МакаровДД_с-АЭС-31_Расчет ПВД. Контрольная работа 1 Расчет пвд Определить конструкцию и технические характеристики пвд Провести тепловой конструкторский расчет пвд

• Название: Контрольная работа 1 Расчет пвд Определить конструкцию и технические характеристики пвд Провести тепловой конструкторский расчет пвд
• Дата: 24.04.2022
• Размер: 0.88 Mb.
• Имя файла: МакаровДД_с-АЭС-31_Расчет ПВД.docx
• Тип: Контрольная работа; #492769

Макаров Д.Д. с-АЭС-31 Вариант №9

Контрольная работа №1 «Расчет ПВД»

1. Определить конструкцию и технические характеристики ПВД;
2. Провести тепловой конструкторский расчет ПВД:

1. 
   Составить тепловую схему ПВД с расстановкой тепловых потоков по пару и питательной воде;
   
2. 
   Определить расход отборного пара;
   
3. 
   Определить температуру питательной воды по ходу ее движения через зоны ПВД;
   
4. 
   Определить тепловые нагрузки зон ПВД;
   
5. 
   Рассчитать зоны ПВД с определением площадей теплообмена и определить суммарную площадь ПВД;
   
6. 
   Произвести выбор стандартного ПВД.
   

Исходные данные для расчета подогревателя высокого давления:

№	Параметры	Вариант №9
1	Давление греющего пара, , МПа	2,28
2	Температура греющего пара, ,	337
3	Давление пара в СП, , МПа	2,19
4	Температура пара после ОК, ,	210
5	Температура дренажа после предыдущего ПВД, ,	270
6	Давление дренажа после предыдущего ПВД, , МПа	2,35
7	Расход дренажа после предыдущего ПВД, , кг/с	18,25
8	Давление питательной воды на входе в ОК, , МПа	34
9	Температура питательной воды на входе в ОК, ,	220
10	Расход питательной воды в СП, , кг/с	460
11	Расход питательной воды в ОК, % от , кг/с	29
12	Расход питательной воды в ОП, % от , кг/с	50

1. Тепловая схема ПВД:


Рис.1. Тепловая схема ПВД по зонам нагрева.


2. Расход отборного пара:
1). Энтальпия питательной воды на входе в ОК определяется как функция, зависящая от давления и температуры питательной воды на входе в ОК: ;

Расход питательной воды в СП: кг/с;
Расход питательной воды в ОК: 29% от , кг/с;
Расход питательной воды в ОП: 50% от , кг/с;

2). Определение расхода отборного пара на ПВД , кг/с:

Составляется тепловой баланс зон СП и ОК, из которого определяется расход пара на ПВД:





где – КПД ПВД;
- энтальпия питательной воды на выходе из СП, определяется как функция, зависящая от давления питательной воды и температуры питательной воды на выходе из СП ;

, где - недогрев воды в СП, ;


Тогда, ;

;

- энтальпия дренажа после предыдущего ПВД:



- энтальпия дренажа после текущего ПВД:



Расход дренажа после предыдущего ПВД: кг/с;

Отсюда следует,



Тогда, расход питательной воды в ОП: 50% от , кг/с;

3. Температуры питательной воды по ходу ее движения через зоны ПВД:

1). Уравнение теплового баланса для зоны ОК без учета недогрева, т.е.

;



Определение энтальпии питательной воды на выходе из зоны ОК:



Температура питательной воды на выходе из зоны ОК:

2). Уравнение материального баланса питательной воды с учетом смешения потоков через СП:



Нахождение энтальпии питательной воды на входе в СП:





Определение температуры питательной воды на входе в СП:

3). Уравнение теплового баланса зона ОП:



где – энтальпия греющего пара;

- энтальпия пара, поступающего в собственно подогреватель (по температуре насыщения);

Нахождение энтальпии питательной воды на выходе из ОП:



Температура питательной воды на выходе из ОП:

4. Определение тепловых нагрузок зон ОК, СП, ОП:







5. Расчет зон ПВД с определением площадей теплообмена и определение суммарной площади ПВД:

1). Определение площади поверхности нагрева СП:

Определяется изменение температуры горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и определяется среднелогарифмический температурный напор:






Рис. 2. Изменение температуры горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена




Средняя температура питательной воды в СП:



Принимается скорость движения воды в трубках ПВД в пределах 1,3 – 1,8 м/с.

Примем ;
Внешний и внутренний диаметр труб спиралей ПВД примем:
Толщина стенки трубы: ;

По давлению и средней температуре питательной воды определяется параметры воды:

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент кинематической вязкости:

Показатель Прандтля:

Число Рейнольдса:



Re > – режим движения жидкости турбулентный;

Число Нуссельта:



Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде будет равен:



Сопротивление стенки трубы составит:



где – толщина стенки трубы спирали ПВД;

– коэффициент теплопроводности металла труб для стали 30;

Температура стенки трубы будет равна:



Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы равен:



где - комплекс физических величин, который зависит от коэффициента теплопроводности и плотности конденсата, от плотности пара, от коэффициента динамической вязкости конденсата, удельной теплоты конденсации пара, от расположения труб в подогревателе, от шероховатости и загрязнения внешней поверхности труб подогревателя:



с  1,13 - коэффициент, учитывающий расположение труб;   0,8 (для стальных труб);

По температуре стенки трубы давлению пара в СП Мпа и давлению питательной воды определяются теплофизические параметры пленки конденсата:

– ускорение свободного падения;

– расстояние между трубными досками;

– плотность греющего пара;

– плотность пленки конденсата;

- коэффициент теплопроводности пленки конденсата греющего пара;

- коэффициент динамической вязкости;

- удельная теплота парообразования (при по таблицам воды и водяного пара Григорьев, Александров);

