CN110887027A - 一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统和方法，包括根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型的热工水力建模模块；检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度、压力和流量信号的检测模块；根据处理后的温度、压力和流量信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行整体评估的计算分析模块；本发明同时考虑管侧和壳侧不可逆熵产，覆盖蒸汽发生器的所有区域、完整反馈了蒸汽发生器的换热全过程；为蒸汽发生器的设计和热力学分析提供了有价值的参考。

Description

一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统和方法

技术领域

本发明涉及核电站技术领域，尤其涉及一种核电站立式U形自然蒸汽发生器热力性能评估系统和方法。

背景技术

熵是热力学中标准物质状态的参量之一，其物理意义是体系的混乱程度。在核电站中，除了反应堆以外，最重要的设备就是蒸汽发生器，它将堆芯核裂变产生的能量由一回路冷却剂带出，将热量传递给二回路的给水，产生具有一定压力、温度的蒸汽，输送给汽轮机做功，其是连接反应堆和汽轮机的枢纽，因此蒸汽发生器的工作状态影响了整个压水堆设备的动态特性。

蒸汽发生器由外壳、U形传热管、汽水分离器和套筒等部件组成。反应堆冷却剂在传热管内流动，把热量传递给管外的二次侧水(蒸汽发生器壳侧)，二次侧水在蒸汽发生器内自然循环，在它流经传热管外时有一部分水变成饱和蒸汽，供给主汽轮机和辅助设施。蒸汽发生器本质上就是一个换热器，其换热过程是工作流体温差传热和压降损失的综合，为一典型不可逆过程，必然引起系统的熵产。熵增过程是有效能品位下降的过程，表明蒸汽发生器换热效率下降。现有技术中的关于换热器的熵产理论，主要是在工作流体无相变的情况下进行分析，对有相变的情况也主要是在常热流或常壁温下对管内相变流体进行熵产分析；在实际工程中，换热器系统涉及管内外侧冷热两种工作流体的热交换，应综合分析管内外侧两种流体换热过程的熵产，现有技术在分析熵产时，模型过度简化，不考虑压降损失，与实际情况不符，结果偏差较大；分析区域不完整、不能有效覆盖蒸汽发生器换热的整个工作过程。

所以如何考虑蒸汽发生器管侧(一次侧)和壳侧(二次侧)不可逆熵产，对蒸汽发生器的设计和热力学分析正确分析和处理这种不可逆损失，对减缓有效能的耗散速度，加强能源的高效利用具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术中所存在的分析结果偏差较大、分析区域不完整以及不能有效覆盖蒸汽发生器换热的整个工作过程的技术问题，提供了一种基于蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段特性，建立完整的分析评估体系的立式蒸汽发生器热力性能评估系统和评估方法。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统，包括：热工水力建模模块，用于根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；检测模块，设置在与蒸汽发生器连接的管道上，用于检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；数据采集处理模块，连接所述检测模块，用于对所检测的温度和压力信号进行数据处理；计算分析模块，分别连接所述热工水力建模模块和数据采集处理模块，用于根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估。

其中，所述热工水力建模模块包括：管侧熵产计算模型，用于根据蒸汽发生器运行过程中管侧单向流段的温差传热和压降损失建立管侧熵产模型；壳侧熵产计算模型，用于根据蒸汽发生器运行过程中壳侧双相流段流体流动的压降特点，将蒸汽发生器壳侧划分为多个不同区域，并对不同区域的温差传热和压降损失建立壳侧各区域的熵产模型。

其中，所述温差传热引起熵产包括三个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；所述压降损失引起熵产包括四个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束入口区域熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；根据每一不同区域的温差传热或压降损失建立壳侧不同区域的壳侧下降通道熵产模型、壳侧管束上升区域熵产模型、汽水分离混合区域熵产熵产模型以及壳侧管束入口区域熵产模型。

其中，所述检测模块包括分别布置在安全壳内的所述管道上的多个传感器，每一所述传感器通过对应的前置放大器分别连接至所述数据采集处理模块，每一所述传感器用于将所采集的模拟量信号经过对应前置放大器后，通过电缆穿过所述安全壳至数据采集处理模块，所述数据采集处理模块还用于将采集的信号经过信号调理、模数转换后，将模拟量信号转换为数字量信号。

其中，多个传感器包括：在蒸汽发生器管侧的入口和出口处，具有测量一回路冷却剂压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计；在蒸汽发生器壳侧给入口，设置有测量给水压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计，在蒸汽发生器壳侧二次侧的出口，设置有测量饱和蒸汽的压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计。

