
5857.327
|
|
|
Больший температурный напор
|
 23.74
|
|
|
Меньший температурный напор
|
 19.47
|
|
|
Средне-логарифмический температурный напор
|
 21.61
|
|
|
Расчетная площадь теплопередающей поверхности
испарительного участка
|
 1225.61
|
1189.57
|
1163.77
|
|
7. Площадь теплопередающей поверхности, длинна и масса труб
ПГ
Таблица 6
|
Наименование величины
|
Обозначение и формула
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Площадь теплопередающей поверхности ПГ, м2
|
 4004.85
|
3915.96
|
3757.88
|
|
|
Площадь теплопередающей поверхности ПГ с учетом
запаса на износ трубок поверхности теплообмена, м2
|
 4505.456
|
4405.455
|
4227.615
|
|
|
Длина труб ПГ, м (  )
|
110373.74
|
107923.93
|
103567.25
|
|
|
Длина одной трубы, м
|
 7.15
|
8.55
|
9.7
|
|
|
Масса труб, кг
|
 59489.58
|
58169.18
|
55821
|
|
. Гидравлический расчет ПГ
Гидравлическое сопротивление первого контура ПГ
Плотность и вязкость теплоносителя на входе:
; 
Плотность
и вязкость теплоносителя на выходе:
; 
Плотность
и вязкость т/н при средней температуре т/н ПГ (
):
; 
Абсолютная
шероховатость поверхности стали ОХ18Н10Т принята равной k=0,01
мм. P1=15.5 МПа
Таблица 7
|
Наименование величины
|
Обозначение и формула
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Скорость т/н на входе в коллектор, м/с
|
 4.8
|
|
|
Сопротивление на входе в коллектор, Па
|
 1070.6
|
|
|
Коэффициент сопротивления входа в коллектор
|
 0.14
|
|
|
Изменение напора вдоль перфорированной части
коллектора, Па
|
 319.6
|
|
|
Коэффициент сопротивления перфорированной части
|
A
|
0.04
|
|
Изменение напора вдоль коллектора на уровне
среднего ряда труб, Па
|
 215.3
|
|
|
Скорость входа т/н в средний ряд труб, м/с
|
 4.52
|
5
|
5.9
|
|
|
Спадание напора на входе в средний ряд труб, Па
|
  388.7
|
953
|
1130.2
|
|
|
Средняя скорость в трубах, м/с
|
 4.3
|
5.3
|
6.3
|
|
|
Коэффициент трения труб
|
  0.019
|
|
|
Потери напора на трение в трубах, Па
|
 11690.7
|
17473.1
|
24409.8
|
|
|
Потери напора на преодоление поворота
трубчатки, Па
|
 1201.9
|
1798.4
|
2491.3
|
|
|
Скорость выхода потока из среднего участка, м/с
|
 4.1
|
5.1
|
5.9
|
|
|
Потери напора на выходе из среднего участка
труб, Па
|
  8023.1
|
9801.3
|
13725.9
|
|
|
Скорость т/н в выходном коллекторе, м/с
|
 4.5
|
|
|
Потеря напора на выходном коллекторе вдоль
перфорированного участка, Па
|
  292.7
|
|
|
 194.8
|
|
|
Потеря напора на выходе из коллектора в ГЦК, Па
|
 694.6
|
999.1
|
1369.5
|
|
|
 450.8
|
695.8
|
900.4
|
|
|
Суммарные потери напора по тракту т/н, Па
|
 18136.1
|
28945.6
|
39987.7
|
|
Гидравлический расчет ПГ по 2-му контуру
Гидросопротивление по2-му контуру складывается из сопротивления подачи
питательной воды, сопротивления погружного дырчатого листа, сопротивления
жалюзийного сепаратора, сопротивления пароотводящих труб и коллектора пара.
Сопротивление
входа питательной воды из входного патрубка питательной воды
Скорость
воды в патрубке питательной воды:
Коэффициент
сопротивления при повороте трубопровода 
на 35о:
Коэффициент
сопротивления при распределении потока на короткий и длинный отводы:
Живое
сечение трубки
Живое
сечение одного отвода 
с учетом
38шт. 
f(dу80)
= n''' (dу25) = 1,87 10-2 м2
Живое
сечение короткого отвода при шести 
и
длинного - при десяти
fкор = n' f(dу80)
= 0,112 м2;
fдл
= n'' f(dу80) = 0,187 м2
Сумма
живых сечений всех трубок .
