CN106767120A - 核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂公开水域系统换热器压差报警方法，该方法包括以下步骤：推导得出公开水域系统换热器的换热器压差限值‑流量函数关系式或换热器压差限值‑水位函数关系式；获取换热器流量值Q或公开水域系统取水水位L，并将Q或L代入对应的函数关系式，计算得出换热器压差限值ΔPmax；获取换热器测量压差ΔP，并将ΔP与ΔPmax进行比较，如果ΔP大于等于ΔPmax，则触发压差高报警。此外，本发明还公开了一种核电厂公开水域系统换热器压差报警装置。本发明可以解决由于公开水域水位变化导致换热器压差报警误触发问题，降低换热器的清洗频率；也可以提高公开水域系统的可用性，进而提高机组运行的可靠性、经济性。

Description

核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置

技术领域

本发明属于核电厂运行监测领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置。

背景技术

在核电厂运行过程中，上游系统的余热和机械设备运转的摩擦热均通过CCWS系统(Component Cooling Water System，设备冷却水系统)收集；然后由EWS系统(EssentialWater System，重要厂用水系统)疏散到环境中。核电厂核岛的堆芯和乏燃料余热也是通过核级CCWS系统和EWS系统传递到环境中的。

请参阅图1所示的已公开核电厂的EWS系统流程示意图。EWS泵10从公开水域(海水、河水、湖水或水库水等)取水，经过滤器12的过滤之后，通过换热器14吸收CCWS系统从上游用户中收集的热量，然后排出到环境中。其中，直流式EWS系统直接将吸收热量的工质排出到外部水域，以外部水域作为最终热阱；循环式EWS系统通过冷却塔将热量散发到大气中，以大气作为最终热阱。

由于EWS系统的工质是公开水域水，取水水位受到外部水位变化的影响，会出现显著地变化；而且公开水域水的水质相对较差，容易含有杂质，换热器14的冷侧容易积垢堵塞。并且，出于安全性(考虑设备单一故障)、经济性(保障系统可用率)的原因，每个冷却系列配备的EWS泵10和换热器14都可能是多个，投运泵数量和换热器数量也会对换热器流量、驱动力的变化产生直接影响。因此公开水域系统换热器压差是一个变化范围较大的参数。

为了监测EWS系统的运行，换热器14需要设置压差报警，目的是当换热器14发生积垢堵塞时，触发压差高报警，提醒操作员换热器14应进行清洗；当堵塞持续增加，换热器压差持续增大，流量低于安全准则流量时，EWS系统不可用。

由于平均水位是出现频率最高的水位条件，在污垢条件下该压差值出现时，除非水位特别高，否则均说明换热器14阻塞程度较为明显。因此，已知核电厂的EWS系统换热器压差报警方法通常取平均水位、换热器污垢工况下的换热器压差值(圆整)作为EWS系统换热器压差报警定值，也就是图2中的横线。当换热器压差超过该定值时，发出报警提醒操作员换热器14存在堵塞，应及时对换热器14进行清洗。

但事实上，由于EWS系统换热器压差受水位变化影响，在相同的管网阻力情况下，当水位低于平均水位时，换热器流量比较小，压差也比较小；当水位高于平均水位时，换热器流量大，压差也比较大。由于上述报警设置方法没有考虑水位的变化，因此会导致在低水位、高水位时，换热器压差高报警可能出现误报警，图2中阴影区域即为换热器压差高报警误触发区域——在低水位区域，系统应该报警但却不能触发；在高水位区域，系统不应报警却触发报警。报警触发的不准确将会不必要地增加换热器14的清洗频率，增加EWS系统的不可用性，进而增加机组的不可用性，对机组安全、可用性造成影响。

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种报警准确的核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置，以提高公开水域系统、机组运行的可靠性和经济性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂公开水域系统换热器压差报警方法，其包括以下步骤：