其中，还包括运行设计优化模块，分别连接检测模块和计算分析模块，用于对蒸汽发生器的运行阶段和设计阶段进行优化，以熵产数作为目标函数进行最优化求解，寻找满足当前蒸汽发生器结构设计的最佳运行工况或者满足最大换热效率的蒸汽发生器设计参数。

其中，所述运行设计优化模块还用于基于熵产目标函数，在电厂运行阶段，通过输入已知的蒸汽发生器结构尺寸参数以及电厂的运行参数信息，评估蒸汽发生器的热力性能；在设计阶段，将熵产数函数设为待优化的目标函数，以寻求使得熵产数函数最小的结构参数及运行参数。

本发明还提供了一种立式蒸汽发生器热力性能评估方法，所述方法包括如下步骤：根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；对所检测的温度和压力信号进行数据处理；根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明根据蒸汽发生器的结构特征，考虑管侧(一次侧)和壳侧(二次侧)不可逆熵产，覆盖蒸发器在下降区域、管束区域、汽水分离器区域以及U形管区域，基本完整反馈了蒸汽发生器的换热全过程；基于热力学第一、第二定律建立了蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段的熵产生计算模型，为后续分析管侧和壳侧给水质量流率、水侧进口温度、U形管长尺寸对系统熵产的影响，本发明所建立的多区域对应的多模型计算公式，考虑压降损失，计算出的结构偏差小，分析区域完整准确，有效覆盖了蒸汽发生器换热的整个工作过程，为蒸汽发生器的设计和热力学分析提供了更为全部和有价值的参考。

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是本发明实施例一提供的立式蒸汽发生器结构示意图。

图2是本发明实施例一提供的立式蒸汽发生器热力性能评估系统示意图。

图3是本发明实施例一提供的热工水力建模模块的结构示意图。

图4是本发明实施例一提供的立式蒸汽发生器换热系统总熵产分解图。

图5是本发明实施例一提供的立式蒸汽发生器简化结构框架图。

图6是本发明实施例一提供的蒸汽发生器内部再循环流量示意图。

图7是本发明实施例一提供的检测模块的多个传感器布置示意图。

图8是本发明提供的立式蒸汽发生器热力性能评估系统的数据采集机柜与各传感器的电路框图示意图。

图9是本发明实施例二提供的立式蒸汽发生器热力性能评估方法流程示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中所存在的模型过度简化，不考虑压降损失，结果偏差较大、分析区域不完整，不能有效覆盖蒸汽发生器换热的整个工作过程的技术问题，本发明旨在提供一种核电站立式U形自然蒸汽发生器热力性能评估系统和方法，其核心思想是：以核电厂常见的立式U形蒸发器为研究对象，基于热力学第一和二定律，同时考虑管侧(一次侧)和壳侧(二次侧)不可逆熵产，建立蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段并结合所划分的立式蒸汽发生器不同区域模型，即立式蒸汽发生器在下降区域、管束区域、汽水分离器区域以及U形管区域的熵产计算模型，建立了蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段的熵产生计算模型，为后续分析管侧和壳侧给水质量流率、水侧进口温度、U形管长尺寸对系统熵产的影响，为蒸发器的设计和热力学分析提供参考，本发明由于是将立式蒸汽发生器的整个区域进行划分，对应每一个区域进行分析计算，有效覆盖了蒸汽发生器换热的整个工作过程，提供了更加有效的评估手段，为生产和设计提供了更好的保障。