Sfтр = fкор
+ fдл = 0,298м2
Затрата
питательной воды в коротком и длинном отводах:
Скорость
потока в коротком и длинном отводах:
м/с;
м/с.
Потери напора по длине отводящих труб:
xвх = 0,7;lтр = 0,515;xпов = 0,33.
Определим
скорость потока в коротком и длинном отводах:
м/с;
м/с.
Определим
скорость питательной воды на выходе из трубы dу25:
м/с;
м/с.
Потери
напора в раздающих трубах
Коэффициент сопротивления входа в трубки xвх = 0,7.;
Коэффициент гидравлического трения lтр = 0,515
Коэффициент сопротивления при повороте потока xпов = 0,33;
Потери напора в выходных трубах dу25
Суммарные потери напора по тракту питательной воды
S DP2 = DРп.у + DP’вх + DP”вх + DP’2 + DP”2 + DP’3 + DP’4 = 55748 Па.
9. Достаточность парового пространства для сепарации пара
Высота уровня воды в ПГ над ПДЛ h=0.1 м.
Расстояние от ПДЛ к нижней кромке ЖСП Нжс=0.75 м.
Плотность среды, которая проходит через ЖСП: rs = r” = 34,4кг/м3; r’ = 746,3 кг/м3.
Влажность
на входе 
Коэффициент
a = 0,65 - 0,0039 ×Ps =0,38
Таблица 8
|
Наименование величины
|
Обозначение и формула
|
Вариант
|
|
|
I
|
II
|
III
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Площадь зеркала испарения, м2
|
 20.9
|
23.02
|
24.9
|
|
|
Скорость пара при прохождении ЖСП, м/с
|
 0.57
|
0.52
|
0.48
|
|
|
с запасом, м/с
|
wз=1,2× w”дз
|
0.68
|
0.62
|
0.58
|
|
Поправочный коэффициент
|
 0.6
|
0.58
|
0.56
|
|
|
Запас повышения уровня, м
|
 0.375
|
0.357
|
0.341
|
|
|
Вспомогательная функции плотности пространства
|
 40420
|
|
Граничная высота ЖСП, м
|
Hкр = 0.087× [w”дз × F(r)]1,3
|
3.92
|
3.81
|
3.47
|
|
Высота парового объема, м
|
Hг = Hжс- Hнб
|
0.375
|
0.393
|
0.409
|
|
Критический запас скорости, %
|
 0.03
|
0.04
|
0.04
|
|
|
Площадь прохода ЖСП, м2
|
Fжс = D/(w”кр × r”)
|
17.6
|
19.3
|
20.6
|
Гидравлический расчет парового тракта
Расчет сопротивления ПГ по паровому тракту состоит в пребывании
сопротивлений внутрикорпусных устройств: погружного дырчатого листа,
жалюзийного сепаратора, элементов вывода и подачи пара в паропровод.
Площадь прохода дырчатого листа:
Коэффициент
сопротивления дырчатого листа
xд.л = 2,74;
r” = 
34.4 кг/м3
Скорость
пара при прохождении ПДЛ:
м/с.
Потери
напора при прохождении пара через ПДЛ: 
Па.
10. Жалюзийный сепаратор
Площадь прохода ЖСП Fжс = 17.6 м2.
Коэффициент сопротивления ЖСП:
xс = 0.05; xсвх120 = 1.67; xсвх60 = 0.65.
Sxс
= xз + xсвх120 +xсвх60 = 0.05
+ 1.67 + 0.65 = 2.37.
Скорость пара при прохождении ЖСП:
м/с.
Потери напора при прохождении пара через ЖСП:
Па.
Скорость
пара на входе в патрубки:
м/с
Потери напора в пароотводящих патрубках:
Па, вх
= 1.5.
