CN105488324A - 一种核电厂给水加热器安全阀选型方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂给水加热器安全阀选型方法及系统，用于解决现有技术中在核电厂给水加热器安全阀选型上，缺乏有效可靠的方法来选择合适型号的安全阀以确保给水加热器安全运行的技术问题，所述方法包括：基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型；实现了根据实际应用情况设计计算核电厂给水加热器的安全阀通流量，基于该通流量设计或选择合适的安全阀，来确保给水加热器压力值能够维持在安全压力范围内。

Description

一种核电厂给水加热器安全阀选型方法及系统

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电厂给水加热器安全阀选型方法及系统。

背景技术

核电厂给水加热系统是核电厂常规岛重要的工艺系统，核电厂给水加热系统中的主要设备是给水加热器，如图1所示，给水加热器是用于加热给水的表面式换热器，主要由壳体10和U型换热管20(包括入水口201和出水口202)组成；壳体10构成一密封壳体空间，U型换热管20设置在该壳体空间内；在壳体10上设置有给水入口101和给水出口102分别与U型换热管20的入水口201和出水口202导通；在壳体10上设置有用于与核电厂汽水分离再热器30(以下简称：MSR)连接的疏水入口103、用于与汽轮机40连接的抽气入口104；其中，MSR30向壳体空间注入的高温疏水和汽轮机40向壳体空间注入的高温蒸汽是给水加热器的两个主要热源；它们通过热传递作用将热量传递给U型换热管20中的给水。

由于核电厂给水加热器存在超过设计压力的安全问题，为了保证设备的安全运行，在核电厂给水加热器壳体10上还设置有用于在壳体10内部的压力超过安全临界压力值时及时向外排放工质的安全排汽管道50；在安全排汽管道50上设置有用于调节排汽量的安全阀60。由于安全阀60的通流量决定了在工况发生(即给水加热器超压)时是否能够及时排出给水加热器壳内的工质来给其降压，即安全阀60的通流量对于保证核电厂的安全稳定运行起着非常重要的作用，因此在给水加热器安全阀60选型设计中，安全阀60通流量的正确估算至关重要。

目前，火电厂给水加热器系统和设备形式与核电厂基本相同，二者的不同之处在于火电厂给水加热器的热源主要来自汽轮机注入的热蒸汽(如图1所示，除去虚线框1所示的部分，即为火电厂给水加热系统的结构图)。目前，国内外大多数火电厂给水加热器安全阀通流量设计估算均遵循国内外广泛使用的美国HEI标准，在我国国内有少数火电厂也采用国内电力行业标准；但是无论是采用美国HEI标准还是国内电力行业标准，在进行给水加热器安全阀通流量设计估算时，安全阀通流量需满足给水加热器内一根换热管破裂2个断口的给水流量或10％额定给水流量两者当中较大值的排放要求，从而保证给水加热器不发生超压致使设备损坏。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

仍请参考图1，核电厂给水加热器相比于火电厂给水加热器，其热源增加了“MSR向壳体空间注入高温疏水”这一项(即图1中虚线框中的部分)；由于汽水分离再热器30的疏水进入给水加热器，疏水受到的压力会减小而转换为水蒸汽，又由于安全阀60基于通流量选型的基础是流体力学和工程热力学的基本公式，而对于水蒸汽(特别是饱和水蒸汽)由于其热力学特性不同于理想气体，使得其通流量计算具有特殊性；基于这一特殊性，在核电厂给水加热器实际应用中还需要考虑疏水流量调节阀(设置在给水加热器壳体10与汽水分离再热器30的连接管道上，用于调节疏水流量)失效造成给水加热器壳内超压的情况，而这一点是火电厂给水加热器安全阀在通流量设计估算时所不需要考虑的。可见，火电厂给水加热器安全阀通流量估算设计遵循HEI标准可满足火电厂给水加热器安全运行的安全阀选型需求，但不适用于核电厂给水加热器安全阀选型。

也就是说，现有技术中存在，在核电厂给水加热器安全阀选型上，缺乏有效可靠的方法来选择合适型号的安全阀以确保给水加热器安全运行的技术问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种核电厂给水加热器安全阀选型方法及系统，解决了现有技术中在核电厂给水加热器安全阀选型上，缺乏有效可靠的方法来选择合适型号的安全阀以确保给水加热器安全运行的技术问题，通过在核电厂给水加热器安全阀通流量设计估算方面，同时考虑与汽水分离再热器相连管道上调节阀门故障失效全开工况时的蒸汽流量，以及根据HEI标准在换热管破裂工况时进入加热器壳体中的给水流量，并基于这两个流量来确定出安全阀的通流量，基于此通流量设计合适的安全阀或选择合适型号的安全阀，基于此安全阀来维持给水加热器压力值处于安全压力范围内，从而提高核电厂给水加热器的可靠性，提升核电厂运行的安全性。

