Теплообменник охлаждения бассейна выдержки энергоблока
|
![]() Схема теплообменника |
Описание конструкции
Теплообменник контура расхолаживания басейна выдержки предназначен для охлаждения дистиллята контура бассейна выдержки технической водой.
Теплообменник представляет собой вертикальный, однокорпусный, жесткотрубный аппарат кожухотрубчатого типа, четырехходовой по трубному и межтрубному пространствам с противоточным движением сред.
«Горячий» дистиллят движется в межтрубном пространстве, техническая вода в трубах.
Поверхность теплообмена состоит из 4792 трубок ø18х1,4 мм, расположенных по равностороннему треугольнику с шагом 23 мм, закрепленных в трубных досках вальцовкой и обваркой. Положение труб в корпусе фиксируется дистанционирующими решетками, которые соединены между собой маяковыми трубами.
Корпус теплообменника выполнен из оболочек ø1832 и ø2032, сваренных между собой с помощью переходника.
Для организации четырех ходов по межтрубному пространству в корпусе установлены продольные перегородки.
Техническая вода подводится и отводится патрубками ø325х12 в цилиндрическую камеру с эллиптическим днищем. Камера разделена перегородками на три полости для организации четырех ходов по трубному пространству.
В теплообменнике по трубному и межтрубному пространству предусмотрены воздушники ø25х2,5 и дренажи ø57х5,5 и ø38х3,5
![]() Внешний вид теплообменного аппарата (произвольный вид) | ![]() Внешний вид теплообменного аппарата (произвольный вид с разрезом) |
Исходные данные
Основные расчётные параметры
|
Наименование частей сосуда |
Значение давления, МПа |
Значение температуры, °C |
Рабочая среда |
Расчётные параметры |
Межтрубное пространство |
1 |
+150 |
активный дистиллят |
Трубное пространство |
0,6 |
+150 |
техническая вода |
|
Рабочее состояние |
Межтрубное пространство |
0,7 |
+150 |
активный дистиллят |
Трубное пространство |
0,3 |
+150 |
техническая вода |
|
Гидравлические испытания |
Межтрубное пространство |
1,3 |
+5 |
активный дистиллят |
Трубное пространство |
0,9 |
+5 |
техническая вода |
Расчётные нагрузки на штуцеры теплообменника
Размеры штуцеров |
Категория нагрузок и величина |
|||||||
НУЭMв, Н·м |
НУЭ (размах моментов)Mр, Н·м |
НУЭFв, Н |
НУЭ (размах сил)Fр, Н |
НУЭ+ПЗMпз, Н·м |
НУЭ+ПЗFпз, Н·м |
НУЭ+МРЗMмрз, Н·м |
НУЭ+МРЗFмрз, Н·м |
|
Ø325x12 |
15800 |
33000 |
14600 |
30500 |
19500 |
17900 |
21900 |
20500 |
Ø628x14 |
22800 |
50000 |
19200 |
42100 |
28000 |
23400 |
31500 |
26800 |
Допускаемые напряжения, МПа
Материал |
НУЭ |
ГИ |
||||
0,5[s] |
[s] |
1,3[s] |
0,5[s] |
[s] |
1,3[s] |
|
Сталь 20К |
68.6 |
137.3 |
178.5 |
72 |
144 |
187.2 |
Сталь 12Х18Н10Т |
62 |
124 |
161.2 |
65.3 |
130.6 |
170 |
Согласно ПНАЭ Г-7-002-86расчёт на прочность оборудования проводится в два этапа:
- расчёт по выбору основных размеров;
- поверочный расчёт.
В рамках поверочного расчёта для данного теплообменника были выполнены следующие расчёты:
- расчёт на статическую прочность;
- расчёт на устойчивость;
- расчёт на циклическую прочность;
- расчёт на сопротивление хрупкому разрушению;
- расчёт на сейсмические воздействия;
- расчёт на вибропрочность.
Расчёт статической прочности
![]() Расчётная модель теплообменного аппарата | ![]() Распределение внутреннего давления в теплообменнике в рабочем состоянии |
![]() Распределение внутреннего давления в теплообменнике при гидроиспытании | ![]() Распределение эквивалентных напряжений в рабочем состоянии |
![]() Распределение эквивалентных напряжений при гидроиспытании |
Приведенные напряжения по группам категорий напряжений (s)1 и (s)2
НУЭ |
||||
Рассчитываемая зона |
(s)1 |
Допускаемое напряжение[σ] |
(s)2 |
Допускаемое напряжение 1,3[σ] |
Зона приварки штуцера Ø628x14к корпусу |
- |
- |
158 |
161.2 |
Зона приварки штуцера Ø325x12к корпусу |
- |
- |
138 |
178,5 |
Обечайка камеры дистиллята Ø1832x16 |
37 |
124 |
- |
- |
Обечайка камеры технической воды Ø2032x16 |
31 |
137,3 |
- |
- |
Фланец Ду 1800 |
- |
- |
57 |
161.2 |
Фланец Ду 2000 |
- |
- |
55 |
178,5 |
Трубная доска Ду 1800 |
- |
- |
12 |
161.2 |
Трубная доска Ду 2000 |
- |
- |
26 |
161.2 |
Режим ГИ |
||||
Рассчитываемая зона |
(s)1 |
Допускаемое напряжение1,35[σ] |
(s)2 |
Допускаемое напряжение 1,7[σ] |
Зона приварки штуцера Ø628x14к корпусу |
- |
- |
214 |
222 |
Зона приварки штуцера Ø325x12к корпусу |
- |
- |
170 |
245 |
Обечайка камеры дистиллята Ø1832x16 |
70 |
176 |
- |
- |
Обечайка камеры технической воды Ø2032x16 |
62 |
194 |
- |
- |
Фланец Ду 1800 |
- |
- |
69 |
222 |
Фланец Ду 2000 |
- |
- |
77 |
245 |
Трубная доска Ду 1800 |
- |
- |
28 |
222 |
Трубная доска Ду 2000 |
- |
- |
55 |
222 |
Расчёт на циклическую прочность
При эксплуатации теплообменный аппаратможет находиться в следующих состояниях:
- начальное (ненагруженное) состояние - №1;
- затяг - №2;
- рабочее состояние - №3.
