CN103559918A - 一种核电站压水堆热功率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种核电站压水堆热功率计算方法，所述压水堆为包括四个环路的EPR堆芯，首先计算每一个环路的热功率值，然后相加四个环路的热功率值即得到EPR堆芯的热功率值，各环路的热功率计算方法如下：将泵的实际转速与理论转速相比得到泵效率；用热段液相焓减去冷段液相焓得到环路的焓升值；用焓升值乘以单位时间内泵的额定流量得到环路中的实际体积流量值；用实际体积流量值乘以冷段液相水密度得到实际质量流量值；用泵效率乘以实际质量流量值再除以1000得到此环路的热功率值。本发明是在热功率计算原理的基础上，由3个环路的热功率计算扩展到4个环路的热功率计算，可以完全替代目前的热功率计算方法，并能很好的适用于EPR热功率计算。

Description

一种核电站压水堆热功率计算方法

技术领域

本发明涉及核电领域，具体涉及一种能够计算多环路压水堆热功率的计算方法。

背景技术

在计算反应堆功率时，由于探测器只能安装在堆芯外的生物屏蔽层中，无法实现直接测量，因此只能通过压水堆各环路之间的热功率来进行计算。在反应堆每个环路中，位于反应堆压力容器出口和蒸汽发生器入口之间的管道称为热段，位于主泵和压力容器入口间的管道称为冷段，热功率计算的原理为：在反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力下，冷段液相水流经换热器进行热交换，换热量可通过焓值计算，根据冷段水经过换热装置后焓值的增加，来计算堆芯热功率。

现有技术中在对压水堆一回路热功率的计算方法是分别计算每个环路的热功率，其中利用的参数包括该环路水流量、泵转速、冷段温度和热段温度等，最后求和得到总的热功率。但是现有的压水堆热功率计算方法只能用于3个环路的热功率计算，且由于液相水密度、液相热段焓和液相冷段焓的计算均采用经验公式得到，因此无法应用到4个环路的压水堆功率计算上。

发明内容

为解决现有技术中对核电站的压水堆热功率计算无法实现四环路热功率计算的问题，本发明提供一种能够实现核电站压水堆四环路热功率计算的方法。具体方案如下：一种核电站压水堆热功率计算方法，所述压水堆为包括四个环路的EPR堆芯，首先计算每一个环路的热功率值，然后相加四个环路的热功率值即得到EPR堆芯的热功率值，其特征在于，各环路的热功率计算方法如下：

步骤1、将泵的实际转速与理论转速相比得到泵效率；

步骤2、用热段液相焓减去冷段液相焓得到环路的焓升值；

步骤3、用焓升值乘以单位时间内泵的额定流量得到环路中的实际体积流量值；

步骤4、用实际体积流量值乘以冷段液相水密度得到实际质量流量值；

步骤5、用泵效率乘以实际质量流量值再除以1000得到此环路的热功率值。

每个环路的热功率值计算公式为：

$W_i=\frac{Q_i}{3600}\×\frac{{\mathrm{\Ω}}_i}{{\mathrm{\Ω}}_0}\×{\mathrm{\ρ}}_i\left(T\right)\×[H_{\mathrm{hi}}\left(T\right)-H_{\mathrm{fi}}\left(t\right)]/1000\left(\mathrm{MW}\right)$

其中：i=1，2，3，4，Q_i为第i个环路的额定流量，此处取每秒的额定流量，Ω₀为主泵的理论转速，Ω_i为主泵的实际转速，实际转速的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为实际转速，ρ_i(T)为冷段液相水密度，H_hi(T)为热段液相焓，H_fi(t)为冷段液相焓。

所述冷段液相水密度ρ(T)的计算公式如下：

ρ＝1/v；

$v=\mathrm{\πRt}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}-n_i{I}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i-1}{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i}/p;$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/t，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，t为冷段温度，冷段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为冷段温度。

所述热段液相焓H_h(T)的计算公式如下：

$H_h=\mathrm{\τRT}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i}{J}_i{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i-1};$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/T，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，T为热段温度，热段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为热段温度。

所述冷段液相焓H_fi(t)的计算公式如下：

$H_f=\mathrm{\τRt}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i}{J}_i{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i-1};$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/t，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，t为冷段温度，冷段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为冷段温度。

本发明的EPR热功率计算方法是在热功率计算原理的基础上，由3个环路的热功率计算扩展到4个环路的热功率计算，可以完全替代目前的热功率计算方法，并能很好的适用于EPR热功率计算。由于使用了水和水蒸汽热力性质IAPWS-IF97公式，该计算方法比目前的计算方法精度更高；该公式不仅可以用于计算3个环路的热功率，还可以用于计算4个环路的热功率。

附图说明

图1本发明的执行步骤流程图；

图2本发明的计算流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的核电站压水堆热功率计算方法，所述压水堆为包括四个环路的EPR堆芯，本发明首先计算每一个环路的热功率值，然后相加四个环路的热功率值即得到EPR堆芯的热功率值，其中各环路的热功率计算方法如下：

101、将泵的实际转速与理论转速相比得到泵效率；

具体的转速采用下述方法得到：每两秒取泵的一个转速，然后取当前计算时间点前的10个转速值，再求平均值作为此次计算的转速值。

102、用热段液相焓减去冷段液相焓得到环路的焓升值；

所述热段液相焓H_h(T)的计算公式如下：

$H_h=\mathrm{\τRT}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i}{J}_i{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i-1};$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/T，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，T为热段温度，热段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为热段温度，其中的各系数由IAPWS-IF97水和水蒸气热物性计算式中得到，如下表所示：