一方面，本申请实施例提供了一种核电厂给水加热器安全阀选型方法，核电厂的给水加热器包括壳体和换热管；所述壳体上设置有与所述核电机厂的汽水分离再热器连接的具有疏水流量调节阀的疏水管道；所述汽水分离再热器通过所述疏水管道为所述给水加热器提供疏水，以作为所述给水加热器的热源为所述换热管中的给水加热；所述壳体上还设置有用于在所述壳体内部压力超过安全临界压力值时进行排汽的排汽管道；所述排汽管道上设置有用于控制调节排汽量的安全阀；所述方法包括步骤：

S1、基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；

S2、基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；

S3、基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

可选的，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、基于所述汽水分离再热器为所述给水加热器提供疏水的疏水量，计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数；

S12、基于所述疏水流量调节阀的流动系数，计算获得当所述疏水流量调节阀处于全开状态时从所述汽水分离再热器进入到所述给水加热器的蒸汽流量；

S13、基于所述蒸汽流量计算获得所述安全阀的所述第一通流面积。

可选的，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、基于所述换热管破口的工况，计算获得从所述换热管的破口处流入所述给水加热器的壳体中的给水流量；

S22、基于所述给水流量，计算获得所述安全阀的所述第二通流面积。

可选的，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、根据所述给水加热器的安全阀设计需求，确定所述安全阀排汽所要解决的工况问题；

S32、基于所要解决的工况问题，对所述第一通流面积和所述第二通流面积进行计算处理，以确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

可选的，所述步骤S32具体为：

当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态或所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过比较所述第一通流面积和所述第二通流面积的大小，从所述第一通流面积和所述第二通流面积中确定出较大的通流面积为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型；以及

当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态且所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过所述第一通流面积与所述第二通流面积相加得到通流面积和，并确定所述通流面积和为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

另一方面，本申请实施例还提供了一种核电厂给水加热器安全阀选型系统，核电厂的给水加热器包括壳体和换热管；所述壳体上设置有与所述核电机厂的汽水分离再热器连接的具有疏水流量调节阀的疏水管道；所述汽水分离再热器通过所述疏水管道为所述给水加热器提供疏水，以作为所述给水加热器的热源为所述换热管中的给水加热；所述壳体上还设置有用于在所述壳体内部压力超过安全临界压力值时进行排汽的排汽管道；所述排汽管道上设置有用于控制排汽流量的安全阀；所述安全阀选型系统包括：

第一计算模块，用于基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；

第二计算模块，用于基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；

第三计算模块，用于基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

可选的，所述第一计算模块，包括：

第一计算单元，用于基于所述汽水分离再热器为所述给水加热器提供疏水的疏水量，计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数；

第二计算单元，用于基于所述疏水流量调节阀的流动系数，计算获得当所述疏水流量调节阀处于全开状态时从所述汽水分离再热器进入到所述给水加热器的蒸汽流量；

第三计算单元，用于基于所述蒸汽流量计算获得所述安全阀的所述第一通流面积。

可选的，所述第二计算模块，包括：

第四计算单元，用于基于所述换热管破口的工况，计算获得从所述换热管的破口处流入所述给水加热器的壳体中的给水流量；

第五计算单元，用于基于所述给水流量，计算获得所述安全阀的所述第二通流面积。

可选的，所述第三计算模块，包括：

第一确定单元，用于根据所述给水加热器的安全阀设计需求，确定所述安全阀排汽所要解决的工况问题；

第二确定单元，用于基于所要解决的工况问题，对所述第一通流面积和所述第二通流面积进行计算处理，以确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

可选的，所述第二确定单元，包括：

第一确定子单元，用于当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态或所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过比较所述第一通流面积和所述第二通流面积的大小，确定所述第一通流面积和所述第二通流面积中较大的通流面积为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型；

第二确定子单元，用于当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态且所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过所述第一通流面积与所述第二通流面积相加得到通流面积和，并确定所述通流面积和为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在本申请实施例中，首先，基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；然后，基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；最后，基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。也就是说，根据核电厂给水加热器相较于火电厂给水加热器多具备从MSR获取高温疏水作为热源的实际结构设计，通过在核电厂给水加热器安全阀通流量设计估算上，同时考虑与汽水分离再热器相连管道上调节阀门故障失效全开工况时的蒸汽流量，以及根据HEI标准在换热管破裂工况时进入加热器壳体中的给水流量，并基于这两个流量来确定出安全阀的设计通流量，基于此通流量进行安全阀设计或选择合适型号的安全阀，解决了现有技术中在核电厂给水加热器安全阀选型上，缺乏有效可靠的方法来选择合适型号的安全阀以确保给水加热器安全运行的技术问题，实现了采用合适的安全阀来使给水加热器压力值维持在安全压力范围内，提高核电厂给水加热器的可靠性和提升核电厂运行的安全性的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为背景技术提供的给水加热器结构图；

