楊彬

摘要：針對(duì)某中國(guó)改進(jìn)型三環(huán)路壓水堆核電廠低壓安注系統(tǒng)泵小流量管線定期試驗(yàn)過(guò)程中管線振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)的問(wèn)題，通過(guò)建立系統(tǒng)一維流體分析模型，分析了引起管線振動(dòng)超標(biāo)的根本原因。利用該模型計(jì)算確定了滿足該機(jī)組定期試驗(yàn)流量要求的新孔板阻力，為多級(jí)孔板的設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的輸入數(shù)據(jù)。改造實(shí)施后的鑒定試驗(yàn)結(jié)果表明，該分析方法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了改造后的水力情況，大幅減少了調(diào)試次數(shù)，有效地縮短了改造工期。

關(guān)鍵詞：?一維流體分析;低壓安注泵;小流量管線;汽蝕振動(dòng)改造

壓水堆核電廠低壓安注系統(tǒng)泵小流量管線由于高壓差孔板的存在，引起的管路振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題頻繁發(fā)生^[1]。目前針對(duì)此類減振改造，常用的處理方法是采用多級(jí)孔板降壓，而多級(jí)孔板的設(shè)計(jì)是整個(gè)改造的關(guān)鍵。經(jīng)驗(yàn)估算的方法常常導(dǎo)致實(shí)施過(guò)程中對(duì)孔板孔徑的多次調(diào)整，而搭建1：1的水力臺(tái)架試驗(yàn)雖然準(zhǔn)確性高，但往往導(dǎo)致改造前期的工作量大、周期長(zhǎng)，特別是搭建試驗(yàn)臺(tái)架的成本高昂。

本文針對(duì)低壓安注系統(tǒng)低壓安注泵小流量管線減振改造過(guò)程中常見(jiàn)的水力處理方法的不足問(wèn)題，結(jié)合某中國(guó)改進(jìn)型三環(huán)路壓水堆核電廠低壓安注系統(tǒng)低壓安注泵小流量管線減振改造方案，研究了一維流體分析在核電廠工藝系統(tǒng)改造中的應(yīng)用^[2]。

1.水力模型搭建

本文利用Flowmaster軟件，對(duì)低壓安注小流量相應(yīng)管線進(jìn)行了整體建模。模型中換料水箱采用恒液位水箱元件模擬，泵采用離心泵元件模擬，孔板采用阻力元件模擬，閥門(mén)采用軟件中相應(yīng)的閥門(mén)元件模擬，回流至換料水箱氣空間的邊界采用壓力元件模擬。

2.振動(dòng)原因分析

由于孔板上游的壓力表位于泵出口位置，距離節(jié)流孔板較遠(yuǎn)。為獲取節(jié)流孔板前的準(zhǔn)確壓力值，利用建立的Flowmaster水力模型對(duì)低壓安注泵定期試驗(yàn)時(shí)2種振動(dòng)較高的工況進(jìn)行了模擬，得到節(jié)流孔板上游的準(zhǔn)確壓力，如表1所示。

根據(jù)GB/T2624—2006^[3]及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IOS5167-2^[4]，流量與壓差的關(guān)系式為

整理后得到理論壓差計(jì)算式為

式中：qm為質(zhì)量流量，kg/s;β為孔板的孔徑比;C為流出系數(shù);ε為膨脹修正系數(shù);ρ為液體密度，kg/m3;d為孔板孔徑，m。

在試驗(yàn)工況下，流體介質(zhì)為40℃的含硼水，孔板所在的管道內(nèi)徑D為0.0828m，孔板孔徑d為0.0349 m，膨脹修正系數(shù)ε取1，流出系數(shù)取0.6011。通過(guò)以上參數(shù)計(jì)算出試驗(yàn)工況下孔板006DI和007DI的理論壓差，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2中的數(shù)據(jù)可看出孔板006DI和007DI后的流體壓力均低于該工況下流體的飽和蒸氣壓，此時(shí)孔板將發(fā)生汽蝕，因此可判定小流量管線產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因?yàn)楣?jié)流孔板006DI和007DI發(fā)生了汽蝕。

