CN110032822B - 乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法。该乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法包括以下步骤：步骤一，创建PTR/RRI换热器的工作原理模型；步骤二，初态参数的计算；步骤三，终态参数的计算。该乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法通过对大修期间停运一列PTR/RRI热交换器后的乏池温度变化趋势进行计算，根据计算结果合理安排大修期间相关工作，防止由于乏池温度过高导致超出运行技术规范的情况。

Description

乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法
技术领域
本发明是关于乏燃料水池失冷(失去部分冷却或失去全部冷却)后的乏燃料水池温度和温升速率进行预测领域，特别是关于一种乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法。
背景技术
反应堆停堆后，由于燃料组件中裂变产物的衰变，乏燃料组件仍然有一定的热量散出，称之为衰变热。当乏燃料组件卸载至乏燃料水池后，衰变热的积累会导致水池中温度升高。为了避免温度升高超出运行技术规范的要求，需要投运两列PTR/RRI热交换器以带出衰变热，维持乏池温度处于要求的范围内。
乏池的温度与热交换器RRI侧的进口温度、乏燃料组件衰变热、RRI侧水流量、PTR侧水流量、热交换器的效率相关。
乏燃料组件卸载至乏池后的衰变热数据由技术部燃料管理科进行计算，并通过热平衡关系式计算并给出大修期间堆芯和乏燃料池衰变热报告，其中包含RRI热交换器和PTR泵运行关系图(见图1)，通过该图并根据机组实际的停堆天数和RRI侧进口温度查询当前机组至少需要投运两列PTR/RRI热交换器或者一列PTR/RRI热交换器。同时该报告中还包括乏池完全失冷后的温度变化曲线及乏池沸腾时间。
在换料大修期间一般会投运两列PTR/RRI热交换器，但是在大修期间可能会由于某些工作需要停运一列，此时所有的衰变热需要由剩余的一列热交换器带出，这种情况下会导致乏池温度的升高，在当前的电厂管理和技术规程中均没有对于停运一列PTR/RRI热交换器后的乏池温度及温升速率变化的计算方法进行规定。
另外，对于大修期间衰变热报告中计算通常采用的均为换热器的名义参数(换热器效率、PTR侧流量、RRI侧流量等)，在机组的运行过程中，这些参数可能会发生改变，导致最终计算的结果与实际也会产生一定的偏差。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种步骤简单合理的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法，该乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法通过对大修期间停运一列PTR/RRI热交换器后的乏池温度变化趋势进行计算，根据计算结果合理安排大修期间相关工作，防止由于乏池温度过高导致超出运行技术规范的情况。
为实现上述目的，本发明提供了一种乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法，包括以下步骤：
步骤一，创建PTR/RRI换热器的工作原理模型；
步骤二，初态参数的计算；
步骤三，终态参数的计算。
在一优选的实施方式中，步骤一中PTR/RRI换热器工作原理为：
通过传热公式根据RRI和PTR侧水流量、比热容计算在当前工况下传递的热量：
RRI侧带走的热量WRRI＝(TRRI.out.e-TRRI.in.e)×C×QRRI/3.6/106MW (1)
PTR侧带走的热量WPTR＝(TPTR.in.e-TPTR.out.e)×C×QRRI/3.6/106MW (2)总的换热量为We＝(WPTR+WRRI)/2 (3)
其中，C为水的比热容，RRI侧进口温度为TRRI.in.e，出口温度为TRRI.out.e，进出口温差为ΔTRRI.e，RRI侧流量为QRRI，PTR侧进口温度为TPTR.in.e，出口温度为TPTR.out.e，进出口温差为ΔTPTR.e，PTR侧流量为QPTR，PTR侧平均温度与RRI侧平均温度偏差为ΔTPTR/RRI.e。
在一优选的实施方式中，步骤二中：
当预期停运一列换热器时乏池的衰变热为W0时：
对于RRI侧
