高温气冷堆主蒸汽管道汽锤现象安全分析_吴厦成

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S a f e t n a l s i so fH T G Rm a i ns t e a mp i eu n d e r s t e a mh a mm e r c o n d i t i o n s ya y p
( , , １． S t a t eN u c l e a rE l e c t r i cP o w e rP l a n n i n e s i n& R e s e a r c hI n s t i t u t e b e i i n １ ０ ０ ０ ９ ５; gD g j g
２ 汽锤现象模拟及其边界条件
态过程 , 随着时间 发 展 , 汽 锤 力 会 急 剧 下 降, 为了验 选取主蒸汽阀门关闭 ０~２ ０s时段进 行 计 算 . 在 这 的主蒸汽参数和流量不变 .
图 １ 为常规岛主蒸汽系统 . 由于汽锤现象是瞬
证主蒸汽阀门突然 关 闭 时 汽 锤 力 对 核 岛 侧 的 影 响 , 段时间内 , 近似认为核岛功率不变 , 蒸汽发生器输出
对于长度为 L 的直管段 , 最大汽锤力 F 的简化 为:
力, 称为汽锤力 . 汽锤力对管系产生冲击 , 有可能造 为常规压水堆 , 因此 对 于 压 水 堆 核 电 厂 主 蒸 汽 管 道
M L D２ ( ) F ＝ ２ ������ ������d π １ p A λ ４ 式中 , M 为最大 阀 门 流 通 面 积 关 闭 速 率 , A 为阀门 , 平均关闭速率 ( 阀门流通 面 积/阀 门 关 闭 时 间 ) λ为
主蒸汽阀门突 然 关 闭 时 , 大气释放阀入口压力
F i ． ３ V a r பைடு நூலகம் a t i o n so f t h e t r a n s i e n t f l o wr a t ea n dp r e s s u r e g a t t h e e n t r a n c eo f t h eb a s s v a l v e y p
１ １ ２ ２ , , WU X i a c h e n Q I AN Q i u u L IX i a o w e i F UJ i a n g, y y g
: A b s t r a c t S u d d e nc l o s u r eo f t h em a i ns t e a mv a l v e i nn u c l e a rp o w e rp l a n tw i l l c a u s e s t e a mh a mm e r o c c u r r i n g , , i nt h em a i ns t e a mp i e l i n ew h i c hw i l l a f f e c t t h eu n i t s a f e t e r a t i o n ． T os o l v e t h i sp r o b l e mt h eP I P E N E T p yo p
由图 ２、 图 ３ 可 见, 随着主蒸汽阀门的突然关
F i ． ２ V a r i a t i o n so f t h e t r a n s i e n t f l o wr a t ea n dp r e s s u r e g a t t h ee n t r a n c eo f t h er e l e a s ev a l v e
V o l ������ ４ ４ N o ������ １ ２ D e c ． ２ ０ １ ５
高温气冷堆主蒸汽管道汽锤现象安全分析
吴厦成１, 钱秋裕１, 李晓伟２, 傅激扬２
[ 摘 要 ]针对核电机组主蒸汽阀门突然关闭 导 致 主 蒸 汽 管 道 产 生 汽 锤 力 , 影 响 机 组 安 全 运 行 的 问 题, 采用 P 从 内 压、 汽锤力及 I P E N E T 软件模拟了高温气冷堆 主 蒸 汽 管 道 产 生 汽 锤 现 象 的 过 程 , 共振等方面分析了汽锤力对高温气冷堆主蒸汽管道安全性的影响 . 结果表明 , 汽锤现象发生 时, 管系应力不会超过许用应力 , 而 且 不 会 导 致 管 系 共 振, 高 温 气 冷 堆 主 蒸 汽 系 统 安 全, 对人 员、 环境和设备不会造成损坏 . [ 关 键 词 ]核电机组 ; 高温气冷堆 ; 主蒸汽管道 ; 阀门 ; 汽锤力 ; 安全分析 [ / D O I 编 号] １ ０． ３ ９ ６ ９ ． i s s n ． １ ０ ０ ２ Ｇ ３ ３ ６ ４． ２ ０ １ ５． １ ２． １ ２ ６ j [ ( ) 中图分类号 ] 文献标识码 ] 文 章 编 号] T L ３ ３ ４ [ B [ １ ０ ０ ２ Ｇ ３ ３ ６ ４ ２ ０ １ ５ １ ２ Ｇ ０ １ ２ ６ Ｇ ０ ３ ( ) 国核电力规划设计研究院 , 北京 １ 清华大学核能与新能源技术研究院 , 北京 １ １． ０ ０ ０ ９ ５; ２． ０ ０ ０ ８ ４
, 压力波波长 ( 波速乘以阀门关闭时间 ) d p 为压力增 加, D 为管道内径 . 在高温气冷堆管道出现汽锤现象时 , 阀门的关闭
汽锤现象的分析较多 . 压水堆核电厂主蒸汽的特点 是蒸汽流量大 、 参数低 , 而本文分析的高温气冷堆主 蒸汽参数更接近于 火 电 机 组 主 蒸 汽 参 数 , 流量小而
F i ． １ M a i ns t e a ms s t e mo f t h ec o n v e n t i o n a l i s l a n d g y
图 １ 常规岛主蒸汽系统
３ 模拟结果分析
及流 量 随 时 间 变 化 曲 线 见 图 ２, 旁路阀入口压力及 流量随时间变化曲线见图 ３.
