开式自然循环系统启动特性研究
开式系统与闭式系统的区别和特性
1. 开式系统与闭式系统严格来讲，开式系统与闭式系统并不以系统内水是否和空气接触区分，比如膨胀水箱定压的冷冻水系统，膨胀水箱内的水是和空气接触的，再如冷却水系统，冷却塔内的水是和空气接触的，但冷却水系统更加接近一个闭式系统，详见下文。
个人以为开式系统与闭式系统的严格区分应该以系统水泵运行过程中是否需要克服水的势能做功。
如图1，为一水池蓄冷系统简图，在利用水池冷水供冷时，水泵要克服从水池吸入点到系统最高点的水柱压力，此外还要克服左侧部分水路的管件、管路、冷水机组以及末端设备阻力。
这样泵的扬程为上述阻力与水柱压力之和。
如图2，为典型膨胀水箱定压空调冷冻水系统简图，水在膨胀水箱处是与空气接触的，对系统腐蚀是不利的。
但该系统是一个闭式系统。
因为右侧水柱压力与左侧水柱压力互相抵消，水泵运行时不需要克服水柱的势能，只要克服系统（左侧部分与右侧部分）水路的管件、管路、冷水机组以及末端设备阻力，所以楼高、楼正、楼歪影响不大。
这样泵的扬程为上述阻力之和。
如图3，为空调冷却水系统简图，如果安装系统是否与空气接触判断，这一系统应该时开式系统。
然而，右侧冷却管内的水柱静压可以和左侧部分抵消，水泵不需要克服这部分阻力。
但是从冷却塔接水盘到系统最高点这部分的高差形成的水压，需要水泵克服。
此外，冷却塔喷嘴也需要一定的水压进行喷水，所以水泵的扬程应该为系统（左侧部分与右侧部分）水路的管件、管路、冷水机组的阻力加上高差h 以及喷嘴前的必要压头之和。
图3. 接近闭式系统对开式系统，管路水力曲线如图4 中1 所示，其表达式如下：H = h + SQ2h 即为泵要求克服的系统静水压力。
对闭式系统，管路水力曲线如图4 中2 所示，其表达式如下：H = SQ2图4. 管路阻力曲线对上述开式系统和闭式系统，利用水泵变频进行节能计算时，区别很大，因为在曲线2 上各点为相似工况点，遵循水泵功率与转速3 次方成正比的关系，但是对曲线1，水泵变频调速后与1 的新交点与原来的工作点不是相似工况点，3次方关系不成立，常常见到需要商家不论系统情况上来就以三次方关系计算节能量，夸大了水泵调速的节能效果。
HNJM-1-2202开式循环水系统调试报告
编号：2014-华能荆门一期热电联产工程(2×350MW) 1号机组开式循环水系统调试报告国网湖北省电力公司电力科学研究院二〇一四年十一月参加人：王广庭卢双龙许涛余磊张承宗编写人：卢双龙审核人：李阳海批准人：刘绍银华能荆门一期热电联产工程(2×350MW) 1号机组开式循环水系统调试报告1概述按照《火力发电建设工程启动试运及验收规程（2009版）》和华能荆门一期热电联产工程(2×350MW)机组工程调试服务合同的规定，在华能荆门一期热电联产工程(2×350MW)1号机组开式循环水系统的单体试运完成后，进行该系统的分系统调试工作。
该调试工作按《华能荆门一期热电联产工程(2×350MW)1号机组开式循环水系统调试方案》实施，系统调试的质量按《火力发电建设工程启动试运及验收规程（2009版）》执行，通过系统调试和消缺，使该系统的最终质量验评达标，通过参与机组整套启动试运等调试阶段的运行和消缺，该系统更趋完善，为该机组今后正常安全稳定运行打下了良好的基础。
2参考文件2.1华能荆门一期热电联产工程(2×350MW)机组工程调试服务合同2.2《火力发电建设工程启动试运及验收规程》DL/T5437-20092.3《火力发电建设工程机组调试质量验收及评价规程》DL/T5295-20132.4《电力建设安全工作规程（火力发电厂部分）》DL5009.1-20022.5《火电工程达标投产验收规程》DL5277-20122.6《火力发电建设工程机组调试技术规范》DL/T5294-20132.7《电力建设安全健康与环境管理工作规程定》国电电源[2002]49 号2.8《国家电网公司电力安全工作规程（火电厂动力部分）》2010版2.9《防止电力生产重大事故的二十五项重大要求》国电发[2000]589号2.10国网湖北省电力公司电力科学研究院质量、职业健康安全及环境管理体系2.11有关行业和厂家的技术标准2.12设计院相关图纸及厂家说明书2.13甲方相关管理规定3设备及系统开式水系统的水源取自循环水系统中凝汽器水侧入口管，排回循环水系统冷却塔前池，系统包括两台100%容量的开式水泵，正常运行时互为备用；泵入口设有一台入口电动旋转滤网，防止杂物进入引起堵塞。