图2为本申请实施例提供的核电厂给水加热系统的一列给水加热器结构图；

图3为本申请实施例提供的一种核电厂给水加热器安全阀选型方法流程图；

图4为本申请实施例提供的第二种核电厂给水加热器安全阀选型方法流程图；

图5为本申请实施例提供的第三种核电厂给水加热器安全阀选型方法流程图；

图6为本申请实施例提供的第四种核电厂给水加热器安全阀选型方法流程图；

图7为本申请实施例提供的一种核电厂给水加热器安全阀选型系统结构框图；

图8为本申请实施例提供的第二种核电厂给水加热器安全阀选型系统结构框图；

图9为本申请实施例提供的第三种核电厂给水加热器安全阀选型系统结构框图；

图10为本申请实施例提供的第四种核电厂给水加热器安全阀选型系统结构框图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种核电厂给水加热器安全阀选型方法，解决了现有技术中在核电厂给水加热器安全阀选型上，缺乏有效可靠的方法来选择合适型号的安全阀以确保给水加热器安全运行的技术问题，通过在核电厂给水加热器安全阀通流量设计估算方面，同时考虑与汽水分离再热器相连管道上调节阀门故障失效全开工况时的蒸汽流量，以及根据HEI标准在换热管破裂工况时进入加热器壳体中的给水流量，并基于这两个流量来确定出安全阀的通流量，基于此通流量设计合适的安全阀或选择合适型号的安全阀，基于此安全阀来维持给水加热器压力值处于安全压力范围内，从而提高核电厂给水加热器的可靠性，提升核电厂运行的安全性。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供了一种核电厂给水加热器安全阀选型方法，核电厂的给水加热器包括壳体和换热管；所述壳体上设置有与所述核电机厂的汽水分离再热器连接的具有疏水流量调节阀的疏水管道；所述汽水分离再热器通过所述疏水管道为所述给水加热器提供疏水，以作为所述给水加热器的热源为所述换热管中的给水加热；所述壳体上还设置有用于在所述壳体内部压力超过安全临界压力值时进行排汽的排汽管道；所述排汽管道上设置有用于控制调节排汽量的安全阀；所述方法包括步骤：基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

可见，在本申请实施例中，根据核电厂给水加热器相较于火电厂给水加热器多具备从MSR获取高温疏水作为热源的实际结构特点，通过在核电厂给水加热器安全阀通流量设计估算上，同时考虑与汽水分离再热器相连管道上调节阀门故障失效全开工况时的蒸汽流量，以及根据HEI标准在换热管破裂工况时进入加热器壳体中的给水流量，并基于这两个流量来确定出安全阀的设计通流量，基于此通流量进行安全阀设计或选择合适型号的安全阀，解决了现有技术中在核电厂给水加热器安全阀选型上，缺乏有效可靠的方法来选择合适型号的安全阀以确保给水加热器安全运行的技术问题，实现了采用合适的安全阀来使给水加热器压力值维持在安全压力范围内，提高核电厂给水加热器的可靠性和提升核电厂运行的安全性的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

在具体实施过程中，核电厂给水加热系统一般由两个高压给水加热器列构成，每列包括1台6号高压给水加热器和1台7号高压给水加热器(以下简称为“高加”)，如图2所示，首先介绍6号高加，6号高加主要包括壳体10a和换热管20a(具体可以为U型，包括入水口201a和出水口202a)；其中，壳体10a构成一封闭空间30a，被一隔板分隔为两个容室(即水室301a和加热室302a)；水室301a被分隔为冷水半室3011a和热水半室3012a，在冷水半室3011a的壳体上设置有用于与给水泵连接的低温给水进水管道101a，在热水半室3012a的壳体上设置有用于与下一级设备连接的高温给水出水管道102a；换热管20a设置在加热室302a中，换热管20a的入水口201a与冷水半室3011a连通，换热管20a的出水口202a与热水半室3012a连通。加热室302a的壳体上设置有用于与核电厂汽水分离再热器一级水箱(以下简称：MSR一级水箱)连接的疏水管道103a、用于从核电厂汽轮机获取高温蒸汽的6级抽气管道104a，以及用于在加热室302a内压力超过安全临界压力值时向外排放汽体的安全排汽管道105a；其中，在疏水管道103a上设置有用于调节MSR一级水箱疏水流量的调节阀40a，在安全排汽管道105a上设置有用于调节排汽量的安全阀50a。

具体的，核电厂给水泵将除氧器中的给水导向低温给水进水管道101a中，以将低温给水输送到冷水半室3011a，冷水半室3011a的低温给水通过换热管20a的入水口201a进入并充满换热管20a；同时，加热室302a通过疏水管道103a接收来自MSR一级水箱的高温疏水，以及通过6级抽气管道104a接收来自汽轮机的高温蒸汽，以使高温疏水和高温蒸汽将自身热量传递给流经换热管20a的低温给水，加热后温度升高的给水从换热管20a的出水口202a流出进入热水半室3012a中，并经高温给水出水管道102a流入到下一级设备。

