2. Конструкционный расчет парогенератора

Цель расчета

1. Определение габаритных размеров корпуса парогенератора.

2. Размещение трубной поверхности теплообмена в корпусе парогенератора.

3. Определение диаметра коллекторов.

4. Разбивка трубной поверхности на ряды и пучки.

Особенности расчета

1. Расчет производим для ряда вариантов, определённых в тепловом расчете ПГ (для ряда значений скорости теплоносителя в трубках – w₁ и, если необходимо - для значений внутренних диаметров трубок - ).

2. Конструкция парогенератора — с погруженной поверхностью теплообмена.

3. Тип парогенератора: горизонтальный или вертикальный — определяется исходным заданием на проектирование ПГ.

4. Разделение поверхностей на экономайзерную и испарительную части выполнено ранее - в тепловом расчете.

5. Для горизонтального ПГ расчет диаметра корпуса по горизонтальному (D_КОР1) и вертикальному (D_КОР2) сечениям выполняется до тех пор, пока не будет достигнуто условие: D_КОР1»»D_{КОР2 »}»D_КОР. В процессе этого расчета уточняются геометрические размеры парогенератора.

2.1. Исходные данные

Таблица 4.

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Значение
Теплоноситель
1.	Расход		кг/с	4548
2.	Средняя плотность		кг/м3	746,34
3.	Средняя скорость		м/с	2	3	4	5	6
Поверхность теплообмена
1.	Поверхность ПТО		м2	5020,67	4516,63	4245,44	4073,82	3954,5
2.	Трубки ПТО:
	- материал	—	—	Х18Н10Т
	- наружный диаметр	dн	мм	16
	- толщина стенки		мм	1,4
Коллекторы *
1.	Материал	—	—	12Х1МФ
2.	Внутренний	dвк	мм	900
3.	Толщина стенки		мм	80

2.2. Алгоритм конструкционного расчета

2.2.1. Общее число трубок ПТО по уравнению неразрывности, шт.:

Примечание. Число трубок n округляем до ближайшего целого четного значения.

.

(G₁ - кг/с; - кг/м³; - м/c; - мм ).

2.2.2. Принимаем:

№	Характеристика ПТО	Принятое решение
1.	Расположение трубок ПТО	Коридорное
2.	Форма трубок ПТО	U- образное

2.2.3. Средняя (расчетная) длина трубок ПТО предварительно, м:

.

(F_ПТО – м²; - мм; n - шт).

Здесь: d_н - наружный диаметр трубки ПТО, мм;

2.2.4. Принимаем шаг трубок в горизонтальном и вертикальном рядах

Для обеспечения нормальных условий гидродинамики рабочего тела в межтрубном пространстве ПТО рекомендуется принимать шаг трубок в горизонтальном ряду (S₁) исходя из условия, мм:

.

Примем S₁ = 22 мм; а S₂ = 22 мм.

2.2.5. Общее число трубок в горизонтальной плоскости (n₁) для принятого диаметра коллектора ( ) и заданного шага S рассчитывается с учетом того, что не по всей окружности коллектора производится заделка трубок ПТО в коллектор. Примерно 10% внешнего диаметра коллектора свободна от трубного пучка

Общее число трубок в горизонтальной плоскости, шт.

( - мм; S₁ - мм)

2.2.6. Число горизонтальных рядов (число труб в одном вертикальном ряду):

.

2.2.7. Выполняем уточнение значений n, w₁, l_СР.

а) общее число трубок, шт.: ;

б) средняя по сечению скорость теплоносителя в трубках, м² / с.:

.

(G₁ - кг/с; - кг/м³; - м/c; - мм ).

в) средняя длина трубок ПТО, м

.

(F_ПТО – м²; - мм; n - шт).

Примечание. Величину l_СР округляем до мм.

2.2.8. Диаметр корпуса по ширине, мм

D₁ = n₁ S₁ + B_СВ.