开式自然循环系统启动特性研究
稳 定 的汽 液 流 动 和 密 度 波 振 荡 。 导致 启 动 过程 流动 演 化 的主 要 原 因是 随 着 加 热 管 人 口水 温 的 升 高 ， 管
内沸 腾 现 象 持 续 增 强 ， 上 升 段 内 闪蒸 现 象 则 先 增 强 而 后 减 弱 ， 两者 相 互 作 用 ， 导致系统流量 、 相 变 位 置 及 空泡 份 额 等 发 生 明显 变 化 。最 后 ， 绘 制 了开 式 自然 循 环 启 动 过 程 的无 量 纲 化 流 动不 稳 定 区 域 分 布 图 ， 并 拟 合 得 到 了喷 泉 不 稳 定 及 闪 蒸 主 导 的 不 稳 定 起 始 边 界 的 经 验关 系式 ， 拟 合 结 果与 实 验结 果 符 合 良好 。 关键 词 ： 开 式 自然 循环 ； 启动特性 ； 流动不稳定 ； 不稳 定 区域 分 布
ｏ ｐｓ ｉ ｎｔ ｏ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｅ ａ ｄｙ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｗｏ — ｐ ｈａ ｓ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｔ ｈｅ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｔ ｈｅ ｈｉ ｇ ｈ ｐ ｏｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｇ ｏｅ ｓ ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ｅ ｖ ｏｌ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｐ ｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｓ
开式系统与闭式系统的区别和特性
1. 开式系统与闭式系统严格来讲，开式系统与闭式系统并不以系统内水是否和空气接触区分，比如膨胀水箱定压的冷冻水系统，膨胀水箱内的水是和空气接触的，再如冷却水系统，冷却塔内的水是和空气接触的，但冷却水系统更加接近一个闭式系统，详见下文。
个人以为开式系统与闭式系统的严格区分应该以系统水泵运行过程中是否需要克服水的势能做功。
如图1，为一水池蓄冷系统简图，在利用水池冷水供冷时，水泵要克服从水池吸入点到系统最高点的水柱压力，此外还要克服左侧部分水路的管件、管路、冷水机组以及末端设备阻力。
这样泵的扬程为上述阻力与水柱压力之和。
如图2，为典型膨胀水箱定压空调冷冻水系统简图，水在膨胀水箱处是与空气接触的，对系统腐蚀是不利的。
但该系统是一个闭式系统。
因为右侧水柱压力与左侧水柱压力互相抵消，水泵运行时不需要克服水柱的势能，只要克服系统（左侧部分与右侧部分）水路的管件、管路、冷水机组以及末端设备阻力，所以楼高、楼正、楼歪影响不大。
这样泵的扬程为上述阻力之和。
如图3，为空调冷却水系统简图，如果安装系统是否与空气接触判断，这一系统应该时开式系统。
然而，右侧冷却管内的水柱静压可以和左侧部分抵消，水泵不需要克服这部分阻力。
但是从冷却塔接水盘到系统最高点这部分的高差形成的水压，需要水泵克服。
此外，冷却塔喷嘴也需要一定的水压进行喷水，所以水泵的扬程应该为系统（左侧部分与右侧部分）水路的管件、管路、冷水机组的阻力加上高差h 以及喷嘴前的必要压头之和。
图3. 接近闭式系统对开式系统，管路水力曲线如图4 中1 所示，其表达式如下：H = h + SQ2h 即为泵要求克服的系统静水压力。
对闭式系统，管路水力曲线如图4 中2 所示，其表达式如下：H = SQ2图4. 管路阻力曲线对上述开式系统和闭式系统，利用水泵变频进行节能计算时，区别很大，因为在曲线2 上各点为相似工况点，遵循水泵功率与转速3 次方成正比的关系，但是对曲线1，水泵变频调速后与1 的新交点与原来的工作点不是相似工况点，3次方关系不成立，常常见到需要商家不论系统情况上来就以三次方关系计算节能量，夸大了水泵调速的节能效果。
循环水、开式水、闭式水系统
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4套机力通风塔运行方式
