王曉東，黃　濤

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州　510663)

核電站穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析的目的和核心任務(wù)，就是在各種運(yùn)行瞬變工況下[1-4]，分析二回路和反應(yīng)堆及其熱力系統(tǒng)參數(shù)的變化過程和變化幅度，為系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以確保核電廠的安全屏障不受破壞，并以此確定運(yùn)行參數(shù)允許變化的最大范圍和相應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作的安全定值。在常規(guī)島側(cè)(CI)，主給水系統(tǒng)與核島(NI)關(guān)聯(lián)密切。由于FLOWMASTER在國(guó)內(nèi)外核電瞬態(tài)分析領(lǐng)域應(yīng)用較多，本文依托FLOWMASTER軟件開展相關(guān)分析研究，以主給水系統(tǒng)作為對(duì)象，結(jié)合FLOWMASTER 軟件的仿真功能，介紹核電站穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算過程。核電站主給水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算工作的特點(diǎn)是工況多，邊界條件復(fù)雜，與核島方接口配合周期長(zhǎng)，因此，在工程設(shè)計(jì)初期，需要全面盤點(diǎn)與此項(xiàng)工作相關(guān)的設(shè)計(jì)方以及設(shè)備廠家應(yīng)提供的計(jì)算輸入資料，并在接口文件、設(shè)備技術(shù)規(guī)范書以及合同中加以明確。

目前，多臺(tái)CPR1000核電機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)過程中的穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)計(jì)算分析經(jīng)工程實(shí)踐得到了良好驗(yàn)證。CPR1000的主給水泵為調(diào)速泵[5]，輸入條件和計(jì)算工況設(shè)置較為復(fù)雜，相比AP1000三代核電的定速泵更具代表性，因此，本文針對(duì)CPR1000核電項(xiàng)目的主給水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算過程及輸入條件進(jìn)行分析。

1　主給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算流程

CPR1000核電機(jī)組主給水系統(tǒng)通常配置3×50%電動(dòng)調(diào)速給水泵，2臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。經(jīng)除氧器的水由給水泵升壓后，流過并聯(lián)的兩列高壓加熱器后合并為一路，通過給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)入核島側(cè)蒸汽發(fā)生器。CPR1000核電機(jī)組主給水系統(tǒng)流程示意圖見圖1，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算總體流程見圖2。

圖1　CPR1000核電機(jī)組主給水系統(tǒng)流程

圖2　主給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計(jì)算總體流程

2　主給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算過程及輸入

穩(wěn)態(tài)建模作為后續(xù)瞬態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)和前提，其完備性和準(zhǔn)確性顯得至關(guān)重要，工作量也異常繁重。

第1步，對(duì)于給水系統(tǒng)的工藝流程要非常熟悉，同時(shí)也要了解并掌握FLOWMASTER軟件建模所需的各個(gè)功能模塊。

第2步，需要適當(dāng)簡(jiǎn)化工藝流程，將系統(tǒng)中各個(gè)部件通過FLOWMASTER提供的模型元件按功能實(shí)現(xiàn)予以替換，并根據(jù)工藝流程要求將模型元件連接起來，形成完整的計(jì)算模型。

第3步，收集、整理基本輸入?yún)?shù)與邊界條件，并在FLOWMASTER中對(duì)各個(gè)模型元件賦予參數(shù)。輸入?yún)?shù)中，包括給水參數(shù)、管道長(zhǎng)度、管件阻力系數(shù)、給水泵組參數(shù)(揚(yáng)程、扭矩、轉(zhuǎn)速等)、高壓加熱器阻力系數(shù)、調(diào)閥開度以及流量系數(shù)等。邊界條件中，包括除氧器水位標(biāo)高、蒸汽發(fā)生器(SG)水位標(biāo)高、調(diào)閥開度、泵啟停狀態(tài)等，在穩(wěn)態(tài)計(jì)算中一般都視為靜態(tài)參數(shù)。在瞬態(tài)工況模擬中，這些邊界條件是動(dòng)態(tài)的、瞬變的，需要根據(jù)不同工況要求，分別予以設(shè)置。