3.振動(dòng)改造方案及孔板設(shè)計(jì)

3.1振動(dòng)改造方案

根據(jù)前文的根本原因分析，本次改造采用多級(jí)多孔孔板進(jìn)行降壓。具體改造方案為：保留原單級(jí)孔板006DI和007DI并將其擴(kuò)為通孔，同時(shí)在其上游各加裝1個(gè)五級(jí)多孔孔板;其中第一級(jí)設(shè)計(jì)為可拆卸式的單級(jí)孔板，其目的為在調(diào)試過(guò)程中可對(duì)其孔徑進(jìn)行調(diào)整以調(diào)節(jié)流量或彌補(bǔ)設(shè)計(jì)、制造誤差。

3.2多級(jí)孔板阻力系數(shù)的確定

由于電廠定期試驗(yàn)時(shí)對(duì)低壓安注泵小流量循環(huán)的流量有嚴(yán)格的準(zhǔn)則要求，因此新增多級(jí)孔板阻力系數(shù)的合理準(zhǔn)確對(duì)改造后的水力鑒定流量驗(yàn)收具有決定性的作用。

為了使模型與現(xiàn)場(chǎng)情況完全一致，在水力學(xué)模型中考慮系統(tǒng)阻力變化，并采用修正過(guò)的泵特性曲線^[5]。該水力模型類似于一個(gè)虛擬的1：1試驗(yàn)臺(tái)架，在改造實(shí)施前的設(shè)計(jì)階段，可通過(guò)對(duì)模型中多級(jí)降壓孔板的阻力調(diào)整來(lái)預(yù)測(cè)不同的孔板阻力下的改造實(shí)施效果，最終通過(guò)方案對(duì)比可選取出一個(gè)滿足定期試驗(yàn)準(zhǔn)則的最優(yōu)的孔板阻力系數(shù)，從而為多級(jí)孔板的設(shè)計(jì)制造提供準(zhǔn)確的水力特性數(shù)據(jù)支撐。

通過(guò)在Flowmaster模型中的調(diào)整計(jì)算，最終確定出本次改造所用多級(jí)孔板較合理的阻力系數(shù)為K=63.75;

4.改造結(jié)果

改造完成后，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明減振效果明顯，振動(dòng)速度峰值由改造前的最大500 mm/s降低到改造后的A列3 mm/s、B列10 mm/s，均滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)許可振動(dòng)速度值20 mm/s的要求^[6]，如表4所示。同時(shí)改造后A列、B列的流量分別為125 m3/h、126 m3/h，均滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求;而且A列的模擬流量126.39 m3/h與實(shí)際值的誤差僅1.11%，B列的模擬流量125.96 m3/h與實(shí)際值的誤差僅-0.03%，如表5所示。本次改造的調(diào)試一次成功，大大縮短了調(diào)試工期。

5.結(jié)論

本文采用理論分析與Flwomaster軟件模擬相結(jié)合的方法，分析確定了單級(jí)節(jié)流孔板的汽蝕是引起該核電廠RIS系統(tǒng)低壓安注泵小流量管線定期試驗(yàn)振動(dòng)超標(biāo)的根本原因。同時(shí)結(jié)合減振改造方案，使用一維流體計(jì)算軟件Flowmaster對(duì)改造后的小流量管線進(jìn)行模擬，為多級(jí)孔板的設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵的水力特性參數(shù)。與以往的方法相比，本Flwomaster軟件模擬分析方法可明顯縮短調(diào)試工期，避免了建立試驗(yàn)臺(tái)架的費(fèi)用和工期投入。

良好的改造效果表明，利用Flowmaster軟件建模計(jì)算的方法準(zhǔn)確、可靠，對(duì)后續(xù)核電廠相關(guān)系統(tǒng)改造水力設(shè)計(jì)具有重要的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1. 中廣核研究院有限公司）