• 每个单元内设有两套机力通风塔，内部连通，单元间设有 外置联络门，正常运行中始终保持开启，实现4套机力通 风塔全部连通方式，供全厂8台冷却循环水泵。
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#4机凝汽器
阀门井 阀门井 循环水排水工作井
#3机凝汽器 主厂房界限
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#2机凝汽器
流量计井
#1机凝汽器
至电解海水整流装置
循环水泵
#1A
冲洗水泵
冲洗水门
旋转滤网
拦污栅
检修钢闸门
#1B #2A #2B #3A #3B #4A #4B
冲洗水阀门组（详见《循环冷却水系统》"旋转滤网冲洗水"部分）
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凝汽器半侧隔离
• 开启隔离侧凝汽器水室放空气门，注意真空变化。 • 开启隔离侧凝汽器二次滤网排污门，进行入口侧放水。 • 确认循环水基本放净后，关闭隔离侧凝汽器出口蝶阀。 • 开启隔离侧凝汽器循环水出、入口管道放水门。
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• 当胶球清洗装置因设备缺陷无法投自动清洗时，可按照自 动运行步骤切至“手动”模式下运行。
300MW火电机组自然循环锅炉模型的建立及动态特性分析
! 仿真动态数学模型的建立
建立的仿真模型采用工程模块化建模技术建 立， 它包括模型算法库与锅炉仿真模型两部分。 !($ 模型算法库 模型算法库是以火电机组中的常规设备、 部件 或全局过程为基本单元， 以质量、 能量、 动量守恒为 基础， 严格按照其物理机理而建立的面向火电机组 的算法库。在算法库中对应火电机组所有的设备、 部件及逻辑控制模件都有相应的算法， 本文仅以锅 为例进行说明。 炉汽包算法 （:;）
图’
燃料量扰动主汽温动态特性
图%
蒸汽流量扰动主汽压动态特性
图( 图& 燃烧量扰动主汽压动态特性
蒸汽流量扰动主汽温动态特性
保持汽机调门开度不变， 通过调节给粉机转速 阶跃增加燃料量。试验结果如图 & 所示， 汽包压力 和过热器出口压力均缓慢增加， 二者压差亦逐渐增 加。这是因为蒸汽流量增大， 沿程阻力增加所致。 !"! 主汽温阶跃响应
文章编号： （!"")） $""$ # !"%" "* # ")&& # "*
)"" +, 火电机组自然循环锅炉模型 的建立及动态特性分析
何 荣， 全兆裕， 杨慧超
湛江 -!*"&&） （湛江发电厂， 广东
摘
要： 利用 ./01 # &" 模块 化 建 模 仿 真 支 撑 系 统 建 立 了
汽包算法仿真了自然循环锅炉汽包的动态过 程， 将汽包划分为汽相区和液相区进行分析。其主 要数学模型有： （$）质量平衡方程式： 液相区： < （ " ）# $ > %（$ & ’ ） $ ?? & $ <@?A & < ! != = $ B= & $ >C5D 式中： " =— 液相区工质容积； !=— 液相区工质密度； — — 水冷壁出 $ >— 省煤器进入汽包的水流量； $ ??— 口流量； $ <@?A— 下降管入口流量； $ B=— 锅炉排污流 量； $ >C5D— 蒸发流量； ’ — 水冷壁出口质量含汽率。 汽相区： < （ " ）# ’$ ?? % $ >C5D & $ E & $ F < ! !E E 式中： " E— 汽相区工质容积； !E— 汽相区工质密度； $ E— 汽包出口蒸汽流量； $ F— 汽包放汽流量。 （!）能量平衡方程式： 液相区： < （ ( = ) =）# $ > ) > %（$ & ’ ） $ ?? ) ?? & <! $ <@?A ) = & $ B= ) = & $ >C5D ) = & * B 式中： ( =— 液相区工质质量； ) =— 液相区工质焓； ) >— 省煤器进入汽包的工质焓； ) ??— 水冷壁出口 工质焓； * B— 液相区工质传给金属热量。 汽相区： < （ ( E ) E） # ’$ ?? ) ?? % $ >C5D ) E & $ E ) E & <! $F )E & *6 式中： ( E— 汽相区工质质量； ) E— 汽相区工质焓； * 6— 汽相区汽体传给金属热量。 （)）传热方程： ",3 （ - = & - GB） * B #（ + $ % +（ ! $ > % $ ??） ）