We＝k*ΔTRRI.e (4)
W0＝k*ΔTRRI.0 (5)
得到RRI侧进出口温差ΔTRRI.0＝ΔTRRI.e×W0/We (6)
同理，PTR侧进出口温差ΔTPTR.0＝ΔTPTR.e×W0/We (7)
PTR侧平均温度与RRI侧平均温度差ΔTPTR/RRI.0＝ΔTPTR/RRI.e×W0/We (8)
由9、10、11方程式得到换热器传递热量与PTR侧进口温度之间的关系
当两列热交换器运行时，每一列热交换器带出的热量为W0/2，此时乏池温度为：
在一优选的实施方式中，步骤三中：
当其中一列热交换器停运后，稳定工况下所有的衰变热将最终由剩余的一列全部带出，那么乏燃料水池最终的温度将会变化为：
对应乏池温度最终升高：
假设在停运一列热交换器后乏池的温升速率与时间t的关系为：
根据温升公式W＝C×m×ΔT，通过积分运算最终得到
k1＝ΔT·k2
其中m为乏池水装量，单位kg；C为水的比热容，单位J/kg/℃
对温升速率进行积分运算得到乏池的温度与时间t的关系为
其中TPTR.in.1为停运一列热交换器前的乏池温度。
在一优选的实施方式中，步骤一中根据RRI和PTR侧水流量、比热容计算在当前工况下传递的热量的传热公式为对数平均法。
与现有技术相比，根据本发明的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法具有如下有益效果：该乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法通过对大修期间停运一列PTR/RRI热交换器后的乏池温度变化趋势进行计算，根据计算结果合理安排大修期间相关工作，防止由于乏池温度过高导致超出运行技术规范的情况。
附图说明
图1是乏燃料水池冷却——RRI热交换器和PTR泵运行关系图。
图2是根据本发明第一实施方式的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法的PTR/RRI换热器的工作模型图。
图3是根据本发明第一实施方式的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法的乏池温度和温升速率计算流程图。
图4是根据本发明第一实施方式的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法的乏池温度和温升速率变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图3和图4所示，根据本发明优选实施例的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法包括以下具体步骤：
步骤一，创建PTR/RRI换热器的工作原理模型；
如图2所示，其中，RRI侧进口温度为TRRI.in.e，出口温度为TRRI.out.e，进出口温差为ΔTRRI.e，RRI侧流量为QRRI，PTR侧进口温度为TPTR.in.e，出口温度为TPTR.out.e，进出口温差为ΔTPTR.e，PTR侧流量为QPTR，PTR侧平均温度与RRI侧平均温度偏差为ΔTPTR/RRI.e。
通过传热公式(对数平均法)根据RRI和PTR侧水流量、比热容可以计算在当前工况下传递的热量：
RRI侧带走的热量WRRI＝(TRRI.out.e-TRRI.in.e)×C×QRRI/3.6/106MW (1)
PTR侧带走的热量WPTR＝(TPTR.in.e-TPTR.out.e)×C×QRRI/3.6/106MW (2)
总的换热量为We＝(WPTR+WRRI)/2 (3)
其中C为水的比热容。
对于现场实际运行工况下，由于温度变化较小，可以认为换热器的效率不发生变化，所以换热器传递的热量与换热器进出口温差可以简单看做线性关系：W＝k*ΔT，其中k为换热器效率。
RRI侧进出口温度、温差，PTR侧进出口温度、温差，换热量等参数可以采用换热器的名义参数进行计算，也可以采用实际稳定运行工况下的实际运行参数进行计算。
由于乏燃料组件的衰变热随时间呈近乎指数衰减变化，所以需要考虑预期停运一列换热器时的乏燃料组件衰变热，可以通过专用软件计算得到。
步骤二，初态参数的计算；
当预期停运一列换热器时乏池的衰变热为W0时：
对于RRI侧
We＝k*ΔTRRI.e (4)
W0＝k*ΔTRRI.0 (5)
可以得到RRI侧进出口温差ΔTRRI.0＝ΔTRRI.e×W0/We (6)
同理，PTR侧进出口温差ΔTPTR.0＝ΔTPTR.e×W0/We (7)