Скорость
пара в пароотводящих патрубках:
м/с
Потеря
напора при повороте трубы на 80°:
Па
где
пов80 = 0.2 -коэффициент сопротивления при повороте трубы
на 80°.
Потеря
напора на входе в пароотводящий коллектор:
Па;
где
xвхп.п.к = 1 - коэффициент сопротивления пара на входе в
пароотводящий коллектор.
Скорость
пара в паровом коллекторе:
м/с
Потеря
напора на преодоление сопротивления парового коллектора:
;
Изменение
напора вдоль парового коллектора для среднего ряда труб:
DРк.п = 2/3 × DРп.к=2/3
×
57398=38265 Па
Полная потеря напора на преодоление парового тракта ПГ:
DPПГп.тракту = DРд.л + DPжс +SDPпп + DPвхп.о + DPпов + DPвхп.к + DРк.п --
DРп.к = 2443+17.7+4227+3479+17393+38265-57398=8427 Па
Мощность ГЦН, затрачиваемая на преодоления потерь по 1-му контуру ПГ.
Вт;
Вт;
Вт
где hГЦН = 0.76 - адиабатический КПД ГЦН
Мощность ТПН, затрачиваемая на преодоление потерь по 2-му контуру ПГ.
Вт
где
hПН = 0.82
- адиабатический КПД питательного насоса
11.
Размеры и масса основных узлов корпуса коллектора и ВКУ
P1P = 17.1 МПа
Для ВКУ: P2P = 1.35×P1=8.9MПа; Tрасч=350°С;
С = 8;
rст = 7500; s = 185; j = 0.636
Таблица 9
|
Наименование величины
|
Обозначение и формула
|
Вариант
|
|
|
1
|
2
|
3
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Внутренний диаметр корпуса, мм
|
dвн
|
2998
|
2711
|
2494
|
|
Толщина центральной обечайки, мм
|
 125
|
114
|
106
|
|
|
Расчетная толщина центральной обечайки, мм
|
 138
|
126
|
116
|
|
|
Длина центральной обечайки, м
|
L ц.об =l/3
|
2.7
|
3.2
|
3.6
|
|
Внешний диаметр центральной обечайки, мм
|
3283
|
2971
|
2734
|
|
Толщина стенки боковой обечайки, мм
|
 89
|
80,5
|
74,5
|
|
|
Расчетная толщина боковой обечайки, мм
|
 98
|
88.6
|
82
|
|
|
Длина боковой обечайки, м
|
lб.об = lц.об
|
3.1
|
3.6
|
4.2
|
|
Внешний диаметр боковой обечайки, м
|
dЗб.об
|
3199
|
2894
|
2663
|
|
Объем центральной обечайки, м3
|
Vц.об
|
3.8
|
3.7
|
3.6
|
|
Объем боковой обечайки, м3
|
Vб.об
|
2.6
|
2.5
|
2.4
|
|
Масса центральной обечайки, кг
|
Mц.об = Vц.об × rст
|
28500
|
27750
|
27000
|
|
Масса боковой обечайки, кг
|
Mб.об = Vб.об × rст
|
19500
|
18750
|
18000
|
|
Высота эллиптического днища, мм
|
H = 0.25 ×dвн Сб.об = 20.62; j = 0.85;
|
750
|
678
|
624
|
|
Толщина стенки эллиптического днища, м
|
 0.0185
|
0.0185
|
0.0185
|
|
|
Внешний диаметр эллиптического днища, м
|
dЗе.д
|
3.27
|
2.934
|
2.682
|
|
Объем эллиптического днища, м3
|
Vе.д
|
0.8
|
0.535
|
0.381
|
|
Масса эллиптического днища, кг
|
M = Vе.д × rст
|
6000
|
4013
|
2858
|
|
Длина корпуса ПГ, мм
|
 10437
|
11793
|
13285
|
|
12. Масса коллектора
Высота коллектора по паспорту - 4.97 м
Высота перфорированной и цилиндрической частей - 3.42 м
Высота перфорированной части - 2.2 м
Высота цилиндрической части - 1.22 м
Высота конической части - 1.55 м
Объем перфорированной части для трех вариантов:
= 1.4 м3;
.55 м3;
.65 м3.з = 1.69 м;вн
= 1.26 м;
м3;з = 1.58 м; dвн
= 1.26 м;
;
R = 0.7 м; r = 0.3 м;
;вн
= 0.42 м; rвн = 0.5 м.