本发明的应用场景可参阅附图1所示，图1为蒸汽发生器结构示意图，由外壳、U形传热管、汽水分离器和套筒等部件组成。反应堆冷却剂在传热管内流动，把热量传递给管外的二次侧水，二次侧水在蒸汽发生器内自然循环，在它流经传热管外时有一部分水变成饱和蒸汽，供给主汽轮机和辅助设施。作为反应堆的第二道屏障的组成部分，蒸汽发生器在有放射性的一次侧系统和无放射性的二次侧系统之间提供了屏障。来自反应堆的高温冷却剂经热段接管进入入口水室，然后进入U形管束，流经传热管时，将热量传给二次侧，冷却剂经冷段出口水室离开蒸汽发生器。二次侧给水由给水泵输送至给水接管，通过给水环分配到管束套筒与蒸汽发生器外筒体之间的环形下降通道内，并在此处与由汽水分离器分离出来的再循环水混合后，一起向下流动，在底部经管束套筒缺口折流向上，进入传热管束区，沿管间流道向上吸收一次侧的热量，被加热至沸腾，产生蒸汽，提供给汽轮机做功。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统，参见图2，图2为本发明实施例一的系统模块结构示意图，该评估系统包括：热工水力建模模块，用于根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；检测模块，设置在与蒸汽发生器连接的管道上，用于检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；数据采集处理模块，连接所述检测模块，用于对所检测的温度和压力信号进行数据处理；计算分析模块，分别连接所述热工水力建模模块和数据采集处理模块，用于根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估。本发明实施例一中基于热力学第一、第二定律建立了蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段的熵产生计算模型，为后续分析管侧和壳侧给水质量流率、水侧进口温度、U形管长尺寸对系统熵产的影响，为蒸发器的设计和热力学分析提供一定参考依据。结合附图3，热工水力建模模块包括：管侧熵产计算模型，用于根据蒸汽发生器运行过程中管侧单向流段的温差传热和压降损失建立管侧熵产模型；壳侧熵产计算模型，用于根据蒸汽发生器运行过程中壳侧双相流段流体流动的压降特点，将蒸汽发生器壳侧划分为多个不同区域，并对不同区域的温差传热和压降损失建立壳侧各区域的熵产模型。

根据附图1的结构以及结合附图4和附图5，将评估蒸汽发生器性能指标的熵产分为管侧熵产和壳侧熵产，管侧熵产和壳侧熵产的之和为蒸汽发生器换热的整个工作过程的总熵产S，其中管侧熵产需要根据温差传热引起熵产和压降引起熵产进行分析计算；壳侧熵产包括温差传热引起熵产和压降引起熵产，其中：温差传热引起熵产包括三个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；所述压降损失引起熵产包括四个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束入口区域熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；根据每一不同区域的温差传热或压降损失建立壳侧不同区域的壳侧下降通道熵产模型、壳侧管束上升区域熵产模型、汽水分离混合区域熵产熵产模型以及壳侧管束入口区域熵产模型。

U形管内流动的是一次侧冷却剂流体，来自反应堆的高温冷却剂经一次侧入口进入U形传热管管束，流经传热管时，将热量传给二次侧，冷却剂经一次侧出口离开蒸汽发生器。二次侧给水由给水泵输送至给水接管，通过蒸汽发生器内部的给水环分配到管束套筒与筒体之间的环形下降通道内，在这里与由汽水分离器分离出来的再循环水混合后，一起向下流动，在底部经管束套筒缺口折流向上，进入传热管束区，沿管间流道向上吸收一次侧的热量，被加热至沸腾，产生蒸汽，提供给汽轮机做功。根据以上描述可知，一次侧冷却剂经过U形传热管管束是单向流；二次侧下降通道内，低温的给水和汽水分离器分离出来的饱和水的混合物是单向水(过冷水)，属于单向流；到达底部管板转向沿着倒U形管管束的管外向上流动，被传热管内的一次侧冷却剂加热，一部分水蒸发为蒸汽，即上升通过经历了由单向流向两相流的转变；汽水混合物离开倒U形管管束继续上升，经过汽水分离器和干燥器进入主蒸汽供应系统，分离出来的水往下与给水混合进行再循环，不同区域划分详见附图5。

根据上面描述，所建立的不同计算模型包括如下详细解释：

1、熵产计算模块

蒸汽发生器的传热主要集中发生在U型管区域。考虑一不可压缩流体，质量流量为M，通过一个截面为A的管道，管壁面平均温度为T_lm，Q是从一次侧U型管道壳侧签订传热速率，则取管道中任意长度为研究对象，由热力学第二定律可知熵产为：

对于同一研究对象，应用热力学第一定律有：

dQ＝UAT_lm (2)

T_lm是管侧的温度对数平均值，U是材料的导热系数。

蒸汽发生器换热系统的总熵产S由管侧(一次侧)熵产S_管和壳侧(二次侧)熵产S_壳两部分组成。

S＝S_管+S_壳 (3)

在流体对流换热过程中,不可逆损失主要由温差传热

和压降损失

引起。因此，需要分别计算管侧和壳测的温差传热

和压降损失

从而计算总熵产S，详细其分解图见图4。

2、管侧熵产

管侧熵产主要发生在图5的U形管区域。由Gibbs方程dh＝Tds+ρdP，可知管侧由温差传热

和压降损失

分别为：

M_p是一次侧质量流量速率，c_p是定压比热，T_in和T_out是一次侧冷却剂入口和出口的温度，ΔP_管侧是一次侧U形管区域出口相对于入口的压降。T_lm是管侧的温度对数平均值，计算公式如下：