网络出版时间：2015-12-24 09:46:43 第４ 期 ４卷 第１ ２ 热 力 发 电 网络出版地址： /kcms/detail/61.1111.TM.20151224.0946.046.html
２ ０ １ ５年１ ２月 THE RMA LP OWE RG E N E R A T I ON
１ 汽锤力的理论计算
水堆不同 , 有必要对其进行汽锤力安全性校核 . 公式
[ ] ５ Ｇ ７
生汽 ( 水) 锤现象 . 在 此 过 程 中 , 管系内的压力沿管 长分布发生瞬态变 化 , 将导致每段直管产生不平衡
１ Ｇ ２] .目前国际上运行的核电厂多数 成严重的危 害 [
管道中的阀门 突 然 关 闭 , 管内流动的介质会发
] ３ Ｇ ４ . 因此高 温 气 冷 堆 的 汽 锤 现 象 与 常 规 压 参数高 [
并非突然关闭过程 , 阀门的关闭时间与压力波在管系 ) 内的传播时间差距不大 . 公式( 对于汽锤力物理模 １
收稿日期 : ２ ０ １ ５ Ｇ ０ ５ Ｇ ０ ２ ) 基金项目 :高温堆机组在可预见事故情况下常规岛安全保障的研究 ( ２ ０ １ ０ Z X ０ ６ ９ ０ ６ Ｇ ０ ０ ５ , 作者简介 :吴厦成 ( 男, 工程师 , 主要从事核电厂常规岛机务设计工作 . １ ９ ８ ６—) : w E Ｇ m a i l u x i a c h e n ＠s n d r i ． c o m g p
第１ ２期
吴厦成 等 高温气冷堆主蒸汽管道汽锤现象安全分析
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型的描述比较简单 , 实际上汽锤现象出现时 , 除关闭 主蒸汽阀门外 , 还需要开启旁路阀以及排放可能的安 全阀等 . 因此需要采用专用软件进行详细计算 . 并采用 T E R, A F T 等专业计 算 软 件 模 拟 汽 锤 现 象 , 专业应力计算软件校核管系对汽锤力的响应 . 本文 采用 P I P E N E T 软件的瞬态计算模块进行高温气冷 堆的汽锤力计算 . 工程设计中 通 常 采 用 P I P E N E T, F L OWMA S Ｇ
核岛蒸汽发生器接口边界条件设置为定流量入 口, 取核岛满功率正 常 运 行 工 况 蒸 汽 发 生 器 调 节 阀 出口流量 ; 汽轮机主 蒸 汽 阀 门 入 口 边 界 条 件 设 置 为 口边界条件设置为 定 压 力 出 口 , 压力取旁路阀后出 旁路阀开度决定 . 定压力出口 , 取核岛满功率正常运行工况 ; 旁路阀出 口压力 . 主蒸汽系统介质通过旁路阀旁排的流量由
图 ３ 旁路阀入口压力及流量随时间变化曲线
闭, 管系内压力急剧升高 , 直到压力超过大气释放阀 开启压力 . 随 着 １ 管 ０ ８％ 流 量 的 大 气 释 放 阀 开 启 , 力降低 , 大气释放阀关闭 . 系内的压力维持稳定 , 随着旁路阀的开启 , 系统内压 图 ４ 为蒸汽发生器出口附近不同管道所受汽锤
, , ) ２． I n s t i t u t eo fN u c l e a ra n dN e wE n e r e c h n o l o T s i n h u aU n i v e r s i t １ ０ ０ ０ ８ ４ g yT g y g y
s o f t w a r ew a s e m l o e d t os i m u l a t e t h e s t e a mh a mm e rp r o c e s s i nh i h t e m e r a t u r eg a s Ｇ c o o l e d r e a c t o r( HT Ｇ p y g p ) , G R ． T h ee f f e c to f s t e a mh a mm e r f o r c eo nt h ep i es a f e t a s i n v e s t i a t e df r o mt h ea s e c to f i n n e rp r e s Ｇ p yw g p , , s u r e s t e a mh a mm e r f o r c ea n dr e s o n a n c e ． T h er e s u l t ss h o wt h a t t h em a i ns t e a mp i eo fHT G Rh a sa d e Ｇ p , u a t es e c u r i t a r i n sw h e ns t e a mh a mm e ro c c u r ss ot h es t e a mh a mm e rw i l ln o tc a u s et h ep i e s ＇ r e s o Ｇ q ym g p n o t c a s u ed a m a e so nh u m a nb e i n sa n dt h ee n v i r o n m e n t a n dt h ee u i m e n t s ． g g q p : , , , , K e o r d s n u c l e a rp o w e ru n i t HT G R, m a i nt e a mp i e l i n e v a l v e s t e a mh a mm e r f o r c e s a f e t n a l s i s p ya y yw , , , n a n c e ． T h e r e f o r e w h e nt h es t e a mh a mm e ro c c u r s t h em a i ns t e a ms s t e mo f t h eHT G Ri ss a f e a n di tw i l l y