7号高加的结构与6号高加的结构基本相同，7号高加的加热室302b的壳体上设置有用于与核电厂汽水分离再热器二级水箱(以下简称：MSR二级水箱)连接的疏水管道103b、用于从核电厂汽轮机获取高温蒸汽的7级抽气管道104b，以及用于在加热室302b内压力超过安全临界压力值时向外排放汽体的安全排汽管道105b；其中，在疏水管道103b上设置有用于调节MSR二级水箱疏水流量的调节阀40b，在安全排汽管道105b上设置有用于调节排汽量的安全阀50b，对于7号高加的其它结构这里不再一一赘述。

7号高加用于对6号高加出水管道102a排除的给水进行再次加热，7号高加的给水进水管道101b即为6号高加的出水管道102a，用于接收经6号高加加热后的给水，6号高加输出的给水流经7号高加的换热管20b；同时，7号高加加热室302b通过疏水管道103b接收来自MSR二级水箱的高温疏水，以及通过7级抽气管道104b接收来自汽轮机的高温蒸汽，以使高温疏水和高温蒸汽将自身热量传递给流经换热管20b的温度较低的给水，加热后的给水从换热管20b的出水口202b流出进入热水半室3012b中，并经出水管道102b流入到下一级设备(即蒸汽发生器)。

另外，6号高加和7号高加的加热室(302a、302b)会生成疏水，在二者的壳体上还分别设置有正常排疏水管道(106a、106b)和与凝汽器连接的危机排疏水管道(107a、107b)等辅助管道(与本方案基本无关)；其中，7号高加的正常排疏水管道106b与6号高加加热室302a连通，用于作为6号高加的另一个热源，6号高加的正常排疏水管道106a与除氧器连通。可见，6号高加和7号高加在结构上的不同点在于：7号高加正常排疏水管道106b与6号高加连通。

在具体实施过程中，对于6号高加来说，影响6号高加壳内压力的可能因素包括：1)在汽轮机通过6级抽气管道104a提供高温蒸汽时发生工况；2)在7号高加通过正常排疏水管道106b提供高温疏水时发生工况；3)在MSR一级水箱通过疏水管道103a提供高温疏水时发生工况；4)发生换热管20a破管工况；对于7号高加来说，影响7号高加壳内压力的可能因素包括：1)在汽轮机通过7级抽气管道104b提供高温蒸汽时发生工况；2)在二级MSR水箱通过疏水管道103b提供高温疏水时发生工况；3)发生换热管20b破管工况。

通常核电厂设备之间的连通管道上都会设置流量调节装置，但是，6级抽汽管道104a(用于连通汽轮机抽气口和6号高加的加热室302a)上没有设置任何调节装置，其抽气流量取决于汽轮机抽气口和加热室302a壳侧之间的微小压差，在正常运行时抽气管道的抽气流量约为加热室302a壳侧压力的2％左右。抽气管道104a的抽汽流量对6号高加壳侧的压力变化非常敏感，当6号高加加热室302a壳侧压力微幅上升时，很容易超过汽轮机抽气口的压力，使抽汽管道104a被完全闭锁，而不再向6号高加中输送高温蒸汽。可见，汽轮机6级抽气管道并不会无限制的向6号高加供汽，其供汽量受6号高加壳内压力的制约；同理，7级抽气管道向7号高加供汽的供气量受7号高加壳内压力的制约。也就是说，汽轮机向6号、7号高加供汽不会影响给水加热器壳内压力。另外，对于6号高加来说，7号高加向其提供高温疏水的正常排疏水管道106b，将6号高加和7号高加连通，在一定程度上可将二者作为一个整体看待，在7号高加内部压力可控的情况下，是不会对6号高加内部压力造成影响的，也就是说，通常情况下，7号高加通过正常排疏水管道106b向6号高加提供高温疏水不会造成6号高加内部压力上升。

可见，对于6号、7号高加，影响其壳内压力的主要因素均为发生换热管破口工况和/或MSR一级、二级水箱通过疏水管道向6号、7号高加提供高温疏水时发生工况(具体为：与MSR水箱连通的疏水管道上的疏水流量调节阀失控全开的工况)。下面对换热管破口工况和与MSR水箱连通的疏水管道上的疏水流量调节阀失控全开的工况进行具体介绍：

1)换热管破口的工况

当给水加热器发生换热管破口或换热管管板破损时，会造成大量高压给水通过换热管破损处流入给水加热器的壳侧(即加热室)，导致加热室水位急剧升高，而引起加热室压力升高，甚至超过预设的安全临界压力值。

2)与MSR水箱连通的疏水管道上的疏水流量调节阀失控全开的工况

MSR包括水箱和与水箱连通且位于水箱上游的汽箱；MSR水箱中的疏水对MSR汽箱中的高压蒸汽有水封作用，当高加与MSR水箱连通的疏水管道上的疏水流量调节阀失控全开时，MSR水箱中的疏水迅速流入高加中，当疏水流干时，MSR水箱丧失对MSR汽箱中高压蒸汽的水封作用，MSR汽箱中的高压蒸汽直接进入高加，破坏高加的热力平衡，使高加的工作状态(例如壳侧压力)向超压方向发生变化，最终造成高加壳侧超压。