- нагружение давлением гидравлических испытаний - №4;
Для обоснования циклической прочности теплообменника на 30 лет принимаем:
- количество гидравлических испытаний N=5;
- количество выходов в рабочее состояние N= 200.
Блоки нагружения для расчёта циклической прочности теплообменного аппарата выглядят следующим образом:
- блок 1: 1-2-3-2-1 N= 200;
- блок 2: 1-2-4-2-1 N=5.
![]() Распределение эквивалентных напряжений в начальном состоянии | ![]() Распределение эквивалентных напряжений в состоянии затяга |
![]() Распределение эквивалентных напряжений в рабочем состоянии | ![]() Распределение эквивалентных напряжений при действии давления гидравлических испытаний |
![]() Расчётные точки для определения накопленного усталостного повреждения |
Определение накопленного усталостного повреждения в точке 1
Номер блока |
σmax, МПа |
Np |
σmin, МПа |
Np |
σa, МПа |
N |
[N] |
a |
1 |
215 |
3 |
1,8 |
1 |
107 |
200 |
6∙104 |
33∙10-4 |
2 |
336 |
4 |
1,8 |
1 |
167 |
5 |
3∙104 |
1,7∙10-4 |
|
|
|
|
|
|
|
Σa |
34,7∙10-4 |
Определение накопленного усталостного повреждения в точке 2
Номер блока |
σmax , МПа |
Np |
σmin , МПа |
Np |
σa, МПа |
N |
[N] |
A |
1 |
184 |
3 |
0,48 |
1 |
92 |
200 |
7∙104 |
28,5∙10-4 |
2 |
240 |
4 |
0,48 |
1 |
120 |
5 |
5∙104 |
10-4 |
|
|
|
|
|
|
|
Σa |
29,5∙10-4 |
Определение накопленного усталостного повреждения в точке 3
Номер блока |
σmax , МПа |
Np |
σmin , МПа |
Np |
σa, МПа |
N |
[N] |
A |
1 |
131 |
3 |
5,28 |
1 |
63 |
200 |
106 |
2∙10-4 |
2 |
278 |
4 |
5,28 |
1 |
136 |
5 |
4,5∙104 |
1∙10-4 |
|
|
|
|
|
|
|
Σa |
3∙10-4 |
Максимальное накопленное усталостное повреждение в теплообменном аппарате в точке 1 и с учётом увеличенного срока службы на 30 лет равно:
а= 34,7∙10-4 < [a] = 1.
![]() Изменение местных приведенных напряжений и местных условных упругих напряжений в точке 1 (блок 1) | ![]() Изменение местных приведенных напряжений и местных условных упругих напряжений в точке 1 (блок 2) |
Расчёт на сейсмические воздействия
Рассматриваемый теплообменный аппарат относится к Iкатегории сейсмостойкости по НП-031-01, поэтому в соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86 он должен рассчитываться на сочетание нагрузок НУЭ+ПЗ и НУЭ+МРЗ. Сейсмические нагрузки определялись с использованием обобщенных спектров ответа уровня МРЗ для отметки +0,0 м (приложение В) при низшей частоте собственных колебаний теплообменника 16,92 Гц.
![]() Частоты собственных колебаний теплообменника | ![]() Первая собственная форма колебаний теплообменника |
![]() Вторая собственная форма колебаний теплообменника | ![]() Третья собственная форма колебаний теплообменника |
![]() Четвертая собственная форма колебаний теплообменника | ![]() Распределение эквивалентных напряжений в рабочем состоянии с учётом сейсмических нагрузок в горизонтальном направлении |
Приведенные напряжения по группам категорий напряжений (s)1 и (s)2 для состояния НУЭ+МРЗ
Рассчитываемая зона |
(s)1 |
Допускаемое напряжение1,4[σ] |
(s)2 |
Допускаемое напряжение1,8[σ] |
Зона приварки штуцера Ø628x14к корпусу |
- |
- |
210 |
223 |
Зона приварки штуцера Ø325x12к корпусу |
- |
- |
230 |
247 |
Обечайка камеры дистиллята Ø1832x16 |
35,5 |
174 |
- |
- |
Обечайка камеры технической воды Ø2032x16 |
35,9 |
192 |
- |
- |
Фланец Ду 1800 |
- |
- |
57,95 |
223 |
Фланец Ду 2000 |
- |
- |
54,7 |
247 |
Переходник |
- |
- |
55,3 |
223 |
© ООО НТЦ "АПМ" 2019. Все права защищены |
|
![]() | ![]() |