Здесь:

B_СВ = Z_КОР h_КОР »» Z_КОР (0.15 ), мм.

Z_КОР =3–5 - число коридоров в диаметральной плоскости ПГ;

h_КОР - ширина коридора, мм;

- наружный диаметр коллекторов, мм;

B_СВ - суммарное расстояние, не занятое трубной поверхностью в диаметральной плоскости ПГ, мм.

Примем Z_КОР = 5 , тогда

D₁ = n₁ S₁ + Z_КОР (0.15 ) = 118*22+5*(0,15*900)=3224

2.2.9. Диаметр корпуса по высоте, мм

D₂ = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅.

Выбираем из следующих значений:

а) h₁ = 300 ... 700 мм - расстояние от нижней образующей корпуса ПГ до нижнего ряда труб ПТО;

б) h₂ = n₂ S_2, мм - высота трубного пучка ПТО (при коридорной компоновке трубок: (S₁ = S₂);

в) h₃ = 160 ... 300 мм - глубина погружения труб ПТО под зеркало испарения;

г) h₄ = 400 ... 600 мм - высота парового пространства (иначе: расстояние от зеркала испарения до низа сепарационных устройств);

д) h₄ = 200 ... 300 мм - расстояние от низа сепарационных устройств до верхней образующей корпуса ПГ.

За диаметр корпуса принимаем наибольший из полученных и :

D = max (D₁, D₂).

Примем h₁ = 300 мм, h₃ = 150 мм, h₄ = 500 мм, h₅ = 700 мм, а h₂ = n₂ S₂ = 3785,6 мм. Таким образом

D₂ = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ = 4082 мм

А. При вычислении диаметра корпуса должно быть выполнено условие:

(D может быть 10-15%).

Далее выбираем максимальный диаметр

D = max (D₁, D₂) = D₁ = 5732 мм.

Б. Кроме того, если диаметр корпуса D > 4200 (мм), то такой вариант отбрасываем по условиям не транспортабельности.

2.2.10. Длина корпуса ПГ, мм

L = + l_СР + b_ПУЧ + 2b_ДН.

Здесь:

b_ПУЧ = n₁*S₁ + z*b_св - длина пучка труб ПТО в горизонтальном ряду, мм;

b_ДН - ширина днища ПГ (b_ДН  0,25D, но не более 700мм), мм.

Таким образом

b_ПУЧ =2684 мм ;

b_ДН получилось больше, чем 700мм, поэтому принимаем b_ДН = 700мм.

Таким образом

L = + l_СР + b_ПУЧ + 2b_ДН = 9462 мм.

Результаты вариантных расчетов сводим в таблицу.

Таблица 5.

Конструктивные характеристики парогенератора

№	Величина	Размерность	, м/c
			1,997	2,995	4,014	5,031	5,99
1	lСР	м	4,479	6,044	7,615	9,158	10,583
2	S1	мм	22	22	22	22	22
3	S2	мм	22	22	22	22	22
4	n1	шт.	118	118	118	118	118
5	n2	шт.	189	126	94	75	63
6	n	шт.	22302	14868	11092	8850	7434
7	D	мм	5732	4372	3680	3270	3224
8	D	%	44	26	12	1	7
9	L	мм	9462	11027	12598	14142	15567
10	bДН	мм	700	700	700	700	700
11	h1	мм	300	300	300	300	300
12	h2	мм	4082,4	2721,6	2030,4	1620	1360,8
13	h3	мм	150	150	150	150	150
14	h4	мм	500	500	500	500	500
15	h5	мм	200	200	400	450	1000
16	bПУЧ	мм	2684	2684	2684	2684	2684
17	bСВ	мм	135	135	135	135	135
18	ZКОР	шт.	5	5	5	5	5
19	BСВ	мм	675	675	675	675	675

По причине превышения допустимых значений становится невозможным изготовление рассчитанного ПГ со скоростью w₁=1,997 м/с и w₁=2,995 м/с.