CN109632354B - U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置及模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置及模拟方法，包括主过热蒸汽管路、减温水管路、数支近似饱和蒸汽管路、数个高压储气罐、数支饱和蒸汽管路和减温器，过热蒸汽管路上依次设有减温器和减压阀，数支饱和蒸汽管路均与主过热蒸汽管路相连通，数支饱和蒸汽管路上均设有压力调节阀，并分别与数个高压储气罐进口相连，数个高压储气罐出口分别与数支饱和蒸汽管路相连，减温水管路上设有减温水调节阀，并与减温器相连。本发明能够模拟蒸发器出口特性，进而模拟蒸汽系统超压过程，还具有较高的经济性。

Description

U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置及模拟方法
技术领域
本发明属于大型热力系统试验的技术领域，特别涉及一种U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置及模拟方法。
背景技术
大型热力系统试验中,U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性作为系统的重要边界，需要对其外特性进行有效模拟，进而保证试验系统运行参数与原型保持较好的相似性。传统的蒸汽发生器出口外特性模拟采用以下三种方式：
a.使用真实蒸汽发生器
该方案的优点是可以全面完整的模拟设备外特性，不存在相似性偏差等缺点。
该方案的缺点主要包括三方面：一是经济性差，蒸汽发生器设备本身及高温高压热水回路建设成本高；二是缩比试验中无法应用存在局限性，无法直接使用原系统设备；三是大量试验处于系统研制前期阶段，设备在同期尚未完成研制工作，不具备配合试验能力。
b.采用锅炉直接模拟
该方案的优点是原理组成简单。
该方案的缺点主要包括两方面：一是外特性模拟效果差，由于U型管蒸汽发生器具有“反滑”特性，锅炉特性与其不同，单靠锅炉调节，难以实现系统边界模拟，尤其在动态工况；二是装置的通用性较差，锅炉的蒸汽参数调节范围有限，难以满足不同试验系统对蒸汽参数的需求。
c、采用锅炉与减温减压装置配合
该方案的优点是稳态工况边界模拟效果良好。
该方案的缺点主要体现在减温减压装置调节速度与范围存在较大限制，动态工况边界模拟存在较大偏差。
且目前国内热力系统试验场地一般都设置有通用的蒸汽锅炉，利用已有的蒸汽锅炉，开展热力系统试验是经济性较高的试验方式。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术需求而提供一种U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置及模拟方法，在静态工况能够准确模拟蒸发器的“反滑”特性，在动态工况通过流量及温度控制，模拟蒸发器出口特性，进而模拟蒸汽系统超压过程。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置，其特征在于：包括主过热蒸汽管路、减温水管路、数支近似饱和蒸汽管路、数个高压储气罐、数支饱和蒸汽管路和减温器，所述过热蒸汽管路上依次设有所述减温器和减压阀，所述数支饱和蒸汽管路均与主过热蒸汽管路相连通，数支饱和蒸汽管路上均设有压力调节阀，并分别与所述数个高压储气罐进口相连，数个高压储气罐出口分别与数支饱和蒸汽管路相连，所述减温水管路上设有减温水调节阀，并与减温器相连。
按上述方案，还包括测控系统，所述测控系统包括PID控制器、温度计、数个流量计和数个压力表，所述温度计安设于所述减压阀出口管路上，所述数个流量计和数个压力表分别安设于减压阀出口管路及数支饱和蒸汽管路上。
按上述方案，所述减温器为文丘里式减温器。