3、壳侧熵产

管侧熵产主要发生在图5的下降通道、管束以及汽水分离器区域，分为由温差传热

和压降损失

3.1、温差传热

引起的熵产

A、管侧熵产主要涉及到下降通道、管束以及汽水分离混合区域。

(1)下降通道

M_d下降通道质量流量速率，c_p是定压比热，T_d是下降通道的流体温度，T_sat是饱和温度。

(2)管束上升区域

M_d下降通道质量流量速率，h_out和h_in h_in分别是管束出口和入口处的焓值，T_in是入口处的温度。

(3)汽水分离混合区域

汽水分离混合区的熵产包括汽和水两部分温差分别产生的熵。

M_d下降通道质量流量速率，c_p是定压比热，χ是干度，T_d是下降通道的流体温度，T_sat是饱和温度。

B、压降损失

引起的熵产

壳侧的压降主要包括四个过程，结合图6所示，即：给水系统的水和经过汽水分离器A点分离的饱和水通过下降通道向下移动，然后经过B点进入C点，进入管束区域后继续向上移动到D点，最后，经过汽水分离后的饱和蒸汽进入。在封闭路径ABCD期间水的总压降为0，即：

ΔP_AB+ΔP_BC+ΔP_CD+ΔP_DA＝0 (10)

ΔP_AB：下降区域单向流的压降；ΔP_BC：进入管束引起的局部压降；ΔP_CD：管束内单向及两相流上升引起的压降；ΔP_DA：汽水分离器区域的压降。

(1)下降通道

M_d下降通道质量流量速率，ΔP_AB是下降通道的压降，ρ是流体密度，T_m是下降通道温度对数平均值。

(2)管束入口区域

M_d下降通道质量流量速率，ΔP_BC是进入管束引起的局部压降，ρ是流体密度，T_m是下降通道温度对数平均值。

(3)管束上升区域

M_d下降通道质量流量速率，ΔP_CD是管束上升区域引起的局部压降，ρ是混合水蒸汽密度，T_sat是饱和混合水蒸汽的温度。

(4)汽水分离混合区域

汽水分离混合区的熵产包括汽和水两部分温差分别产生的熵。

M_d下降通道质量流量速率，ΔP_DA是汽水分离器区域的局部压降，ρ是混合水蒸汽密度，T_n是汽水分离器区域的温度。

x_out是汽水分离区域水的含量，ρ_g和ρ_f分别是饱和蒸汽、液体密度。

根据上述不同区域的计算模型，本发明的热力性能分析评估按照以下公式进行评估：

定义无量纲熵产函数N_s为：

本发明通过根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立上面各自对应的熵产计算模型，对立式蒸汽发生器在下降区域、管束区域、汽水分离器区域以及U形管区域的熵产计算模型，建立了蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段的熵产生计算模型，为后续分析管侧和壳侧给水质量流率、水侧进口温度、U形管长尺寸对系统熵产提供了可靠全面的评价，有效覆盖了蒸汽发生器换热的整个工作过程，提供了更加有效的评估手段，为生产和设计提供了更好的保障。

为了准确采集安全壳内蒸汽发生器的各参数指标，检测模块包括分别布置在安全壳内的所述管道上的多个传感器，结合附图7为传感器布置示意图，在每一不同区域设置有不同的检测模块，包括压力、温度和流量传感器，在管侧(一次侧)的入口和出口处，具有测量一回路冷却剂压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计。在壳侧(二次侧)给入口，有测量给水压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计，在二次侧出口，有测量饱和蒸汽的压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计，分别采集不同区域所需要的测量参数，以对后续的分析和计算提供准确的参数依据。

进一步地，从附图8可见，由于核电厂反应堆厂房内辐射剂量值高，一般的半导体电子元器件在该区域内寿命较短，因此，所采集的模拟量信号在经过前置放大器后，穿越安全壳到电子设备间的数据采集机柜(即本发明附图2中的数据采集处理模块)，经过信号调理剂模数转换后，将模拟量信号转换为数字量信号。附图8中每一传感器通过都对应连接一前置放大器，每一传感器采集的信号经对应的前置放大器通过密封的贯穿件内的电缆无泄漏的将信号输送至安全壳外的对应数据采集机柜的信号调理器内，即每一传感器用于将所采集的模拟量信号经过对应前置放大器后，通过电缆穿过安全壳至数据采集处理模块(即：数据采集机柜)，将采集的信号经过信号调理、对应的A/D卡进行模数转换后送至下位机至上位机并显示或者打印出相关的参数，最后将模拟量信号转换为数字量信号传输至计算分析模块内。