PTR侧平均温度与RRI侧平均温度差ΔTPTR/RRI.0＝ΔTPTR/RRI.e×W0/We (8)
由9、10、11方程式可以得到换热器传递热量与PTR侧进口温度(乏池温度)之间的关系
当两列热交换器(认为两列热交换器的参数完全一样)运行时，每一列热交换器带出的热量为W0/2，此时乏池温度为：
步骤三，终态参数的计算；
当其中一列热交换器停运后，稳定工况下所有的衰变热将最终由剩余的一列全部带出，那么乏燃料水池最终的温度将会变化为：
对应乏池温度最终升高：
当停运一列热交换器，此时由于热量的积累，会导致乏池温度升高，由于乏池温度的升高，由PTR系统通过换热器传递至RRI的热量将会增加，虽然此时换热器仍不足以带出全部的热量，但相比初始状态温升速率有所降低，最终乏池温度会稳定在某一温度，该温度相比初始状态升高了ΔT。
由于乏池温升速率和乏池温度并不是线性关系，可以假设在停运一列热交换器后乏池的温升速率与时间t的关系为：
根据温升公式W＝C×m×ΔT，通过积分运算最终得到
k1＝ΔT·k2
其中m为乏池水装量，单位kg；C为水的比热容，单位J/kg/℃
对温升速率进行积分运算可以得到乏池的温度与时间t的关系为
其中TPTR.in.1为停运一列热交换器前的乏池温度。
综上，该乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法通过对大修期间停运一列PTR/RRI热交换器后的乏池温度变化趋势进行计算，根据计算结果合理安排大修期间相关工作，防止由于乏池温度过高导致超出运行技术规范的情况。本计算方法不仅仅针对核电厂的PTR/RRI换热器，对于各个行业的双列换热器停运其中一列(停运一列换热器后导致的温度变化对换热器本身的换热系数的影响可忽略不计时)后的最终温升速率和温度均适用。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，创建PTR/RRI换热器的工作原理模型；
步骤二，初态参数的计算；
步骤三，终态参数的计算；
其中，所述步骤一中PTR/RRI换热器工作原理为：
通过传热公式根据RRI和PTR侧水流量、比热容计算在当前工况下传递的热量：
RRI侧带走的热量WRRI＝(TRRI.out.e-TRRI.in.e)×C×QRRI/3.6/106MW (1)
PTR侧带走的热量WPTR＝(TPTR.in.e-TPTR.out.e)×C×QRRI/3.6/106MW (2)
总的换热量为We＝(WPTR+WRRI)/2 (3)
其中，C为水的比热容，RRI侧进口温度为TRRI.in.e，出口温度为TRRI.out.e，进出口温差为ΔTRRI.e，RRI侧流量为QRRI，PTR侧进口温度为TPTR.in.e，出口温度为TPTR.out.e，进出口温差为ΔTPTR.e，PTR侧流量为QPTR，PTR侧平均温度与RRI侧平均温度偏差为ΔTPTR/RRI.e；
其中，所述步骤二中：
当预期停运一列换热器时乏池的衰变热为W0时：
对于RRI侧
We＝k*ΔTRRI.e (4)
W0＝k*ΔTRRI.0 (5)
得到RRI侧进出口温差ΔTRRI.0＝ΔTRRI.e×W0/We (6)
同理，PTR侧进出口温差ΔTPTR.0＝ΔTPTR.e×W0/We (7)
PTR侧平均温度与RRI侧平均温度差ΔTPTR/RRI.0＝ΔTPTR/RRI.e×W0/We (8)
由9、10、11方程式得到换热器传递热量与PTR侧进口温度之间的关系
当两列热交换器运行时，每一列热交换器带出的热量为W0/2，此时乏池温度为：
2.如权利要求1所述的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法，其特征在于，所述步骤三中：
当其中一列热交换器停运后，稳定工况下所有的衰变热将最终由剩余的一列全部带出，那么乏燃料水池最终的温度将会变化为：
对应乏池温度最终升高：
假设在停运一列热交换器后乏池的温升速率与时间t的关系为：
根据温升公式W＝C×m×ΔT，通过积分运算最终得到
k1＝ΔT·k2
其中m为乏池水装量，单位kg；C为水的比热容，单位J/kg/℃
对温升速率进行积分运算得到乏池的温度与时间t的关系为
其中TPTR.in.1为停运一列热交换器前的乏池温度。
3.如权利要求1所述的乏池失去部分冷却后温度及温升速率计算的分析方法，其特征在于，所述步骤一中根据RRI和PTR侧水流量、比热容计算在当前工况下传递的热量的传热公式为对数平均法。
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