CPR1000核电站主给水系统稳态及瞬态工况分析.pdf

2 0 1 4年 4月 第 4 2卷 第 2期 ( 总 第 2 3 1 期 ) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r A p r ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2( S e r ． No ． 2 3 1 ) C P R I O O O核电站主给水系统稳态及瞬态工况分析 An a l y s i s o n S t a bl e a n d Tr a n s i e n t W o r k i n g Co n di t i o ns f o r M a i n W a t e r Fe e d i n g Sy s t e m o f CPR1 0 0 0 Nu c l e a r Po we r St a t i o n 王晓 东， 黄 涛 ( 中国能源 建设 集 团广 东省 电力设 计研 究院 ， 广 州 5 1 0 6 6 3 ) 摘要 ： 以 C P R1 0 0 0 核 电站主给水 系统 为研 究对象 ， 提 出工 程中需要分析 的稳态及 瞬态 工况 ， 同时 ， 给 出各工况 的 边界条件 、 设定方法及所需计算 的参 数 ， 可 以得 出主给水系统 在稳 态和瞬态 工况下热力 参数 的变化过 程和变化 幅 度 ， 为核 岛系统 的安全设计及优化提供依据 。 关键词 ： 核电站 ； 主给水系统 ； 稳态工况 ； 瞬态 工况 ； 边界值及参数 中图分类号 ： T M6 2 3 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 — 5 3 0 6 ( 2 0 1 4 ) 0 2 — 0 0 3 9 — 0 3 对 于各种 用途 的反应 堆 ， 最 基本 的要求 是安 全 。 在确保安全的前提下 ， 还要尽 可能维持反应堆的经 济性。因此 ， 在核电站设计过程 中， 需要合理分析一 切可能发生的潜在事故 ， 提 出一套科学、 严谨 、 完整 的方法 ， 用 以指导和改进一回路和二回路相关系统 的设计。 常规岛侧主给水系统与核岛关联密切 ， 全面 分 析核 电站主 给水 系 统 的稳 态 及 瞬态 工况 ， 可 以得 出稳态和瞬态工况下的压力、 温度、 流量等热力参数 随 时 间的 变化 过程 和 幅度 ， 为核 岛 的 给水 控 制 系统 和一 回路控制系统的设计与安全分析提供必要的基 础数据。同时也为二回路合理确定主给水系统的设 计参数提供依据 ， 从而确保核 电站投产后 的安全、 稳 定 、 经济运行 。 1 系统描述 C P R1 0 0 0核 电站 主给水 系统 通常 采用 3 5 0 电动调速给水泵 ， 2台运行 1台备用。除氧器的除氧 水 经给 水 泵升 压 后 ， 经过 并 联 的 2列 高 压加 热 器后 合并为 1 路 ， 通过给水调节系统进入蒸汽发生器。 主 给水系统流程见图 1 。 图 1 C P R 1 0 0 0核 电站主给水 系统流程 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 1 2 — 1 2 作者简介 ： 王 晓东( 1 9 7 6 ) ， 男， 工程师， 从事 电站热机设计工作。 3 9 2 0 1 4年 4月 第 4 2卷 第 2期( 总第 2 3 1期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Apr ． 2O 1 4 Vo 1 ． 4 2 No． 2 ( Se r ． NO． 2 31) 2 稳态工况分析 首先 ， 建立主给水系统在额定工况下正常运行 时的稳态模型， 为瞬态分析提供基础。 