小型核动力装置自然循环运行特性分析
#">>
原 子 能 科 学 技 术 ! ! 第!"卷
!! 自 然 循 环 是 指 在 闭 合 回 路 内!不 依 靠 泵 的 驱动力而仅依靠冷热段流体密度差产生的驱动 压头来实现的循环流动%自然循环对于实现核 动 力 装 置 非 能 动 余 热 排 出 功 能)提 升 反 应 堆 的 固有 安 全 性)简 化 装 置 系 统 配 置 等 均 具 有 十 分 重要的意义%
K'6'*()D".$*-%(*+=#()%+*-#".=D*(*)-'(#6-#) "/,&*++$%)+'*(0"9'(0+*.-
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收 稿 日 期 #)"*E)=E#F修 回 日 期 #)"*E)FE"" 作 者 简 介 孔 ! 松 "FF# 男 河 北 定 州 人 硕 士 研 究 生 从 事 核 反 应 堆 安 全 分 析 研 究
CopyrighΒιβλιοθήκη ©博看网 . All Rights Reserved.
目前国内在小型核动力装置自然循环领域的 研究已取得很多成果%任成等*"+用自然循环的试 验台架进行了小型堆冷却剂回路自然循环稳态特 性的实验研究#石康丽等*#+运用d0C+A!程序对小 型自然循环 铅 冷 快 堆 进 行 了 瞬 态 安 全 分 析#吴 磊 等*D+以某小型 堆 为 对 象!对 自 然 循 环 系 统 流 动 阻 力特 性 进 行 了 理 论 和 实 验 研 究#刘 洋 等*>+在 (Kd#)) 的 基 础 上!对 一 体 化 供 热 堆 主 回 路 单 相 自然循环实验比例进行了分析和设计%
自然循环锅炉的循环特性分析
现 以某 实 际项 目为例 进 行 相 应 的水 循
环计算， 该 项 目为 太 阳 能 项 目， 随 时 间段 的 不 同太 阳 光 的 照 射 角 度 和 太 阳 光 强度 差 别
况， 以上 ３个 工 况 的水 循 环 特 性 计 算 。
１ ５
系统 是 否具 有 自补 偿 能 力 的一 个 重 要标 志 ， 在 此界 限状态 下 ， 循环 流速 为最 大值 。
因此 ， 对 于 自然 循 环 锅 炉 ， 在 设 计 结 构
很大， 因此 受 热 面 热 负荷 在 不 同 的 时 间段 内 相差很大， 根 据 该 项 目蒸 发 器 的 结 构 、 管 道
在较 多 的 水循 环 参 数和 指标 中 ， 循 环 倍 率和循环流速 （ 相 应 于 介 质 流 量 下 按 管子 截 面 计 算 的饱 和 水 速 度 ） ， 是 衡 量 水 循 环 可
循环倍率即为界 限循环倍率， 此时对应最高
循环 流速。 因此 ， 界 限循 环 倍 率 是 判 别 循 环
１ ４
余 热 锅 炉 ２ ０ １ ４ ． ２
自然 循 环 锅 炉 的循 环 特 性 分 析
杭州锅炉集团股份有限公司 何伟校 康新霞 裘雪萍
摘 要 本 文介 绍 了 自然循环锅 炉特点， 并对 桌实际项 目的不同工 况水循环计 算 结 果进 行 了分 析 ， 最后 给 出 了避 免膜 态沸 腾 出现 常 采 用 的措 施 。
０ ． ２ ３ ８
０ ． ２ ４ ０
２ ８ ． ４ ４
２ ８ ． ２ ２
ｐａ ｎ ａｌ４
＿
ｐ ａ ｎ ａ ｌ５
＿
冷却循环水的开式闭式系统解析
冷却循环水的开式闭式系统解析冷却循环水检测的循环水系统可分为封闭式(闭式)和敞开式（开式）两种。
闭式冷却水系统中，冷却水不暴露于空气中，水量损失很少，水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化；开式循环水系统中，水的再冷却是通过冷却塔进行的，因此冷却水再循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。
简单讲开式是敞开式，开放式，也就是冷却水与空气直接接触进行热交换，可通过以下方式体现：1.贮水池跟直流式有点相类似，只是人工造了一个池子，里面放点水，主要靠水的自然冷却（蒸发）来降温，约占总散热量的55%。
因此贮水池越大越好。
2.喷水池（喷泉）就是喷泉，把水用水泵喷到空气中从而达到散热的效果。
场地越开阔越好，同时也能美观厂区。
