Парогенератор горизонтальный с насыщенным паром

Задание

Горизонтальный ПГ с насыщенным паром тепловой мощностью 850 МВт с горизонтальными коллекторами 1 контура
Греющий теплоноситель								вода
Температура греющего теплоносителя на входе				330 °С	
Температура греющего теплоносителя на выходе				300 °С
Давление греющего теплоносителя						16.5 МПа
Давление пара									5.6 МПа
Температура питательной воды							225 °С
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
Содержание
												
1 Формула изобретения		3
2 Тепловойрасчет парогенератора		4
2.1Определение основных параметров		4
2.2 Q-T диаграмма		4
2.3 Расчет коллектора теплоносителя и теплопередающих трубок				5
2.4 Расчет числа труб теплопередающей поверхности						7
2.5 Определение поверхности теплообмена и длины труб					8
3 Расчет кратности циркуляции									10
4 Гидравлический расчет 										15
4.1 Гидравлический расчет по первому контуру						15
4.2 Гидравлический расчет по второму контуру							17
5 Прочностной расчет парогенератора								22
5.1 Расчет корпуса парогенератора								22
5.2 Расчет эллиптических днищ парогенератора и трубной доски				24
Список литературы											26
Приложение А Сборочный чертёж парогенератора
      

      1 Формула изобретения 
      
      1.Горизонтальныйпарогенератор,состоящийизрасположенного горизонтально цилиндрическогокорпусасдвумяднищами,коллекторныхкамерспатрубкамиподвода иотводагреющеготеплоносителя,патрубкаподводанагреваемойсредыипатрубков отводапара,теплообменнойповерхности,выполненнойизгоризонтальныхU-образных теплообменныхтруб,имеющих«горячую»и«холодную»ветви,сепарационного устройства,отличающийсятем,чтонакаждомднищекорпусавыполненыколлекторные камерыподводаиотводагреющеготеплоносителя,причемчастьтрубтеплообменной поверхностиподключенакколлекторнымкамерамподводаиотводагреющего теплоносителя,расположеннымнаодномднище,адругаячасть – соответственнона второмднище,образуясекции,крометого,повысотетеплообменныетрубыразмещены слоямис чередованиемпосекциямтак,чтослои«горячих»или«холодных»ветвей однойсекцииразмещенымеждуслоями«холодных»или«горячих»ветвейдругой секции. 
      2.Горизонтальныйпарогенератор,отличающийсятем,чтоколлекторные камерыподводаиотводагреющеготеплоносителявыполненыквадратнойформы. 
      3.Горизонтальныйпарогенератор,отличающийсятем,чтопатрубкиподвода илиотводагреющеготеплоносителярасположенынапротивоположныхотносительно вертикальнойдиаметральнойплоскостипарогенератораколлекторных камерах. 
      4.Горизонтальныйпарогенератор,отличающийсятем,чтодистанционирующие устройствадлятеплообменныхтрубвыполненыввидепланокспазамииотверстиями, обеспечивающими циркуляцию нагреваемой среды. 
      5. Горизонтальныйпарогенератор,отличающийсятем,чтосепарационное устройствовыполненоввиде верхнегоинижнегоперфорированноголиста,причем нижний лист снабжен безбарботажными насадками. 
      6.Горизонтальныйпарогенератор,отличающийсятем,чтобезбарботажные насадкивыполненысъемными. 
      7.Горизонтальныйпарогенератор,отличающийсятем,чтопатрубкиподвода иотводагреющеготеплоносителявыполненыввидетройника.
      
      
      
      
      2 Тепловой расчет парогенератора
      
      2.1 Определение основных параметров
Найдем температуру воды на линии насыщения [4]:

Исходя из уравнения теплового баланса, рассчитаем паропроизводительность и расход теплоносителя:
	





где D – паропроизводительность ПГ

где G– расход теплоносителя в ПГ
      2.2Q-T диаграмма
      Рассчитаем тепловую мощность на экономайзерном участке:
	

      Найдем тепловую мощность на испарительном участке:
	
      Тепловая мощность парогенератора:
	
      На рисунке 1 изображена упрощенная  Q-T диаграмма парогенератора.