推导得出公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式；

获取换热器流量值Q或公开水域系统取水水位L，并将换热器流量值Q或取水水位L代入对应的函数关系式，计算得出换热器压差限值ΔPmax；

获取换热器测量压差ΔP，并将换热器测量压差ΔP与换热器压差限值ΔPmax进行比较，如果ΔP大于等于ΔPmax，则触发压差高报警；如果ΔP小于ΔPmax，则不触发报警。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的一种改进，所述换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式通过仿真计算分析得到。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的一种改进，所述换热器压差限值-流量函数关系式为ΔPmax＝a*Q+b；其中，ΔPmax为换热器压差限值，Q为换热器流量值；a、b为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的a、b有所不同，特定公开水域系统换热器的a、b为定值。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的一种改进，所述换热器压差限值-水位函数关系式为ΔPmax＝c*L+d；其中，ΔPmax为换热器压差限值，L为取水水位；c、d为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的c、d有所不同，对于某一特定公开水域系统换热器来说，c、d为定值。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的一种改进，所述换热器流量值Q采用公开水域系统中的测量设备测得的换热器实际流量值。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的一种改进，所述公开水域系统取水水位L通过在取水水域中设置水位测量仪表来取得。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电厂公开水域系统换热器压差报警装置，其包括：

获取模块，用于获取换热器流量值Q或取水水位L，还用于获取换热器测量压差ΔP；

计算模块，用于将换热器流量值Q或取水水位L代入公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式，计算换热器压差限值ΔPmax；

比较模块，用于将换热器测量压差ΔP与计算得到的换热器压差限值ΔPmax进行比较，并判断是否触发压差高报警；

报警模块，用于根据比较模块的判断结果进行压差高报警。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一种改进，所述计算模块还用于推导公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一种改进，所述公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式通过仿真计算分析得到。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一种改进，所述换热器压差限值-流量函数关系式为ΔPmax＝a*Q+b；其中，ΔPmax为换热器压差限值，Q为换热器流量值；a、b为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的a、b有所不同，特定公开水域系统换热器的a、b为定值。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一种改进，所述换热器压差限值-水位函数关系式为ΔPmax＝c*L+d；其中，ΔPmax为换热器压差限值，L为取水水位；c、d为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的c、d有所不同，对于某一特定公开水域系统换热器来说，c、d为定值。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一种改进，所述换热器流量值Q采用公开水域系统中的测量设备测得的换热器实际流量值。

作为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一种改进，所述公开水域系统取水水位L通过在取水水域中设置水位测量仪表来取得。

与现有技术相比，本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置通过对应的函数关系式将取水水位L或换热器流量值Q作为参数引入换热器压差报警，确保了换热器阻塞报警的准确性。因此，可以解决由于公开水域水位变化导致换热器压差报警误触发问题，降低换热器的清洗频率；也可以提高公开水域系统的可用性，进而提高机组运行的可靠性、经济性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法和装置进行详细说明，其中：

图1为已公开核电厂的EWS系统流程示意图。

图2为某一已知核电厂的换热器压差-水位曲线图，其中示出了换热器压差高报警误触发区域。

图3为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的第一实施方式流程图。

图4为本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法的第二实施方式流程图。

图5提供了本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一个实施方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当强调的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明的使用场合。

为了便于说明本发明的原理和优点，以下首先对已知核电厂的EWS系统换热器压差报警所依据的原理法进行说明。

如业界人士所知，EWS系统换热器压差主要受流量变化范围的影响，而影响换热器流量的因素包括进出口水位差、系统流动阻力和泵特性；在动量平衡关系式中，驱动力是泵的压头，阻力是进出口水位差和流动阻力。由于一般认为EWS泵的特性曲线是不变的，因此需要考虑的变化因素主要是进出口水位差和系统流动阻力(也就是主要管道及设备，如过滤器和换热器的流动阻力)两个因素。对于第一个因素进出口水位差来说，其主要受泵吸入口水位(如海水水位)的影响，设计最低水位和设计最高水位是EWS系统运行的限制范围，平均水位是最常见的水位范围。对于第二个因素系统流动阻力来说：过滤器的滤网随着运行会因积累污垢而导致局部网孔堵塞，换热器长期运行也会有部分流道被固体不溶物堵塞，这都使得流动阻力系数较干净时增大。显然，EWS系统的最小流量条件为“设计最低水位+过滤器最大流动阻力系数+板式换热器最大流动阻力系数”，最大流量条件为“设计最高水位+过滤器最小流动阻力系数+板式换热器最小流动阻力系数”。

