壓水堆核電機(jī)組余熱導(dǎo)出系統(tǒng)預(yù)熱優(yōu)化分析

張博

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222042

1 余熱導(dǎo)出系統(tǒng)接入時(shí)存在的問題

余熱導(dǎo)出系統(tǒng)完成以下設(shè)定功能：組成余熱導(dǎo)出回路，參與反應(yīng)堆裝置的冷卻；在正常換料時(shí)冷卻乏燃料水池；在余熱導(dǎo)出系統(tǒng)與一回路連接時(shí)，防止一回路及余熱導(dǎo)出系統(tǒng)管線低溫下超壓。

壓水堆核電機(jī)組余熱導(dǎo)出系統(tǒng)在接入一回路時(shí)需要進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，在進(jìn)行余熱導(dǎo)出系統(tǒng)預(yù)熱時(shí)，在進(jìn)行到最終預(yù)熱步驟時(shí)，打開一路電動(dòng)疏水閥門，一回路冷卻劑經(jīng)余熱導(dǎo)出管線預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為疏水溫度與一回路溫差小于30℃。

在實(shí)際的“熱換水”預(yù)熱過程中，在一回路溫度為130℃左右時(shí)，打開電動(dòng)疏水閥后，由于預(yù)熱流量小，達(dá)到要求需要4小時(shí)左右。為了加快“熱換水”預(yù)熱速度，考慮可以增加打開一路（稱其為A）用于一回路泄露監(jiān)測（以下簡稱監(jiān)測系統(tǒng)）的電動(dòng)閥同時(shí)進(jìn)行預(yù)熱，以增大預(yù)熱流量，加快預(yù)熱速度。但這A路管線并未用于預(yù)熱設(shè)計(jì)，它的承壓能力能否滿足要求，需要進(jìn)行論證，本文將對(duì)A路管線能否可行進(jìn)行分析論證[1]

2 優(yōu)化的可行性分析

2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)文件分析新增管線的可行性

在預(yù)熱過程中曾打開一路（稱其為B）監(jiān)測系統(tǒng)的電動(dòng)閥的預(yù)熱步驟，經(jīng)查詢泄露監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件中A，B兩路管線的管徑和壁厚（均為18/2.5mm）、設(shè)計(jì)壓力和溫度相同，均為閥門前設(shè)計(jì)壓力和溫度為17.6Mpa，150℃，閥后管線為2Kpa，100℃。因此，從設(shè)計(jì)參數(shù)上可行

2.2 通過管道節(jié)流損失理論計(jì)算可行性

由于監(jiān)測系統(tǒng)閥后管線承壓能力僅為2Kpa，需驗(yàn)證經(jīng)節(jié)流后的是否滿足管線的設(shè)計(jì)壓力要求。

一回路為1.8Mpa時(shí)，在使用B預(yù)熱時(shí)流量約為0.8kg/s，現(xiàn)將A管線打開時(shí)的流量也估算為0.8kg/s。A和B的管徑均為D=18mm，因此根據(jù)：

質(zhì)量流量m=ρνS，得到流速v=3.14m/s

A管線的節(jié)流孔板的管徑d=4.5mm

根據(jù)節(jié)流孔板的局部水頭損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

收縮截面直徑d/進(jìn)水管直徑D 0.24 0.27 0.3 0.34 0.43 0.5 0.58局部阻力系數(shù)ζ 748 457 292 171 60 30 14

d/D=4.5/18=0.25，得到ζ=651

因此流過孔板的壓頭損失為：

ΔΡ=ζρν2/2=651＊1000＊3.142/2=32090pa=3.2Mpa。

而一回路壓力為氮?dú)鈮|，壓力不會(huì)超過2Mpa，因此在節(jié)流孔板后滿足A管線的要求。

2.3 可行性的分析結(jié)論

綜上所述，使用A管線同時(shí)預(yù)熱是可行的。

在實(shí)際的預(yù)熱過程中，主要的時(shí)間是等余熱導(dǎo)出系統(tǒng)管道內(nèi)的冷水換出，這段時(shí)間疏水預(yù)熱管線排水溫度基本不變，只要冷水換出后，疏水管線溫度便會(huì)很快的上升，因此，增加預(yù)熱流量對(duì)于增加預(yù)熱速度具有很好的效果。電動(dòng)疏水預(yù)熱管線的管徑為32mm，A管徑為18mm，若在打開電動(dòng)疏水預(yù)熱管線的同時(shí)打開A管線，根據(jù)管徑計(jì)算，預(yù)熱流量可以增加約30%，預(yù)熱時(shí)間由4h縮減為2.8h，節(jié)省1.2h，有效的縮短了預(yù)熱時(shí)間，提高了預(yù)熱效率[2]。

3 實(shí)際應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

3.1 選取參考系

后續(xù)進(jìn)行了預(yù)熱導(dǎo)出優(yōu)化試驗(yàn)，為評(píng)價(jià)預(yù)熱優(yōu)化的效果，余熱導(dǎo)出系統(tǒng)共有4個(gè)通道，選取一三通道為例說明優(yōu)化后的預(yù)熱速度。選取了的一通道余熱導(dǎo)出預(yù)熱作為參考。原因有以下幾點(diǎn)：

（1）開始預(yù)熱時(shí)一回路冷腿溫度接近，兩種情況下開始最終熱換水預(yù)熱時(shí)的一回路冷腿溫度相近，均為120℃左右。

（2）在整個(gè)預(yù)熱期間，一回路溫度變化基本相同。

因此選取此兩種情況下的預(yù)熱速度進(jìn)行比較，在整個(gè)預(yù)熱期間一回路溫度和保溫情況對(duì)預(yù)熱的效果均沒有影響，可以單一考慮打開A管線閥門后對(duì)預(yù)熱效果的影響[3]。

3.2 優(yōu)化后的的預(yù)熱結(jié)果對(duì)比：

優(yōu)化后一通道時(shí)間：預(yù)熱時(shí)間共計(jì)3h，期間打開了A管線閥門約1h左右。

優(yōu)化后三通道時(shí)間：預(yù)熱時(shí)間共計(jì)3h，期間打開了A管線閥門約1h左右。

因此根據(jù)以上數(shù)據(jù)，優(yōu)化后的預(yù)熱時(shí)間為3h。

優(yōu)化前一通道的預(yù)熱情況：預(yù)熱時(shí)間共計(jì)5h 17min。

4 結(jié)語

根據(jù)預(yù)熱期間的上充下泄的流量變化，A管線的流量為1kg/s左右，在理論計(jì)算時(shí)估算為0.8kg/s時(shí)通過A管線的壓差為3.2Mpa，實(shí)際流量大于0.8kg/s，流量越大壓降越大，因此A管線的承壓能力可以保證。

根據(jù)兩種情況下預(yù)熱時(shí)間的對(duì)比，優(yōu)化前的預(yù)熱時(shí)間為5h 17min，優(yōu)化后的預(yù)熱時(shí)間為3h，優(yōu)化后的預(yù)熱時(shí)間減少為43%。因此在優(yōu)化后很大程度上提高了預(yù)熱效率，同時(shí)也滿足管線的設(shè)計(jì)參數(shù)，在理論上和實(shí)際中均可行并經(jīng)過了驗(yàn)證，同時(shí)節(jié)流壓差的計(jì)算方法為類似問題提供了一個(gè)解決問題的方法。