基于Flowmaster的安全注射系統可靠性分析

郭丹丹

(上海核工程研究設計院,上海 200233)

基于Flowmaster的安全注射系統可靠性分析

郭丹丹

(上海核工程研究設計院,上海 200233)

基于Flowmaster軟件對某核電站安全注射系統進行仿真,通過高壓安注泵冷/熱段注射試驗、低壓安注泵冷/熱段注射試驗和冷段再循環注射試驗對系統模型進行了標定。最后通過Flowmaster與熱工水力程序計算值進行比較,結果表明兩者的結果吻合,從而對安全注射系統的設計具有積極的指導意義。

安全注射 Flowmaster 仿真

1 引言

安全注射系統是核電站的安全保障,電站發生事故時,安注泵啟動將水箱內的水注入反應堆冷卻劑系統,保障堆芯不會出現失水的現象。本文對于安全注射系統的研究內容,主要集中在注射流量是否能夠達到預期的要求。

本文以某核電站安全注射系統為研究對象,該系統由高壓安注分系統和低壓安注分系統等組成。該系統的工作過程分為兩個階段：(1)在直接注射階段,高壓安注泵和低壓安注泵從換料水箱吸水,通過注射管向反應堆冷卻劑系統注水;(2)在再循環階段,高壓安注泵和低壓安注泵從安全殼再循環地坑水吸水,由低壓安注泵作為高壓安注泵的前置泵串聯運行,通過注射管向反應堆冷卻劑系統注水

(圖1圖2)。

2 模型標定與仿真

為研究安全注射系統的流動特性,采用一維流體系統仿真軟件Flowmaster開展了系統級仿真,為了保證系統仿真結果的可靠性,首先對關鍵部件和子系統開展了建模仿真工作。

2.1 子模型驗證計算

為驗證搭建的Flowmaster模型的正確性及計算的準確性,特將Flowmaster計算結果與電站調試結果或設計結果進行了對比,主要在以下幾方面進行了比較：

(1)高壓安注泵冷/熱段注射試驗;

(2)低壓安注泵冷/熱段注射試驗;

(3)冷段再循環注射試驗。

2.1.1 高壓安注泵冷/熱段注射試驗

本仿真以整個安全注射系統模型中的部分模型為仿真對象,包括換料水箱、高壓安注泵、冷、熱段注射管等。具體仿真模型見圖3。

基于調試結果設定注射管上節流閥的開度后,仿真得高壓安注泵冷/熱段注射時高壓安注泵的流量,見表1。

由上表可知,仿真流量與調試結果非常接近。

2.1.2 低壓安注泵冷/熱段注射試驗

本仿真以整個安全注射系統模型中的部分模型為仿真對象,包括換料水箱、低壓安注泵、冷、熱段注射管等。具體仿真模型見圖3。

冷段低壓注射試驗時,調節注射管路上節流閥的開度,使這兩條低壓注射管的流量均為300m3/h或均為180m3/h,調試報告中未給出注射管上節流閥的開度,通過Flowmaster軟件中Flow Balancing模型計算得到。

由表2可知,仿真流量與調試結果非常接近。

2.1.3 冷段再循環注射試驗

本仿真以整個安全注射系統模型為仿真對象,包括換料水箱、高壓安注泵、低壓安注泵、冷、熱段注射管等。具體仿真模型如圖3所示。

圖1 高壓安全注射系統原理圖

圖2 低壓安全注射系統原理圖

表1 高壓安注泵冷/熱段注射試驗

表2 低壓安注泵冷/熱段注射試驗

表3 冷段再循環注射試驗

在本試驗中,再循環地坑內水位達3.0m,高壓安注泵A-1、A-2和低壓安注泵投入運行。冷、熱段注射管上的節流閥開度與2.1.1和2.1.2節的調試值或仿真值一致,仿真得到冷段再循環時安注泵的流量,見表3。

圖3 安全注射系統總模型圖

圖4 高壓安注泵注射流量

由表3結果可知,仿真得到的流量比調試結果略小,計算結果較準確。

2.2 總模型仿真計算

本系統的仿真以反應堆冷卻劑系統B環冷段出現小破口失水事故(3.5英寸破口)作為仿真工況,進行了瞬態的分析計算,結果如圖4所示。

從圖4中可以看出,使用Flowmaster仿真得到的高壓安注泵流量與水力計算程序計算的安注流量吻合比較好。在泵運行的初期,流量誤差相對大一些,而到后期穩定運行時誤差非常小,證明Flowmaster模型是正確合理的。在44.8s,泵運行時,Flowmaster計算表明有水錘現象,形成了流量突增。

3 結語

通過對各種工況的仿真得到了各流量結果,將仿真數據與電站調試報告或設計參數進行對比,可以得出如下結論：

(1)各標定試驗工況下,Flowmaster仿真結果與電站設計數據或調試數據吻合較好,說明Flowmaster在安全注射系統設計和分析上是可行和有效的;

(2)安全注射系統運行時,安注流量仿真結果與熱工水力軟件吻合較好,說明安全注射系統設計方案是可靠的。

總體來說,Flowmaster仿真結果與電站運行調試結果或熱工水力軟件計算結果都吻合得較好,從而驗證了Flowmaster在安全注射系統設計和分析上的可行性與準確性以及安全注射系統設計方案的有效性和可靠性。

[1]蘇林森,楊輝玉,王復生等.900MW壓水堆核電站系統與設備[M].北京：原子能出版社,2005.

[2]D.S. Miller, Internal Flow System, 2nd edition.UK：BHR Group Limited.

[3]Flowmaster V7.8 Help.

[4]Flowmaster V7.8 Reference Help.