Масса коллектора для трех вариантов:
Mкол = (Vперф + Vцил + V.кон)
× r = 33750кг;
кг;
35625 кг.
Толщина крышки люка коллектора первого контура (Ду - 600):
;= 0.6; k0
= 1;
Расчет
эллиптического днища крышки люка второго контура:
м;
м3;
м3;
Vе.д = VЗ - Vвн = 0.04 м3.
Масса элементов, кг:
масса днища - 921.6;
масса коллектора пара - 6480;
масса коллектора питательной воды - 1024;
масса сепараторных устройств - 4950;
масса погружного дырчатого листа - 705.
Таблица 10
Масса основных узловых деталей
|
W1 (м/с)
|
4,5
|
5,5
|
6,5
|
|
кг
|
т
|
кг
|
т
|
кг
|
т
|
|
Центральная обечайка
|
28500
|
28.5
|
27750
|
27.75
|
27000
|
27
|
|
Боковая обечайка
|
19500
|
19.5
|
18750
|
18.75
|
18000
|
18
|
|
Эллиптическое днище корпуса
|
6000
|
6
|
4013
|
4.013
|
2858
|
2.858
|
|
Коллектор
|
33750
|
33.75
|
34875
|
34.875
|
35625
|
35.625
|
|
Крышка 1-го контуру
|
626
|
0.626
|
626
|
0.626
|
626
|
0.626
|
|
Эллиптическая крышка 2-го контура
|
248
|
0.248
|
248
|
0.248
|
248
|
0.248
|
|
Паровой коллектор
|
7200
|
0.72
|
7200
|
0.72
|
7200
|
0.72
|
|
Коллектор ПВ
|
1024
|
1.024
|
1024
|
1.024
|
1024
|
1.024
|
|
Сепарационные устройства
|
5500
|
5.5
|
5500
|
5.5
|
5500
|
5.5
|
|
Углубленный дырчатый лист
|
783
|
0.783
|
783
|
0.783
|
783
|
0.783
|
|
Трубы т/п поверхности
|
78027
|
78.027
|
73645
|
73.645
|
69939
|
69.939
|
|
Масса ПГ
|
139997
|
139.997
|
135925
|
135.925
|
132789
|
132.789
|
13. Расчет стоимости ПГ
Стоимость центральной обечайки:
.
Стоимость
боковой обечайки:
.
Стоимость
эллиптического днища:
.
Стоимость
корпуса:
Ц
корп = Ц ц..об + 2 × Ц б.об
+ 2 × Ц ел..
Стоимость
коллектора питательной воды:
.
Стоимость
погружного дырчатого листа:
.
Стоимость
жалюзийного сепаратора:
.
Стоимость
трубного пучка:
.
Стоимость
парового коллектора
.
Стоимость
ВКУ:
Ц ВКУ = Ц КЖВ + Ц ПДЛ + Ц ЖСП
+ Ц ТП + Ц ПК .
Стоимость парогенератора
Ц ПГ = Ц корп + Ц ВКУ .
Стоимость основных узлов ПГ (в грн)
Таблица 11
|
W1 (м/с)
|
4.5
|
5.5
|
6.5
|
|
Центральная обечайка
|
605503
|
589568
|
573634
|
|
Боковая обечайка
|
414291
|
398357
|
382423
|
|
Эллиптическое днища корпуса
|
139680
|
93423
|
66534
|
|
Корпус
|
1713445
|
1573128
|
1471548
|
|
Коллектор ПВ
|
20922
|
20922
|
20922
|
|
Погружной дырчатый лист
|
14248
|
14248
|
14248
|
|
Жалюзийный сепаратор
|
128040
|
128040
|
128040
|
|
Трубный пучок
|
805841
|
768463
|
741555
|
|
Паровой коллектор
|
147110
|
147110
|
147110
|
|
ВКУ
|
1116161
|
1078783
|
1051875
|
|
Парогенератор
|
2829606
|
2651911
|
2523423
|
14. Расчетные затраты и выбор оптимальной скорости
теплоносителя
Оптимальная скорость т/н определяется по наименьшим приведенным затратам
В = ЕнК + S ® min,
где Ен = 0.4 - нормативный коэффициент
эффективности капиталовложений, год-1,
К - стоимость изготовления ПГ, тыс.грн;- эксплуатационные расходы,
тыс.грн/год.