      Рисунок 1 – Q-T диаграмма парогенератора
      2.3 Расчет коллектора теплоносителя и теплопередающих трубок
      Принимаем внутренний диаметр коллектора теплоносителя: 

Расчетная температура стенки коллектора . 
Принимаем 
При расчетной температуре номинальное допускаемое напряжения для стали 08Х18Н10Т равно: .
Материалом теплопередающих труб является сталь 08Х18Н10Т, а для коллектора теплоносителя, трубной доски и корпуса применяем сталь 10ГН2МФА (для коллектора сталь планкируется со стороны, омываемой теплоносителем, сталью 08Х18Н10Т).
	Наружный диаметр труб принимаем равным: 
Принимаем коридорное расположение отверстий в трубных досках для завальцовки труб теплопередающей поверхности.
Принимаем поперечный шаг по квадрату внутренней поверхности трубной доски и продольный шаг расположения отверстий:


Найдем номинальную толщину стенки коллектора:

где    – расчетное давление;
Определим фактическую толщину стенки коллектора:
	
где  – комплексная поправка.
	
 – поправка на допуск;
 – поправка на коррозию (вода-вода);


	Принимаем толщину стенки коллектора теплоносителя: 
	Определим наружный диаметр коллектора:

Рассчитаем номинальную толщину стенки теплопередающей трубки:
	
 - номинальное допустимое напряжение для стали 08Х18Н10Т при 

	Рассчитаем фактическую толщину стенки теплопередающей трубки:
	
где  – комплексная поправка;
	
 – поправка на допуск;
 – поправка на коррозию (вода-вода);
 – поправка на технологический предел (гибка);


	Принимаем толщину стенки по ГОСТ: 
	Найдем внутренний диаметр труб:
	
	Коэффициент теплопроводности для стали 08Х18Н10Т при средней температуре всех сред :  
Найдем площадь проходного сечения по первому контуру:
	



      2.4 Расчет числа труб теплопередающей поверхности
Найдем расчетное число труб в ПГ:

	
Рассчитаем число труб на одну трубную доску:
	
Рассчитаем фактическое число теплообменных труб на сторону квадрата трубной доски:

Принимаем
Тогда, принимаем	
	Уточним проходное сечение первого контура и скорость теплоносителя:
	
	
      2.5 Определение поверхности теплообмена и длины труб
Примем расчетную длину одной теплообменной трубы: 
Определим число Рейнольдса:
	


Режим течения в трубах – турбулентный.
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке по формуле Михеева:
	

теплоносителя [4];
 – число Прандтля для воды при температуре теплоносителя [4];

температуре стенки [4];


	Рассчитаем плотность теплового потока парогенератора:
	
Найдем коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме:
	

Рассчитаем коэффициент теплопередачи:
	

	Найдем логарифмический температурный напор:
	
где,

	Найдем расчетную поверхность теплообмена ПГ:
		
	Найдем фактическую поверхность теплообмена ПГ:
	
где  – коэффициент запаса теплопередающей поверхности;

Рассчитаем фактическую длину одной теплопередающей трубы ПГ:
	
Произведем проверку длины трубы:
	
Следовательно, считаем предположение о длине одной трубы ПГ верным.
      
      
      
      3 Расчет кратности циркуляции
      
      Кратность циркуляции должна входить в предел от 4 до 12. Кратность циркуляции должна быть больше либо равна 4, это необходимо для надежности контура циркуляции. Такое значение учитывает некоторый запас по работоспособности контура. Зададимся кратностями циркуляции: 4, 8, 12. 
Для удобства расчета, сведем плотности пара и воды в таблицу 1.
Таблица 1 – Плотности пара и воды
Параметр
Значение
Плотность воды при температуре насыщения 
	
Плотность пара при температуре насыщения 
	
Определим суммарный расход пароводяной смеси:
	
	
	
	Найдем проходное сечение для коридорного пучка труб:
	
