ПГВВЭР - 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 ст. Для высокого давления теплоносителя ст  1.5 мм, а для среднего 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 (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 №№ Размерность Значение 1 Расход воды первого контура через парогенератор т/ч  2 Температура воды первого контура на входе в ПГ C 3 Температура воды первого контура на выходе из ПГ C 291 4

Давление воды первого контура МПа 5 Давление воды первого контура Мпа 3,6 Температура питательной воды C 7 Величина продувки % 8 Типоразмер труб поверхности теплообмена мм 16х9 Материал труб поверхности теплообмена Сталь ОХ18Н10Т 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 ts. 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. QПГ=G1*(i1 i1 )*, 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;  - КПД парогенератора, принимаем =0,99. QПГ=18*(106/3600)(14,28-12,58)* 105*0,99=7,029 *105 кДж/с 2.

Определяем паропроизводительность парогенератора (2-ой контур). QПГ=Д*[(i2 iПВ)+r]+ ДПР*(i2 iПВ), где: Д - паропроизводительность ПГ, r - теплота парообразования, ДПР - 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, ts =233,84 С; i2' = 1,008 *106 Дж/кг; r =1,794 *106 Дж/кг; По таблице определяем энтальпию питательной воды: При tПВ = 225 , P2 =3,0 МПа, iПВ=9,67 *105 Дж/кг Принимаем величину продувки ПГ: ДПР = 0,01 Д. Д= QПГ/ ( (i2 iПВ)*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. tб = t1

ts' =318-234=94C, tм = t2 - ts' = 291-234=57 C , Характерные пара изменения температуры вдоль поверхности нагрева представлены на t-Q диаграмме 3. 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: dв=dн-2=16-2*1,5=13 мм. Определим площадь сечения трубы: Fтр =*dн2/4=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:

Gвн =fвн*W1вх/&#61550;1 где fвн= fтр*n, &#61550;1'=1,694*10-3 м3/кг, тогда n=(G*&#61550;1')/( fтр* W1вх)=12736 шт. 4. Тепловой расчет. 1. Определим средний температурный напор воль поверхности нагрева: &#61508;tб =84 &#61616;C, &#61508;tм =57&#61616;C, &#61508;tб /&#61508;tм =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: &#61508;tср =(&#61508;tб +&#61508;tм)/2 = (84+57)=70,5 &#61616;C. 2.Определим коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы. 2.1. Средняя температура теплоносителя на участке t1ср =(&#61508;tср +&#61508;tср)/2=(318+291)/2=305&

#61616;C. 2.2. Физические параметры воды при t1ср =305&#61616;C: плотность &#61554;1=799 кг/м3, коэффициент теплопроводности &#61548;1 =0,531 Вт/(м*К), вязкость &#61549; 1 =88,3 *10-6 Па*с, число Прандтля Pr=0,98, удельный объем -&#61557;1=1,425*10-3 м3/кг. 2.3. Скорость теплоносителя W1=(Gм * -&#61557;1)/(Fтр * n)=4,19 м/с. 2.4. Число Рейнольдса Re=( W1 * dвн)/(-&#61557;1 * &#61549; 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: &#61537;1=0,021*( &#61548;1 /d)*Re0,8*Pr0,43= =0,021*(0,53/0,013)*(4,42 *105)0,8*0,980,43= =2,73 *104 Вт/(м2*К). 2.6. Термическое сопротивление: R1=1/&#61537;1=3.66 * 10-5 (м2*К)/ Вт. 2.7. Температура стенки: tст=t1ср-(1/3)*( t1ср- ts)=305-(1/3)*(305-224)=281&#61616;C . 2.8. Теплопроводность стали 12Х18Н10Т при tст=281&#61616;C &#61548;ст =18,51

Вт/(м*К) (приложение IX учебника) Термическое сопротивление стенки: Rст =&#61540;ст/&#61548;ст=1,5*10-3 /(18,51)=8, 1* 10-5 (м2*К)/ Вт. 2.9. Термическое сопротивление окисных пленок: 2Rок =1,5* 10-5 (м2*К)/ Вт. 2.10. Сумма термических сопротивлений: R= R1 + Rст + 2Rок= 3,66* 10-5 + 8, 1* 10-5 +1,5* 10-5 = =13,26 * 10-5 (м2*К)/

Вт. 3. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде во входном сечении: 3.1. Проведем расчет методом последовательных приближений. Первое значение теплового потока q для расчета берем из диапазона: q=(0,8&#61624;0,9)* &#61508;tб /R =(0,8&#61624;0,9)* 84/13,26 * 10-5 =(5,67 &#61624;6,38) * 10-5 Принимаем: q'=6,2 3.2. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде по формуле:

&#61537;2'=(10,45/(3,3-0,0113(Ts - 373)))* (q')0,7=62000 (Вт/м2*K) 3.3. Термическое сопротивление: R2'=1/&#61537;2'=1,61 * 10-5(м2*K /Вт) 3.4. Определяем коэффициент теплопередачи во входном сечении. Полное термическое сопротивление во входном сечении: Rполн'= R1'+ R2'=(13,26 +1.61)* 10-5 =14,87 * 10-5 (м2*K /Вт).

Коэффициент теплопередачи во входном сечении. k1'= 1/ Rполн'=6720 (Вт/м2*K) 3.5 Удельный тепловой поток: qn = k1'*&#61508;tб=6720*84=6320 (Вт/м2) 3.6. Определяем отношение: q / q'=1,01 <1,05. Точность расчета устраивает, поэтому принимаем окончательно: &#61537;2'=62000 (Вт/м2*K), k1'= 6720 (Вт/м2*K). 4. Рассчитываем коэффициент теплоотдачи и теплопередачи в выходном сечении:

4.1. Определяем коэффициент теплоотдачи в выходном сечении: 4.1.1 Первое значение теплового потока для расчета методом последовательных приближений q2'=4,3 * 10-5(Вт/м2) 4.1.2 Вычисляем &#61537;2 &#61537;2 =(10,45/(3,3-0,0113(Ts - 373)))* (q')0,7=0,48*10 (Вт/м2*K) R2 =2,05 *10-5 4.1.3 Определяем коэффициент теплопередачи и полное термическое сопротивление в выходном сечении:

Rполн = R+ R2 =(13,26 +2,08)* 10-5 = 15,34* 10-5 (м2*K /Вт). k2 = 1/ Rполн = 6