Flowmaster软件在AP 1000启动给水系统瞬态运行中的应用.pdf
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1、第 3 4卷 第 2期 2 0 1 2年 2月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 3 4 No 2 F e b 2 01 2 F l o w m a s t e r 软件在 A P 1 0 0 0启 动给水 系统 瞬态 运行 中的应用 罗峰 , 周涛, 贾瑞宣 ( 华北电力大学 核热工安全与标准化研究所 , 北京 1 0 2 2 0 6 ) 摘要: 针对 A P 1 0 0 0启动给水系统的配置情况, 利用一维流体仿真软件 F l o w m a s t e r 建立了供水系统模型。通过开展瞬 态分析, 在 A P 1 0 0 0在丧失正常
2、电源的瞬态下, 1台启动给水泵 由备用柴油发电机组供电而正常运行时, 突然停转后的 仿真结果。对比不同的配置结果 , 提出在控制阀下游设置进气阀能减小流量的波动。在安装蓄压箱的情况下 , 能减小流 量的波动, 同时不会出现压力骤升的情况 , 能有效防止气穴的产生。依据计算结果 , 确立瞬态分析特性的控制方法, 减小 流量的波动并可控制空穴, A P 1 0 0 0启动给水系统就能更加安全、 稳定地运行。 关键词: A P 1 0 0 0启动给水系统 ; F l o w m a s t e r 软件; 瞬态分析; 空穴 中图分类号: T P 3 1 1 5 2: T K 2 2 3 5 2 文献
3、标志码: A 文章编号i 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 3 1 0 3 0 引言 1 F l o w m a s t e r 软件及其应用对 象 核 电站的安全 、 可靠性在 核电设计 中占有最重 要的地位。非调节 工况 的出现会 引发泵 系统的瞬 变 , 比如突然停电和误操作造成 的意外停泵 、 离心泵 的重载启动 、 泵阀门的调节等。在瞬变发生时 , 会造 成流量波动 , 瞬时低压 又有可能产生 空穴 , 发生气 蚀 , 轻则会对泵系统的安全、 正常运行造成危险并影 响设备的使用寿命 , 重则会造成运行中断 , 严重时还 会发生重大事故。2 0 1
4、1年 3月 1 1日, 日本发生里 氏9 0级地震并引发海啸 。日本福岛第一核 电站 由 于受地震和海啸影响, 外部电源供电短暂中断 , 供水 作业 中断。此 时供 水系统流量 下降并伴有 空穴发 生。对于 A P 1 0 0 0启动给水系统来说 , 它的正常功 能是在电厂启动 、 热备用和停闭期间为蒸 汽发生器 提供给水 , 以导出反应堆冷却剂 系统 的余热。在事 故工况下 , 不要求启动给水系统运行 , 但对于某些设 计基准事件 ( 如主给水系统失效和丧失正常电源等 瞬态事件) 而言 , 系统 可履行第 2层次 的纵深防御 功能。因此 , 可通过 引入一维 流体分析 软件 F l o w
5、m a s t e r , 对 A P 1 0 0 0启动给水系统在丧失正常电源的 瞬态下 , 1台启动给水泵 由备用柴油发 电机组供 电 而正常运行时, 突然停转所产生的流量变化和压力 波动进行瞬态分析 , 为水泵配置提出优化方案 , 使系 统能够正常运行 , 减少事故 的发生。 收稿 日期 : 2 0 1 1 0 91 4 基金项目: 国家自然科学基金资助( 5 0 9 7 6 0 3 3 ) ; 核反应系统设 计技术国家级重点实验室基金( 2 0 1 11 5 3 ) 1 1 F l o w m a s t e r 软件 F l o w m a s t e r 软件是由英 国流体力学研究
6、协会开 发的一个流体系统设计与仿 真平 台, 能够对不可压 缩流体 、 可压缩流体、 液压系统进行分析和模拟 , 能 对流体 系统的流量 、 压力和温度分布等进行精确计 算并能对稳态和瞬态过程进行模拟。 目前 , 该软件 被广泛应用 于航 天航 空、 汽车 、 燃气轮机 、 船舶 、 兵 器、 能源动力 、 石油 和天然气 、 流体管网等行业 的所 有内流系统设计领域。 1 2应用对象 1 2 1 A P 1 0 0 0启动给水系统 A P 1 0 0 0启动给水系统为非安全相关系统 , 不要 求其保证电厂安全 , 但它却具有重要 的纵深防御功能 和安全保护功能。为保证系统运行的可靠性 , 系