Для ПГ эксплуатационные затраты складываются из амортизационных
отчислений Sам, расходов на текущий ремонт Sп.р, Общестанционные расходы Sз и
электроэнергию для прокачки теплоносителя и рабочего тела ПГ - Sе:
S = Sам
+ Sп.р + Sз + Sе.
Первые три составляющие рассчитываются в зависимости от К следующим
образом:
ам = 0.07 К;п.р = 0.15 Sам = 0.0105
К;з = 0.2 (Sам + Sп.р) = 0.016 К.
Затраты на электроэнергию (тыс. грн / год) при проведении
технико-экономических расчетов определяются по формуле
е
= Текспл × Ве × (N1 + N2) × 10-5,
где Текспл = 7000 часов - количество часов работы АЭС в год;и N2 -
мощность ГЦН и ЖН, необходимая для преодоления сопротивления первого и
второго контуров ПГ, кВт;
Ве - замыкающие затраты на электроэнергию, (кВт ч), для энергосистемы Украины
Ве = 2.5 (кВт ч). Приведенные
затраты равны
В = 0.4ЦПГ + 7000 × (N1 + N2) × Ве × 10-5 = Sк + Sе
Зависимость приведенных затрат от скорости теплоносителя
|
Название величини
|
Обозначение и формула
|
Вариант
|
|
|
I
|
II
|
III
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Средняя скорость т/н у трубах теплопередающей
поверхности, м/с
|
 4.3
|
5.2
|
6.2
|
|
|
Капитальная складовая наведенных затрат, тыс.
грн/год
|
Sк = 0.2171∙ЦПГ
|
614307
|
575730
|
547835
|
|
Складовая наведенных затрат на электроэнергию,
тыс. грн/год
|
Sе = 7000 × (N1 + N2) × Ве × 10-5 =7000∙(94103+37532)∙2,5∙10-5
|
23036
|
30218
|
39568
|
|
Наведенные затрати, тыс. грн/год
|
В = 0,4×Sк + Sе
|
268759
|
260510
|
258702
|
Заключение
В данном курсовом проекте мы провели расчет горизонтального парогенератора,
что обогревается водой под давлением.
Тепловая мощность нашего парогенератора составляет 780 МДж / с.
В результате технико-экономического расчета мы получили значение
составляющей расходы на электороэнергию
23036 тыс. грн./час при скорости теплоносителя 4.5 м / с
тыс. грн./час при скорости теплоносителя 5.5 м / с
-39568 тыс.
грн./час соответственно при скорости теплоносителя 6.5м/с. Капитальная
составляющая приведенных затрат составила - 614307 тис. грн./час, 575730 тыс.
грн./час., 547835тис. грн./час. Как показывает нам график зависимости расчетных
расходов от скорости теплоносителя оптимальная скорость в нашем случае является
6.5м/с, но для нахождения оптимального расхода надо увеличивать скорость т/н.
Стоимость парогенератора в нашем случае составляет 2523423 грн.
Список литературы
1.
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине:
«Теплотехническое оборудование АЭС» для студентов специальности 7.090.502.
Атомная энергетика. - B. Кравченко, В.Е. Туркив - Одесса. ОПТУ, 1999.
.
«Термодинамические свойства воды и водяного пара» - Ривкин С.Л., Александров
А.А. - Москва Издательство стандартов, 1984.
.
«Парогенерирующие установки атомных электростанций» - Рассохин НХ. - Москва,
Энергоиздат, 1987.
. «Основы
компоновки и теплового расчета ПГ АЭС» - Ремжин Ю.Н. - Ленинград. Издательство
ленинградского университета. 1982.