根据以上原理，运用仿真计算、数值分析的设计方法，即可得到EWS系统的换热器压差限值-水位曲线，即EWS系统运行时的换热器压差区间。例如，图2即示出了某一已知核电厂的换热器压差限值-水位曲线。

但是，正如本领域技术人员所知，公开水域系统换热器压差受水位变化影响，在相同的管网阻力情况下，当水位低于平均水位时，换热器流量比较小，压差也比较小；当水位高于平均水位时，换热器流量大，压差也比较大。因此，本发明的发明人将水位或换热器流量引入换热器压差报警，从而确保报警的准确性。

请结合参看图3，本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法第一实施方式包括以下步骤。

步骤101，推导得出公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式。

具体地，公开水域系统的换热器压差限值-流量函数关系式可通过仿真计算分析得到。因为业界在公开水域系统的热工水力仿真计算方面已经进行过大量研究，对本领域技术人员来说，利用动量平衡关系，结合系统阻力特性、设备特性以及已公开的仿真计算研究成果，推导出公开水域系统的换热器压差限值-流量函数关系式不存在任何难度，因此本发明不再对函数关系式的具体推导过程进行详细描述。

具体地，推导得到的换热器压差限值-流量函数关系式为ΔPmax＝a*Q+b。其中，ΔPmax为换热器压差限值，Q为换热器流量值；a、b为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的a、b有所不同，对于某一特定公开水域系统换热器来说，a、b为定值。例如，针对某一现有公开水域系统换热器推导出的换热器压差限值-流量函数关系式为ΔPmax＝0.0962Q-179。

步骤103，获取换热器流量值Q，并将换热器流量值Q代入换热器压差限值-流量函数关系式，计算得出换热器压差限值ΔPmax。

可选地，换热器流量值Q直接采用公开水域系统中现有测量设备测得的换热器实际流量值。

步骤105，获取换热器测量压差ΔP，并将换热器测量压差ΔP与对应流量Q拟合后的换热器压差限值ΔPmax进行比较，如果ΔP大于等于ΔPmax，则触发压差高报警；如果ΔP小于ΔPmax，则不触发报警。

可选地，为避免换热器流量值Q测量信号闪发时可能触发压差高报警，增加报警信号设置的持续时间，以保证压差高报警的可靠性。

易于理解的是，本发明也可以不采用流量报警，而是改为将水位引入换热器压差报警。

请结合参看图4，本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法第二实施方式包括以下步骤。

步骤201，推导得出公开水域系统换热器的换热器压差限值-水位函数关系式。

具体地，公开水域系统的换热器压差限值-水位函数关系式可通过仿真计算分析得到。因为业界在公开水域系统的热工水力仿真计算方面已经进行过大量研究，对本领域技术人员来说，利用动量平衡关系，结合系统阻力特性、设备特性以及已公开的仿真计算研究成果，推导得出公开水域系统的换热器压差限值-水位函数关系式不存在任何难度，因此本发明不再对函数关系式的具体推导过程进行详细描述。

具体地，推导得到的换热器压差限值-水位函数关系式为ΔPmax＝c*L+d。其中，ΔPmax为换热器压差限值，L为取水水位；c、d为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的c、d有所不同，对于某一特定公开水域系统换热器来说，c、d为定值。

步骤203，获取公开水域系统取水水位L，并将取水水位L代入换热器压差限值-水位函数关系式，计算得出换热器压差限值ΔPmax。

可选地，公开水域系统取水水位L通过在取水水域中设置水位测量仪表来取得。

步骤205，获取换热器测量压差ΔP，并将换热器测量压差ΔP与对应取水水位L拟合后的换热器压差限值ΔPmax进行比较，如果ΔP大于等于ΔPmax，则触发压差高报警；如果ΔP小于ΔPmax，则不触发报警。

