Проект парогенератора, обогреваемого натрием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени Первого президента России Б.Н. Ельцина»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу«Парогенераторы АЭС»

Тема: «Проект парогенератора, обогреваемого натрием»

Слушатель: Э.В.Фоминых

Екатеринбург 2015г.

Содержание

• 1. Описание принятой конструкции парогенератора
• 2. Теплогидравлический расчет парогенератора
• 2.1 Принципиальная тепловая схема
• 2.2 Тепловая мощность ПГ и его элементов, расход и температура теплоносителя по участкам ПГ, t,Q - диаграмма ПГ
• 2.2.1 Тепловая мощность ПГ и его элементов
• 2.2.2 Расход теплоносителя через ПГ
• 2.2.3 Расчет температур теплоносителя по участкам ПГ
• 2.2.4 t,Q - диаграмма ПГ
• 2.3 Тепловой расчет модуля испарителя
• 2.3.1 Материал и диаметр труб теплопередающей поверхности испарителя
• 2.3.2 Разбивка испарителя на участки
• 2.3.3 Расчет тепловой мощности экономайзерных участков I и II (Q_I и Q_II) и температуры t₂₍₁₎, соответствующей началу поверхностного кипения недогретой до t_s воды
• 2.3.4 Расчет граничного паросодержания x_гр при котором начинается ухудшенная теплоотдача при кипении
• 2.3.5 Расчет площади теплопередающей поверхности и длины труб модуля испарителя
• 2.3.6 Расчет площади теплопередающей поверхности I-го экономайзерного участка модуля испарителя
• 2.3.7 Расчет площади теплопередающей поверхности II-го экономайзерного участка модуля испарителя
• 2.3.8 Расчет площади теплопередающей поверхности первого испарительного участка модуля испарителя
• 2.3.9 Расчет площади теплопередающей поверхности IV участка модуля испарителя
• 2.3.10 Расчет площади теплопередающей поверхности пароперегревательного участка модуля испарителя
• 2.3.11 Расчетная площадь теплопередающей поверхности модуля испарителя
• Библиографический список
• Приложение
• 1. Описание принятой конструкции парогенератора
• Площадь теплопередающей поверхности каждого элемента ПГ определяется количеством теплоты, которое должно быть передано от теплоносителя рабочему телу при существующих условиях теплопередачи.
• Площадь теплопередающей поверхности определяется в общем случае закономерностями, характерными для каждого элемента ПГ.
• Расчет следует начинать с составления принципиальной тепловой схемы ПГ и уравнений теплового баланса.
• Тепловой расчет является основным среди других видов расчетов и проводится на основании уравнений теплового баланса и уравнения теплопередачи после выбора принципиальной тепловой схемы.
• Уравнения теплового баланса:
• Для ПГ в целом:
• где Q - мощность, Вт; G- расход теплоносителя, кг/с; D - расход рабочего тела, кг/с; с_р - средняя в интервале изменения температур удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг·К); h_п.в, h^/, h^//, h_n - энтальпии питательной воды, воды при температуре насыщения, насыщенного пара, перегретого пара, Дж/кг; h_п.р^вых, h_п.р^вх - энтальпия пара на входе и выходе промежуточного перегревателя, Дж/кг; t₁^/, t₁^//- температура теплоносителя на входе и выходе рассматриваемого элемента.
• Нижние индексы означают рассматриваемый элемент; ПГ - парогенератор, э - экономайзер; и - испаритель; n - пароперегреватель; пр - промежуточный перегреватель.
• Потери тепла в окружающую среду учитываются коэффициентом полезного действия рассматриваемого элемента з, имеющего обычно значение 0,99 - 0,97.
• Уравнения материального баланса необходимы для решения уравнений теплового баланса. Расход теплоносителя равен сумме расходов по параллельным ветвям контура:
• В прямоточном ПГ расход рабочего тела во всех элементах одинаков и равен паропроизводительности:
• Определение основных размеров конструкционных элементов. На основе опыта проектирования ПГ выбирают форму поверхности теплообмена, схему омывания поверхности теплоносителем и рабочим телом, диаметр и материал труб.
• Зная расход и плотность среды, движущейся внутри труб G (или D), и задаваясь скоростью щ_m, из уравнения сплошности определяют суммарную площадь проходного сечения труб, м²:
• где G_m - массовый расход среды, движущейся внутри труб, кг/с; с_m - плотность среды, кг/м³;щ_m - скорость движения среды, м/с.
• Число труб определяется соотношением:
• После выбора геометрии межтрубного пространства (расположение и шаг между трубами) вычисляют скорость среды в межтрубном пространстве, м/с:

• где G_M - массовый расход среды, движущейся в межтрубном пространстве, кг/с; с_M - плотность среды, кг/м³; f_M - площадь проходного сечения межтрубного пространства, м².
• Если скорость щ_Mокажется неприемлемой, то ее корректируют, изменяя диаметр и компоновку труб.
• Скорость сред в ПГ выбирают в рациональном диапазоне в следующих пределах: скорость воды в экономайзерах 0,5 - 4,5 м/с, в испарителях с естественной циркуляцией 0,1 - 2 м/с, в испарителях с принудительной циркуляцией 0,5 - 5 м/с, скорость пара в пароперегревателях 30 - 50 м/с для низких давлений, 20 - 30 м/с для средних и 10 - 20 м/с для высоких.
• Длина одной трубы, определяется по соотношению
• где F - поверхность теплообмена, м²; d - расчетный диаметр, м.
• 2. Теплогидравлический расчет парогенератора
• Исходные данные:
• Теплоноситель: жидкий натрий
• Параметры теплоносителя: P₁=1,0 МПа; t₁^/=525°C; t₁^//=325°C
• Паропроизводительность ПГ:D₀=165 кг/с
• Параметры пара: Р₂=13,5 МПа; t^//₂=510°C
• Температура питательной воды: t^/=240°C
• Расход пара через промежуточный пароперегреватель: D_пр=0,8D₀=132кг/с
• Параметры пара промежуточного перегрева: Р_2пр=2,8 МПа; t^//_2пр=510°С; t^/_2пр=300°С
• 2.1 Принципиальная тепловая схема
• Принципиальная тепловая схема ПГ представлена на рис. 1.
• Рис. 1. Принципиальная схема прямоточного парогенератора с натриевым теплоносителем: 1 - испаритель; 2 - пароперегреватель; 3 - промежуточный пароперегреватель.
• При выборе схемы учитывались температурные и физико-химические условия работы теплопередающих поверхностей ПГ, а так же конструкционные факторы.
• Так как в пароперегревателе температурные и физико-химические условия требуют использования аустенитной стали, а в испарителе - стали перлитного класса, то целесообразно расположить эти два элемента в отдельных модулях. Для того, чтобы не допустить попадания капелек влаги из испарителя в пароперегреватель на поверхность из аустенитной стали, следует осуществить частичный перегрев пара в испарителе.
• Целесообразно (из конструкционных соображений), объединить в одном модуле подогрев воды до t_s, испарение и начальный перегрев пара. В дальнейшем этот модуль будем называть испарителем.
• Основной и промежуточный пароперегреватели соединяются по теплоносителю параллельно.
• Чтобы не усложнять конструкцию, целесообразно эти два элемента ПГ расположить в отдельных модулях: пароперегревателе и промпароперегревателе. Натрий из основного и промежуточного перегревателей направляется в испаритель. Для того чтобы не допустить уменьшения термодинамической эффективности из-за смешения потоков с разной температурой, расход натрия через основной и промежуточный пароперегреватели должен быть таким, чтобы выходная температура натрия была одинаковой.
• 2.2 Тепловая мощность ПГ и его элементов, расход и температура теплоносителя по участкам ПГ, t,Q - диаграмма ПГ
• 2.2.1 Тепловая мощность ПГ и его элементов
• При определении значений энтальпии рабочего тела необходимо учитывать не только изменение температуры, но и давления. На данном этапе расчета изменение давления рабочего тела при его движении через элементы ПГ приходится выбирать ориентировочно. В расчете приняты падения давления:
• - падение давления в пароперегревателе: ДP_2n=0,2 МПа
• - падение давления в испарителе: ДP_2u= 0,1 МПа
• - падение давления в промпароперегревателе: ДP_пр= 0,2 МПа
• Тогда давление пара на входе в пароперегреватель:
• Давление питательной воды на входе в испаритель:
• Давление пара на входе в промпароперегреватель:
• Принимаем, что пар в испарителе перегревателя перегревается на 20°С, т.е. t^//_2u= t_s+20°C. При среднем давлении пара в испарителе Р_2u= 13,75 МПа температура кипения воды равна t_s= 335°С и t^//_2u= 355°C. Количество тепла, передаваемого рабочему телу на экономайзерном, испарительном и пароперегревательном участках модуля испарителя, равно:
• Тепловая мощность модулей испарителя:

