CN109858175B - 一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法，包括：建立容控箱氮吹扫系统的几何模型；对几何模型进行网格划分；将划分后的网格导入计算流体力学软件并建立所述容控箱氮吹扫系统的仿真计算基准模型；基于所述仿真计算基准模型对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化，关键因素包括容控箱几何结构参数和容控箱运行参数。本发明基于计算流体仿真技术对容控箱物理除氧过程进行优化分析，如此可以在不改变动静排气合格标准和容控箱氮吹扫阶段目标的前提下，优化氮吹扫过程；而且，本发明提出的方法为提升容控箱吹扫效率提供理论方案，相比于一般的试验台方法可以大大降低研究成本，同时可以有效改善容控箱吹扫过程，提高经济效益。

Description

一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法。

背景技术

压水堆核电厂选用水作为反应堆一回路(以下简称一回路)的冷却剂和慢化剂，由于在强放射性辐照条件下，腐蚀现象在核电厂中有更严重的后果，作为防腐手段之一，在机组运行过程中，需要严格控制一回路的氧含量。而在机组开盖换料大修后，一回路设备管道中充满了空气，所以在机组上行过程中，需要对一回路通过动静排气进行除气，使一回路含气量减少到一回路吹扫合格标准值，比如21Nm³。

随后进行容控箱氮吹扫以排出一回路的氧，容控箱与一回路的连接方式如图1所示。在此系统中存在两个氧平衡：容控箱与一回路通过不间断的上冲下泄连通，在稳定情况下，两者冷却剂的溶解氧含量趋于一致；容控箱水中的溶解氧与容控箱气空间氧气的平衡。因此，可通过减少容控箱气空间氧含量来减少一回路冷却剂中的溶解氧含量。目前压水堆核电机组启动过程中，在一回路动静排气合格后(气体含量低于21Nm³)，通过憋压吹扫和间歇吹扫两个步骤对容控箱进行氮吹扫以降低一回路含氧量，对容控箱依次进行憋压吹扫和间歇吹扫可将容控箱气空间氧含量从最初的21％先后降到10％和2％，机组继续上行至80℃平台后，通过加入联氨将一回路氧含量降到要求值以下。其中，憋压吹扫和间歇吹扫的具体吹扫过程如下：

首先用升降容控箱水位的方法进行氮吹扫(以下简称憋压吹扫)，目的是让容控箱气空间的氧含量由21％降低到10％以下。容控箱吹扫的关键设备和管路简图如图2所示，具体操作过程如下：首先调整氮气减压阀RAZ024VZ使其相对压力的整定值为1.2bar.g，背压阀RCV287VY相对压力整定在0.6bar.g，下泄流出口RCV032VP与容控箱冷却剂出口阀RCV033VP速度衡定，通过将三通阀RCV030VP(图未示，其位于RCV032VP上游)通向容控箱RCV002BA，并整定在手动模式，由手动补给使容控箱水位上升至2.01m，随后停止手动补给，并且将排气隔离阀RCV286VY选择在手动模式，开启排气隔离阀RCV286VY进行排气，当容控箱的压力下降至1.2bar.g时，关闭排气隔离阀，将RCV030VP通向硼回收系统(TEP)开启以降低容控箱水位，容控箱水位降低，压力下降，经过RAZ024VZ的氮气补给被启动，向容控箱补充氮气使得容控箱压力达到1.2bar.g，此次吹扫结束。在吹扫后约2小时，对容控箱气体覆盖层取样测量，当氧含量降低到10％及以下时，则憋压吹扫过程结束。

第二步是使用间歇方式进行容控箱氮气吹扫(以下简称间歇吹扫)，目的是让容控箱气空间的氧含量由10％降低到2％以下。具体操作过程如下：容控箱的水位维持在额定值不变，每小时开启排气隔离阀RCV286VY五分钟，此期间容控箱气空间压力下降并低于1.2bar.g(背压控制阀RCV287VY保证容控箱气空间压力不低于0.6bar.g)，则氮气减压阀RAZ024VZ的氮气补给被启动，实现对容控箱气空间的吹扫。重复此过程，当从容控箱气空间取样测得氧含量低于2％时，则间歇吹扫过程结束。