通过以上描述可知，本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警方法通过对应的函数关系式将取水水位L或换热器流量值Q作为参数引入换热器压差报警，确保了换热器阻塞报警的准确性。

请结合参看图5，图5提供了本发明核电厂公开水域系统换热器压差报警装置的一个实施方式的示意图。该装置包括：计算模块301、获取模块303、比较模块305和报警模块307。

获取模块303，用于获取换热器流量值Q或取水水位L；还用于获取换热器测量压差ΔP。

计算模块301，用于推导公开水域系统的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式；还用于将换热器流量值Q或取水水位L代入对应的函数关系式，计算换热器压差限值ΔPmax。可选地，计算模块301采用仿真计算分析，根据输入的泵特性、系统阻力等进行函数关系式的推导。

比较模块305，用于将换热器测量压差ΔP与计算得到的换热器压差限值ΔPmax进行比较，并判断是否触发压差高报警。

报警模块307，用于根据比较模块305的判断结果进行压差高报警。

结合以上对本发明的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明至少具有以下有益技术效果：1)可以解决由于公开水域水位变化导致换热器压差报警误触发问题，降低换热器的清洗频率；2)可以提高公开水域系统的可用性，进而提高机组运行的可靠性、经济性。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (13)

1.一种核电厂公开水域系统换热器压差报警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

推导得出公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式；

获取换热器流量值Q或公开水域系统取水水位L，并将换热器流量值Q或取水水位L代入对应的函数关系式，计算得出换热器压差限值ΔPmax；

获取换热器测量压差ΔP，并将换热器测量压差ΔP与换热器压差限值ΔPmax进行比较，如果ΔP大于等于ΔPmax，则触发压差高报警；如果ΔP小于ΔPmax，则不触发报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式通过仿真计算分析得到。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述换热器压差限值-流量函数关系式为ΔPmax＝a*Q+b；其中，ΔPmax为换热器压差限值，Q为换热器流量值；a、b为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的a、b有所不同，特定公开水域系统换热器的a、b为定值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述换热器压差限值-水位函数关系式为ΔPmax＝c*L+d；其中，ΔPmax为换热器压差限值，L为取水水位；c、d为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的c、d有所不同，对于某一特定公开水域系统换热器来说，c、d为定值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述换热器流量值Q采用公开水域系统中的测量设备测得的换热器实际流量值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述公开水域系统取水水位L通过在取水水域中设置水位测量仪表来取得。

7.一种核电厂公开水域系统换热器压差报警装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取换热器流量值Q或取水水位L，还用于获取换热器测量压差ΔP；

计算模块，用于将换热器流量值Q或取水水位L代入公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式，计算换热器压差限值ΔPmax；

比较模块，用于将换热器测量压差ΔP与计算得到的换热器压差限值ΔPmax进行比较，并判断是否触发压差高报警；

报警模块，用于根据比较模块的判断结果进行压差高报警。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：

所述计算模块还用于推导公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：

所述公开水域系统换热器的换热器压差限值-流量函数关系式或换热器压差限值-水位函数关系式通过仿真计算分析得到。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：

所述换热器压差限值-流量函数关系式为ΔPmax＝a*Q+b；其中，ΔPmax为换热器压差限值，Q为换热器流量值；a、b为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的a、b有所不同，特定公开水域系统换热器的a、b为定值。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：

所述换热器压差限值-水位函数关系式为ΔPmax＝c*L+d；其中，ΔPmax为换热器压差限值，L为取水水位；c、d为与换热器对应的常数，不同公开水域系统换热器的c、d有所不同，对于某一特定公开水域系统换热器来说，c、d为定值。

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：

所述换热器流量值Q采用公开水域系统中的测量设备测得的换热器实际流量值。

13.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：

所述公开水域系统取水水位L通过在取水水域中设置水位测量仪表来取得。