在具体实施过程中，当发生上述两种工况时，若给水加热器安全阀具有足够的排放高加加热室中工质的能力，就能确保高加不会发生超压，从而提高核电厂给水加热器的可靠性和提升核电厂运行的安全性。给水加热器安全阀排汽能力体现在安全阀通流量的设计上。请参考图3，针对每一个给水加热器，本申请实施例提供了一种核电厂给水加热器安全阀选型方法，所述方法包括步骤：

S1、基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；

S2、基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；

S3、基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

(1)首先介绍所述安全阀的第一通流面积的获取原理

具体的，请参考图4，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、基于所述汽水分离再热器为所述给水加热器提供疏水的疏水量，计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数；

S12、基于所述疏水流量调节阀的流动系数，计算获得当所述疏水流量调节阀处于全开状态时从所述汽水分离再热器进入到所述给水加热器的蒸汽流量；

S13、基于所述蒸汽流量计算获得所述安全阀的所述第一通流面积。

其中，在通过步骤S11计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数时，需要根据汽水分离再热器在第一级再热器隔离工况时的最大疏水量、疏水流量调节阀的阀前压力和阀后压力，以及阀门压力恢复系数计算出疏水调节阀门流量系数，具体的，可以通过式(I)计算获得疏水流量调节阀的阀门流动系数C_v：

C_V＝1.16×Q_L×(G/(K_m×(P₁-F_F×P_V)))^0.5(I)

式(I)中，Q_L表示疏水流量，由MSR第一级再热器隔离工况的热平衡图得到的最大疏水量；G表示疏水密度，由蒸汽的压力查水的物理性质表得到；K_m表示压力恢复系数，由阀门数据表可查得；P₁表示疏水流量调节阀的阀前压力，根据热平衡图得到具体数值；F_F为临界压力系数，由阀门数据表可查得；P_V表示饱和蒸汽压力，由疏水温度查水的物理性质表得到。

考虑在发生疏水流量调节阀阀门失效工况时，通过此阀门流入高加的工作介质会由MSR水箱中的饱和疏水变为MSR汽箱中的高压蒸汽，在根据式(I)计算出疏水流量调节阀的阀门流动系数C_v后，还需要计算出通过疏水流量调节阀阀门流入给水加热器的高压蒸汽的蒸汽流量W₁，如式(II)所示：

W₁＝C_V/(0.0368×(V_s/ΔP)^0.5×(1-ΔP/3P₁X_T)^-1)(II)

式(II)中，C_v表示MSR疏水流量调节阀阀门流量系数，由式(I)计算得到；V_s表示蒸汽比体积，由蒸汽的压力查水的物理性质表得到；ΔP表示MSR疏水流量调节阀阀门前后压差，由热平衡图查得；P₁表示MSR疏水流量调节阀阀前蒸汽压力，由热平衡图查得；X_T为临界流动系数，由阀门数据表可查得。在具体实施过程中，当MSR疏水流量调节阀的阀前压力为MSR汽箱的主蒸汽压力时，MSR疏水流量调节阀的阀后压力即为给水加热器安全阀的起跳压力(即阀门打开排放工质的压力)。

进一步，在计算出当MSR疏水流量调节阀阀门失效全开工况时，通过疏水流量调节阀阀门流入给水加热器的高压蒸汽的蒸汽流量W₁之后，即可通过式(III)计算出在给水加热器安全阀能够及时排出进入给水加热器的蒸汽时，给水加热器安全阀的通流面积(即所述第一通流面积)A₁：

A₁＝W₁/(0.525×P×0.9×K_d)(III)

式(III)中，W₁表示在MSR疏水流量调节阀阀门失效时需要给水加热器安全阀排出的蒸汽流量，由式(II)计算得到；P表示给水加热器安全阀的开启压力，根据热平衡图数据设定；K_d表示给水加热器安全阀的流量系数，由安全阀的参数表查得。

(2)然后介绍所述安全阀的所述第二通流面积的获取原理

在具体实施过程中，如图5所示，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、基于所述换热管破口的工况，计算获得从所述换热管的破口处流入所述给水加热器的壳体中的给水流量；

S22、基于所述给水流量，计算获得所述安全阀的所述第二通流面积。

具体的，首先，根据HEI换热器设计规范可知，给水加热器的安全阀通流面积的设计，需要考虑一根传热管断裂两个破口流出的给水流量，可通过式(IV)计算获得一根换热管破裂两个断口流出的给水流量W₂：

W₂＝22.9×10^-2×D_i×(P_t-P_s)^0.5(IV)

式(IV)中，D_i表示换热管公称内径，由加热器数据表查得；P_t表示换热管侧设计压力，由加热器数据表查得；P_s表示给水加热器壳侧设计压力，由加热器数据表查得。

