核電常規(guī)島閉式冷卻水流量分配方式的分析與研究

摘 要：本文指出了目前核電機(jī)組常規(guī)島閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的流量分配的兩種方式。同時借助某核電工程，概述了閉式冷卻水系統(tǒng)上采用孔板作為流量調(diào)節(jié)方式的技術(shù)要點。最后分析了這兩種方式各自的優(yōu)缺點，為將來核電閉式水系統(tǒng)的工程設(shè)計提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：核電 閉式冷卻水系統(tǒng) 流量分配 分析

中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0058-02

本文主要介紹的是核電機(jī)組常規(guī)島閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的流量分配問題。閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是在機(jī)組各種運行工況下向各放熱設(shè)備提供冷卻介質(zhì)的閉式回路，以保證設(shè)備安全運行。

在常規(guī)火電廠閉式冷卻水系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)備制造廠的要求，一般采用調(diào)節(jié)閥或可控蝶閥，對到各設(shè)備的水量進(jìn)行分配控制；在我國自主化設(shè)計的秦山核電工程中，仍然采用的是調(diào)節(jié)閥方案來調(diào)節(jié)冷卻水量。

但是在大亞灣核電站（2×984 MW）、嶺澳核電1、2號機(jī)組（2×990 MW），正在建設(shè)的嶺澳核電3、4號機(jī)組（2×1089 MW）以及法國FA3 EPR電站的閉式水系統(tǒng)設(shè)計中，均采用的是孔板來調(diào)節(jié)至各設(shè)備的冷卻水流量。

通過上述電廠的設(shè)計及運行經(jīng)驗，核電站中采用調(diào)節(jié)閥、可調(diào)蝶閥或孔板作為冷卻水流量調(diào)節(jié)分配方式均是可行的。

1 閉式冷卻水系統(tǒng)流量分配兩種方式概述

某核電站常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)一般設(shè)置3×50%容量的閉式循環(huán)冷卻水泵，用于整個系統(tǒng)的閉式冷卻水循環(huán)。為了排出從各冷卻設(shè)備中帶來的熱量，系統(tǒng)設(shè)置了3×50%的換熱器。經(jīng)過冷卻器后，閉式水系統(tǒng)各并聯(lián)回路分別供給汽輪發(fā)電機(jī)組各冷卻器及輔助系統(tǒng)需冷卻的設(shè)備。

在冷卻水向各放熱設(shè)備提供冷卻介質(zhì)的閉式回路中，主要問題在于根據(jù)各個設(shè)備的換熱要求，提供相應(yīng)的水量。為了控制各個冷卻水分支滿足要求，一般情況下采用裝設(shè)調(diào)節(jié)閥或者可調(diào)蝶閥的方式來調(diào)節(jié)到各路的水量。調(diào)節(jié)閥的選取可根據(jù)系統(tǒng)流量壓力等參數(shù)的要求進(jìn)行選取。在調(diào)試以及運行中微調(diào)閥門開度精細(xì)滿足流量的要求。此種計算方法已有很多文獻(xiàn)在此不再贅述。

但是根據(jù)現(xiàn)有資料，在國外很多大型核電站常規(guī)島閉式冷水系統(tǒng)設(shè)計中均采用的是孔板來調(diào)節(jié)至各設(shè)備的冷卻水流量。流體在通過裝有節(jié)流孔板的管道時，由于節(jié)流孔板的局部阻力而產(chǎn)生的部分能量損耗使得通過孔板流體的壓力降低，同時節(jié)流孔板的使用也會改變相應(yīng)流體驅(qū)動設(shè)備的出口管路特性，使得通過該管路的流體流量減少。

節(jié)流孔板具有易于安裝、方便維護(hù)、價格低廉等特點，但是節(jié)流孔板的孔徑屬于一次成型，如孔徑選擇不合適則節(jié)流孔板選用不當(dāng)，在閉式冷卻水系統(tǒng)中因節(jié)流孔板選用不當(dāng)會導(dǎo)致到各個設(shè)備的流量不滿足設(shè)備換熱的要求，在電廠運行中引發(fā)一系列的問題。

關(guān)于水管道中節(jié)流孔板的選用，在《DL/T 5054-1996.火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].》中的附錄C.7有詳細(xì)的節(jié)流孔板孔徑計算公式。但是此計算是基于單獨的水管道，針對閉式冷卻水系統(tǒng)，節(jié)流孔板的作用不僅需要滿足設(shè)備的需要，同時需要滿足水管網(wǎng)路中流量配平的需要。

2 閉式冷卻水系統(tǒng)流量分配之節(jié)流孔板孔徑計算用軟件簡介

對于閉式冷卻水的流量分配計算，在本文中采用的是FLOWMASTER2軟件進(jìn)行計算。FLOWMASTER2是一維流體系統(tǒng)仿真解算工具，是面向工程的完備的流體系統(tǒng)仿真軟件包。對于各種復(fù)雜的流體系統(tǒng)，均可以利用FLOWMASTER2建立精確的系統(tǒng)模型，并進(jìn)行完備的分析。

FLOWMASTER2具備的分析模塊可以對流體系統(tǒng)（含液壓系統(tǒng)）進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)以及流量配平分析。