一种U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置的模拟方法，其特征在于包括如下步骤：通过数个流量计、数个压力表和温度计实时监测装置内流量、压力与温度信号，PID控制器控制调减压阀和压力调节阀的开度，实现蒸汽压力调节；通过控制减温水调节阀的开度，实现蒸汽温度控制。
本发明的有益效果是：(1)在系统设计阶段，设备尚未完成研制或试验系统为缩比设计时，提供有效的蒸发器蒸汽出口特性模拟途径，支撑系统试验工作开展；(2)集中实现多用户多工况汽发生器蒸汽出口外特性模拟，参数调节范围广泛，调节精度高；(3)本装置系统简单，且可以充分利用试验现场已有的蒸汽锅炉，降低试验投资成本，经济性高。
附图说明
图1为本发明一个实施例的系统原理图。
图2为本发明一个实施例的一个动态工况下装置模拟蒸汽发生器出口流量线性下降的效果图。
图3为本发明一个实施例的另一个动态工况下装置模拟蒸汽发生器出口流量线性下降的效果图。
具体实施方式
现结合附图对本发明实施方式进行说明，本发明并不局限于下述实施例。
如图1所示，U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置，包括主过热蒸汽管路1、减温水管路2、数支近似饱和蒸汽管路3、数个高压储气罐4、数支饱和蒸汽管路5和减温器6，过热蒸汽管路上依次设有减温器和减压阀7，数支饱和蒸汽管路均与主过热蒸汽管路相连通，数支饱和蒸汽管路上均设有压力调节阀8，并分别与数个高压储气罐进口相连，数个高压储气罐出口分别与数支饱和蒸汽管路相连，减温水管路上设有减温水调节阀9，并与减温器相连，减温器为文丘里式减温器。
还包括测控系统，测控系统包括PID控制器、温度计10、数个流量计11和数个压力表12，温度计安设于减压阀出口管路上，数个流量计和数个压力表分别安设于减压阀出口管路及数支饱和蒸汽管路上。
本发明既能有效集成减温、减压、流量调节、压力调节等多种功能，满足多用户的蒸汽需求。在静态工况能够准确模拟蒸发器的“反滑”特性，即在低工况时压力高，在高工况时压力低；在动态工况通过流量及温度控制，模拟蒸发器出口特性，进而模拟蒸汽系统超压过程。此外，该装置还具有较高的经济性。
复杂用汽设备入口外特性模拟装置具有如下特征：
(1)功能集成度高：该装置包括减温器、减温水调节阀、减压阀、压力调节阀、高压储汽罐等设备，可以同时实现下游多个蒸汽用户的减温、减压、压力调节、流量调节等多个功能；
(2)调节性能强：该装置通过减温器、减温水调节阀、减压阀、压力调节阀配合工作，在稳态工况下，实现蒸汽压力、温度调节，模拟U型管蒸发器的“反滑”特性，即在低工况时压力高，在高工况时压力低。在动态工况下，通过流量及温度控制，模拟边界能量传输过程，进而可以模拟蒸汽系统动态工况下的超压特性；
(3)经济性高：在试验场地锅炉蒸汽参数高于所需参数的情况下，可以充分利用现场已有的锅炉系统，降低试验投资成本。
实施例一：
一、系统组成与原理
试验场提供的供汽管路提供过热蒸汽，过热蒸汽通过减温减压装置先减温为近似饱和蒸汽(过热度<5℃)，再通过减压装置及储汽罐入口压力调节阀控制储汽罐压力(稳态试验工况)与储汽罐入口蒸汽流量(速关试验工况)。最后经过高压储汽罐后进入试验系统。其中高压储汽罐在稳态工况可以起到稳压作用，在动态工况用于模拟蒸汽发生器汽空间，保障蒸汽系统容积惯性满足要求根据试验需求，该模拟装置主要技术参数如下表所示：
表1模拟装置主要技术参数
Figure BDA0001890305330000031
Figure BDA0001890305330000041
二、系统主要设备说明
1)减温器
采用文丘利型减温器，实现过热蒸汽减温。
2)减温水调节阀
要求能够实现减温水流量快速调节，采用汽动执行机构，全开至全关动作时间要求为2s，过热度要求控制在5℃范围内。