又由于在具体实施过程中，在通过给水加热器安全阀排出换热管破口流入加热室的给水时，由于安全阀的阀前阀后存在压力差，部分给水会闪蒸为蒸汽，也就是说，给水在经过安全阀时具有两相流动特性，即通过给水加热器安全阀的工作介质为两相流动的水和蒸汽，需要分别计算出在通过安全阀的排给水时安全阀排出的饱和水和蒸汽的通流面积。

在换热管破裂单一工况时，计算给水加热器安全阀排出的饱和水和饱和蒸汽的通流面积，首先需要计算给水流过给水加热器安全阀时的闪蒸系数X，如式(V)所示：

X＝(h₁-h₂)/(h_s-h₂)(V)

式(V)中，h₁表示安全阀前给水焓值，由阀前压力查水的物理性质表查得；h₂表示安全阀后给水焓值，由阀后压力查水的物理性质表查得；h_s表示安全阀后蒸汽焓值，由阀后压力查水的物理性质表查得。

进一步，一方面，可通过式(VI)计算出在换热管破裂时所需的给水加热器安全阀排饱和蒸汽的通流面积A_2s：

A_2s＝(W₂×X)/(0.525×P×K_dr)(VI)

式(VI)中，W₂表示一根换热管破裂两个断口流出的给水流量，由式(IV)计算得到；X表示给水流过给水加热器安全阀时的闪蒸系数，由式(V)计算得到；P表示安全阀的开启压力，根据热平衡图数据设定；K_dr表示饱和蒸汽通过安全阀的流量系数，由安全阀的参数表查得。

另一方面，可通过式(VII)计算出在换热管破裂时所需的给水加热器安全阀排饱和水的通流面积A_2w：

A_2w＝(W₂×(1-X))/(1.61×(ρ×ΔP)^0.5×K_w)(VII)

式(VII)中表示，W₂表示一根换热管破裂两个断口流出的给水流量，由式(IV)计算得到；X表示给水流过给水加热器安全阀时的闪蒸系数，由式(V)计算得到；ρ表示给水密度，由水的物理性质表查得；ΔP表示安全阀前后压差，由热平衡图查得；K_w表示饱和水通过安全阀的流量系数，由安全阀的参数表查得。

进一步，如式(VIII)所示，将A_2s和A_2w相加求和即为给水加热器安全阀能够及时排出工况时进入加热室的给水所需要的通流面积(即所述第二通流面积)A₂：

A₂＝A_2s+A_2w(VIII)

在具体实施过程中，给水加热器在同一时间发生的工况可能为单一工况或多种工况；根据实际应用情况，有的给水加热系统要求安全阀具有在同一时间能够处理单一工况的能力，有的给水加热系统要求安全阀具有在同一时间处理多种工况的能力。在本实施例中，“给水加热器单一工况”具体为：给水加热器在一个时间点发生MSR疏水流量调节阀失控全开或换热管破口一种工况；“给水加热器多种工况”具体为：给水加热器同时发生MSR疏水流量调节阀失控全开和换热管破口两种工况。

在本实施例中，为了能够根据给水加热器对安全阀处理工况能力的设计要求，设计出符合要求的安全阀，如图6所示，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、根据所述给水加热器的安全阀设计需求，确定所述安全阀排汽所要解决的工况问题；

S32、基于所要解决的工况问题，对所述第一通流面积和所述第二通流面积进行计算处理，以确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

其中，所述步骤S32具体包括以下两种情况：

1)情况一

当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态或所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，即在给水加热系统要求安全阀具有在同一时间能够处理单一工况的能力时，通过比较所述第一通流面积和所述第二通流面积的大小，从所述第一通流面积和所述第二通流面积中确定出较大的通流面积为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

具体的，在此种情况下，可通过式(IX)求得给水加热器安全阀的通流量(面积)A：

A＝max(A₁,A₂)(IX)

式(IX)中，A₁表示疏水流量调节阀阀门失效时所需的给水加热器安全阀通流面积(即通流量)，由式(III)计算得到；A₂表示当换热管破裂时所需的给水加热器安全阀通流面积，由式(VIII)计算得到。

下面以某核电厂给水加热器的相关数据为例进行说明：

表1为该核电厂给水加热器安全阀通流量设计估算过程中涉及的相关计算结果

表1

序号	名称	单位	数值
				1	给水加热器壳侧设计压力Ps	bar	38.4
2	汽水分离再热器工作压力P1	bar	64.22
				3	给水加热器换热管侧设计压力Pt	bar	123
4	给水加热器换热管公称内径Di	mm	15.5
				5	MSR疏水流量调节阀流动系数Cv		195
6	蒸汽比体积Vs	m3/Kg	0.03
				7	MSR疏水阀门失效时蒸汽流量W1	Kg/s	36.13
8	换热管破裂时给水流量W2	Kg/s	47.94
				9	换热管破裂时的安全阀通流面积A2	mm2	3123

