CN110264867B

CN110264867B - 一种蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置

Info

Publication number: CN110264867B
Application number: CN201910324647.2A
Authority: CN
Inventors: 雷欢; 黄伟德; 赵翠娜; 赵观辉; 田茂林
Original assignee: China Ship Development and Design Centre
Current assignee: China Ship Development and Design Centre
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: CN110264867A

Abstract

本发明公开了一种蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置，包括蒸汽发生器模拟模块、压力控制模块和数值仿真计算模块，蒸汽发生器模拟模块包括蒸汽发生器模拟罐，蒸汽发生器模拟罐的入口与给水管道连通，给水管道上设进口流量传感器和给水阀，蒸汽发生器模拟罐的出口设出口流量传感器；蒸汽发生器模拟罐内设压力传感器和水位传感器；蒸汽发生器的顶部设排气管道，排气管道A的出口配置有排气调节阀；所述进口流量传感器、出口流量传感器及排气调节阀均分别与数值仿真计算模块相连。本发明的有益效果为：利用仿真模型与实物模型相结合，实现了蒸汽发生器虚假水位的模拟，为二回路系统给水控制策略的验证提供试验对象和参考依据。

Description

一种蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置

技术领域

本发明涉及二回路系统试验装置，具体涉及一种蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置。

背景技术

蒸汽发生器是连接核动力系统一回路和二回路系统的重要组成设备，其运行性能关系到整个核动力系统的运行安全性及稳定性。运行状态下，当蒸汽发生器负荷突然增大时，由于蒸汽压力下降，其液面下两相混合物平均空泡系数会突然增大，造成水位急剧上升。实际上，由于给水流量此时并未发生变化，蒸汽流量的增大破坏了蒸汽发生器的物料平衡，蒸汽发生器的水位很快会降下来，这种现象称为虚假水位。由于虚假水位的存在，给蒸汽发生器水位调节带来了一定的困难。在动态过程开始时若马上依据虚假水位信号关小给水调节阀，会使扰动加剧，使调节品质恶化：如果水位过高，就会影响汽水分离效果，造成蒸汽品质恶化，影响后续装置(如汽轮发电机等)正常运行；如果水位过低，传热管束可能露出水面形成局部干烧，而且这一区域的传热管束可能因水中沉积了大量盐分而使腐蚀加剧，同时会在下降管中形成水位的上下波动，产生交变热应力使材料腐蚀疲劳加剧。不仅如此，虚假水位会导致水位调节失真，从而严重影响蒸汽发生器和整个装置的正常、安全运行。当负荷急剧增加时，倘若不能及时增大给水流量，由于蒸汽压力下降会使下降管中水的过冷度减少，甚至可能达到饱和状态甚至过热状态而汽化，这会使下降管中的介质倒流，破坏蒸汽发生器的自然循环；同样在二回路负荷增加时迅速补入过量的。因此，对蒸汽蒸汽发生器二次侧动态特性的模拟显得非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种蒸汽发生器二次侧动态特性的试验模拟装置，实现蒸汽发生器二次侧虚假水位特性和蒸汽压力反滑特性模拟分析，为实际生产中二回路给水控制提供参考。

本发明采用的技术方案为：一种蒸汽发生器二次侧动态特性的试验模拟装置，包括蒸汽发生器模拟模块、压力控制模块和数值仿真计算模块，其中，

蒸汽发生器模拟模块包括蒸汽发生器模拟罐，蒸汽发生器模拟罐的入口与给水管道连通，给水管道上设进口流量传感器和给水阀，蒸汽发生器模拟罐的出口设出口流量传感器；蒸汽发生器模拟罐内设压力传感器和水位传感器；蒸汽发生器的顶部设排气管道，排气管道A的出口配置有排气调节阀；所述进口流量传感器、出口流量传感器及排气调节阀均分别与数值仿真计算模块相连；

压力控制模块包括稳压罐和空压机，所述稳压罐的入口通过第一管道与空压机的出口相连；稳压罐的出口通过第二管道与蒸汽发生器模拟罐顶部的蒸汽入口连通，第二管道上设有补气调节阀；所述补水阀与数值仿真计算模块相连。

按上述方案，所述数值仿真计算模块包括相连的计算机和I/O机柜，计算机内置有基于relap5建立包含反应堆及一回路、蒸汽发生器的热工水力模型的仿真程序，I/O机柜设有输入信号接口a、输入信号接口b、输出信号接口c和输出信号接口d，其中输入信号接口a与进口流量传感器相连；输入信号接口b与出口流量传感器相连；输出信号接口c与补水阀相连；输出信号接口d分别与补气调节阀和排气调节阀相连。

