Расчет гравитационной сепарации сводится к определению критической высоты парового пространства и влажности по высоте и сравнению этих значений с принимаемой высотой парового пространства и с нормируемой влажностью (не более 0.2%). Под критической высотой парового пространства понимается минимальное расстояние от действительного уровня зеркала испарения до нижней кромки сепарационных устройств, при уменьшении которого начинается резкое увеличение влажности пара.
ПпДЛ или жалюзийный сепаратор должен быть расположен на высоте, превышающей критическую высоту парового пространства с учетом набухания уровня.
Для схемы с жалюзийным сепаратором требуется доказать, что нижняя кромка жалюзи не затоплена пароводяной смесью. При использовании схемы без жалюзи (только с ПпДЛ) должно быть доказано, что влажность на уровне кромки листа не превышает нормируемого значения.
Эффективность гравитационной сепарации зависит от высоты парового пространства и приведенной скорости пара при проходе через зеркало испарения.
1) Приведенная скорость пара на выходе с зеркала испарения:
w” = DПГ / (r”·SЗИ), [м/с]
r” – плотность пара, [кг/м3], r” = 1/v”, (v” – по таблицам при Р2),
SЗИ – площадь зеркала испарения, [м2].
Это значение можно определить графически из эскизного чертежа ПГ или рассчитать приближенно:
SЗИ = Lбдн ·DЗИ.
Lбдн – длина корпуса ПГ без учета днищ:
Lбдн = L – 2*bДН.
DЗИ – диаметр зеркала испарения, – внутренний диаметр корпуса ПГ за вычетом ширины боковых коридоров:
DЗИ = Dвн – 2* bсв(перифер)
Все геометрические характеристики ПГ берутся из конструкционного расчета и используются в метрах, [м].
2) Истинное паросодержание при барботаже пара через слой воды над ПДЛ:
, - в курсовой считать по этой зависимости
где Р0 – давление пара в МПа.
Эта формула справедлива только при относительно малых значений паросодержания (j < 0.7). Для расчета паросодержания в стабилизированном барботажном слое можно использовать зависимость:
.
Формула Т.Х. Маргуловой
где Р0 – давление пара в МПа.
3) Если считать поток гомогенным, то можно определить его массовое расходное паросодержание
4) При барботаже пара через слой воды происходит его набухание, и высота парового объема при этом уменьшается.
Если полагать, что изменение паросодержания от в двухфазном слое до единицы в паровом объеме происходит мгновенно, то высота набухшего слоя составит:
Hнаб = HМ / (1 – jб)
где HМ – массовый (весовой) уровень воды, (расстояние от ПДЛ до зеркала испарения). Значение массового уровня обычно составляет 100-150 мм, но в любом случае должно быть меньше высоты h3. h3 – расстояние от верхнего ряда трубок ПТО до зеркала испарения.
В действительности, переход от двухфазного слоя к паровому происходит не сразу, а на участке переходной зоны, где паросодержание от его значения на стабилизированном участке до единицы меняется приблизительно по линейному закону. В соответствии с этим действительная высота набухшего слоя составит:
Нд = hст + hпз
где
hст – высота участка со стабилизированным паросодержанием по высоте;
hпз – высота переходной зоны.
Значение высоты переходной зоны зависит от диаметра сепарационного устройства, давления пара и приведенной скорости пара. Для упрощенного расчета этой высоты (при давлении в ПГ, не превышающем 9 МПа) можно использовать зависимости:
, - в курсовой считать по этой зависимости
( в книге Трунова вместо коэфф-та 0.15 используется к-т 0.5)
или
или
где Р0 – давление пара в МПа, w'' – приведенная скорость пара, [м/с].
С учетом того, что высота набухания рассчитывается примерно до середины высоты переходного слоя, можно определить действительную высоту набухшего слоя:
НД = Ннаб + ½ hпз
5) Тогда действительная высота парового объема составит:
Hпд = HК - HД
где Нк – конструкционная высота парового объема между погруженным и пароприемным щитами, Нк = HM + h4 [м].
6) Критическая высота парового пространства определяется по зависимости:
- для ПГ без жалюзийного сепаратора:
hкр = 0.154 W” (4+1,43 P2) – 0,115; [м]
- при наличии жалюзийного сепаратора:
hкр = 0.087 [W”×F(p)]1.3 ; [м]
где F(p) – параметр, учитывающий влияние давления Р2 на процесс гравитационной сепарации:
7) Сравниваем Hпд и hкр.
Значение действительной высоты парового пространства (Hпд) должно быть больше критической высоты (hкр). В противном случае нужно обосновать возможность такого конструкционного решения расчетом влажности на высоте Hпд .