10

MSR疏水流量调节阀失效时安全阀通流面积A1

mm2

7450

通过对比表1中所列的MSR疏水流量调节阀阀门失效全开工况下计算出的安全阀通流面积A₁和给水加热器换热管破裂工况时计算出的安全阀通流面积A₂可以看出，MSR疏水流量调节阀阀门失效全开工况下所需的安全阀通流面积比仅计算换热管破裂时所需安全阀通流面积要大，即MSR疏水流量调节阀阀门失效工况对于给水加热器安全阀通流量设计估算来说是最恶劣工况。如果只根据给水加热器换热管破裂时进入加热器壳侧的给水流量来确定安全阀的通流面积，则无法满足MSR疏水流量调节阀阀门失效全开时安全阀排放进入到加热器壳侧蒸汽流量所需的通流面积的要求。当然，根据实际应用需要，在一些给水加热系统中，MSR疏水流量调节阀阀门面积较小，使得MSR疏水流量调节阀阀门失效全开工况下所需的安全阀通流面积比仅计算换热管破裂时所需安全阀通流面积要小，即换热管破裂工况对于给水加热器安全阀通流量设计估算来说是最恶劣工况。因此，对于核电厂给水加热器安全阀通流量估算设计，并基于该通流量进行安全阀选型，必须考虑汽水分离再热器疏水管道阀门失效时流入给水加热器的蒸汽流量，才能确保核电厂给水加热器的安全运行。

2)情况二

当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态且所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，即当给水加热系统要求安全阀具有在同一时间处理多种工况的能力时，通过所述第一通流面积与所述第二通流面积相加得到通流面积和，并确定所述通流面积和为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

具体的，在此种情况下，可通过式(X)求得给水加热器安全阀的通流量(面积)A：

A＝A₁+A₂(X)

式(X)中，A₁表示疏水流量调节阀阀门失效时所需的给水加热器安全阀通流面积(即通流量)，由式(III)计算得到；A₂表示当换热管破裂时所需的给水加热器安全阀通流面积，由式(VIII)计算得到。

在具体实施过程中，当根据给水加热器对安全阀处理工况能力的设计要求，计算获得给水加热器安全阀的通流量(面积)后，可据此进行安全阀设计或选择合适型号的安全阀，以使给水加热器在采用合适型号的安全阀后能够在工况时及时排出给水加热器中造成其压力升高的介质(包括饱和蒸汽和饱和水)，从而达到泄压的目的，以防止汽轮机通过抽气管道倒灌进水，以及保持加热器壳侧压力处于安全压力，进而提高核电厂给水加热器的可靠性和提升核电厂运行的安全性。

进一步，在设计估算出安全阀的通流量后，安全阀设计人员可基于此通流量值设计出符合要求的安全阀；当然，在具体实施过程中，相关工作人员可以基于市场上现有的安全阀的型号和各自的通流量值，建立安全阀型号查询库，并基于所估算出的通流量选择合适型号的安全阀。

实施例二

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种核电厂给水加热器安全阀选型系统，请参考图7，核电厂的给水加热器包括壳体和换热管；所述壳体上设置有与所述核电机厂的汽水分离再热器连接的具有疏水流量调节阀的疏水管道；所述汽水分离再热器通过所述疏水管道为所述给水加热器提供疏水，以作为所述给水加热器的热源为所述换热管中的给水加热；所述壳体上还设置有用于在所述壳体内部压力超过安全临界压力值时进行排汽的排汽管道；所述排汽管道上设置有用于控制排汽流量的安全阀；所述安全阀选型系统包括：

第一计算模块701，用于基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；

第二计算模块702，用于基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；

第三计算模块703，用于基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

在具体实施过程中，请参考图8，第一计算模块701，包括：

第一计算单元7011，用于基于所述汽水分离再热器为所述给水加热器提供疏水的疏水量，计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数；

第二计算单元7012，用于基于所述疏水流量调节阀的流动系数，计算获得当所述疏水流量调节阀处于全开状态时从所述汽水分离再热器进入到所述给水加热器的蒸汽流量；

第三计算单元7013，用于基于所述蒸汽流量计算获得所述安全阀的所述第一通流面积。

在具体实施过程中，请参考图9，第二计算模块702，包括：

第四计算单元7021，用于基于所述换热管破口的工况，计算获得从所述换热管的破口处流入所述给水加热器的壳体中的给水流量；

第五计算单元7022，用于基于所述给水流量，计算获得所述安全阀的所述第二通流面积。

进一步，请参考图10，第三计算模块703，包括：

第一确定单元7031，用于根据所述给水加热器的安全阀设计需求，确定所述安全阀排汽所要解决的工况问题；

第二确定单元7032，用于基于所要解决的工况问题，对所述第一通流面积和所述第二通流面积进行计算处理，以确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

进一步，仍请参考图10，第二确定单元7032，包括：

第一确定子单元7032-1，用于当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态或所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过比较所述第一通流面积和所述第二通流面积的大小，确定所述第一通流面积和所述第二通流面积中较大的通流面积为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型；

第二确定子单元7032-2，用于当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态且所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过所述第一通流面积与所述第二通流面积相加得到通流面积和，并确定所述通流面积和为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