但是损耗比较大，约为1-5%。
3.水塔即一种塔式装置。
二、闭式循环水系统相对于开式，闭式冷却就是一次循环水不大面积与空气接触，相对隔离的系统。
闭式系统可分为两种：一种是被动式，也就是利用环境温度的空气作为根本热平衡的介质，冷却效果仍然会受到环境温度的影响。
降温下限是环境温度对应的湿球温度。
也是直接利用水塔来降温；另一种是主动式，比如带压缩机的冷水机，使用压缩机来为水降温，主要好处如下：1.可大大低于环境温度的湿球温度，即便在夏季热的时候，仍能提供4℃附近的冷水；2.目标温度精准可控，可以将水温设定在设备最适宜的温度附近，增强制冷效果，延长设备寿命；3.内循环系统污染少，使得维护周期大大延长，维护成本大大降低，有效保护了仪器设备。
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自然循环原理及其计算PPT课件
迭加得Sss； ④Sss与Sxj交点为回
路总工作点A； ⑤从A点反推得各管
组的工作点。
第13页/共30页
自然循环水动力计算
• 目的：确定合理的最佳回路结构，校核锅炉受热 面的工作可靠性，提出提高可靠性的措施。
• 内容和原则： ①确定循环流量或流速，循环倍率，压差，可靠
合成方法： 串联回路：在相同流量下，压差迭加。
并联回路：在相同压差下，流量迭加。
第10页/共30页
（a）并联回路
并联回路：在相同压差下，流量迭加。
第11页/共30页
（b）串联回路
串联回路： 在相同流量 下，压差迭 加。
第12页/共30页
（C）有集中下降管的复杂回路
①算绘制各管组Si； ②串联迭加得S1+3-5
② 增大引出管阻力，Syc和 Sss↑，G0G2；
③ 同时增加下降管阻力和 引出管阻力，G0G3。
第26页/共30页
（4）下降管带汽
下降管带汽，重位压头下降，阻力增大，下降 管特性曲线及回路的工作点大为降低，因而 对水循环不利。
带汽原因： ①压力下降，自汽化（蒸发）。 ②锅筒水空间的蒸汽被直接带入下降管。 ③旋涡斗带入蒸汽。 ④下降管受热产生蒸汽。
x ↑ , ∑Δp↑ ;φ ↑↑，Syd ↑↑，
自补偿区
动力＞阻力，则G0↑。
φ
即当K＞Kjx时，并联回路具有因上升
x
管q增加而使G0随之增加的能力称为自
然循环回路的自补偿能力。
可避免管壁超温
第7页/共30页
循环倍率
循环倍率K 衡量锅炉水循环可靠性的指标之一 K过大（x 过小) ，运动压头太小，可能出现循环停滞等水循环故障； K过小（x 过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温
循环水、开式水、闭式水系统
A
B
A
B
闭式循环 冷却水泵
A
B
电动给水泵电 动机冷却器
凝输 泵上 水来
锅 炉 房 来
A
B
EH油冷却器 汽前泵A 密封
A
B
A
B
汽前泵B 密封 凝泵B电机冷 凝泵B轴 凝泵B电机冷 承冷却器 却器（右侧） 却器（左侧） 氢气冷却器B
空 压 机 房 来
汽动给水泵 A轴承冷却 氢气冷却器A
汽动给水泵 B轴承冷却
空气预热器导向轴承冷却器
空气预热器支持轴承冷却器 #4机来 至#4机
取样冷却器 管道泵 回水 至膨 胀水 箱
至汽机房 汽机房来
磨煤机油 冷却器 A磨 B磨 C磨 至等离子燃 烧器系统 D磨 E磨 F磨 刘新智
闭式水水质要求： • PH值:大于9.5 • 导电度：小于30
闭式水系统
闭式水热交换器 • 最大工况工作压力：0.7Mpa（壳侧）、0.2~0.4MPa(管 侧) • 介质流向：闭式水（除盐水）流入管侧、开式水流入壳侧。 • 闭式水压力应始终大于开式水压力。
氢密封油冷却器 氢气干燥 器冷却器A
A
B
闭冷水热交换器 A B
A
B
凝输 泵上 水来
A
B
A
B
氢气干燥 器冷却器B
汽轮机润滑油冷却器
氢密封油冷却器氢侧
发电机定子水冷却器
引风机电动机油冷却器 除灰系统来 至除灰系统 空压机 冷却器
送风机润滑油冷却器
一次风机润滑油冷却器
一次风机电机油冷却器 停机冷却 水泵来 炉水循环泵
水 出
水 出
水 出
环
环
环
组 循
组 循
浅析循环水泵自启动应用
浅析循环水泵自启动应用通过将循环水泵控制方式改变为自启动方式，节省备用水泵投用时间，降低由于断水造成压缩机组由于风温高连锁停机的频率，避免装置氮气压力波动，确保装置长周期运行。