3 閉式冷卻水系統(tǒng)流量分配之節(jié)流孔板孔徑計算方法簡介

3.1 建模過程簡介

首先，將幾個大型的設(shè)備用相應(yīng)的組件進(jìn)行模擬，高位水箱，用“水箱”組件進(jìn)行模擬；SRI泵，用“泵”組件進(jìn)行模擬；SRI旁路控制閥，用“閥門”組件進(jìn)行模擬；SRI換熱器，因在此計算中，不用考慮換熱的問題，所以用“DL”組件進(jìn)行模擬即可。管路中的管道、彎頭、三通等，根據(jù)計算得來的壓降要求，用“DL”組件進(jìn)行模擬。根據(jù)系統(tǒng)及管道布置圖，將上述的組件連接起來，即整合為整個系統(tǒng)的模型。

3.2 “DL”組件的處理——計算之必要的簡化處理簡介

在FLOWMASTER軟件中，“DL”組件是一壓力降組件。在此組件中只要填阻力系數(shù)等數(shù)據(jù)就可模擬相關(guān)的壓降，而不必再將管道模型一一列出。舉例來說，從GGR供應(yīng)進(jìn)水，到GGR供應(yīng)回水，兩個三通之間，必然有管路、三通、彎頭進(jìn)行連接，如果在模型中一一表示出來，則整體模型過于龐大和繁瑣。為了簡化整體模型，可單獨對這段管路進(jìn)行模擬，得出這段管路的壓降數(shù)后反方向得出在DL組件中的數(shù)據(jù)，最后將此數(shù)據(jù)代入到整體模型中相應(yīng)的DL組件中，即可直接模擬這段管路的壓降。

3.3 穩(wěn)態(tài)計算簡述

首先進(jìn)行的穩(wěn)態(tài)計算，模擬的是閉式冷卻水泵兩臺正常運行，并且泵的運行點正好在額定流量和額定揚程點上的狀態(tài)。調(diào)整各個支路中DL組件。

3.4 流量配平計算步驟簡述

FLOWMASTER2 軟件的流量平衡模型可以允許在管道彎路模型中設(shè)置需要的流量，然后它可以計算出在這些平衡元件上的壓力狀況，使能夠選擇設(shè)置的這些流量平衡的元件的參數(shù)來達(dá)到需要的流量。某核電站常閉式冷卻水系統(tǒng)經(jīng)過分析得出的節(jié)流孔板的孔徑如表1。

把流量平衡模擬出來的節(jié)流孔板孔徑帶入原系統(tǒng)再進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計算，分析后得到的流量和壓力與系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)對應(yīng)一致，則分析計算結(jié)束。

4 閉式冷卻水系統(tǒng)流量分配之兩種方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較

閉式水系統(tǒng)采用節(jié)流孔板價格便宜，故障率低，系統(tǒng)運行在設(shè)計工況下工作可靠，但如運行工況偏離設(shè)計條件，則調(diào)節(jié)效果上偏離較大。

采用調(diào)節(jié)閥價格相對較貴，存在發(fā)生故障的可能，優(yōu)點是可調(diào)節(jié)性要比孔板好，工作也比較可靠。

綜合廠家的報價，某核電站具體的經(jīng)濟(jì)比較如表2。

通過以往核電站的運行經(jīng)驗反饋，如設(shè)計工況穩(wěn)定，可選用節(jié)流孔板。如工況可能經(jīng)常發(fā)生變化，則推薦選用調(diào)節(jié)閥；凡是和油溫調(diào)節(jié)要求有關(guān)的，以及對冷卻水效果要求較高的系統(tǒng)均應(yīng)設(shè)調(diào)節(jié)閥。

如根據(jù)各設(shè)備對冷卻水的需求特點僅GFR；GHE；GGR；GRH；GST等系統(tǒng)設(shè)置為閥門調(diào)節(jié)，其余系統(tǒng)還是采用節(jié)流孔板方式調(diào)節(jié)，則約需要初投資：15.6萬元。

5 綜述

通過上述分析可知，從設(shè)計方面來說，節(jié)流孔板調(diào)節(jié)方式以及閥門調(diào)節(jié)方式各有優(yōu)缺點。從投資方面來說，節(jié)流孔板調(diào)節(jié)方式在初投資方面較為節(jié)省。

考慮到隨著核電事業(yè)的發(fā)展及容量的增加，將來核電機(jī)組將不再只承擔(dān)基本負(fù)荷，運行工況也將經(jīng)常發(fā)生變化，為提高機(jī)組應(yīng)對調(diào)峰的能力，并綜合考慮到初投資，推薦各種對油溫控制要求較高的油冷卻器冷卻水采用閥門調(diào)節(jié)方式，其余系統(tǒng)冷卻水采用節(jié)流孔板方式調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]廣東核電培訓(xùn)中心.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2007，Guangdong Nuclear Power Training Center.System amd Equipment of 900MW Pressurized Water Sector Nuclear Power Plant [M] Beijing： Nuclear Energy Press，2007.

[2]D.S.MILLER Internal Flow Systems [M].Pubished by BHR Group Limited.

[3]DL/T 5054—1996，火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].

[4]國家電力公司東北電力設(shè)計院.火力發(fā)電廠調(diào)節(jié)閥選型及選擇計算技術(shù)規(guī)定（送審稿）[Z].廣州：廣東省電力設(shè)計研究院，1998.

[5]陳娟.節(jié)流孔板在發(fā)電廠的應(yīng)用[J].廣東電力，2004，8.

[6]張寶，胡能祥，徐熙瑾，等.汽水管道中節(jié)流孔板的合理使用[J].電站系統(tǒng)工程，2005，11.

[7]劉志昌.工程流體力學(xué)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1996.