按上述方案，在排气管道A的出口还配置有排气安全阀A。

按上述方案，所述第一管道上配设有压缩空气止回阀。

按上述方案，稳压罐的顶部设有排气管道B，排气管道B的出口配置有排气安全阀B。

本发明的有益效果为；

1)本发明利用仿真模型与实物模型相结合，实现了蒸汽发生器虚假水位的模拟，为二回路系统给水控制策略的验证提供试验对象；利用调节阀组、压缩空气系统及压力控制系统，实现了蒸汽发生器二次侧蒸汽反滑特性的模拟，为二回路给水系统特性试验提供合理的动态边界条件；蒸汽发生器虚假水位与蒸汽发生器二次侧蒸汽反滑特性(二次侧蒸汽反滑特性是指随着系统的功率负荷降低，二回路系统的压力和温度都增高)的模拟为实际生产中二回路给水控制提供了参考依据。

2)本发明无需建造模拟反应堆及一回路特性的复杂热水锅炉及蒸汽系统等即可模拟蒸汽发生器二次侧动态特性，只需常温自来水及压缩空气作为工作介质，与现有技术相比简化了系统配置及资源消耗，大大节约了试验成本；同时，本发明无需配置高温高压的蒸汽管路，试验过程安全。

3)本发明结构设计合理，运行维护方便，可根据需要迅速启动运行或关闭，整个装置安全可靠。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例的数值仿真计算模块示意图。

其中：1、蒸汽发生器模拟罐；2、排气安全阀A；3、补气调节阀；4、排气调节阀；5、排气安全阀B；6、稳压罐；7、压缩空气止回阀；8、空压机；9、计算机；10、I/O机柜。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种蒸汽发生器二次侧动态特性的试验模拟装置，包括蒸汽发生器模拟模块、压力控制模块和数值仿真计算模块三大部分。

蒸汽发生器模拟模块包括蒸汽发生器模拟罐1，蒸汽发生器模拟罐1的入口与给水管道连通，给水管道上设进口流量传感器和给水阀，蒸汽发生器模拟罐1的出口设出口流量传感器(本实施例中，蒸汽发生器模拟罐1的入口和出口也即图1中的进口边界和出口边界)；蒸汽发生器模拟罐1内设压力传感器和水位传感器；蒸汽发生器的顶部设排气管道，排气管道A的出口配置有排气安全阀A2和排气调节阀4。

压力控制模块包括稳压罐6和空压机8，所述稳压罐6的入口通过第一管道与空压机8的出口相连，第一管道上配设有压缩空气止回阀7；稳压罐6的出口通过第二管道与蒸汽发生器模拟罐1顶部的蒸汽入口连通，第二管道上设有补气调节阀3；稳压罐6的顶部设有排气管道B，排气管道B的出口配置有排气安全阀B5。

如图2所示，数值仿真计算模块包括相连的计算机9和I/O机柜10，计算机9内置有基于relap5建立包含反应堆及一回路、蒸汽发生器的热工水力模型的仿真程序(该仿真程序为现有技术)，I/O机柜10设有输入信号接口a、输入信号接口b、输出信号接口c和输出信号接口d，其中输入信号接口a与进口流量传感器相连，用于检测蒸汽发生器模拟罐1的进口流量；输入信号接口b与出口流量传感器相连，用于检测蒸汽发生器模拟罐1的出口流量；输出信号接口c与补水阀相连，以调节蒸汽发生器模拟罐1的补水量；输出信号接口d分别与补气调节阀3和排气调节阀4相连，以调节蒸汽发生器模拟罐1内的汽空间压力。

本发明中，试验工作介质可采用常温自来水。蒸汽发生器模拟罐1的形状、容积、运行压力与蒸汽发生器的形状、容积、运行压力相同，模拟蒸汽发生器储水容积特性。水位传感器测量蒸汽发生器模拟罐1内的水位，该水位可表征蒸汽发生器的实时水装量；而原型蒸汽发生器中的水位实际上是虚假水位，与该水位不同。压力传感器测量蒸汽发生器模拟罐1内气空间的压力。进口/出口流量传感器测量进入和排出蒸汽发生器模拟罐1的水流量，对应原型蒸汽发生器的给水流量和蒸汽流量。数值仿真计算模块具有实时运行能力，能够依据蒸汽发生器模拟罐11进、出口的流量变化，实时计算出当前状态下的蒸汽发生器模拟罐1中的虚拟水位和汽空间压力，并将两者的计算值作为控制输出信号目标值。