3)减压阀
实现蒸汽压力降低，要求具有压力调节能力，采用汽动执行机构，全开至全关动作时间要求为20s。
4)压力调节阀
要求实现蒸汽压力、流量快速调节，采用汽动执行机构，全开至全关动作时间要求为10s。可以根据下游蒸汽用户调整。
5)高压储汽罐
用于模拟蒸汽发生器汽空间及稳压，高压储汽罐内蒸汽容积0.3m3。
(4)系统配套控制系统
为满足U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置系统控制需求，系统配备了完善的控制回路。稳态工况有两种控制方式：一种方式保持减压阀开度，控制系统实时读取高压储汽罐出口压力，通过PID控制压力调节阀开度，实现蒸汽压力调节，在下游蒸汽用户的蒸汽需求不一致时可以采用；另一种方式保持压力调节阀开度，控制系统实时读取高压储汽罐出口压力，通过PID控制减压阀开度，实现蒸汽压力调节，在下游蒸汽用户的蒸汽需求一致时可以采用。动态工况时，可根据反应堆及一回路系统特性，保持减压阀开度，通过理论计算及试验测试结合的方式设定压力调节阀开度变化曲线，模拟蒸发器能量传输过程。在本试验中，假设动态情况下蒸发器传递能量线性变化，可通过控制本装置出口流量线性下降近似模拟蒸发器出口外特性。在各工况下，控制系统读取减温器出口温度，通过PID控制减温水调节阀开度，实现蒸汽温度控制。
稳态工况压力调节精度在±2％以内，减温器出口蒸汽过热度控制在5℃范围内，保障高压储汽罐出口近似饱和蒸汽。
三、模拟装置实测运行数据分析
1)稳态工况装置模拟蒸发器蒸汽出口效果分析
表2给出了不同工况下装置模拟U型管蒸发器出口参数设计值与试验实测值对比(其中两个支路)。
表2不同稳态工况下系统设计值与试验实测值对比
Figure BDA0001890305330000051
从表中可以看出，不同工况下蒸汽发生器出口蒸汽压力设计值与试验实测值完全吻合，说明该模拟装置能够准确实现稳态工况U型管蒸汽发生器蒸汽参数模拟。
2)动态工况装置模拟蒸发器蒸汽出口效果分析
动态工况下进行蒸汽发生器蒸汽出口近似线性边界特性模拟。图2和图3给出某两个动态工况下，装置模拟蒸汽发生器出口流量线性下降的效果。在两个动态工况下，1号、2号高压储汽罐出口流量基本与理想曲线相近，呈线性下降趋势。图2中蒸汽流量变化线性较好，图3中蒸汽流量控制受下游蒸汽用户负荷变化影响出现小范围波动。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置，其特征在于：包括主过热蒸汽管路、减温水管路、数支近似饱和蒸汽管路、数个高压储气罐、数支饱和蒸汽管路和减温器，所述过热蒸汽管路上依次设有所述减温器和减压阀，所述数支饱和蒸汽管路均与主过热蒸汽管路相连通，数支饱和蒸汽管路上均设有压力调节阀，并分别与所述数个高压储气罐进口相连，数个高压储气罐出口分别与数支饱和蒸汽管路相连，所述减温水管路上设有减温水调节阀，并与减温器相连；还包括测控系统，所述测控系统包括PID控制器、温度计、数个流量计和数个压力表，所述温度计安设于所述减压阀出口管路上，所述数个流量计和数个压力表分别安设于减压阀出口管路及数支饱和蒸汽管路上。
2.根据权利要求1所述的U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置，其特征在于，所述减温器为文丘里式减温器。
3.采用权利要求1所述的U型管蒸汽发生器蒸汽出口外特性模拟装置的模拟方法，其特征在于包括如下步骤：通过数个流量计、数个压力表和温度计实时监测装置内流量、压力与温度信号，PID控制器控制调减压阀和压力调节阀的开度，实现蒸汽压力调节；通过控制减温水调节阀的开度，实现蒸汽温度控制。
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