8) При прохождении всего расхода пара через зеркало испарения влажность пара может быть определена по формуле Л.С. Стермана:
где М – вспомогательный параметр, зависящий от физических параметров воды и пара (т.е. от давления), может определяться по номограмме или вычисляться:
; [м]
w’’ – приведенная скорость пара на выходе с зеркала испарения, м/с;
σ – коэффициент поверхностного натяжения воды, н/м
u - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.
Указанные коэффициенты определяются по давлению пара в ПГ (Р0).
Экспериментальные исследования показывают, что увеличение высоты парового пространства более 800 мм практически уже не даёт улучшения сепарации, так как влажность пара при этом определяется не забросом в паровой объем сепарируемой влаги, а уносом так называемой транспортируемой влаги, т.е. влаги, для которой достигнуто равновесие между подъемной силой (за счет движения потока пара) и силой тяжести.
Поэтому, если высота парового объема более 800 мм, то вместо действительной высоты парового объема следует подставлять Hпд =0,8 м, т.е. пользоваться формулой:
9) Влажность пара по высоте может рассчитываться по методике ВТИ, исходя из критической высоты парового пространства.
Влажность в точке с высотой Hпд рассчитывается по формуле
Критическая влажность wкр = 0,02 – 0,04.
Показатель степени n учитывает цилиндрическую форму корпуса горизонтального ПГ, т.е. сужение парового пространства в районе пароприемных устройств. В зависимости от соотношения площадей зеркала испарения и пароприемных устройств этот коэффициент принимает значения, приведенные в таблице:
| Sзи/Sп | 1 | 1,6 | 2 | 2,5 |
| n | 6 | 9 | 12 | 16 |
Где Sзи и Sп – площади зеркала испарения и пароприемных устройств
10) Определение площади пароприемных устройств (ПпДЛ)
Площадь ПпДЛ (SП) можно определить графически из эскизного чертежа ПГ или рассчитать:
| SП= Lбдн * x, [м2]
где Lбдн - длина корпуса ПГ без днищ, [м],
х – ширина ПпДЛ, [м],
| |
11) Скорость пара на входе в ППДЛ:
w”ппдл = DПГ / (r”·SП), [м/с]
где
r” – плотность пара, [кг/м3],
SП – площадь ПпДЛ, [м2].
Так как в горизонтальных ПГ интенсивность парообразования по сечению ПГ неравномерна, то неодинакова и скорость выхода пара с зеркала испарения: максимальное значение скорости пара имеет место в районе горячего коллектора теплоносителя.
При отсутствии погруженного дырчатого листа (ПДЛ), например, в ПГВ-440, соотношение максимальной и средней скорости пара (коэффициент неравномерности паровой нагрузки) kw = w''мах / w'' » 2. Установка ПДЛ позволяет снизить неравномерность выхода пара до меньших значений (kw » 1.4).
Поэтому нужно выполнить расчет и для максимальной скорости пара (w''мах).
Расчет водного режима
Целью расчет является определение содержание примесей в парогенераторной воде.
Примеси поступают в ПГ с питательной водой с концентрацией Спв, а выводятся из ПГ с продувкой и с паром. Содержание примесей в продувке Спр определяется их содержанием в парогенераторной воде.
В установившемся режиме уравнение баланса примесей:
ДпвСпв = ДпСпw + ДпрСпр,
С учетом того, что влажность пара мала, Дпр = Дп aпр/100, а расход питательной воды Дпв= 100Дп (1+aпр), можно записать
(1+aпр) Спв = aпр Спр;
Отсюда:
1) Спр = Спв(100+ aпр)/ aпр;
Содержание примесей в питательной воде можно принять Спв =(2-3) мкг/кг
По нормам качества парогенераторной воды Спр не должно превышать 500 мкг/кг.
Поверочный расчет
Цель поверочного расчета – оценить параметры ПГ в режимах работы, отличающихся от номинального.
Изменение тепловой мощности реактора приводит к изменению параметров первого и второго контура. Характер изменения можно задавать, выбирая ту или иную программу регулирования. На АЭС с ВВЭР могут быть реализованы следующие программы регулирования:
- поддержание постоянной средней температуры теплоносителя первого контура ;
- поддержание постоянного давления пара в парогенераторе, т.е. t2s = const,
- комбинированная программа, по которой поддерживается t2s = const при малых нагрузках и – при большой нагрузке,
- компромиссная программа, по которой при изменении мощности изменяются и t1 и t2s, постоянной же поддерживается некая условная температура теплоносителя.
Зависимости параметров теплоносителя и рабочего тела от тепловой мощности или от паропроизводительности носят название статических характеристик регулирования.