在实际操作中，一次动静排气后一回路含气量很难低于21Nm³，需要进行多次动静排气，耗费大量的人力和时间，严重影响核电机组的大修关键路径，导致人员受照射剂量增大。将一回路吹扫合格标准值提高，利于减少一回路动静排气的时间，由于其是大修关键路径，因此，利于减少大修总时间，提高机组可用因子。但是，此举增加了容控箱氮吹扫时一回路冷却剂含氧总量，如果吹扫过程不改变，则容控箱氮吹扫工期将会增长，可能转变为大修关键路径，具体缺陷包括：

1)现有的容控箱氮吹扫过程有憋压吹扫和间歇吹扫两个除氧过程，现行规程的操作规定缺乏定量参考数据，难以依照操作；

2)由于动静排气结果对容控箱氮吹扫合格时间有较大影响，实际操作中氮吹扫次数多依赖运行人员的经验判断，没有严谨的试验计算数据为操作提供指导，可能导致吹扫工期延长；

3)由于对容控箱氮吹扫原理理解不清晰，机组计划人员仅从优化大修关键路径的角度出发对氮吹扫时刻进行调整，导致氮吹扫效率下降；

4)研究人员将动静排气的标准值提高后，容控箱氮吹扫除氧负荷增加，容控箱氮吹扫合格时间增加，可能影响大修关键路径；

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法，所述方法包括：

建立容控箱氮吹扫系统的几何模型；

对所述几何模型进行网格划分；

将划分后的网格导入计算流体力学软件并建立所述容控箱氮吹扫系统的仿真计算基准模型；

基于所述仿真计算基准模型对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化，所述关键因素包括容控箱几何结构参数和容控箱运行参数。

优选的，所述的建立容控箱氮吹扫系统的几何模型，包括：

参考既有容控箱氮吹扫系统，利用三维几何建模软件建立完整的几何模型；

对所述几何模型进行简化，简化后的几何模型的流体区域包括从氮气减压阀到容控箱之间的氮气入口管段、容控箱本体的气空间、从容控箱到背压控制阀之间的排气出口管段。

优选的，所述的对所述几何模型进行网格划分，包括：将所述几何模型中的连续气体管段与箱体拆分，对所述管段采用六面体结构化网格类型，对不规则的箱体采用四面体非结构化网格类型。

优选的，所述的将划分后的网格导入计算流体力学软件并建立所述容控箱氮吹扫系统的仿真计算基准模型，包括：

将网格导入计算流体力学软件中并选择具体的计算模型以得到所述仿真计算基准模型；

设定所述仿真计算基准模型的边界值，包括：设定进口压力值、设定排气口压力值以及设定管道壁面和容控箱壁面的阻力特性；

对建立的网格进行网格无关性验证，并在验证不通过时通过逐渐加密网格的方式直至验证通过；其中，所述的进行网格无关性验证包括：对所述仿真计算基准模型计算流体区域的稳态湍流强度，若计算结果趋于稳定，则判定网格无关性验证通过。

优选的，所述的选择具体的计算模型，包括：采用压力基求解器求解离散方程，压力速度耦合方式采用PISO算法，容控箱内的气体流动采用可实现的k-ε两方程湍流模型，容控箱中射流氮气与空气无反应的物质混合选用组分输运模型。

优选的，所述方法还包括：在对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化之前，预先对所述仿真计算基准模型的正确性进行验证，如果验证不通过，则对所述仿真计算基准模型进行调整直至验证通过。

优选的，所述的对所述仿真计算基准模型的正确性进行验证，包括：

获取核电厂现场既有的容控箱氮吹扫系统或者容控箱吹扫简化试验平台在预定工况中的关键特征量的测量数据，所述关键特征量包括流场分布特征和残余氧含量随时间变化；

利用所述仿真计算基准模型仿真所述预定工况以得到所述关键特征量的仿真数据；

比较所述仿真数据和所述测量数据，如果两者的差值在合理波动范围内，则判定所述仿真计算基准模型的正确性验证通过，否则验证不通过。

优选的，所述的对所述仿真计算基准模型进行调整，包括以下任一项或者任一项的组合：

对于过度简化或不合理的边界条件进行调整；

对所述计算模型进行调整；

保留所述几何模型之前被过度简化的结构。

优选的，所述的基于所述仿真计算基准模型对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化，包括：依次单独对每一个关键因素进行优化得到每一个关键因素的最佳值，且在对每一个关键因素的优化时都是在其他已经优化过的关键因素均取最佳值的基础上进行；