По полученным значениям определяется коэффициент :



Определение температурного напора в подогревателе:



где - средний перепад температур в пограничном слое со стороны греющего пара;

- средний перепад температур через стенку;

- средний перепад температур от стенки трубы к питательной воде;

– удельный тепловой поток;

По графику зависимости удельного теплового потока от изменения температуры, изображенном на рис. 3., определяется удельный тепловой поток при среднелогарифмическом температурном напоре в зоне СП

55	20,49
50	18,26
45	16,07
40	13,94
35	11,87
30	9,86
25	7,636667
20	5,509524
15	3,382381

Рис. 3. График зависимости удельного теплового потока от изменения температуры


Из графика видно, что при среднелогарифмическом температурном напоре , удельный тепловой поток ;

Определение величин по полученному графически значению удельного теплового потока:







Уточнение температуры стенки трубы:



Погрешность между ранее рассчитанной и уточненной средней температурой стенки не должна превышать 1 %, если больше, то принимается вновь полученная и расчет повторяется:



В данном случае, погрешность составляет менее 1%, поэтому расчеты буду продолжены с температурой стенки трубы

Определение коэффициента теплопередачи:



Расчетная поверхность теплообмена зоны СП:



Рабочая поверхность теплообмена должна быть на 0,5 % больше расчетной:



Число спиралей в СП:



где – удельный объем питательной воды;

– скорость течения питательной воды;

Практически число спиралей должно быть кратно 72, поэтому

Расстояние между трубными досками:



2). Тепловой расчет зоны ОП:

Тепловая нагрузка зоны ОП:

Принимаем размер спирали в ОП такие же, как в СП и рассчитываем площадь сечения межтрубного пространства для прохода пара:



где – расстояние между трубами; –коэффициент, учитывающий часть трубы, участвующей в теплообмене; – расстояние между трубными досками;

При двух потоках скорость пара в ОП рвана:



где – расход пара на ПВД;

- средний удельный объем пара;



Определение теплофизических параметров пара при и :

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент кинематической вязкости:

Показатель Прандтля:

Число Рейнольдса:



где - эквивалентный диаметр в зоне ОП;

- смоченный периметр бухты спирали;

– толщина стенки трубы спирали ПВД;

- наружный диаметр бухты;

- внутренний диаметр бухты;

Число Нуссельта:



Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы:



Средняя температура питательной воды в зоне ОП:



По давлению и средней температуре питательной воды в зоне ОП определяется теплофизические параметры воды:

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент кинематической вязкости:

Показатель Прандтля:

Число Рейнольдса (для питательной воды):



Re > – режим движения жидкости турбулентный;

Число Нуссельта:



Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:



Коэффициент теплопередачи:





– коэффициент теплопроводности металла труб для стали 30;

Средний логарифмический температурный напор:



Рис. 4. Изменение температуры горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена







Рабочая поверхность теплообмена ОП будет равна:



Практически поверхность нагрева должна быть несколько больше за счет возможности загрязнения, коррозии и т.д., поэтому

Число спиралей в ОП:



–коэффициент, учитывающий часть трубы, участвующей в теплообмене;

– расстояние между трубными досками.

3). Тепловой расчет зоны ОК:

Тепловая нагрузка зоны ОК:



Средняя температура конденсата в межтрубном пространстве определится из выражения:



где ;

Принимаются размеры спирали в ОК такие же, как в СП. Площадь сечения для прохода пара равна:



Удельный объем конденсата составит:



Скорость конденсата в межтрубном пространстве:



Определяются теплофизические параметры конденсата по температуре и давлению парового пространства:

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент кинематической вязкости:

Показатель Прандтля:

Принимается эквивалентный диаметр в ОК такой же, как в ОП:

- эквивалентный диаметр в зоне ОП;

Число Рейнольдса (для пара):



Число Нуссельта:



Коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке трубы определится по формуле:



Температура питательной воды на входе в ОК: ;

Температура питательной воды на выходе из ОК: ;

Средняя температура питательной воды:



По средней температуре питательной воды в зоне ОК определятся теплофизические параметры воды:

Коэффициент теплопроводности:

Коэффициент кинематической вязкости:

Показатель Прандтля:

Число Рейнольдса (для питательной воды):



Re > – режим движения жидкости турбулентный;

Число Нуссельта:



Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:



Коэффициент теплопередачи:





– коэффициент теплопроводности металла труб для стали 30;

Средний логарифмический температурный напор:



Рис. 5. Изменение температуры горячего и холодного теплоносителей вдоль поверхности теплообмена







Рабочая поверхность теплообмена ОК:



Практически поверхность нагрева должна быть несколько больше за счет возможности загрязнения, коррозии и т.д., поэтому

Число спиралей в ОК:



6. Суммарная площадь ПВД будет равна:



По данным табл. 1 выбирается стандартный подогреватель:



Таблица 1. Каталог стандартных подогревателей высокого давления

По суммарной площади поверхности теплообмена, нашим расчетам удовлетворяет подогреватель ПВ-1200-380-43-I, так как в нем достаточно свободной поверхности теплообмена для зоны ОК равной 182 м² , зоны ОП равной 100 м² и зоны СП равной 893 м² , также в расчетах мы учитывали, что во избежание коррозии металла и загрязнения поверхности нагрева, ее практическая площадь поверхности нагрева должна быть больше расчетной. Конструкция подогревателя также удовлетворяет требованиям, по которым максимальное давление питательной воды не должно превышать 380 бар, в наших расчетах мы принимали 340 бар, и давление греющего пара не должно превышать 43 бар, в наших расчетах мы принимали 22,8 бар.

Таким образом, по результатам расчета, наиболее подходящий подогреватель высокого давления по площади поверхности теплообмена это ПВ-1200-380-43-I.