Исходным выражением для расчета является уравнение тепловой мощности ПГ, полученное из уравнений теплового баланса и теплопередачи:
Q = G1·cp· (t1’-t1”) ·hПГ = k·F·δt
На АЭС с ВВЭР расход теплоносителя через парогенератор остается постоянным при всех режимах работы, т.к. производительность ГЦН не регулируется. Поэтому, пренебрегая незначительными изменениями cp и k можно принять линейный закон изменения Q от δt и D t 1. (здесь Dt1= t1’ – t1”). Тогда отношение δt и D t 1 будет постоянным:
1) Определяем коэффициент С:
2) Значения δt и D t 1 для различных нагрузок ПГ (от 10 до 100% с шагом 10%)
и
,
где (Dt1)Ni и (δt)Ni – разность температур теплоносителя и температурный напор при нагрузке Ni, а (Dt1)100 и (δt)100 – при 100% нагрузке соответственно.
Значения (Dt1)100 и (δt)100 – вычислялись ранее при тепловом расчете.
Результаты свести в таблицу:
| Dпг, % | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
| Dt1, °С | ||||||||||
| δt1, °С |
3) Расчет статической характеристики при программе регулирования
Для каждого значения DПГ определить температуры теплоносителя на входе и выходе, а также температуру и давление пара:
3.1)
3.2)
3.3) , и Р2 = f(t2s)
Результаты свести в таблицу и построить графики зависимости рассчитанных параметров от нагрузки.
4) Расчет статической характеристики при программе регулирования P2=const
Для каждого значения DПГ определить температуры теплоносителя на входе и выходе (при t2s = const):
4.1) ,
4.2) ,
4.3)
Результаты свести в таблицу и построить графики зависимости рассчитанных параметров от нагрузки.
5) Расчет статической характеристики при комбинированной программе регулирования.
При больших нагрузках - от 100% до нагрузки излома - постоянной поддерживается средняя температура теплоносителя, при меньших нагрузках постоянным поддерживается давление рабочего тела. Нагрузка излома указана в задании и составляет (0,5-0,8) от номинальной.
5.1) Сначала (от 90% до нагрузки излома включительно) определяются параметры теплоносителя и рабочего тела по зависимостям 3.1, 3.2, 3.3.
5.2) Затем последнее полученное значение температуры насыщения рабочего тела (t2s при Nизлома) принимается постоянным и используется для расчета температур теплоносителя для остальных значений нагрузки ПГ (по зависимостям 4.1, 4.2 и 4.3).
Результаты свести в таблицу и построить графики зависимости рассчитанных параметров от нагрузки.
6) Расчет статической характеристики при компромиссной программе регулирования.
Компромиссная программа регулирования отличается тем, что постоянно поддерживается некая условная температура.
6.1) Значение условной температуры
6.2.) Условный температурный напор:
Для каждого значения паропроизводительности ПГ (от 90 до 10%) определяются:
6.3) , (здесь D - нагрузка в %) p2 = f(t2s),
6.4)
6.5)
6.6)
Результаты свести в таблицу и построить графики зависимости рассчитанных параметров от нагрузки.
технические характеристики ПАРОГЕНЕРАТОРА
| Характеристика | Размерность | Величина |
| Тепловая мощность | МВт | |
| Паропроизводительность | кг/с | |
| Давление пара | МПа | |
| Температура пара | °С | |
| Температура питательной воды | °С | |
| Расход теплоносителя через ПГ | кг/с | |
| Температура теплоносителя на входе в ПГ | °С | |
| Температура теплоносителя на выходе из ПГ | °С | |
| Давление теплоносителя 1-го контура | МПа | |
| Сопротивление ПГ по первому контуру | кПа | |
| Среднелогарифмический температурный напор | °С | |
| Площадь поверхности теплообмена (факт.) | м2 | |
| Коэффициент теплопередачи | Вт/(м2К) | |
| Средняя плотность теплового потока | Вт/м2 | |
| Средняя скорость теплоносителя в трубах | м/с | |
| Влажность пара | % | |
| Приведенная скорость пара на выходе с зеркала испарения | м/с | |
| Приведенная скорость пара на входе в ПпДЛ | м/с | |
| Масса ПГ | т | |
| Теплопередающая поверхность | ||
| материал трубок | ||
| диаметр и толщина труб | мм | |
| число труб | шт | |
| средняя длина труб | м | |
| максимальная длина труб | м | |
| минимальная длина труб | м | |
| шаг между трубами по высоте пучка | мм | |
| шаг между трубами по ширине пучка | мм | |
| масса поверхности теплообмена | т | |
| Коллектор теплоносителя | ||
| материал коллектора | ||
| внутренний диаметр перфорированного участка | мм | |
| толщина стенки | мм | |
| масса коллектора | т | |
| Корпус ПГ | ||
| материал корпуса | ||
| внутренний диаметр | мм | |
| длина корпуса | м | |
| расчетное давление для элементов корпуса ПГ | МПа | |
| толщина центральной обечайки | мм | |
| толщина боковых обечаек | мм | |
| толщина днищ | мм | |
| высота трубного пучка ПТО | мм | |
| высота парового пространства | мм | |
| масса корпуса | т | |
Дата: 2019-04-23, просмотров: 457.