所述的对每一个关键因素进行优化得到每一个关键因素的最佳值，包括：将当期待优化的关键因素取一组实验数值，基于所述仿真计算基准模型对同一个工况进行对应的一组仿真实验，根据所述一组仿真实验得到的一组残余氧含量数据确定当期待优化的关键因素的最佳值。

优选的，所述方法还包括：

在对任一影响所述仿真计算基准模型的关键因素的任一实验数值进行仿真实验时，若当前待优化的几何结构参数的当前的实验数值与所述仿真计算基准模型中的当前待优化的几何结构参数的取值不同，需参照所述仿真计算基准模型的建模过程建立新的仿真计算模型，并利用新的仿真计算模型进行本次的仿真实验；其中，新的仿真计算模型中的当前待优化的关键因素取当前的实验数值，其他参数与所述仿真计算基准模型的对应参数保持一致。

本发明的核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法，具有以下有益效果：本发明基于计算流体仿真技术对容控箱物理除氧过程进行优化分析，如此可以在不改变动静排气合格标准和容控箱氮吹扫阶段目标的前提下，优化氮吹扫过程；而且，本发明提出的方法为提升容控箱吹扫效率提供理论方案，相比于一般的试验台方法可以大大降低研究成本，同时可以有效改善容控箱吹扫过程，提高核电厂经济效益。

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是容控箱与一回路的连接方式示意图；

图2是容控箱吹扫的关键设备和管路简图；

图3是本发明核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法的较佳实施例的流程图；

图4是几何模型简化前后对比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明总的思路是，构造一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法，所述方法包括：建立容控箱氮吹扫系统的几何模型；对所述几何模型进行网格划分；将划分后的网格导入计算流体力学软件并建立所述容控箱氮吹扫系统的仿真计算基准模型；基于所述仿真计算基准模型对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化。

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，应当理解本发明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，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

物理除氧过程的理论基础主要是道尔顿分压定律和亨利定律，除气物理规律是：定压条件下一般气体(O2、CO2、空气等)在水中的溶解量与该气体在液面上气空间的分压力成正比，当气空间的气体分压力为零时其在水中的溶解量也趋于零。用氮气吹扫容控箱气空间降低气空间的氧含量，可以除去容控箱水中的溶解氧。本发明旨在对物理除氧过程中，影响氮吹扫效率的关键因素的参数值进行优化，因此在优化之前需要预先分析确定影响氮吹扫效率的关键因素有哪些。为此，本发明首先理论分析容控箱憋压吹扫和间歇吹扫两个阶段的吹扫过程，重点筛查影响单次吹扫排掉氧气量和所耗费时间的重要参数，汇总形成容控箱氮吹扫效率的关键影响因素，主要分为容控箱几何结构参数(氮气入口管径、入口位置、入射角度等)和容控箱运行参数(RAZ024VZ与RCV287VY整定压差、RCV287VY整定压力、RCV002BA液位等)。

具体的，分析中简化吹扫过程，由于容控箱的下泄流与上充流匹配，且单次吹扫时间相比平衡过程的时间较短，忽略下泄流析出气体对气空间的影响。

1)憋压吹扫过程，抬升容控箱水位以提高气空间压力，开启排气阀排出气空间气体，降低水位至初始高度并向气空间充入氮气，待一段时间气空间氧含量与下泄流平衡后，进行下一次憋压吹扫。在气空间平衡时的氧含量从21％下降到10％期间，水的溶解氧含量相对较高，与充入容控箱氮气的氧浓度差较大，水中氧气析出较快，可以较快地排出此阶段容控箱中的氧气。单次憋压吹扫的时间主要取决于水位抬升、水位下降以及气空间含氧量与水含氧量的平衡时间之和。