进一步地，结合附图2，本发明还包括运行设计优化模块，分别连接检测模块和计算分析模块，用于对蒸汽发生器的运行阶段和设计阶段进行优化，以熵产数作为目标函数进行最优化求解，寻找满足当前蒸汽发生器结构设计的最佳运行工况或者满足最大换热效率的蒸汽发生器设计参数。其中，该运行设计优化模块还用于基于熵产目标函数，在电厂运行阶段，通过输入已知的蒸汽发生器结构尺寸参数以及电厂的运行参数信息，评估蒸汽发生器的热力性能；在设计阶段，将熵产数函数设为待优化的目标函数，以寻求使得熵产数函数最小的结构参数及运行参数。

本发明设计的运行设计优化思路，基于熵产目标函数，可以实现：

1)在电厂运行阶段，通过输入已知的蒸汽发生器结构尺寸参数以及电厂的运行参数信息，评估蒸汽发生器的热力性能。通过遗传算法或粒子群算法等智能寻优算法，基于当前蒸汽发生器结构特性参数，找到使得熵产最小的运行参数(一次侧和二次侧的温度、压力及流量)；

2)在设计阶段，将熵产数函数设为待优化的目标函数，以寻求使得熵产数函数最小的结构参数及运行参数。即：评估传热管结构参数(长度、内径、壁厚)、一次侧设计参数(流量、温度及压力)、二次侧设计参数(流量、温度及压力)、蒸汽发生器内部支撑及配件的结构参数等堆熵产的影响程度，通过遗传算法、粒子群智能算法寻找使得熵产最小同时满足工艺约束边界条件的最佳设计参数。

本发明通过将壳侧的压降分解ABCD四个区域连续过程分别分析；将蒸汽发生器的传热简化为下降区域、管束区域、汽水分离器区域以及U形管区域进行分区域计算，按照管侧和壳侧分别计算熵产，并完整考虑温差传热和压降损失引起的不可逆损失；基于热力学第一、第二定律建立了蒸汽发生器运行过程中的单向、两相流段的熵产生计算模型，并构建蒸汽发生器总的熵产函数，用于评估蒸汽发生器热力性能，或者指导蒸汽发生器设备设计，分析结果精确、分析区域完整、可全面准确有效地覆盖蒸汽发生器换热的整个工作过程。

实施例二

本发明实施提供了一种立式蒸汽发生器热力性能评估方法，适用于实施例一所示的一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统，参见图9，该方法包括如下步骤：

S100、根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；

S200、检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；

S300、对所检测的温度和压力信号进行数据处理；

S400、根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估；

S500、用于对蒸汽发生器的运行阶段和设计阶段进行调整和优化。在设计阶段，评估传热管结构参数(长度、内径、壁厚)、一次侧设计参数(流量、温度及压力)、二次侧设计参数(流量、温度及压力)、蒸汽发生器内部支撑及配件的结构参数等堆熵产的影响程度，通过遗传算法、粒子群智能算法寻找使得熵产最小同时满足工艺约束边界条件的最佳设计参数。在运行阶段，基于已有的蒸汽发生器结构参数，通过控制一次侧和二次侧的运行参数(流量、温度及压力)，寻找使得熵产最小的运行状态，使得蒸汽发生器的效率处于最优位置。

其优化是以熵产数作为目标函数进行最优化求解，寻找满足当前蒸汽发生器结构设计的最佳运行工况或者满足最大换热效率的蒸汽发生器设计参数。基于熵产目标函数，在电厂运行阶段，通过输入已知的蒸汽发生器结构尺寸参数以及电厂的运行参数信息，评估蒸汽发生器的热力性能；在设计阶段，将熵产数函数设为待优化的目标函数，以寻求使得熵产数函数最小的结构参数及运行参数。

本发明提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被评估系统内的计算分析模块执行时，执行如下步骤：根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；对所检测的温度和压力信号进行数据处理；根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估；用于对蒸汽发生器的运行阶段和设计阶段进行优化。

