核電機組低壓安注試驗限流孔板調整計算

2018-01-30 05:58:33邵會福王建國凌學會王季能

山東電力技術 2018年1期

邵會福，王建國，凌學會，王季能

（紅沿河核電有限公司，遼寧大連 116001）

0 引言

當一回路發生失水事故或二回路的汽水回路發生破裂或失效時，為了確保堆芯熱量的排出和安全殼的完整性，限制事故的發展和減輕事故的后果，核電站設置了專設安全設施。其中安全注入系統是專設安全設施的重要組成部分，主要實現在不同工況下向反應堆注入所需流量。安全注入系統（RIS）設置了多條管路以滿足不同的運行條件下反應堆的流量需求.為確保注入流量的匹配，在管路上設置了不同型號的限流孔板。

在核電站日常運維中，需要定期執行低壓安注試驗以驗證不同工況下安全注入系統向反應堆注入冷卻水的流量是否滿足設計要求。當試驗結果不滿足設計要求時，需要對低壓安注系統相應管路上的限流孔板孔徑進行調整。

1 低壓安注試驗

低壓安注試驗流程見圖1。試驗工況主要有冷段直接注入工況、熱段同時注入工況、冷段同時注入工況，冷熱段同時注入工況，每一種工況流程見表1。001PO和002PO分別獨立執行4種工況。當低壓安注試驗某一工況結果不合格時，需調整相應的孔板。

圖1 安全注入系統流程

低壓安注試驗涉及的孔板調整情況主要包括：冷段直接注入工況環路流量不匹配，需要調整008DI／009DI／010DI孔板中某一個孔板尺寸，調整單個孔板時的調整原則：調整流量偏離中間值最大的環路的孔板；冷段直接注入工況總體流量不合格，需要同步調整008DI／009DI／010DI孔板尺寸；冷段同時注入工況總體流量不合格，需要調整017DI／018DI孔板尺寸；熱段同時注入工況總體流量不合格，需要調整003DI／002DI孔板尺寸。

由于低壓安注試驗工況復雜，根據某一運行工況調整孔板后，需要根據新的孔板孔徑對所有該孔板相關的運行工況進行驗證。調整008DI／009DI／010DI孔板后需要對冷段直接注入工況、冷段同時注入工況和冷段和熱段同時注入工況進行驗證。調整017DI／018D孔板后需要對冷段同時注入工況和冷段和熱段同時注入工況進行驗證。調整002DI／003DI孔板后需要對熱段同時注入工況和冷段和熱段同時注入工況進行驗證。

2 限流孔板調整計算方法

核電廠中使用的限流孔板主要是單級孔板，單級孔板又可分為單級有斜角和單級無斜角兩種類型。低壓安注試驗涉及的管路上的限流孔板全部為單級有斜角孔板，如圖2所示。

圖2 單級有斜角孔板

根據國標GB／T 2624.2—2006，流經孔板的質量流量可以由式（1）計算［1］。

式中：D為管道內徑；d為孔板孔徑；E為孔板厚度；C為流出系數；β 為直徑比，β＝d／D；ε 為壓縮系數；ρ為流體密度。其中，孔板壓力損失Δω與ΔP差壓的關系為

表1 低壓安注試驗工況流程

根據以上計算公式可以完成孔板孔徑、差壓、流量、孔板阻力系數等相關參數計算［2］。

根據流體機械理論［3］，泵特性曲線與管路特性曲線交點即為實際運行工況點，管路特性曲線是由管路元件特性及管路位能差決定。管路計算原理如圖3所示。

圖3 管路計算原理

對于單環路系統，根據伯努利方程可得

式中：KL為去除孔板后管路阻力系數；Kor為孔板的阻力系數；H（Q）為泵的揚程；Q為目標工況點的流量。

對于3個環路并聯的管路，有：

式中：KZ為并聯管路節點之前的管路阻力系數；KLi為并聯節點后分支管路阻力系數（不含孔板），i=1，2，3。

根據并聯管路特性：

式中：Ki為并聯支路管路阻力系數（不含孔板）。

通過以上公式推導可知，根據孔板調整前試驗數據可以計算出每一條管路去除孔板的阻力系數，假設調整孔板前后不含孔板的管路阻力系數不變，給定目標流量可以求得每一條管路的新的阻力系數，除去不含孔板的管路阻力系數就是新的孔板的阻力系數，再根據新的孔板阻力系數和相應的流量可以求得新的孔板的孔徑［4］。孔板調整計算流程如圖4所示。

圖4 孔板調整計算流程

3 安全注入系統孔板調整計算實例

某核電站4號機安全注入系統001PO和002PO經過了換型，泵特性曲線發生了變化，新換型的泵揚程比較高。在進行低壓安注試驗的直接注入冷段的工況試驗中，泵的流量偏高，已經接近冷段直接注入工況驗收準則的邊界。為確保各試驗工況流量滿足要求，進行了孔板調整工作，將 008DI／009DI／010DI的孔徑由原來的78.5 mm調整到74 mm，同時，將RIS003DI孔徑由200 mm更換為148 mm。調整前后的試驗數據如表2和表3所示。