	Рассчитаемвысоту трубного пучка:
	
	Определим скорость циркуляции:
	
	
	
	Найдем массовое паросодержание в трубном пучке:
	
	
	
	Определим фактор взаимодействия:
	
      Рассчитаем скорость всплытия одиночного пузыря:
	



Найдем групповую скорость всплытия пузырей:
	
Рассчитаем скорость пароводяной смеси:
	
	
	
Определим объемное паросодержание:
	
	
	

Найдем истинное паросодержание:
	
	
	
Определим плотность смеси:
	
	
	
	Определим движущий напор для горизонтального парогенератора:
	
	
	
Определим относительную шероховатость для нержавеющих труб:
	
где  – эквивалентная шероховатость для нержавеющих труб;
	
	Кинематическая вязкость для воды на линии насыщения [4]:

	Определим число Рейнольдса:
	
	
	
	Рассчитаем относительный поперечный шаг:
	
	Найдем относительный продольный шаг:
	
Найдем коэффициент местных потерь для коридорного пучка труб:
	
	

Рассчитаем гидравлические потери в трубном пучке:
	
	
	
На рисунке 2 приведены графики зависимостей движущего напора и гидравлических потерь в трубном пучке от кратности циркуляции. Из графика видно, что кратность циркуляции находится в пределах от 4 до 12 и равна , что удовлетворяет условиям, положенным в начале расчета.
      
Рисунок 2 – Графики зависимостей движущего напора и гидравлических потерь от кратности циркуляции
      
      
      
      
      
      
      
      
      4 Гидравлический расчет 
      
      4.1 Гидравлический расчет по первому контуру
Определим площадь внутреннего (проходного) сечения коллектора теплоносителя:
	
Найдем относительную шероховатость для коллекторов:
	
где  – эквивалентная шероховатость для коллекторов;

Рассчитаем скорость теплоносителя во входном коллекторе:
	


Определим скорость теплоносителя в выходном коллекторе:
	
	

Найдем средние скорости теплоносителя в коллекторах:
	
	
Рассчитаем число Рейнольдса для входного коллектора:
	



Определим число Рейнольдса для выходного коллектора:
	

коллекторе [4];

	Рассчитаем коэффициент потерь на трение по длине в коллекторах по формуле Альштуля:
	
	
	Пусть
Принимаем коэффициенты местных сопротивлений в трубах:
–коэффициент диффузора;	
 – коэффициент конфузора;
	Определим гидравлические потери в коллекторах ПГ:
	
	
      Принимаем:
– длина первого участка коллектора;
– длина второго участка коллектора;
–гидравлический диаметр коллектора на первом участке;
–гидравлический диаметр коллектора на втором участке.

Запишем ранее найденные величины плотности, скорости при средней температуре теплоносителя и число Рейнольдса:  кг/м3и м/с; 
	Определим коэффициент потерь на трение по длине теплообменных труб по формуле Альштуля:
	
	Определим коэффициент местных сопротивлений в трубах:
	
где  – коэффициент внезапного сужения;
 – коэффициент плавного поворота на 180;
 – коэффициент внезапного расширения;

	Определим гидравлические потери в теплообменных трубах ПГ:
	
	Определим гидравлические потери первого контура:
	
      4.2 Гидравлический расчет по второму контуру
Рассчитаем площадь проходного сечения парового патрубка ПГ:
	
где  – внутренний диаметр парового патрубка;

	Так как в парогенераторесемь паровых патрубков то:
	
Рассчитаем скорость пара в паровом патрубке:
	
Определим гидравлические потери в паровых патрубках:
	
где  – местные потери на внезапное сужение;

	Найдем гидравлические потери в потолочном дырчатом листе:
	



	Для расчета гидравлических потерь трассы подвода питательной воды примем геометрические параметры этой трассы. Параметры трассы сведены в таблицу 2.