设容控箱额定液位1.5m，最高液位2.01m，抬升水位进行一次憋压吹扫过程中，氧气排出量的计算过程：气体初始体积为V₀＝4.45m³，初始压力(绝对压力)为P₀bar.a，氧浓度q₀，温度为T₀。抬升液面至2.01m，此时气空间的体积V₁＝2.67m³，根据理想气体方程PV＝nRT计算得到此时气空间压力为1.67P₀bar.a。手动打开排气隔离阀RCV286VY排气，则气空间体积仍然为2.67m³，压力下降至2.2bar.a，关闭排气隔离阀RCV286VY。排出的气体量为V'＝(1214.85P₀-1603.60)/T₀Nm³，排掉的氧气体积为V'×q₀＝(1214.85P₀-1603.60)q₀/T₀Nm³。

RCV030VP置自动，液位下降至1.5m高度，进气口RAZ024VZ打开充入氮气。排气后约2小时，容控箱含氧量与一回路冷却剂含氧量趋于新平衡，进行容控箱气体覆盖层取样检测。可见，单次憋压吹扫排氧量的主要影响因素为容控箱初始气体压力和氧浓度。

2)容控箱间歇吹扫过程，手动开启排气隔离阀RCV286VY使容控箱中气体泄出，压力下降，通向容控箱的氮气入口自动开启，吹扫时长为5分钟。将气空间平衡氧含量从10％降低至2％，此时水中溶解氧含量较低，间歇吹扫时向容控箱持续充入氮气使得气空间的平均含氧量较低，根据亨利定律，利于水中溶解氧的析出。单次间歇吹扫时间主要取决于吹扫排气时间和气空间含氧量平衡的时间之和，吹扫排气时间，取决于容控箱气空间的流场分布，氮气流速、入射角度、容控箱气空间结构等是关键影响因素。

容控箱气空间初始体积V₁(4.45m³)，初始压力为P₁bar.a，初始氧浓度为q₁。开启排气隔离阀RCV286VY，容控箱气空间压力下降，排气口减压阀RCV287VY保证容控箱气空间压力不低于0.6bar.g，减压阀RAZ024VZ自动开启，向容控箱充入氮气。此过程持续5min。关闭排气隔离阀RCV286VY，RAZ024VZ继续向容控箱充入氮气，压力上升至1.2bar.g，停止充气，容控箱气体氧浓度q₂(接近于0)。排掉氧气的体积为V”＝(1214.85P₁q₁-2672.67q₂)/T₀Nm³。可见，影响单次憋压吹扫排氧量的因素主要是初始压力和吹扫前后的氧浓度。

经上述理论分析，所需研究优化的关键因素可分为容控箱几何结构参数和氮吹扫运行参数两类，具体如表1所示。

表1影响容控箱氮吹扫效率的关键因素

需要说明的是，上文中所提到的各种具体数值仅为举例说明，并不是用于限制本发明，例如压力值、水位值、时间长度等，再例如含氧量10％、2％等，都仅为举例说明，这些数值的调整，都不会影响本发明的方法的实施。在确定了影响氮吹扫效率的关键因素之后，则可以对这些关键因素进行优化，以确定各个这些关键因素的最佳值。

参考图3，图3是本发明核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法的较佳实施例的流程图。较佳实施例中，方法包括：

S101、建立容控箱氮吹扫系统的几何模型。

具体的，可以参考既有容控箱氮吹扫系统的设计图纸等，利用三维几何建模软件建立完整的几何模型。三维几何建模软件可以采用但不限于SolidWorks、CAD等等。

优选的，为了提高后续的仿真计算效率，还可对所述几何模型进行简化，图4是几何模型简化前后对比图。简化过程如下：容控箱氮吹扫主要涉及的流体区域包括从氮气减压阀到废气排放背压阀之间的箱体和管段，因本实施例重点分析容控箱气空间的流体运动，故对容控箱的物理几何模型进行适当简化，将不影响氮吹扫路径的支管从阀门处截断，忽略容控箱箱体上的测量接管和检修窗口，同时，为简化仿真计算，只对气空间建模，忽略下泄流，得到只有气空间的简化物理模型。对于容控箱上游和下游计算流体区域的选定，考虑了入口和出口边界条件，同时，有足够的长度使得气体流动湍流的发展充分，简化后的几何模型的流体区域主要包括从氮气减压阀RAZ024VZ到容控箱之间的氮气入口管段Line1、容控箱本体RCV002BA的气空间、从容控箱到背压控制阀RCV287VY之间的排气出口管段Line2。