试验准备时，启动空压机8向稳压罐6内注入指定压力的压缩空气。试验前开启蒸汽发生器模拟罐1的排气调节阀4，使蒸汽发生器模拟罐1与大气连通；再向蒸汽发生器模拟罐1中注水到设定水位，关闭蒸汽发生器模拟罐1的排气调节阀4。根据试验工况设置蒸汽发生器模拟罐1气的空间压力设定值，补气调节阀3投入自动控制，从稳压罐6向蒸汽发生器模拟罐1中充入高压空气，直至蒸汽发生器模拟罐1中的压力达到空间压力设定值。

在二回路给水系统试验时，通过蒸汽发生器模拟罐1上的流量传感器测量蒸汽发生器模拟罐1的进出口流量，并将进出口流量信号通过I/O机柜10传递给计算机9中的仿真计算程序；计算机9调用内置的基于relap5建立的包含反应堆及一回路、蒸汽发生器热工水力模型的仿真程序，计算得到当前状态下蒸汽发生器内的虚假水位和蒸汽发生器汽空间压力值。通过I/O机柜10将计算得到的蒸汽发生器汽空间压力值d作为压力调控目标值传递至蒸汽发生器模拟罐1的补气调节阀3和排气调节阀4，当蒸汽发生器模拟罐1内的压力高于目标值时，开启蒸排气调节阀4，蒸汽发生器模拟罐1排气，降低压力，直到蒸汽发生器模拟罐1内的压力达到压力调控目标值；当蒸汽发生器模拟罐1的压力低于目标值时，开启补气调节阀3，向蒸汽发生器模拟罐1中补气，增加压力，直到蒸汽发生器模拟罐1内的压力达到压力调控目标值。数值仿真计算模块将计算得的虚假水位作为目标值信号输出，传递给给水管道上的给水调节阀，给水调节阀控制给水量，直至蒸汽发生器模拟罐1内的实际水位达到虚假水位目标值。

在试验过程中，稳压罐6由空压机88提供压缩空气，当稳压罐6中的压力降低时，空压机88自动向稳压罐6中补充高压空气，以维持稳压罐6内的高压力。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims

1.一种蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置，其特征在于，包括蒸汽发生器模拟模块、压力控制模块和数值仿真计算模块，其中，蒸汽发生器模拟模块包括蒸汽发生器模拟罐，蒸汽发生器模拟罐的入口与给水管道连通，给水管道上设进口流量传感器和给水阀，蒸汽发生器模拟罐的出口设出口流量传感器；蒸汽发生器模拟罐内设压力传感器和水位传感器；蒸汽发生器的顶部设排气管道，排气管道A的出口配置有排气调节阀；所述进口流量传感器、出口流量传感器及排气调节阀均分别与数值仿真计算模块相连；压力控制模块包括稳压罐和空压机，所述稳压罐的入口通过第一管道与空压机的出口相连；稳压罐的出口通过第二管道与蒸汽发生器模拟罐顶部的蒸汽入口连通，第二管道上设有补气调节阀；补水阀与数值仿真计算模块相连；

所述数值仿真计算模块包括相连的计算机和I/O机柜，计算机内置有基于relap5建立包含反应堆及一回路、蒸汽发生器的热工水力模型的仿真程序，I/O机柜设有输入信号接口a、输入信号接口b、输出信号接口c和输出信号接口d，其中输入信号接口a与进口流量传感器相连；输入信号接口b与出口流量传感器相连；输出信号接口c与所述补水阀相连；输出信号接口d分别与补气调节阀和排气调节阀相连；

蒸汽发生器模拟罐上的流量传感器测量蒸汽发生器模拟罐的进出口流量，并将进出口流量信号通过I/O机柜传递给计算机中的数值仿真计算模块，计算得到当前状态下蒸汽发生器内的虚假水位和蒸汽发生器汽空间压力值；I/O机柜将蒸汽发生器汽空间压力值作为压力调控目标值传递至补气调节阀和排气调节阀，调节蒸汽发生器模拟罐内的压力，直到达到压力调控目标值；数值仿真计算模块将计算得的虚假水位作为目标值信号输出，传递给给水管道上的给水阀，给水阀控制给水量，直至蒸汽发生器模拟罐内的实际水位达到虚假水位目标值。

2.如权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置，其特征在于，在排气管道A的出口还配置有排气安全阀A。

3.如权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置，其特征在于，所述第一管道上配设有压缩空气止回阀。

4.如权利要求1所述的蒸汽发生器二次侧动态特性试验模拟装置，其特征在于，稳压罐的顶部设有排气管道B，排气管道B的出口配置有排气安全阀B。