标签：循环水泵;原因分析;自启动措施0 引言兰州石化公司8000Nm3/h制氮装置由兰州寰球工程公司设计，2012年9月建成投产，该装置生产能力为8000Nm3/h，给炼油区生产装置提供生产过程所需的氮气和压缩空气，8000Nm3/h制氮装置设计了独立的循环水单元，供制氮装置内换热设备进行热量交换，循环水单元共有循环水立式自吸泵两台，相互备用，工程建设时未设计单台循环水泵故障后备用水泵自启动功能，在使用过程中由于循环水泵开泵需要调整时间明显大于受循环水影响的压缩机机间风温升高联锁时间，即当循环水泵故障时，还未来得及启动备用泵，已经导致压缩机因机间风温升高而联锁停车，从而影响装置的平稳运行，造成氮气压力波动，经设计变更，将循环水泵启动控制方式改为备用泵在运行泵故障停机或循环水单元压力降至0.2MPa时自行启动方式，来缩短备用泵开启时间，防止因循环水单元水压低而影响装置的正常运行，提高8000Nm3/h制氮装置平稳运行率。
1 现象描述目前，8000Nm3/h制氮装置共有换热器20台，由于循环水压力低、流量小造成设备联锁的换热器共10台。
循环水泵故障，在备用水泵开启过程中，会造成循环水压短暂波动，引起部分换热效果下降，温度升高造成相关运行设备联锁停车，从而影响8000Nm3/h制氮装置的正常运行。
2012年11月2日8时17分巡检人员发现1#循环水泵轴承处有冒烟现象，并伴有焦糊味，判断水泵轴承故障，立即启动循环水泵故障应急预案，立即开启2#循环水泵，由于该泵开泵时厂家要求水泵出口蝶阀在35度时开启循环水泵，且循环水泵房离操作室距离有一段距离，正在操作人员进行操作时，1#压缩机二级风温在8时18分58秒开始上升，8时19分43秒二级风温到达联锁值54 ℃，机组联锁停车，时间为45秒，在此期间压缩机润滑油温由43.3℃一直上升至46℃，未达到润滑油高温联锁值54℃。
开式自然循环系统实例优化设计研究
收稿日期:2020-05-25作者简介:李贵敬(1987 ),女,山东临邑人,讲师,博士,现主要从事优化算法开发㊁改进,核动力设备㊁装置的优化方面研究第41卷 第2期核科学与工程V o l .41 N o .22021年4月N u c l e a r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n gA pr .2021开式自然循环系统实例优化设计研究李贵敬1,2,王天泽1,陈先培1,刘佳伟1(1.燕山大学车辆与能源工程学院,河北秦皇岛066004;2.哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001)摘要:本文以核电厂安全壳非能动余热排出系统设计为应用背景,以某开式自然循环系统为研究对象,采用自主开发仿真程序结合新型优化算法的分析方法,开展针对该系统的实例优化研究㊂通过参数敏感度分析确定了由传热管高度㊁传热管根数㊁传热管内径㊁绝热管直径和绝热上升段高度构成的优化变量向量,以系统运行1400s 单位面积累积换热量作为优化目标,利用改进遗传算法获得在满足循环系统稳定性要求下的最优结构参数㊂结果表明,经优化后的系统运行1400s 时单位面积累积换热量增加了20.8%,有效地改善了系统的换热能力㊂研究结果为系统结构参数的选取提供了数据支撑,具有一定的理论参考价值㊂关键词:开式自然循环;结构参数;优化设计中图分类号:T L 33文章标志码:A文章编号:0258-0918(2021)02-0395-07A p p l i c a t i o n o f M u l t i -o b j e c t i v e G e n e t i c A l go r i t h m i n O p e n N a t u r a l C i r c u l a t i o n S ys t e m L I G u i j i n g 1,2,WA N G T i a n z e 1,C H E N X i a n pe i 1,L I U J i a w e i 1(1.C o l l e g e o f V e h i c l e s a n d E n e r g y ,Y a n s h a n U n i v e r s i t y ,Q i n h u a n gd a o o f He b e i P r o v .066004,C h i n a ;2.N a t i o n a l D