上述计算机可读存储介质中，首先存储有热工水力建模模块内的各计算模型，在执行过程中，当采集到对应的温度压力和流量信号后，通过计算分析模块根据所采集不同区域的信号调取相对应熵产计算模型，并进行分析计算，计算蒸汽发生器换热系统整个区域的换热过程的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估，若在运行和设计过程中评估不满足标准要求，将对蒸汽发生器进行重新设计和调整，进行优化处理，并将处理后的优化数据等存储在存储介质中，对蒸汽发生器的设计和热力学分析正确分析和处理这种不可逆损失，对减缓有效能的耗散速度，加强能源的高效利用具有深远意义。

需要说明的是，上述立式蒸汽发生器热力性能评估系统、方法和存储介质属于同一个发明构思。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种立式蒸汽发生器热力性能评估系统，其特征在于，包括：

热工水力建模模块，用于根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；

检测模块，设置在与蒸汽发生器连接的管道上，用于检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；

数据采集处理模块，连接所述检测模块，用于对所检测的温度和压力信号进行数据处理；

计算分析模块，分别连接所述热工水力建模模块和数据采集处理模块，用于根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热工水力建模模块包括：管侧熵产计算模型，用于根据蒸汽发生器运行过程中管侧单向流段的温差传热和压降损失建立管侧熵产模型；

壳侧熵产计算模型，用于根据蒸汽发生器运行过程中壳侧双相流段流体流动的压降特点，将蒸汽发生器壳侧划分为多个不同区域，并对不同区域的温差传热和压降损失建立壳侧各区域的熵产模型。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温差传热引起熵产包括三个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；

所述压降损失引起熵产包括四个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束入口区域熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；

根据每一不同区域的温差传热或压降损失建立壳侧不同区域的壳侧下降通道熵产模型、壳侧管束上升区域熵产模型、汽水分离混合区域熵产熵产模型以及壳侧管束入口区域熵产模型。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述检测模块包括分别布置在安全壳内的所述管道上的多个传感器，每一所述传感器通过对应的前置放大器分别连接至所述数据采集处理模块，每一所述传感器用于将所采集的模拟量信号经过对应前置放大器后，通过电缆穿过所述安全壳至数据采集处理模块，所述数据采集处理模块还用于将采集的信号经过信号调理、模数转换后，将模拟量信号转换为数字量信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，多个传感器包括：在蒸汽发生器管侧的入口和出口处，具有测量一回路冷却剂压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计；

在蒸汽发生器壳侧给入口，设置有测量给水压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计，在蒸汽发生器壳侧的出口，设置有测量饱和蒸汽的压力、温度和流量的压力表、热电偶和流量计。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括运行设计优化模块，分别连接检测模块和计算分析模块，用于对蒸汽发生器的运行阶段和设计阶段进行优化，以熵产数作为目标函数进行最优化求解，寻找满足当前蒸汽发生器结构设计的最佳运行工况或者满足最大换热效率的蒸汽发生器设计参数。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述运行设计优化模块还用于基于熵产目标函数，在电厂运行阶段，通过输入已知的蒸汽发生器结构尺寸参数以及电厂的运行参数信息，评估蒸汽发生器的热力性能；在设计阶段，将熵产数函数设为待优化的目标函数，以寻求使得熵产数函数最小的结构参数及运行参数。

8.一种立式蒸汽发生器热力性能评估方法，利用如权利要求1-7任一所述的系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型；

检测蒸汽发生器运行过程中管侧、壳侧对应的温度信号和压力信号；

对所检测的温度和压力信号进行数据处理；

根据处理后的温度和压力信号，并调取对应的熵产计算模型，按照管侧和壳侧分别计算对应的熵产，并计算所述蒸汽发生器换热系统的总熵产，以对蒸汽发生器热力性能进行评估。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据蒸汽发生器管侧、壳侧结构和流体流动的单或双相特性划分多个不同区域以建立各自对应的熵产计算模型具体包括如下处理：

根据蒸汽发生器运行过程中管侧单向流段的温差传热和压降损失建立管侧熵产模型；

根据蒸汽发生器运行过程中壳侧双相流段流体流动的压降特点，将蒸汽发生器壳侧划分为多个不同区域，并对不同区域的温差传热和压降损失建立壳侧各区域的熵产模型。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述温差传热引起熵产包括三个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；

所述压降损失引起熵产包括四个区域：壳侧下降通道熵产、壳侧管束入口区域熵产、壳侧管束上升区域熵产和汽水分离混合区域熵产；

根据每一不同区域的温差传热或压降损失建立壳侧不同区域的壳侧下降通道熵产模型、壳侧管束上升区域熵产模型、汽水分离混合区域熵产熵产模型以及壳侧管束入口区域熵产模型。

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