给水系统的范 围从除 氧器 到蒸 汽发 生器 ， 采用 F l o wma s t e r 软 件建 立计算模 型。主要设备模型以及计算 中所需 的重要 设 置如 下 ： 除氧器 处 于正 常水位 ； 给水 泵 以额定 工况 下的数据及 曲线作为计算输入 ； 给水控制 阀的特性 ( 即压损 对 应 开度 曲线 ) 和开 度 、 时 间 均输 入 到 模 型 中； 蒸汽发生器以水箱组件模拟。 稳态 分 析 时 ， 给水 系统 各部 件 按 照额 定 工 况设 定运行状态 ， 目的是为 了检查计算模型中压力和流 量元件的设定与厂家资料、 系统参数相 比是否合理， 从而考察模型中的各组件是否能够正确地反映主给 水系统的运行要求 。 3 瞬态工况分析 经 多个 工程 与 核 岛方 的配合 经 验 ， 主 给水 系统 瞬 态 分析 主 要包 括 8种 工 况 ( 起 始 的分 析 时 间 均 为 ￡ 一 0 S) 。 a ． 工 况 1 ： 给水 系 统初 始 正常 运 行 ， 有 1台 正常 运 行 的给水 泵在 一1 0 S时发生 跳泵事 件 ， 同时 备用 泵启动 。为描述方便 ， 对 3台给水泵设定如下 ： M1 为正 常 运行 泵 中 的 1台 ， 且 不 会 发生 跳 泵 事 件 ； M2 为正 常 运行 泵 中的 1台 ， 在 瞬态 过 程 中发 生 跳 泵事 件 ； M3为备 用泵 。 在此瞬态工况中， 主要控制泵的逻辑 ， 给水系统 计算模型中其他组件相对于稳态工况的设定均假设 为不变。 M1 设置 ： ￡ 一1 0 S时 ， 速度开始升高 ， 直至升 到最 高转 速 。 M2 设 置 ： t 一1 0 S时跳 泵 。 M 3 设 置 ： t 一 1 0 s时 ， 收到 M2的跳泵信号 ， 备用泵开始启动。 采用 F l o wma s t e r瞬态计算后得出每台泵流量 随时间的关系曲线、 在给水系统典型节点处的压力 随时间的关系曲线 。此外 ， 通过工况 1的计算， 还可 以得出， 在跳泵和备用泵启动的瞬态过程中给水流 量相比稳态时的损失， 以及通过一 台泵加速另一 台 泵 启 动并 加速 到 最 高转 速 的方法 ， 可 以得 到将 跳 泵 瞬 态过 程 中损失 的流 量补充 回来 的时问 。 b ．工况 2 ： 给水系统初始正常运行， 2台运行 的 给水泵中的 1台发生跳泵事件 ， 并且没有备用泵启 动 。 给水系统初始正常运行 ， 在 ￡ 一1 0 S 时 ， 运行中的 1台泵跳闸停运 。由于跳泵后备用泵不启动， 给水流 4n 量将 会 减少 ， 机组 负荷 会随 之降低 ， 经 瞬态 分析 后得 出流量 、 压力 随 时间 的变化 曲线 。 将 上述 曲线 提供 给 核岛设计方 ， 供核岛设计方输入到核岛对应瞬态计 算 模 型 中 ， 从 而 分析 在 此 瞬态 工 况 下 蒸汽 发 牛 器 的 水位是否能满足控制要求 ， 以及反应堆功率如何适 应 调整 等 。 C ． 工 况 3 ： 给 水 系统 初 始 在 8 0 、 9 O 负 荷 运 行 ， 2台运行的给水泵中的 1台发生跳泵事件 ， 并且 没有 备用 泵 启动 。给水 系统 初 始分 别在 8 O 、 9 O 负荷 状态 下运 行 。在 t 一 1 0 S时 ， l台运行 的给水 泵 跳泵 ， 并且无备用泵启动， 另外 1台运行泵升至最高 转 速 。计算 获 取 如下 曲线 ： 泵 转 速 和流 量 随 时 问变 化 、 泵后 各点 压力 随时 间变 化 、 去 往每 个蒸 汽发 生器 管 路 的流 量变 化 、 其 他 典 型节 点 位 置压 力 随 时 间变 化 。 上述 流量 曲线 均提供 给 核 岛方面 ， 核 岛方 面将根 据 流量 与压 力 曲线 ， 输 人到 核 岛方面 的计算 模 型 中 ， 从 而计算 得 出在 此 瞬态工况 下 是否会 发 生跳堆 。 d ． 