Таблица 2 – Параметры трассы подвода питательной воды
№
Название участка
Параметр
Обозначение
Величина
1
Патрубок входа питательной воды
Внутренний диаметр

250 мм


Длина одной трубы

3900 мм


Кол-во труб

1
2
Первый раздающий коллектор
Внутренний диаметр

200 мм


Длина одной трубы

2200 мм


Кол-во труб

1
3
Второй раздающий коллектор
Внутренний диаметр

80 мм


Длина одной трубы

1000 мм


Кол-во труб

16
Определим площади проходных сечений всех четырех участков, входящих в питательный тракт:
	
	
	
Определим плотность питательной воды [4]:  кг/м3
Определим скорость питательной воды на всех участках:
	
	
	
Определим средние скорости для второго и третьего участков:
	
	
Определим кинематическую вязкость для питательной воды:



Определим число Рейнольдса для каждого участка:
	
	
	
	Определим относительную шероховатость для каждого участка:
	
	
	
Определим потери на трение для каждого участка:
	
	
	
	Примем величины местных сопротивлений для каждого участка:
1,7 – учитывает резкий поворот на 45 и90°;
 – учитывает поворот на 90и внезапное сужение;
– учитывает поворот на 90 и внезапное сужение;
	Определим гидравлические потери на каждом участке:
	
	
	
	Определим гидравлические потери по трассе подвода питательной воды:
	
	Определим гидравлические потери второго контура:
	
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      5 Прочностной расчет парогенератора
      
      5.1 Расчет корпуса парогенератора
Определим ширину и высоту теплопередающей поверхности:
	

      Принимаем сторону трубной доски равной  
Определим внутренний диаметр корпуса по ширине:
	
где  – ширина коридора между трубными досками;
 – зазор между трубнойдоской и корпусом.

	Определим внутренний диаметр корпуса по высоте:
	
где  – зазор между трубнойдоской и корпусом;
 – расстояние от трубнойдоски до уровня воды;
 – высота парового пространства;
 – зазор между потолочным листом и корпусом;
      Рассчитаем высоту парового пространства:
      Найдем площадь зеркала испарения ПГ:

Найдем скорость пара на зеркале испарения

По условию, 
где– критическая высота парового пространства
Высота парового пространства:
,
где  – паросодержание в слое воды над дырчатым листом
Принимаем, и 
– условие выполняется
Определим влажность пара:

где, 
 – условие выпол-няется, следовательно, высота парового пространства выбрана верно.

	Принимаем внутренний диаметр корпуса:

	Определим номинальную толщину стенки корпуса:
	
где  – расчетное давление;
номинальное допустимое напряжение для стали 10ГН2МФА при

	Определим фактическую толщину стенки корпуса:
	
где  – комплексная поправка;
	
 – поправка на допуск;
 – поправка на коррозию (вода);


	Принимаем толщину корпуса: 
	Определим наружный диаметр корпуса:
	
      5.2 Расчет эллиптических днищ парогенератора и трубной доски
Определим минимальную высоту эллиптических днищ:
	
Принимаем высоту эллиптических днищ: 

Определим номинальную толщину стенки днища:
	
	Принимаем толщину днища: 
Определим толщину трубной доски:
      Предварительно зададимся толщиной трубной доски и толщиной прилегающих стенок 
      
      Из графика (рисунок 3) определим коэффициент ?:
      

Рисунок 3 – График зависимости коэффициента ? от отношения 
Принимаем условный диаметр трубной доски и расстояние междуцентрами отверстий .
      Определим коэффициент прочности трубной доски:

Определим толщину трубной доски:

Проверка:
–значение выбрано верно.
	Определим длину парогенератора:
	
где – длина участка коллектора, идущего после эллиптического днища;
– расстояние от внешнего края трубного пучка в месте максимального загиба до трубной доски.  


Список литературы

 Дмитриев С.М. Основное оборудование АЭС с корпусными реакторами на тепловых нейтронах: учебник / С.М. Дмитриев [и др.] – М.: Машиностроение, 2013. – 415с.; ил.
 Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 384 с.: ил.
 Бых О.А. Практические занятия по курсу «Парогенераторы», Н. Новгород, 2015
 Ривкин С. Л., Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984, 80 с. с ил.















.......................