Сделай Сам Свою Работу на 5

II. Форма теплообменной поверхности





I. Способ омывания теплообменной поверхности

Рекомендуется среду с бóльшим давлением направлять в трубы (или каналы с меньшим эквивалентным диаметром). Увеличивается надежность и уменьшается расход металла на корпус.

II. Форма теплообменной поверхности

Рациональная форма поверхности теплопередачи выбирается из условий достижения наибольшей компактности и предотвращения температурных напряжений.

Компактности связана с размером поверхности теплопередачи, ее компоновки. Наиболее компактна поверхность теплообмена, набранная из прямых труб, расположенных по треугольной решетке (рис.)

Температурные напряжения возникают вследствие сочетаний в конструкциях элементов с существенно различными температурами или при использовании материалов с разными коэффициентами линейного расширения. Температурные напряжения могут возникать в элементах большой толщины со значительным перепадом температуры.

При различной температуре элементов ПГ, возникающие температурные напряжения могут быть устранены применением специальных компенсаторов или самокомпенсацией элементов.



Компенсаторы могут быть выполнены на корпусе или непосредственно на поверхности теплопередачи.

Наиболее простым способом компенсации поверхности теплообмена является их предварительный прогиб (БН-600) (рис.). В этом случае компенсация Dt будет осуществляться изменением прогиба. На корпусе компенсатор выполняется в виде сильфона (БН-600) (рис.). Однако это слишком усложняет и удорожает корпус. Кроме того, при больших давлениях, а, следовательно, и больших толщин такой способ компенсации вряд ли пригоден.

Наиболее целесообразна самокомпенсация труб. Она возможна при отсутствии жесткого крепления труб на обоих концах корпуса и в случае применения змеевиковых поверхностей. Змеевики бывают плоские, винтовые и спиральные (рис.). Простейший плоский змеевик – U-образная трубка (рис.). Змеевики усложняют и удорожают конструкцию, а увеличение числа сварных соединений усложняет обеспечение надежности.

Полную самокомпенсацию осуществляет конструкция трубки Фильда (обратных элементов) (рис.).

В теплообменных аппаратах применяют плавающие трубные доски (рис. ).



Окончательный выбор поверхности теплообмена осуществляется по технико-экономическим показателям (расчетом).

В некоторых случаях (для прямоточных ПГ с перегревом пара) может оказаться более целесообразным применение жестких без самокомпенсации труб. В этом случае желательно применять один и тот же материал, либо предусматривать специальные конструкционные меры, направленные на снижение температурных напряжений (тепловая защита).

Как соединить поверхность теплообмена с корпусом?

Способ ввода оказывает большое влияние на конструктивную схему теплообменного аппарата.

Ввод поверхности теплопередачи в корпус может быть осуществлен 3 путями:

1. с трубными досками;

2. с внешними коллекторами; цилиндрические коллекторы
3. с внутренними коллекторами.

I. Трубчатые доски. Для мощных ПГ с высокими перепадами давлений р1 и р2 и температур и требуется весьма толстостенная трубная доска. Это технологически неудобно, к тому же, как отмечалось, возникают существенные температурные напряжения.

II. Схема с внешними коллекторами – удорожает корпус, так как предусматривает большое число вводов и выводов труб через стенку корпуса. Такая схема при высоком давлении не целесообразна.

III. Схема с внутренними коллекторами, сложнее и дороже, чем схема с трубными досками. Но она более технологична при существующих способах изготовления и более надежна (из-за отсутствия температурных напряжений в них).

С выбранной схемой ввода поверхности связана и конфигурация последнего. Корпус может быть прямой и U-образный. U-образный корпус может быть применен только для U-образных труб. Основное преимущество – разделение трубных досок входной и выходной камеры.



IV. Компоновка элементов ПГ может быть осуществлена по разному.

Каким образом циркулирует среда IIго контура?

Если ПГ с перегретым паром, то прямоточный, а если на насыщенном, то естественная циркуляция (ЕЦ) или МПС.

Для испарителя с погружной поверхностью теплообмена естественная циркуляция рабочего тела в межтрубном пространстве – единственное решение. Кипение при этом происходит в большом объеме.

Пар, образующийся по всей поверхности будет подниматься к верхним рядам труб, а вода поступать к любому сечению поверхности под влиянием массовых сил (естественная конвекция).

Собранный пар, прежде чем поступить на турбину должен быть осушен до весьма малого водосодержания (влажности). Для турбин насыщенного пара влажность не должна превышать 0,25 %. Для осушения пара существуют сепарационные элементы.

2 типа сепараторов: гравитационный и центробежный.

Гравитационный – отделение пара за счет разности плотностей без принудительной циркуляции.

Центробежный – за счет разности плотностей центробежного эффекта.

Сепарация и производство пара могут быть совмещены в одном корпусе. В этом случае сепарационное устройство состоит из парового объема определенной высоты, в котором осуществляется гравитационная сепарация и могут стоять центробежные сепараторы.

Совмещение производства и сепарации пара в одном объеме увеличивает его размеры.

Разделение сепаратора (выносной сепаратор) уменьшает размеры каждого корпуса, но суммарный расход металла не уменьшается.

Компоновка экономайзерной, испарительной и перегревательной зоны?

Как скомпоновать? В одном или нескольких корпусах. Поверхность экономайзера может быть вынесена в отдельный корпус – выносной экономайзер, а может быть совмещена с испарителем.