ef e n s e K e y S u b j e c t L a b o r a t o r y f o r N u c l e a r S a f e t y a n d S i m u l a t i o n T e c h n o l og y,H a r b i n E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y ,H a r b i n o f H e i l o n g j i a n g Pr o v .150001,C h i n a )A b s t r a c t :I n t h i s p a p e r ,a n o p e n l o o p n a t u r a l c i r c u l a t i o n s y s t e m w a s i n v e s t i ga t e d f o r t h e p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n o f t h e d e s i g n o f t h e p a s s i v e h e a t r e m o v a l s ys t e m f o r t h e c o n t a i n -m e n t o f a n u c l e a r p o w e r p l a n t .T h e d e s i g n o p t i m i z a t i o n o f t h e o p e n l o o p na t u r a l c i r c u l a -t i o n s y s t e m w a s c o n d u c t e db y u s i n g h o u s e -c odef o r s i m u l a t i o n a l o ng w i th t h e n e w o pt i -m i z a t i o n a l g o r i t h m .T h r o u g h s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o n d e s i g n p a r a m e t e r s ,t h e l e n gt h ,t h e n u m b e r a n d t h e i n n e r d i a m e t e r o f t h e h e a t t r a n s f e r t u b e ,a n d t h e d i a m e t e r a n d t h el e n g t h o f t h e a d i a b a t i c r i s e r w e r e s e l e c t e d a s t h e o p t i m i z i n g ve c t o r .F u r t h e r m o r e ,t h e a c -593c u m u l a t ed he a t p e r u n i t a r e a i n1400s e c o n d s u p o n t h e o c c u r r e n c e of t h e p r o p o s e d c a s e w a s s e t a s t h e t a rg e t f o r th e d e si g n o p t i m i z a t i o n.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e s c h e m e w i t h t h e o p t i m i z e d v e c t o r c o u l d p r o v i d e20.8%i n c r e m e n t o f t h e t a r g e t a s c o m p a r e d w i t h t h e o r i g i n a l s c h e m e,w h i c h c o u l d s u p p l y d a t a r e f e r e n c e f o r t h e d e s i g n o f s u c h s y s t e m a n d