工况 4 ： 给水系统初始正常运行 ， 在 一1 0 S 时 ， 去 往 1台蒸 汽发 生 器 的 主给 水 管 发生 破 裂 后 给 水 流量 变化 。假 设断 裂是位 于控 制 阀 门组 的下游 处 通往 1台蒸 汽 发生 器 的 给水 管 线 上 ， 所 有蒸 汽 发 生 器管线上的止回阀作用 ， 并能防止任何的倒流流量。 根据计算分析 ， 得到泵后总管流量随时间的变 化 曲线 、 破 口上 游 管段 的给 水流 量 变 化 曲线 以及 未 发生双端断裂的 1 条给水管流量变化曲线 ； 通过计 算得 出任意时段内破 口处的给水泄漏量。以上曲线 及给水泄漏 总量提供给核岛， 作 为核 岛方面进行此 瞬态 安全 评估 分析 的输 入 。 e ． 工况 5 ： 给 水 系统 正常运 行 ， 在 t =0 S时 主蒸 汽 管发生 破裂 ， 蒸 汽发生 器 内的压 力发 生 变化后 ， 导 致 去蒸 汽发 生器 的给水 流量 变化 。假 定 主蒸汽 管道 破 裂后 ， 0 ～1 0 S ， 卸压 速率 为 0 ． 1 5 Mp a ／ s ， 1 0 S后卸 压 速 率 为 0 ． 0 6 Mp a ／ s ； 0 ～ 1 0 S ， 卸 压 速 率 为 0 ． 2 Mp a ／ s ， 1 0 S 后 卸压 速率 为 0 ． 0 6 Mp a ／ s 。z -二1 0 S时 发生跳泵 ； 除氧器压力在瞬态时假定恒定不变 ； 当蒸 汽 发 生器 压 力 降至 一 定量 级 时 ， 除 氧 器重 力 自动 注 水至蒸汽发生器 ； 高压加热器不隔离 。 通过计算可以 得 出 ： 在蒸 汽 发 生器 泄 压率 0 ． 1 5 Mp a ／ s下 ， 送 往 主 蒸 汽 管道破 裂 的对 应蒸 汽发 生 器给水 最 大可 能发 生 的 流量 ； 在 蒸 汽 发 生 器 泄 压 率 0 ． 2 Mp a ／ s下 ， 输 送 到 主蒸 汽管 道破 裂 的对应 蒸汽 发生 器给 水最 大可 能 发生的流量 。 上述数据提供给核岛， 作为核岛方面进 行此瞬态安全评估分析的输入 。 f ． 工况 6 ： 给水 系统正常运行 ， 在 一0 s 时主蒸 2 0 1 4年 4月 第 4 2卷 第 2 期 ( 总第 2 3 1期 ) A p r ． 2 01 4 Vo1 ． 4 2 No． 2 ( Se r ． No． 2 31 ) 汽管发生破管使蒸汽发生器 内压力发生变化， 导致 去蒸汽发生器的给水温度变化 。假设在主蒸汽管道 破 口工况下 ， 主给水流量变化 曲线 同工况 5 ， 对于工 况 6 ， 按 照核 岛需求 ， 根 据工 况 5中蒸 汽 发 生器 卸压 速 率为 0 ． 1 5 Mp a ／ s ( 0 ～ 1 0 S ) 时的 给水 流量 变 化来 计 算给水 温度 变化 。在 t -二1 0 S 时跳 泵 ， 同时 高压加 热 器的抽 汽全 部隔离 。给水 流量 控制 系统 ( ARE) 总 管在计算时间内依靠加热器 的给水管束来提供流 量 ， 即不 同时考 虑 给水管 束破裂 等 意外工 况 。 根 据工 况 5中的流量和从除氧器到蒸汽发生器入 口不同参 数段 的容积信息， 计算并绘制工况 6给水温度的变 化 曲线 。 g ． 工况 7 ： 给水 系 统初始 正 常运 行 ， 主控 制 阀从 6 O 9 ， 6 开度到全开后的给水流量变化 ， 具体分蒸汽发 生 器不带 负荷 与满 负荷 2种工 况计算 。蒸 汽发 生器 不带 负 荷 ， 假 设 蒸 汽 发 生 器 处 于 “ n o l o a d ” 状 态 ； 1 个 A RE主路阀门开启 至 1 ， 其余 阀门均保持关闭 ； 所 有 的蒸 汽发 生 器 压 力 下 降 速 率 是 0 ． 1 Mp a ／ s ； 2 台给水泵均为超速状态 ； 除氧器压力保持不变 。 计算 得到不 同蒸汽发生器压力下 ， 高压加热器 出口集管 的给水流量。 