Во втором случае общая поверхность ничем не разделяется и производство пара имеет место по всей поверхности.

Совмещение экономайзера с испарителем возможно только при условии ; отдельно вынесенный экономайзер необходим при .

Конструктивные схемы ПГ с водой под давлением

Характеристика теплоносителя и выбор его параметров

Требования к теплоносителям определяются условиями протекания ядерно-физических, физико-химических и теплофизических процессов в первом контуре АЭС.

По ядерно-физическим свойствам вещество теплоносителя должно иметь высокую радиационную стойкость, минимальную способность к активации и, самое главное, минимальное сечение захвата нейтронов.

По физико-химическим свойствам – минимальную химическую и электро-химическую активность по отношению к конструкционным материалам (коррозия).

По теплофизическим свойствам – вещество теплоносителя должно обеспечить интенсивный отвод тепла из реактора при высокой температуре и обеспечить min затрат на прокачку теплоносителя

,

где tст – определяется конструкцией; tтепл – определяется коэффициентом теплоотдачи .

Чем больше теплоемкость, тем меньше расход G

– объемный расход.

Т.е., чем больше плотность, α и Ср тем лучше теплофизические свойства теплоносителей.

Все теплоносители делятся на жидкие и газообразные.

К жидким относятся органические жидкости (вода, жидкие металлы).

К газообразным – He, CO2, диссоциирующие газы.

Теплоносители разделяют на низкотемпературные и высокотемпературные (t ≥ 3500С).

Вода – наиболее дешевый и распространенный теплоноситель. Сочетание ее свойств позволяет получить достаточно высокие коэффициенты теплоотдачи α при умеренных скоростях. Обладает достаточно высокой теплоемкостью, большой плотностью, малым коэффициентом кинематической вязкости, что приводит к небольшим затратам на прокачку теплоносителя. Т.е. с точки зрения теплофизических свойств вода хороший теплоноситель.

Вода – хороший растворитель, что усложняет водоподготовительные операции и установки, так как надо очищать воду не только от взвешенных или коллоидных частиц, но и от растворенных. Наличие в воде радиоактивных примесей приводит к выпадению их из раствора в контуре и ПГ, что делает их труднодоступными для ремонта.

Вода – с точки зрения физико-химических свойств – коррозионно-активное вещество.

Активность зависит от температуры воды, примесей, концентрации свободных ионов Н+ (рН). Коррозионные продукты загрязняют воду.

Вода хорошо растворяет газ и, в том числе, О2 – необходим деаэратор.

Высокая коррозионная активность воды приводит к необходимости использовать высоколегированные стали ОХ18Н9Т – хромоникелевая сталь аустенитного класса. Недостаток этой стали – склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением в присутствии ионов Cl (хлорная коррозия под напряжением).

Главный недостаток воды – высокое давление насыщенных паров

0,1 МПа – ;

1 МПа – ;

15 МПа – .

Поэтому температурный уровень отвода тепла из реактора, охлаждаемого водой под давление не высок (Твых), поэтому не высоки и параметры рабочего пара вырабатываемого ПГ, обогреваемого водой под давлением.

Определенным недостатком Н2О является и то, что плотность воды r существенно зависит от температуры и уменьшается с ее увеличением (возрастает удельный объем).

В связи с этим (т.е. сильным расширением воды) необходимо предусматривать специальный компенсирующий объем (установка компенсатора давления).

Выбор параметров ПГ

Температура водного теплоносителя на входе в ПГ тем больше, чем больше давление в реакторе. Реакторы с водой под давлением не догревают воду до линии насыщения. Недогрев воды до tS зависит от конструкции активной зоны, ее энергонапряженности и обычно не превышает 100С. Но повышение давления в реакторе имеет пределы и в основном лимитируется экономическими соображениями давлением около 17 МПа (растет толщина оборудования).

Рассмотрим Qt диаграмму ПГ.

 

Максимально возможная температура перегретого пара tп.п. определяется температурой входа теплоносителя в ПГ и температурным напором D tп.п..

Другой характеристикой или другим параметром ПГ является температура его насыщенного пара и, следовательно, давление насыщенного пара. Они определяются температурой теплоносителя на выходе из испарителя ПГ и температурным напором D tиспар., чем ниже Т2, тем ниже РS

.

Известно, что чем ниже D t, тем больше поверхность ПГ

.

Минимальная D tиспар. и D tп.п. ≥ 200.

Таким образом, если , то РS = 6,5 МПа, т.е. ПГ, обогреваемый водой под давлением может обеспечить максимальное давление МПа в среднем.

Водяной теплоноситель позволяет получить перегрев не более 300. Такой малый перегрев не дает заметного повышения КПД цикла, но требует значительного усложнения конструкции ПП.

Кроме того, возникновение термических напряжений, имеющих место в прямоточных ПГ на испарительном участке при омывании теплообменной поверхности то водой, то паром, приводит к развитию хлорной коррозии под напряжением (в сталях аустенитного класса).

Поэтому мощные парогенераторы работают на насыщенном паре и не имеют пароперегревательного участка.

На парогенераторы, вырабатывающие пар могут иметь место в реакторах при сверхкритическом давлении.

Особенности выбора конструктивной схемы ПГ, обогреваемого водой под давлением

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.