所述冷段液相焓H_fi(t)的计算公式如下：

$H_f=\mathrm{\τRt}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i}{J}_i{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i-1};$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/t，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，t为冷段温度，冷段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为冷段温度。

其中的各系数由IAPWS-IF97水和水蒸气热物性计算式中得到，如下表所示：

103、用焓升值乘以单位时间内泵的额定流量得到环路中的实际体积流量值；

这里泵的额定流量取每秒时间内的流量。

104、用实际体积流量值乘以冷段液相水密度得到实际质量流量值；

所述冷段液相水密度ρ(T)的计算公式如下：

ρ＝1/v；

$v=\mathrm{\πRt}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}-n_i{I}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i-1}{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i}/p;$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/t，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，t为冷段温度，冷段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为冷段温度，其中的各系数由IAPWS-IF97水和水蒸气热物性计算式中得到，如下表所示：

105、用泵效率乘以实际质量流量值再除以1000得到此环路的热功率值。

上述各步骤归纳后由下式实现各环路的热功率值计算的：

$W_i=\frac{Q_i}{3600}\×\frac{{\mathrm{\Ω}}_i}{{\mathrm{\Ω}}_0}\×{\mathrm{\ρ}}_i\left(T\right)\×[H_{\mathrm{hi}}\left(T\right)-H_{\mathrm{fi}}\left(t\right)]/1000\left(\mathrm{MW}\right)$

其中：i=1，2，3，4，Q_i为第i个环路的额定流量，此处取每秒的额定流量，Ω₀为主泵的理论转速，Ω_i为主泵的实际转速，实际转速的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为实际转速，ρ_i(T)为冷段液相水密度，H_hi(T)为热段液相焓，H_fi(t)为冷段液相焓。上述各参数需要根据实际数值求出或测量得到，其中实际转速与理论转速之比

得出泵效率，H_hi(T)-H_fi(t)为焓升，乘以流量可得实际体积流量，乘以密度后可得实际质量流量，并且通过单位换算将功率换算为MW。再通过下式得到堆芯四个环路的热功率之和：

$W=\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i$

其中的i=1，2，3，4。

如图2所示，本发明的执行过程如下：首先根据一段时间内的平均值测得当前环路的冷段温度、热段温度和主泵转速，再根据相应的公式求出冷段液相水密度、冷段液相焓、热段液相焓，通过上述计算值代入环路热功率计算公式中，即可得到当前环路的热功率，利用上述方法依次得到四个环路的热功率，再将四个环路的功率值进行相加即得到堆芯四个环路的实时总热功率值。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (5)

1.一种核电站压水堆热功率计算方法，所述压水堆为包括四个环路的EPR堆芯，首先计算每一个环路的热功率值，然后相加四个环路的热功率值即得到EPR堆芯的热功率值，其特征在于，各环路的热功率计算方法如下：

步骤1、将泵的实际转速与理论转速相比得到泵效率；

步骤2、用热段液相焓减去冷段液相焓得到环路的焓升值；

步骤3、用焓升值乘以单位时间内泵的额定流量得到环路中的实际体积流量值；

步骤4、用实际体积流量值乘以冷段液相水密度得到实际质量流量值；

步骤5、用泵效率乘以实际质量流量值再除以1000得到此环路的热功率值。

2.如权利要求1所述的一种核电站压水堆热功率计算方法，其特征在于，每个环路的热功率值计算公式为：

$W_i=\frac{Q_i}{3600}\×\frac{{\mathrm{\Ω}}_i}{{\mathrm{\Ω}}_0}\×{\mathrm{\ρ}}_i\left(T\right)\×[H_{\mathrm{hi}}\left(T\right)-H_{\mathrm{fi}}\left(t\right)]/1000\left(\mathrm{MW}\right)$

其中：i=1，2，3，4，Q_i为第i个环路的额定流量，此处取每秒的额定流量，Ω₀为主泵的理论转速，Ω_i为主泵的实际转速，实际转速的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为实际转速，ρ_i(T)为冷段液相水密度，H_hi(T)为热段液相焓，H_fi(t)为冷段液相焓。

3.如权利要求2所述的一种核电站压水堆热功率计算方法，其特征在于，所述冷段液相水密度ρ(T)的计算公式如下：

ρ＝1/v；

$v=\mathrm{\πRt}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}-n_i{I}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i-1}{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i}/p;$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/t，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，t为冷段温度，冷段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为冷段温度。

4.如权利要求2所述的一种核电站压水堆热功率计算方法，其特征在于，所述热段液相焓H_h(T)的计算公式如下：

$H_h=\mathrm{\τRT}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i}{J}_i{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i-1};$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/T，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，T为热段温度，热段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为热段温度。

5.如权利要求2所述的一种核电站压水堆热功率计算方法，其特征在于，所述冷段液相焓H_fi(t)的计算公式如下：

$H_f=\mathrm{\τRt}\×\underset{i=1}{\overset{34}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i{(7.1-\mathrm{\π})}^{I_i}{J}_i{(\mathrm{\τ}-1.222)}^{J_i-1};$

其中：π＝p/p^*，p^*＝16.53MPa，p为反应堆冷却剂系统正常运行的工作绝对压力，τ＝T^*/t，T^*＝1386K，R＝0.461526kJkg^-1K^-1，t为冷段温度，冷段温度的取值方法如下：每两秒取一个点，然后以计算时刻前10个点的滑动平均值作为冷段温度。

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