S102、对所述几何模型进行网格划分。

具体的，由于吹扫气体管道与容控箱尺寸相差较大，因此将连续气体管段与箱体拆分，模型中大部分管段形状比较规则，可由圆形截面扫掠成型，对其采用六面体结构化网格类型，对不规则的箱体采用四面体非结构化网格类型。

此步骤可以利用专门的网格划分软件，将之前得到的简化后的几何模型导入网格划分软件即可。

S103、将划分后的网格导入计算流体力学软件并建立所述容控箱氮吹扫系统的仿真计算基准模型，具体包括如下步骤：

S1031：将网格导入计算流体力学软件中并选择具体的计算模型以得到所述仿真计算基准模型，具体的：将网格导入计算流体力学软件中后，采用压力基求解器求解离散方程；压力速度耦合方式采用PISO算法；容控箱内的气体流动为复杂的非稳态湍流，忽略了液态水的影响，容控箱内的气体流动采用可实现的k-ε两方程湍流模型，容控箱中射流氮气与空气无反应的物质混合选用组分输运模型。

计算流体力学软件提供两种求解器，这两种求解器的区别在于，压力基求解器主要用于低速不可压缩流动的求解，而密度基方法则主要针对高速可压缩流动而设计，这里选用前者。压力速度耦合算法，包括SIMPLE、SIMPLEC、COUPLE、PISO等，这里选择了PISO，PISO在每个迭代中要花费更多的CPU时间，但极大减少了迭代收敛需要的步数，在过渡问题上优势更明显。可以更好的解决网格质量差时收敛难度大的问题。

S1032：设定所述仿真计算基准模型的边界值，包括：设定进口压力值，例如设定为1.2bar.g；设定排气口压力值，例如设定为0.6bar.g；以及设定管道壁面和容控箱壁面的阻力特性，例如设定设定管道壁面和容控箱壁面为无滑移边界。

S1033：对建立的网格进行网格无关性验证，并在验证不通过时通过逐渐加密网格的方式直至验证通过；

其中，所述的进行网格无关性验证包括：对所述仿真计算基准模型计算流体区域的稳态湍流强度，若计算结果趋于稳定，则可以认为网格的疏密对计算结果的影响较小，可以用该网格做进一步的计算分析，因此可判定网格无关性验证通过。

S104、对所述仿真计算基准模型的正确性进行验证，如果验证不通过，则对所述仿真计算基准模型进行调整直至验证通过。

在仿真建模中，需要考虑较多的物理环境条件，对物理模型进行假设和简化，选用符合实际工况的物理模型和求解计算方法，因此，在对仿真案例分析前，需要取得试验平台或实际运行设备的测量数据以验证所述仿真计算基准模型的正确性。验证数据的来源，一方面是核电厂现场氮吹扫容控箱的运行记录数据，另一方面是一个1:1尺寸容控箱吹扫简化试验平台的试验数据。容控箱模型正确性的验证选用两个关键特征量，分别是流场分布特征和残余氧含量随时间变化，如果结果差异较大，需要返回修正模型和边界条件的假设和选择，直到所述仿真计算基准模型的计算结果与验证数据的测量数据误差小于5％。

因此，本实施例中，所述的对所述仿真计算基准模型的正确性进行验证，包括如下步骤：

S1041：获取核电厂现场既有的容控箱氮吹扫系统或者容控箱吹扫简化试验平台在预定工况中的关键特征量的测量数据，所述关键特征量包括流场分布特征和残余氧含量随时间变化；

S1042：利用所述仿真计算基准模型仿真所述预定工况以得到所述关键特征量的仿真数据；

S1043：比较所述仿真数据和所述测量数据，如果两者的差值在合理波动范围内(比如误差小于5％)，则判定所述仿真计算基准模型的正确性验证通过，否则验证不通过。

其中，流场分布特征的比较：试验平台采用PIV测量技术即可测量容控箱上部气空间的流场分布，将所述仿真计算基准模型的氮气喷嘴吹扫截面的流场分布与试验平台测量结果进行核对，即可验证截面涡流分布的一致性。