根据上面的描述，上述安全阀选型系统用于实现上述安全阀选型方法，所以，该系统的工作过程与上述方法的一个或多个实施例一致，在此就不再一一赘述了。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种核电厂给水加热器安全阀选型方法，其特征在于，核电厂的给水加热器包括壳体和换热管；所述壳体上设置有与所述核电机厂的汽水分离再热器连接的具有疏水流量调节阀的疏水管道；所述汽水分离再热器通过所述疏水管道为所述给水加热器提供疏水，以作为所述给水加热器的热源为所述换热管中的给水加热；所述壳体上还设置有用于在所述壳体内部压力超过安全临界压力值时进行排汽的排汽管道；所述排汽管道上设置有用于控制调节排汽量的安全阀；所述方法包括步骤：

S1、基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；

S2、基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；

S3、基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

2.如权利要求1所述的安全阀选型方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、基于所述汽水分离再热器为所述给水加热器提供疏水的疏水量，计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数；

S12、基于所述疏水流量调节阀的流动系数，计算获得当所述疏水流量调节阀处于全开状态时从所述汽水分离再热器进入到所述给水加热器的蒸汽流量；

S13、基于所述蒸汽流量计算获得所述安全阀的所述第一通流面积。

3.如权利要求1所述的安全阀选型方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、基于所述换热管破口的工况，计算获得从所述换热管的破口处流入所述给水加热器的壳体中的给水流量；

S22、基于所述给水流量，计算获得所述安全阀的所述第二通流面积。

4.如权利要求1～3任一权项所述的安全阀选型方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、根据所述给水加热器的安全阀设计需求，确定所述安全阀排汽所要解决的工况问题；

S32、基于所要解决的工况问题，对所述第一通流面积和所述第二通流面积进行计算处理，以确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

5.如权利要求4所述的安全阀选型方法，其特征在于，所述步骤S32具体为：

当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态或所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过比较所述第一通流面积和所述第二通流面积的大小，从所述第一通流面积和所述第二通流面积中确定出较大的通流面积为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型；以及

当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态且所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过所述第一通流面积与所述第二通流面积相加得到通流面积和，并确定所述通流面积和为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

6.一种核电厂给水加热器安全阀选型系统，其特征在于，核电厂的给水加热器包括壳体和换热管；所述壳体上设置有与所述核电机厂的汽水分离再热器连接的具有疏水流量调节阀的疏水管道；所述汽水分离再热器通过所述疏水管道为所述给水加热器提供疏水，以作为所述给水加热器的热源为所述换热管中的给水加热；所述壳体上还设置有用于在所述壳体内部压力超过安全临界压力值时进行排汽的排汽管道；所述排汽管道上设置有用于控制排汽流量的安全阀；所述安全阀选型系统包括：

第一计算模块，用于基于所述疏水流量调节阀处于全开状态的工况，计算获得所述安全阀的第一通流面积；

第二计算模块，用于基于所述换热管破口的工况，计算获得所述安全阀的第二通流面积；

第三计算模块，用于基于所述第一通流面积和第二通流面积，确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

7.如权利要求6所述的安全阀选型系统，其特征在于，所述第一计算模块，包括：

第一计算单元，用于基于所述汽水分离再热器为所述给水加热器提供疏水的疏水量，计算获得所述疏水流量调节阀的流动系数；

第二计算单元，用于基于所述疏水流量调节阀的流动系数，计算获得当所述疏水流量调节阀处于全开状态时从所述汽水分离再热器进入到所述给水加热器的蒸汽流量；

第三计算单元，用于基于所述蒸汽流量计算获得所述安全阀的所述第一通流面积。

8.如权利要求6所述的安全阀选型系统，其特征在于，所述第二计算模块，包括：

第四计算单元，用于基于所述换热管破口的工况，计算获得从所述换热管的破口处流入所述给水加热器的壳体中的给水流量；

第五计算单元，用于基于所述给水流量，计算获得所述安全阀的所述第二通流面积。

9.如权利要求6～8任一权项所述的安全阀选型系统，其特征在于，所述第三计算模块，包括：

第一确定单元，用于根据所述给水加热器的安全阀设计需求，确定所述安全阀排汽所要解决的工况问题；

第二确定单元，用于基于所要解决的工况问题，对所述第一通流面积和所述第二通流面积进行计算处理，以确定所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。

10.如权利要求9所述的安全阀选型系统，其特征在于，所述第二确定单元，包括：

第一确定子单元，用于当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态或所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过比较所述第一通流面积和所述第二通流面积的大小，确定所述第一通流面积和所述第二通流面积中较大的通流面积为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型；

第二确定子单元，用于当所述工况问题为所述疏水流量调节阀处于全开状态且所述换热管破口引起所述壳体内部压力超过所述安全临界压力值的问题时，通过所述第一通流面积与所述第二通流面积相加得到通流面积和，并确定所述通流面积和为所述安全阀的通流量，并基于所述通流量进行安全阀选型。