• В пароперегреватель поступает пар с температурой 352,56°С при среднем давлении P_2п= 13,7 МПа, тепловая мощность модулей пароперегревателя:
• Тепловая мощность модулей промпароперегревателя:
• Тепловая мощность ПГ:
• 2.2.2 Расход теплоносителя через ПГ
• Расход теплоносителя через ПГ определяется из уравнения его теплового баланса, кг/с:
• где з - КПД ПГ; С_pi - средняя теплоемкость теплоносителя, кДж/(кгК).Для натрия в интервале температур от 320 до 525°С теплоемкость постоянна и равна 1,279 кДж/(кгК), тогда
• Таков же будет расход натрия через модули испарителя. Значения расхода натрия через модули пароперегревателя и промпароперегревателя G_n и G_пр, при равенстве температур теплоносителя на входе в основной и промежуточный пароперегреватели и выходе из них, составят:
• 2.2.3 Расчет температур теплоносителя по участкам ПГ
• Если известны температура теплоносителя на входе в участок и тепловая мощность, то температура теплоносителя на выходе рассчитывается по следующей формуле:
• Температура теплоносителя на выходе из пароперегревательного и промпароперегревательного модулей и на входе в испарительный модуль:
• Температура теплоносителя на выходе из пароперегревательного участка и на входе в испарительный участок модуля испарителя:
• Температура теплоносителя на выходе из испарительного участка и на входе в экономайзерный участок модуля испарителя:
• 2.2.4 t,Q - диаграмма ПГ
• t,Q - диаграмма представлена на рис.2. При построении диаграммы учитывалось, что теплоемкость воды и перегретого пара (высокого давления) не постоянна, поэтому зависимость t= f(Q) для рабочего тела на экономайзерном и пароперегревательном участках криволинейная; изменение теплоемкости для пара промперегрева незначительно (менее 12%) и на диаграмме для пара промперегрева зависимость t= f(Q)- прямая линия. При выбранном масштабе диаграммы зависимость t= f(Q) для испарительного участка - прямая линия, параллельная оси абсцисс.
• Зависимости t= f(Q) для теплоносителя - прямые линии, так как теплоемкость теплоносителя постоянна.
• Рис. 2 t - Q - диаграмма прямоточного парогенератора: I-испаритель; II-основной пароперегреватель; III-промежуточный пароперегреватель; 1-зона конвекции однофазной жидкости; 2-зона поверхностного кипения; 3-зона развитого кипения; 4-закризисная зона; 5-зона перегрева пара в конце испарителя; 6-зона перегрева пара в пароперегревателе; 7-зона перегрева пара в промежуточном пароперегревателе
• 2.3 Тепловой расчет модуля испарителя
• 2.3.1 Материал и диаметр труб теплопередающей поверхности испарителя
• Выбор материала труб теплопередающей поверхности проводится с учетом возможной максимальной температуры стенки (t^макс_ст?t^/_1u=456,8°С) и взаимодействия натрия с материалом труб, а так же с учетом образования отложений примесей воды на теплопередающей поверхности: для труб и других конструкционных элементов модулей испарителя выбрана сталь 1Х2М.
• Наружный диаметр труб(d) выбирается из диапазона значений, рекомендованных для ПГ с натриевым теплоносителем: d_н=16 мм). Толщину стенки труб принимаем равной: д=2,5 мм. Далее будет произведена проверка данной величины.
• Число модулей испарителя и число труб в модуле
• Для определения числа модулей принимаем следующие условия: наружный диаметр корпуса модуля не должен быть больше 0,6 - 0,65 м; трубы в трубной доске и в межтрубном пространстве располагаются по сторонам правильных шестиугольников с шагом: S_u=1,5·d_н=1,5·16=24 мм; число труб, располагаемых на диагонали шестиугольника n_д=19.
• 1. Выбор скорости рабочего тела на входе в экономайзерный участок. Расчет производится для скорости:
• щ^/_2э=0,5 м/с
• 2. Число труб теплопередающей поверхности испарителя, шт.:
• где d_в - внутренний диаметр трубок, d_в=d_и - д=16 - 2·2,5=11 мм
• f_mp - площадь проходного сечения трубок теплопередающей поверхности, м²:

• где с_2э - плотность воды на экономайзерном участке, кг/м³
• 3. Внутренний диаметр кожуха:
• 4. Число труб в модуле при размещении их по сторонам правильных шестиугольников:
• 5. Число модулей испарителя:
• Принимаем число модулей испарителя m_u= 16
• 6. Расход воды и натрия через модуль испарителя:
• 7. Площадь проходного сечения межтрубного пространства:
• 8. Скорость натрия на выходе из экономайзерной части испарителя:
• 2.3.2 Разбивка испарителя на участки
• При тепловом расчете испарителя необходимо учитывать разную интенсивность и закономерность теплоотдачи от стенки к рабочему телу. Площадь теплопередающей поверхности рассчитывают отдельно для следующих участков:
• -участок с турбулентным движением не кипящей воды (участок I);
• - участок с турбулентным движением воды, недогретой до t_s, но с кипением на поверхности стенки (участок II);
• - участок развитого пузырькового кипения воды, имеющей температуру t_s (участок III);
• - участок с ухудшенной теплоотдачей при кипении (участок IV);
• - участок начального перегрева пара (участок V).
• Температуры теплоносителя, соответствующие началу развитого пузырькового кипения и перегрева пара определены при расчете теплового баланса элементов ПГ. Для определения границ участков поверхностного кипения недогретой до t_s воды и ухудшенного теплообмена при кипении необходимо выполнить дополнительные расчеты.
• 2.3.3 Расчет тепловой мощности экономайзерных участков I и II (Q_I и Q_II) и температуры t₂₍₁₎, соответствующей началу поверхностного кипения недогретой до t_s воды.
• Значения Q_I, Q_IIи t₂₍₁₎ можно определить, решив уравнения, описывающие изменение температуры стенки на участках 0-1 и 1-2.
• Для участка 0-1