其中，关于残余氧含量随时间变化的比较：仿真计算可以对容控箱中氧含量进行实时监测，而试验平台气空间因湍流流动组分分布不均匀，无法实时在线准确测量残余氧含量。试验平台残余氧含量的测量方式为：吹扫持续时间t后关闭入口和出口阀门，然后静置30min后再对气空间取样测量，如此测得吹扫t时长后容控箱的氧浓度，并换算获得容控箱残余氧含量，通过不断变换t，比如假设预定工况是初态(即氧含量10％的静止状态)吹扫T分钟(比如5分钟)，则t取0-T之间的若干个离散时间点，如此可以得到一系列的离散点试验数据，然后，对有限离散点的测试数据和仿真数据进行核对。

本实施例中，所述的对所述仿真计算基准模型进行调整，包括以下三项中的任一项或者任一项的组合：对于过度简化或不合理的边界条件进行调整；对所述计算模型进行调整；保留所述几何模型之前被过度简化的结构。

更进一步的，本实施例中，在对所述仿真计算基准模型进行调整时，是按照如下顺序执行的：

S1044：判断边界条件的设定是否合理，如果合理则进入步骤S1045，如果不合理，则返回步骤S1032重新设定边界条件，以对于过度简化或不合理的边界条件进行调整后重新执行之后的步骤；

初步设置的边界条件都是理想化条件。而实际上，边界可能会比较复杂而且对计算结果有不可忽略的影响，就需要去完善。比如，入口减压阀压力，随着进气流量增加，会逐渐变小；出口背压阀压力可能随着流量增加，而逐渐变大；壁面可能由于长期运行导致摩擦系数变化等。

S1045：判断计算模型的选择是否合理，如果合理则进入步骤S1046，如果不合理，则返回步骤S1031对所述计算模型进行调整。

S1046：返回步骤S101中，对完整的几何模型进行重新简化，保留所述几何模型之前被过度简化的结构。

在简化几何模型时，比如水位传感器的接管、人孔门、取样孔等忽略掉了，但是也有可能由于过度简化去除这些细节导致流场分布与实际不一致，根据具体哪些地方不一致，即可大致确定哪些结构被过度简化了，所以需要重新细化几何模型，直到在误差合格范围内。

S105、基于所述仿真计算基准模型对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化，具体包括：依次单独对每一个关键因素进行优化得到每一个关键因素的最佳值，且在对每一个关键因素的优化时都是在其他已经优化过的关键因素均取最佳值的基础上进行，比如优化第一个参数，得到最佳值；在此基础上，优化第二个值，得到最佳值；如此往下优化各个参数。

其中，所述的对每一个关键因素进行优化得到每一个关键因素的最佳值，包括：将当期待优化的关键因素取一组实验数值，基于所述仿真计算基准模型对同一个工况进行对应的一组仿真实验，根据所述一组仿真实验得到的一组残余氧含量数据确定当期待优化的关键因素的最佳值。

其中，在对任一影响所述仿真计算基准模型的关键因素(全部的容控箱几何结构参数以及部分的容控箱运行参数)的任一实验数值进行仿真实验时，若当前待优化的几何结构参数的当前的实验数值与所述仿真计算基准模型中的当前待优化的几何结构参数的取值不同，需参照所述仿真计算基准模型的建模过程建立新的仿真计算模型，并利用新的仿真计算模型进行本次的仿真实验；其中，新的仿真计算模型中的当前待优化的关键因素取当前的实验数值，其他参数与所述仿真计算基准模型的对应参数保持一致。

例如，取容控箱液位为例进行优化分析，其属于容控箱运行参数。假设步骤S101中最初建模时液位设定为1.5m，优化时容控箱液位选定的一组实验数值分别为1.3m、1.4m、1.5m、1.6m、1.7m，由于容控箱液位会影响容控箱的气空间的大小，因此，会影响简化后的几何模型，也必然就影响后续的所述仿真计算基准模型，所以需要针对除1.5m以外的其他的四个取值1.3m、1.4m、1.6m、1.7m分别重新进行几何模型建模和网格划分等，边界条件及计算模型均与所述仿真计算基准模型保持一致，分别计算从静止状态的氧含量10％连续吹扫5分钟的非稳态过程，得到各液位高度对应的残余氧含量随吹扫时间的变化曲线，从而可得液位高度对吹扫效率的影响，从中选取液位的最佳值。通过类似控制变量方法计算分析其他关键因素的影响，最终得到各个因素的对氮吹扫效率的影响。