第4步，開始穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果核實(shí)檢查計(jì)算模型的合理性、正確性。

模型檢驗(yàn)的主要依據(jù)：其一是廠家資料，如給水泵的揚(yáng)程是否準(zhǔn)確；此外就是穩(wěn)態(tài)模型輸出的各參數(shù)是否與工藝系統(tǒng)參數(shù)契合，如流量分配、溫度分布是否與熱平衡圖一致等，從而考察模型中的各元件能否正確地反映主給水系統(tǒng)的實(shí)際穩(wěn)態(tài)運(yùn)行要求。

3　主給水系統(tǒng)瞬態(tài)計(jì)算過程及輸入

穩(wěn)態(tài)建模的目的主要是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇?、?zhǔn)確性，為瞬態(tài)建模奠定基礎(chǔ)。瞬態(tài)建模在穩(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上將部分邊界條件根據(jù)各種瞬態(tài)工況要求予以適當(dāng)調(diào)整，個(gè)別工況需要添加一些控制元件以模擬瞬態(tài)事件的觸發(fā)。主給水系統(tǒng)瞬態(tài)分析主要包括8個(gè)工況[6]，見表1。

瞬態(tài)計(jì)算的主要流程及參數(shù)輸入過程如下。

第1步，在熟悉整個(gè)給水系統(tǒng)的工藝流程的基礎(chǔ)上，需要理解各種瞬態(tài)工況下系統(tǒng)邊界條件的變化情況與控制模式，同時(shí)也要了解和掌握FLOWMASTER涉及啟停等控制邏輯的功能元件的應(yīng)用和設(shè)置方法。

除了包含穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型所用到的模型元件外，給水系統(tǒng)瞬態(tài)計(jì)算模型涉及的FLOWMASTER主要元件還包括：泵轉(zhuǎn)速控制器、閥門開度控制器、壓力元件、流量元件。

第2步，在掌握瞬態(tài)工況要求的基礎(chǔ)上，對(duì)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行修改，增加相關(guān)控制模塊。

第3步，收集、整理瞬態(tài)工況下的輸入?yún)?shù)與邊界條件，并在FLOWMASTER中對(duì)各個(gè)模型元件賦予參數(shù)。

表1　主給水系統(tǒng)瞬態(tài)工況分析

輸入?yún)?shù)中，包括除氧器水位壓力變化、SG水位壓力變化、給水泵組啟停狀態(tài)轉(zhuǎn)換、調(diào)閥開度變化等。除一些常規(guī)設(shè)置外，有些瞬態(tài)工況較為復(fù)雜，需要適當(dāng)簡(jiǎn)化或者靈活組合。不同的瞬態(tài)工況，需要有針對(duì)性地設(shè)置不同的邊界條件以及控制模式。以工況1為例，瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4、圖5。

圖3　工況1泵的轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化曲線

圖4　工況1泵的流量隨時(shí)間的變化曲線

圖5　工況1泵出口壓力隨時(shí)間的變化曲線

4　結(jié)論

本文依托FLOWMASTER軟件分析了CPR1000核電機(jī)組主給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況計(jì)算的詳細(xì)過程，可以制定瞬態(tài)工況下主給水系統(tǒng)的控制策略，滿足CPR1000核電機(jī)組瞬態(tài)過程分析需求。全面列舉了CPR1000核電機(jī)組主給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況計(jì)算的輸入資料，并通過分析給出了給水泵具體設(shè)定方法，解決了在工況多、邊界條件復(fù)雜的情況下輸入條件容易漏項(xiàng)的疑難問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]于平安，朱瑞安，喻真烷，等.核反應(yīng)堆熱工分析[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2002.

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[4]印佳敏，楊勁.Flowmaster2仿真在CPR1000核電站高加彈簧旁路閥選型中的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備，2015,29(5)：373-376.

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[6]王曉東，黃濤.CPR1000核電站主給水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)工況分析[J].吉林電力，2014，42 (2)：39-41.