7、统设 置了2个 1 0 0 容量的机械系列。系统 由2台并联的 启动给水泵、 1个凝水储存箱 以及相应 的管道、 阀门 和仪表等组成, 如图1 所示。在主给水系统失效或丧 失正常电源的瞬态下, 1台启动给水泵 自动启动, 其 容量足以为蒸汽发生器再充水 , 使反应堆冷却剂系统 R C S ( R e a c t o r C o o l a n t S y s t e m) 冷却至正常余热排出系 统的投入温度 。在丧失正常电源的瞬态下, 2台启动 给水泵分别由厂内2台备用柴油发电机组供电。 1 2 2 建立模型 针对 A P 1 0 0 0启动给水系统的配置 , 假设在丧失 正常电源的瞬态下 ,
8、 1台启动给水泵由备用柴油发电 机组供电而正常运行时 , 突然停转 的瞬态模式 , 如图 2所示。启动给水系统运行过程及各参数设置如下 : 3 2 华 电技 术 第 3 4卷 _女 埔 十日 I r f - l 启动给水泵 i U 图 1 A P 1 0 0 0启动给水 系统 ( F WS ) 图 2不添加其他装置 的系统模 型 ( 1 ) 系统仿真时间为 1 0 S , 初始时给水泵 3正常 工作 、 阀门完全打开。给水泵 3在开始的 2 s内逐渐 关闭, 关闭 2 S 后 , 阀门4停止工作。 ( 2 ) 每台启动给水泵 的额定功率为4 4 7 6 k W, 额 定流量为 1 7 8 9
9、2 m h , 额定转速为 9 5 4 r ra i n 。 ( 3 ) 为研究在 阀 门下游是否产 生气 穴现象 , 将 阀门下 游 节 点 ( 即 节 点 6)的参 数 设 置 为 “ A u t o v a p o u r i s a t i o n”。 ( 4 ) 每台启 动给水泵 由水池 向外泵供水 , 每个 泵的出口都设置有单 向阀, 设置之后 , 流入 1 根供水 总管 , 并 由供水总管分 2路向 2个蓄水池供水 , 流 向 低处用水池 的支路受阀门控制。 ( 5 ) 供水池 、 泵及单 向阀位于参考水平面 , 在 2 个蓄水池的上方 ( 即蓄水池 9) 位 于参 考面 1 0
10、 r n的 工作面上 , 下方的( 即蓄水池 1 3 ) 位于水平面上。 图 2模拟的是在控制阀下游不添加进气阀或蓄 压箱等设备时的系统模型 。为了使系统下游不易产 生空穴现象或更安全稳 定 , 假设模型在节点 6处分 别加装进气阀和蓄压箱。图 3模拟 的是在控制阀下 游添加进气阀时的系统模型。图4模拟 的是在控制 阀下游添加蓄压箱时的系统模型 。 在图 2图 4中, 大的标号代表设备 , 小的标号 代表节点。其 中大号 1 , 9, 1 3为水池 ; 2 , 3为水泵 ; 4 , 5为蝶阀; 6, 7 , 8 , 1 2为供水管道 ; 1 0为蝶 阀; 1 1为 阀门控制器 ; 1 4为进气
11、阀 ; 1 5为蓄压箱。 2 瞬态 结果和分析 2 1 流 量 结果 和分 析 采用 F l o w m a s t e r 软件 , 对上述不添加其他装置 、 图 4 添加蓄压箱 的系统模 型 加设进气 阀、 加设稳压器 3种情况下管道 1 2处的瞬 态流量进行分析 , 对应的流量 一时间曲线分别 如图 5图 7所 示 。 昌 皿 硎 避 图 n 曼 删 I1 避 图6 管道 1 2加设进气阀时的流量 一时间曲线 图5显示 , 在 4 S内, 即在关 闭阀门4及关闭泵 3 过程中, 管道 1 2处流量不断下降, 继而出现负流量。 随后在短时间内急速上升 , 随后又下降为负流量 , 如 此反复
12、振荡 。 相 对 于图 5而言 , 在图 6中 , 管道 1 2处流量不 第 2期 罗峰 , 等: F l o w ma s t e r 软件在 A P 1 0 0 0启动给水 系统瞬态运行中的应用 。 3 3 断下降, 虽然此过程 中有微小振动 , 但并未出现流量 反复大幅度波动 的现象。 吕 煺 图7 管道 1 2在加设蓄压箱时的流量 一时间曲线 相对 于图 6而言 , 在图 7中, 管道 1 2处流量变 化趋势相同, 曲线更加平滑 。 从图 5图 7可 以看 到 , 没有加设进 气阀和稳 压器时 , 由于管道 1 2所对应水池 1 3位置较低 , 泵突 然停止, 管道 内压差不均匀导致流
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