综上所述，本发明的核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法，具有以下有益效果：本发明基于计算流体仿真技术对容控箱物理除氧过程进行优化分析，如此可以在不改变动静排气合格标准和容控箱氮吹扫阶段目标的前提下，优化氮吹扫过程；而且，本发明提出的方法为提升容控箱吹扫效率提供理论方案，相比于一般的试验台方法可以大大降低研究成本，同时可以有效改善容控箱吹扫过程，提高核电厂经济效益。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种核电厂容控箱氮吹扫效率优化方法，其特征在于，所述方法包括：

建立容控箱氮吹扫系统的几何模型，包括：参考既有容控箱氮吹扫系统，利用三维几何建模软件建立完整的几何模型，对所述几何模型进行简化，简化后的几何模型的流体区域包括从氮气减压阀到容控箱之间的氮气入口管段、容控箱本体的气空间、从容控箱到背压控制阀之间的排气出口管段；

对所述几何模型进行网格划分，包括：将所述几何模型中的连续气体管段与箱体拆分，对所述管段采用六面体结构化网格类型，对不规则的箱体采用四面体非结构化网格类型；

将划分后的网格导入计算流体力学软件并建立所述容控箱氮吹扫系统的仿真计算基准模型，包括：将网格导入计算流体力学软件中并选择具体的计算模型以得到所述仿真计算基准模型，包括采用压力基求解器求解离散方程，压力速度耦合方式采用PISO算法，容控箱内的气体流动采用可实现的k-ε两方程湍流模型，容控箱中射流氮气与空气无反应的物质混合选用组分输运模型；设定所述仿真计算基准模型的边界值，包括设定进口压力值、设定排气口压力值以及设定管道壁面和容控箱壁面的阻力特性；对建立的网格进行网格无关性验证，并在验证不通过时通过逐渐加密网格的方式直至验证通过；其中，所述的进行网格无关性验证包括：对所述仿真计算基准模型计算流体区域的稳态湍流强度，若计算结果趋于稳定，则判定网格无关性验证通过；

基于所述仿真计算基准模型对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化，所述关键因素包括容控箱几何结构参数和容控箱运行参数，包括：依次单独对每一个关键因素进行优化得到每一个关键因素的最佳值，且在对每一个关键因素的优化时都是在其他已经优化过的关键因素均取最佳值的基础上进行；所述的对每一个关键因素进行优化得到每一个关键因素的最佳值，包括：将当期待优化的关键因素取一组实验数值，基于所述仿真计算基准模型对同一个工况进行对应的一组仿真实验，根据所述一组仿真实验得到的一组残余氧含量数据确定当期待优化的关键因素的最佳值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在对影响氮吹扫效率的关键因素的参数值分别进行优化之前，预先对所述仿真计算基准模型的正确性进行验证，如果验证不通过，则对所述仿真计算基准模型进行调整直至验证通过。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的对所述仿真计算基准模型的正确性进行验证，包括：

获取核电厂现场既有的容控箱氮吹扫系统或者容控箱吹扫简化试验平台在预定工况中的关键特征量的测量数据，所述关键特征量包括流场分布特征和残余氧含量随时间变化；

利用所述仿真计算基准模型仿真所述预定工况以得到所述关键特征量的仿真数据；

比较所述仿真数据和所述测量数据，如果两者的差值在合理波动范围内，则判定所述仿真计算基准模型的正确性验证通过，否则验证不通过。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的对所述仿真计算基准模型进行调整，包括以下任一项或者任意项的组合：

对于过度简化或不合理的边界条件进行调整；

对所述计算模型进行调整；

保留所述几何模型之前被过度简化的结构。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对任一影响所述仿真计算基准模型的关键因素的任一实验数值进行仿真实验时，若当前待优化的几何结构参数的当前的实验数值与所述仿真计算基准模型中的当前待优化的几何结构参数的取值不同，需参照所述仿真计算基准模型的建模过程建立新的仿真计算模型，并利用新的仿真计算模型进行本次的仿真实验；其中，新的仿真计算模型中的当前待优化的关键因素取当前的实验数值，其他参数与所述仿真计算基准模型的对应参数保持一致。

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