蒸汽发生器满负荷 ， 假设蒸汽发生器处 于“ f u l l l o a d ” 状 态 ； 1个 流 量 系 统 主 阀保 持 全 开 ， 另 外 2 个流量系统 主阀保持 6 0 开度 ， 其余旁路 阀均 全 开状态； 所有的蒸汽发 生器压 力下降 速率均 为 0 ． 0 1 2 5 Mp a ／ s ； 2台给 水泵均 为超 速状 态 ； 除 氧器压 力保持不变 。 计算得到不同蒸汽发生器压力下 ， 高压 加热器出 口集管的给水流量， 上述数值是在给水泵 的最高转速情况下的给水流量 ， 即极限流量 ， 属于保 守分析。 将以上给水流量均提供给核岛设计方 ， 作为 核岛瞬态安全评估分析的输入。 h ． 工 况 8 ： 在 合 同瞬 态 ( 甩 负荷 至厂 用 电 、 停 机 不停堆 、 停机停堆 ) 期间的给水温度变化。计算在合 同瞬态情况下进入到除氧器凝结水 的流量 ； 绘制进 入 除氧 器 的给 水 温度 随 时 问 的变化 曲线 ； 计 算 除 氧 器内压力变化曲线 ； 计算在高压给水系统 、 高压加热 器和 至蒸汽 发生 器 的管道 介质驻 留的瞬态 时 间 。将 计算结果提供给核岛方作为下一步分析的输入 。 4 结论 根据 C P R1 0 0 0核 电站核岛的要求 ， 本文对核岛 所 需 要 的主 给 水 系统 的稳 态及 瞬 态工 况 计 算平 台 、 边界条件、 设定方法等进行了总结， 据此可以获得机 组在不 同瞬态工况时主给水系统的流量和压力等参 数 的变 化情 况 ， 这些 数 据 可 为核 岛 的 给水 控 制 系统 和一回路控制系统的设计与安全分析提供必要的输 入依据 ， 确保 核 电站投 产后 的安 全稳定 运 行 。 ( 编 辑郝 竹 筠) 、 B 俞 扁 喈虐 掣。 e r e、 9 、 e 、％ 妒e 骨 商 商 、 e 扩、 蟛序 { 、 e 、 、 矿 、 、 8 ( 上接 第 3 5页) 不仅隧道的净空间要满足一定 的要求 ， 同时磨煤机 基 础 由于两侧 受 到 限制 ， 基 础 配重 只 能 靠增 加 埋深 来解决 。采用本工程的设计方案与传统弹簧隔振基 础比较， 磨煤机基础埋深可以减小 2 m左右。由于 主厂房 c轴 、 D轴柱基础埋深受磨煤机基础影响很 大。磨煤机基础埋深浅， 在地质条件比较好的地方 ， 相应 的 主厂 房煤 仓 间框 架基 础 能抬 高 2 m 左 右 ， 减 小 了开 挖 的工作 量 和 混凝 土 工程 用 量 ， 进 而带 来很 大 的经济 效益 。 c ． 采用 外露 两翼 式 弹簧 隔 振磨 煤 机 基 础 。 由于 受力 比较复杂， 需要进行有限元分析 ， 同时因其配重 较小 ， 需要做动力计算 ， 这给设计工作提出了更高的 要求 。同时， 由于此设计为非常规设计 ， 需要跟磨煤 机厂家紧密配合 ， 注意细节， 防止 没备安装时 出现 问题 。 3 结论 采用外露两翼式弹簧隔振磨煤机基础 ， 因其弹 簧支座位于地面以上， 便于后期弹簧支座的检修与 维护 。 在相 同的情况 下 ， 采用此 类 型的基 础可 以减 小 磨 煤机 基 础底 板 埋深 ， 从 而 可 以减 小 煤 仓 间框 架 柱 基础 的埋 深 ， 不仅 节 省 了投 资 ， 而 且方 便 了施 工 ， 缩 短 了工期 。 参考文献 [ 1 ]D y n a mi c a n d S t a t i c AI l l l l1 、 i s f o r a s p r i n g s u p p o r t e d B o wl Mi l l F o u n d a t i o n [ R] ．Ne w D e l h i ． G E R B Vi br at i on Con t r ol Sys t ems Pv t ．Lt d． 20 11 ． ( 编辑郝 竹筠 ) 4 1