• Для участка 1-2
• где б^(0-1)_2б.к и б^(1-2)_2n.к - коэффициенты теплоотдачи при турбулентном течении воды без кипения (участок 0-1) и при поверхностном кипении недогретой до t_sводы (участок 1-2).
• На границе участков должны выполняться условия t^(0-1)_cm(1)= t^(1-2)_cm(1)= t_cm(1) и q_0-1= q_1-2= q₍₁₎. Отсюда следует:
• Удельный тепловой поток на границе 1 (рис. 2) можно рассчитать по следующей формуле:
• где k_б.к(1) - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); Дt₍₁₎=t₁₍₁₎ - t₂₍₁₎ - температурный напор.
• тогда:
• (1)
• На участке 0-1 коэффициенты теплопередачи k^(0-1)_б.к и теплоотдачи б^(0-1)_2б.к изменяются незначительно. Поэтому в данное уравнение можно подставить их значения, рассчитанные по средним температурам рабочего тела и натрия на всем экономайзерном участке k_б.к(1)=k_э; б⁽¹⁾_2б.к=б_2э.
• Для расчета коэффициента теплоотдачи б_2n.к может быть использована формула с поправочным коэффициентом 0,7:
• (2)
• Подставив (2) в (1), получим
• или
• (3)
• Очевидны следующие соотношения:
• Подставив эти соотношения в (3) и выполнив преобразование, получим
• (4)
• Подставив в (4) значения температур t^//₁, t^/_1э, t_s, t^/₂ и рассчитанные значения коэффициентов теплоотдачи б_2э и k_э, окончательно получим уравнения следующего вида:

• где b₁ - b₅ - постоянные коэффициенты.
• Рис. 3 Графическое определение начала кипения воды, недогретой до t_s
• На рис. 3 представлено графическое решение уравнения (4). Из рисунка следует, что: Q₁/Q_э= 0,795, т.е.
• Температуры воды t₂₍₁₎ и теплоносителя t₁₍₁₎на границе 1 (рис.2) определяются решением уравнений теплового баланса для первого экономайзерного участка испарителя:
• где h₍₁₎ - энтальпия воды на границе 1

• Энтальпии 1451 соответствует температура воды t₂₍₁₎=318°С
• 2.3.4 Расчет граничного паросодержания x_гр при котором начинается ухудшенная теплоотдача при кипении
• где с^/·щ₀ - массовая скорость рабочего тела в испарителе, кг/(м²с)
• Количество тепла, которое передается на испарительном участке в условиях развитого пузырькового кипения:
• Количество тепла, передаваемое на участке с ухудшенной теплоотдачей:
• Таблица 1 Тепловая мощность ПГ; расход и температура теплоносителя и рабочего тела

Величина	Обоз.	щ/2э=0,5 м/с
Тепловая мощность, кДж/с:
испарителя	Qu	291·103
экономайзерного участка испарителя	Quэ	86·103
испарительного участка испарителя	Quu	179·103
пароперегревательного участка испарителя	Quп	26·103
основного пароперегревателя	Qп	91·103
промежуточного пароперегревателя	Qпр	63·103
ПГ	QПГ	445·103
Расход теплоносителя через, кг/с:
ПГ	G	1815
пароперегреватель	Gп	1073
промежуточный пароперегреватель	Gпр	743
Температура теплоносителя, °С:
на выходе из пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя	t//n=t//пр	457
на выходе в испаритель	t/u	457
на выходе из пароперегревательного и на входе в испарительный участок испарителя	t//1ип=t/1uu	446
на выходе из испарительного и на входе в экономайзерный участки испарителя	t/1uu=t/1иэ	367
Тепловая мощность, кДж/с:
экономайзерного участка без кипения	Q1	68·103
экрномайзерного участка с кипением недогретой воды	QII	18·103
участка испарителя с развитым пузырьковым кипением	QIII	140·103
участка испарителя с ухудшенной теплоотдачей	QIV	39·103
Температура воды, при которой начинается кипение недогретой воды, °С	t2(1)	318
Температура натрия на границе участков I и II в испарителе, °С	t1(1)	355
Граничное паросодержание	xгр	0,78
Число секций ПГ	mи	16

• 2.3.5 Расчет площади теплопередающей поверхности и длины труб модуля испарителя
• Тепловая мощность одного модуля испарителя:
• 2.3.6 Расчет площади теплопередающей поверхности I-го экономайзерного участка модуля испарителя.
• Тепловая мощность первого участка:
• Температура натрия на входе и выходе участка: t^/_II=t₁₍₁₎=355°C; t^//_II=t^//₁=325°C.
• Температура рабочего тела на входе и выходе участка: t^/₂₁=t_пв=240°C; t^//₂₁=t₂₍₁₎=318°C.
• Большая разность температур: Дt_1б=t^//_1I- t^/_2I=325 - 240=85°C.
• Меньшая разность температур: Дt_1м=t^/_1I- t^//_2I=355- 318=37°C.
• Отношение: Дt_1б/Дt_1м=85/37=2,3>1,7
• Средний температурный напор:
• Средние температуры натрия и рабочего тела:
• Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубы:
• где л₁- теплопроводность натрия, л₁=74,1 Вт/(м·К),принято по табл. П.2.1. (1)
• d_э - эквивалентный диаметр:

• Nu - число Нуссельта:
• где Ре - критерий Пекле:
• где Pr - число Прандтля, Pr=5,461·10^-3, принято по табл. П.2.1. (1)
• Re - число Рейнольдса:
• где с_1I- плотность натрия, с_1I=871,1кг/м³, принято по табл. П.2.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м=312,2·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_1I - скорость натрия на участке:
• Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:
• где л₂ - теплопроводность рабочего тела, л₂=0,582 Вт/(м·К), принято по табл. П.1.1. (1)
• Nu - число Нуссельта:
• где Pr - число Прандтля, Pr=0,85, принято по табл. П.1.1. (1)
• С_l - коэффициент, т.к. l/d>50, то С_l=1
• С_t - коэффициент:
• Re - число Рейнольдса:
• где с_2I - плотность рабочего тела, с_2I=751 кг/м³, принято по табл. П.1.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м=93,8·10^-6Па·с,принято по табл. П.1.1. (1)
• щ_2I - средняя скорость рабочего тела на участке:

• где F_mp - общая площадь трубок модуля:
• Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление стенки и оксидных пленок:
• где R_ст - термическое сопротивление стенки, R_ст=4,86·10^-2 м²·К/кВт, (4)
• R_ок - термическое сопротивление оксидной пленки, 2R_ок=12·10^-2 м²·К/кВт, (4)
• Теплопередающая (расчетная) поверхность первого участка:
• 2.3.7 Расчет площади теплопередающей поверхности II-го экономайзерного участка модуля испарителя.
• Тепловая мощность второго участка:
• Температура натрия на входе и выходе участка: t^/_1II=363°C; t^//_I1I=t₁₍₁₎=355°C
• Температура рабочего тела на входе и выходе участка: t^/_2II=t₂₍₁₎=318°C; t^//_2II=t_s=335°C
• Меньшая разность температур: Дt_1Iм=t^/_III - t^//_21I=363 - 335=28°C
• Большая разность температур: Дt_1Iб=t^//_1II - t^/_21I=355 - 318=37°C
• Средний температурный напор:
• Средние температуры натрия и рабочего тела:
• Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубы:
• где л₁ - теплопроводность натрия, л₁=73,2 Вт/(м·К), принято по табл. П.2.1. (1)
• d_э - эквивалентный диаметр,d_э=0,024 м
• Nu - число Нуссельта:
• где Ре - критерий Пекле:
• где Pr - число Прандтля, Pr=5,31·10^-3, принято по табл. П.2.1. (1)
• Re - число Рейнольдса:
• где с_1II- плотность натрия, с_1II=866,5 кг/м³, принято по табл. П.2.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м= 301·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_1II - скорость натрия на участке:
• Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде.
• Теплоотдача в каналах при неразвитом кипении воды, недогретой до температуры насыщения:

• где q - плотность теплового потока, принимаем q=0,2 МВт/м²
• где л₂ - теплопроводность рабочего тела, л₂=0,498 Вт/(м·К), принято по табл. П.1.1. (1)
• Nu - число Нуссельта:
• где Pr - число Прандтля, Pr=1,06,принято по табл. П.1.1. (1)
• С_l - коэффициент, т.к. l/d>50, то С_l=1
• С_t - коэффициент:
• Re - число Рейнольдса:
• где с_2II - плотность рабочего тела, с_2II=651 кг/м³, принято по табл. П.1.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м=76,5·10^-6Па·с,принято по табл. П.1.1. (1)
• щ_2II - средняя скорость рабочего тела на участке:
• Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление стенки и оксидных пленок:
• где R_ст - термическое сопротивление стенки, R_ст=4,86·10^-2 м²·К/кВт, (4)
• R_ок - термическое сопротивление оксидной пленки, 2R_ок=12·10^-2 м²·К/кВт, (4)
• Теплопередающая (расчетная) поверхность второго участка:
• 2.3.8 Расчет площади теплопередающей поверхности первого испарительного участка модуля испарителя
• Тепловая мощность третьего участка:
• Температура натрия на входе и выходе участка: t^/_1III=425°C (по t,Q-диаграмме); t^//_1III=363°C.
• Температура рабочего тела на входе и выходе участка: t^/_2III=t^//_2III=335°C
• Большая разность температур: Дt_1IIб=t^/_1III- t^//_2III=425- 335=90°C
• Меньшая разность температур: Дt_1IIм=t^//_1III- t^/_2III=363- 335=28°C
• Средний температурный напор:
• Средние температуры натрия и рабочего тела:
• Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубы:
• где л₁ - теплопроводность натрия, л₁=71,4 Вт/(м·К),принято по табл. П.2.1. (1)
• d_э - эквивалентный диаметр,d_э= 0,024 м
• Nu - число Нуссельта:

• где Ре - критерий Пекле:
• где Pr - число Прандтля, Pr=5,08·10^-3, принято по табл. П.2.1. (1)
• Re - число Рейнольдса:
• где с_1III- плотность натрия, с_1III=858 кг/м³, принято по табл. П.2.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м=283·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_1III - скорость натрия на участке:
• Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящей воде на границе участка2: t₂=t_s; паросодержаниеx=0 - начало развитого пузырькового кипения.
• Коэффициент теплоотдачи с поправочным коэффициентом 0,7:
• Значение q взято из диапазона:
• Принимаем q=1,0·10⁵Вт/м²
• Коэффициент теплопередачи на границе 2 и термическое сопротивление стенки и оксидных пленок:
• где R_ст - термическое сопротивление стенки, R_ст=4,86·10^-2 м²·К/кВт, (4)
• R_ок - термическое сопротивление оксидных пленок, 2R_ок=12·10^-2м²·К/кВт
• Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде на границе участка 3. Всечении 3 при паросодержанииx<x_гр имеет место развитое пузырьковое кипение:
• где б_n- коэффициент теплоотдачи:

• где б_щ - коэффициент теплоотдачи к воде при t=t_s:
• где л₂ - теплопроводность рабочего тела, л₂ = 0,278 Вт/(м·К), принято по табл. П.1.1. (1)
• Nu - число Нуссельта:
• где Pr - число Прандтля, Pr = 1,73, принято по табл. П.1.1. (1)
• С_l - коэффициент, т.к. l/d>50, то С_l = 1
• С_t - коэффициент, С_t = 1
• Re - число Рейнольдса:
• где с_2III - плотность рабочего тела, с_2III = 355,1 кг/м³, принято по табл. П.1.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м = 47,5·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_2III - средняя скорость рабочего тела на участке:

• б_к - коэффициент теплоотдачи при кипении воды в трубах:
• Значение q взято из диапазона:
• Принимаем q = 2,6·10⁵Вт/м²
• щ_см - приведенная скорость смеси:
• Где с^/, с^//- плотности воды и пара на линии насыщения.
• r - удельная теплота парообразования, r = 1082 кДж/кг, принято по табл. П.1.1. (1)
• Коэффициент теплопередачи на границе 3 и термическое сопротивление стенки и оксидных пленок:

• где R_ст - термическое сопротивление стенки, R_ст=4,86·10^-2 м²·К/кВт, (4)
• R_ок - термическое сопротивление оксидных пленок, 2R_ок=12·10^-2м²·К/кВт (4)
• Теплопередающая (расчетная) поверхность третьего участка:
• 2.3.9.Расчет площади теплопередающей поверхности IV участка модуля испарителя.
• Тепловая мощность четвертого участка:
• Температура натрия на входе и выходе участка: t^/_1IV= 446°C; t^//_1IV=425°C
• Температура рабочего тела на входе и выходе участка: t^/_2IV=t^//_2IV=335°C
• Большая разность температур: Дt_1Vб=t^/_1IV- t^/_2IV=446- 335=111°C
• Меньшая разность температур: Дt_1Vм=t^//_1IV- t^//_2IV=425- 335=90°C
• Отношение: Дt_1Vб/Дt_1Vм=111/90=1,23
• Средний температурный напор:

• Средние температуры натрия и рабочего тела:
• Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубы:
• где л₁ - теплопроводность натрия, л₁=69,5 Вт/(м·К),принято по табл. П.2.1. (1)
• d_э - эквивалентный диаметр,d_э=0,024 м
• Nu - число Нуссельта:
• где Ре - критерий Пекле:
• где Pr - число Прандтля, Pr=4,86·10^-3, принято по табл. П.2.1. (1)
• Re - число Рейнольдса:
• где с_1IV- плотность натрия, с_1IV= 848 кг/м³, принято по табл. П.2.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м= 265·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_1IV - средняя скорость натрия на участке:
• На IV участке необходимо учитывать термическое сопротивление отложений на теплопередающей поверхности примесей, содержащихся в питательной воде:
• где д_отл - толщина отложений, д_отл=0,1·10^-3 м
• л_отл - теплопроводность отложений, л_отл=0,5·10^-3 Вт/(м·К)
• R_ст - термическое сопротивление стенки, R_ст=4,9·10^-2 м²·К/кВт
• R_ок - термическое сопротивление оксидных пленок, 2R_ок=12·10^-2м²·К/кВт
• Коэффициент теплоотдачи от стенки труб теплопередающей поверхности к рабочему телу рассчитывается как средний для всего участка по номограмме (рис. 6.8 (3)) по следующим параметрам:
• Р_2u?13,8 МПа
• с^/=624 кг/м³
• щ₀=1,11 м/с
• с^/·щ₀=624·1,11= 692,6 кг/(м²·с)
• Удельный тепловой потокq выбираем из диапазона:
• Принимаем q^/=145 кВт/м²
• Принимаем
• Теплопередающая (расчетная) поверхность четвертого участка:
• 2.3.10.Расчет площади теплопередающей поверхности пароперегревательного участка модуля испарителя.
• Тепловая мощность пятого участка:
• Температура натрия на входе и выходе участка: t^/_1V=457°C; t^//_IV=446°C
• Температура рабочего тела на входе и выходе участка: t^/_2V=335°C; t^//_2V=355°C
• Большая разность температур: Дt_Vб=t^//_1V - t^/_2V=446 - 335=111°C
• Меньшая разность температур: Дt_Vм=t^/_1V - t^//_2V=457 - 355=102°C
• Отношение: Дt_Vб/Дt_Vм=111/102=1,09 < 1,7
• Средний температурный напор:
• Средние температуры натрия и рабочего тела:
• Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубы:
• где л₁ - теплопроводность натрия, л₁=68,7 Вт/(м·К), принято по табл. П.2.1. (1)
• d_э - эквивалентный диаметр,d_э= 0,024 м
• Nu - число Нуссельта:
• где Ре - критерий Пекле:

• где Pr - число Прандтля, Pr= 4,8·10^-3, принято по табл. П.2.1. (1)
• Re - число Рейнольдса:
• где с_1V- плотность натрия, с_1V= 845,2 кг/м³, принято по табл. П.2.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м= 259·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_1V - средняя скорость натрия на участке:
• Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:
• где л₂ - теплопроводность рабочего тела, л₂= 0,288 Вт/(м·К),принято по табл. П.1.1. (1)
• Nu - число Нуссельта:

• Где Pr - число Прандтля, Pr= 2,075·10^-3, принято по табл. П.2.1. (1)
• С_l - коэффициент, т.к. l/d>50, то С_l= 1
• С_t - коэффициент, С_t=1
• Re - число Рейнольдса:
• где с_2V - плотность рабочего тела, с_2V=348,5 кг/м³, принято по табл. П.2.1. (1)
• м - коэффициент динамической вязкости, м= 15,2·10^-6Па·с, принято по табл. П.2.1. (1)
• щ_2V - средняя скорость рабочего тела на участке:
• Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление стенки и оксидных пленок:
• где R_отл - термическое сопротивление отложений, R_отл= 20·10^-2м²·К/кВт
• R_ст - термическое сопротивление стенки, R_ст=4,97·10^-2 м²·К/кВт
• R_ок - термическое сопротивление оксидных пленок, 2R_ок=12·10^-2м²·К/кВт
• Теплопередающая (расчетная) поверхность пятого участка:
• 2.3.11.Расчетная площадь теплопередающей поверхности модуля испарителя.
• Площадь теплопередающей поверхности с 10% запасом:
• Общая длина труб модуля испарителя:
• Длина одной трубы модуля испарителя:
• Полная длина одной трубы модуля испарителя с учетом отрезков, прилегающих к трубным доскам и завальцованных в трубные доски:
• где l_н - отрезки прилегающие к трубной доске, l_н= 0,12 м
• S^и_т.д - толщина трубной доски,S^и_т.д= 0,1 м
• Масса труб одного модуля испарителя:
• где с_тр=0,7 кг/м³ - масса 1 м трубы диаметром 16х2,5 мм
• Таблица 2
• Основные характеристики и результаты теплового расчета модуля испарителя

Величина	Обозначение	щ/2э=0,50 м/с
Тепловая мощность модуля, кДж Число модулей испарителя Расход рабочего тела через модуль, кг/с Расход натрия через модуль, кг/с Диаметр и толщина стенки трубы теплопередающей поверхности, мм Число труб в модуле Шаг между трубами, мм Внутренний диаметр кожуха, м Площадь проходного сечения трубок, м2 Площадь проходного сечения межтрубного пространства, м2 Эквивалентный диаметр, м	Qим mи Dм Gм dнхд nм Su dв.кож Fmp Fмп dэ	18,2·103 16 10,3 113 16х2,5 271 24 0,48 0,026 0,127 0,024
Участок I Тепловая мощность участка модуля, кДж Средняя скорость натрия, м/с Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубки теплопередающей поверхности, кВт/(м2·К) Средняя скорость воды, м/с Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, кВт/(м2·К) Термическое сопротивление стенки трубки теплопередающей поверхности, м2·К/кВт Термическое сопротивление оксидных пленок, м2·К/кВт Средний температурный напор, °С Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·К) Расчетная площадь теплопередающей поверхности, м2	QIm щ1I б1I щ2I б2I Rст 2·Rок Дt1 kI SIp	4,25·103 1,02 13,4 0,53 6,2 4,86·10-2 12·10-2 57,7 2,5 29,50
Участок II Тепловая мощность участка модуля, кДж Средняя скорость натрия, м/с Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубки теплопередающей поверхности, кВт/(м2·К) Средняя скорость воды, м/с Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, кВт/(м2·К) Термическое сопротивление стенки трубки теплопередающей поверхности, м2·К/кВт Термическое сопротивление оксидных пленок, м2·К/кВт Средний температурный напор, °С Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·К) Расчетная площадь теплопередающей поверхности, м2	QIIm щIII б1II щ2II б2II Rст 2·Rок Дt1I kII SIIp	1,125·103 1,03 13,6 0,61 60,9 4,86·10-2 12·10-2 32,3 3,87 9,0
Участок III Тепловая мощность участка модуля, кДж Средняя скорость натрия, м/с Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубки теплопередающей поверхности, кВт/(м2·К) Средняя скорость воды, м/с Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки теплопередающей поверхности к кипящей воде (на границе 2), кВт/(м2·К) Коэффициент теплопередачи (на границе 2), кВт/(м2·К) Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к кипящей воде (на границе 3), кВт/(м2·К) Коэффициент теплопередачи (на границе 3), кВт/(м2·К) Термическое сопротивление стенки трубки теплопередающей поверхности, м2·К/кВт Термическое сопротивление оксидных пленок, м2·К/кВт Средний температурный напор, °С Средний коэффициент теплопередачи на участке III, кВт/(м2·К) Расчетная площадь теплопередающей поверхности, м2	QIIIm щIIII б1III щ2III б/2III k/III б//2III k//III Rст 2·Rок Дt1II kIII SIIIp	8,75·103 1,037 13,6 1,11 35,9 3,69 70,4 3,9 4,86·10-2 12·10-2 46,6 3,8 49,4
Участок IV Тепловая мощность участка модуля, кДж Средняя скорость натрия, м/с Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубки теплопередающей поверхности, кВт/(м2·К) Средняя скорость воды, м/с Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, кВт/(м2·К) Термическое сопротивление стенки трубки теплопередающей поверхности, м2·К/кВт Термическое сопротивление оксидных пленок, м2·К/кВт Термическое сопротивление отложений, м2·К/кВт Средний температурный напор, °С Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·К) Расчетная площадь теплопередающей поверхности, м2	QIVm щIIV б1IV щ2IV б2IV Rст 2·Rок Rотл Дt1V kIV SIVp	2,4·103 1,05 13,7 1,1 6 4,86·102 12·10-2 20·10-2 91,5 1,68 15,6
Участок V Тепловая мощность участка модуля, кДж Средняя скорость натрия, м/с Коэффициент теплоотдачи от натрия к стенке трубки теплопередающей поверхности, кВт/(м2·К) Средняя скорость воды, м/с Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, кВт/(м2·К) Термическое сопротивление стенки трубки теплопередающей поверхности, м2·К/кВт Термическое сопротивление оксидных пленок, м2·К/кВт Термическое сопротивление отложений, м2·К/кВт Средний температурный напор, °С Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2·К) Расчетная площадь теплопередающей поверхности, м2	QVm щIV бIV щ2V б2V Rст 2·Rок Rотл ДtV kV SVp	2,7·103 1,05 13,9 1,17 19,1 4,86·102 12·10-2 20·10-2 106,5 2 12,7
Модуль испарителя Расчетная площадь теплопередающей поверхности модуля испарителя, м2 Площадь теплопередающей поверхности с 10%-ным запасом, м2 Общая длина труб теплопередающей поверхности, м Длина одной трубы теплопередающей поверхности, м Полная длина трубы модуля испарителя, м Масса труб теплопередающей поверхности, кг	Suмр Suм Luм luм luм.к Mump	116,2 127,8 3015,3 11,1 11,54 2189
Масса труб теплопередающей поверхности всех испарительных модулей, кг	Mu	35024

• Библиографический список
• 1. Кирилов П.Л. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы) / П.Л.Кирилов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков - М.: Энергоатомиздат, 1990.
• 2. Ривкин С.Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара / С.Л. Ривкин, А.А. Александров - М.: Энергия, 1980.
• 3. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций / Н.Г. Рассохин:М.: Энергоатомиздат, 1987.
• 4. Теплогидравлический расчет парогенератора: методические указания по выполнению курсовой работы по курсу «Парогенераторы АЭС» / О.Л. Ташлыков. Екатеринбург:УрФУ, 2010. 54с.
• Приложение 1
• Рис. П.1. Секция парогенератора ПГН-200М: 1 - уплотнительная крышка пароводяных камер; 2 - патрубок входа питательной воды; 3 - нижняя трубная доска; 4 - кожух; 5,12 - нижняя и верхняя натриевые камеры; 6 - теплообменные трубки; 7 - корпусная труба модуля; 8 - патрубок выхода перегретого пара; 9 - патрубок входа натрия; 10 - промежуточная опора; 11 - линзовый компенсатор; 13 - переливной патрубок; 14 - патрубок входа слабоперегретого пара; 15 - штуцер сдувки газа; 16 - шпильки; 17 - патрубок выхода слабоперегретого пара испарительного модуля; 18 - патрубок входа пара после ЦВД турбины; 19 - патрубок входа натрия; 20 - патрубок выхода пара промперегрева; 21,23 - дренажный штуцер; 22 - патрубок выхода «холодного» натрия.
• парогенератор теплоноситель испаритель
• Приложение 2
• Рис. П.2. Верхняя часть модуля основного пароперегревателя: 1 - волновод; 2 - мембрана; 3 - шпилька; 4 - гайка; 5 - сферические шайбы; 6 - втулка; 7 - крышка верхней камеры модуля; 8 - заглушка патрубка входа слабоперегретого пара; 9 - заглушка патрубка выхода натрия; 10 - линзовый компенсатор; 11 - кожух компенсатора.
• Размещено на Allbest.ru
...