b e m e a n i n g f u l f o r t h e o r e t i c a l u n d e r s t a n d i n g o f s u c h s y s t e m.K e y w o r d s:O p e n n a t u r a l c i r c u l a t i o n;S t r u c t u r a l p a r a m e t e r s;O p t i m i z a t i o n d e s i g n为进一步提高核电系统的安全性,第三代先进反应堆设计广泛引入了非能动安全的设计理念,其中包含非能动余热排出系统[1,2]㊂开式自然循环系统结构简单㊁符合非动能安全的特征,因而被应用于一些非动能安全系统的设计中㊂由于自然循环系统的流动特性对系统结构比较敏感,开式自然循环系统设计是否合理直接影响其工作性能,进而影响到装置的安全性㊂然而,开式自然循环系统性能预测不能直接套用闭式自然循环系统的研究经验[3],因此,本文以应用于核电厂非能动安全壳热量排出系统的开式自然循环系统为研究对象,构建其排热能力的评估模型,利用优化算法对系统结构参数开展实例优化研究工作㊂本文基于改进遗传算法,以故障发生后1400s期间系统总换热量与换热面积比值作为优化目标(以下简称为单位面积累计换热量),以传热管高度㊁传热管根数㊁传热管内径㊁绝热管直径㊁绝热上升管高度作为优化参数对系统进行优化,在满足稳定性要求的前提下,寻求使系统运行1400s 的单位面积累积换热量达到最优的方案㊂1开式自然循环系统分析模型1.1开式自然循环系统某核电厂安全壳非能动热量导出系统 开式自然循环系统结构简图如图1所示,该系统主要由内部换热器㊁外部水箱以及若干连接管道和阀门等组成㊂当发生L O C A㊁M S L B 等喷放类事故时,高温高压蒸汽通过与换热器传热管外壁的凝结换热㊁管壁的导热和管内对流换热将热量传递给自然循环回路内部的流体,并在回路中形成密度差,驱动流体产生自然循环流动㊂热量通过管内流体的循环流动传导至水箱内的储水中,最终以蒸汽的形式释放到大气中,进而实现安全壳内热量的导出㊂图1开式自然循环系统结构F i g.1 S t r u c t u r e o f t h e c i r c u l a t i o n s y s t e m系统主要结构参数和热工边界条件范围如表1所示㊂表1主要几何结构和热工边界范围T a b l e1R a n g e o f m a i n g e o m e t r y a n dt h e r m a l b o u n d a r y参数范围安全壳内总压/M P a0.2~0.7安全壳内蒸汽质量份额0.2~0.7水箱水温/ħ20~99.9管道总高度/m4.0~10.0绝热管直径/m0.16~0.32传热管高度/m1~31.2开式自然循环系统分析模型本模型采用一维均相模型描述流动特性,并参考郭雪晴[4]关于开式自然循环系统模型中的描述,基于C#创建系统分析程序,其逻辑框图如图2所示㊂本文所采用的守恒方程㊁饱和参数与压降计算式等封闭条件可参见文献[4]㊂此外,换热管段等价的总换热系数参见693文献[5]㊂其中,两相沸腾流动时换热系数用s h a h 公式[6]计算:h i n=m a x h N C B,h c(1)式中:h N C B 核态沸腾传热系数,W/(m2㊃K);h c 对流沸腾传热系数,W/(m2㊃K)㊂图2分析模型逻辑框图F i g.2 T h e s y s t e m l o g i c s t r u c t u r e 1.3模型准确性验证简化后的开式自然循环系统如图1所示,各管段和局部阻力件的详细参数如表2所示,表中所给的参数与图1中标识的符号位置对应㊂假设事故前系统处于满水静止状态,初始温度为60ħ,水箱初始水位1m,初始水装量为10t㊂假设安全壳内混合气体压力和蒸汽份额分别为0.6M P a和0.6,则开式自然循环系统分析模型计算得到的质量流量随时间的变化曲线如图3所示,与文献[4]质量流量计算结果的比值如图4所示,其中振荡区域的误差代表振荡上下限的平均误差㊂表2各个管段详细参数T a b l e2D e t a i l e d p a r a m e t e r s o f e a c h s e c t i o n参数值下降段直径d d n/m0.16下降段高度H d n/m4水平段长度L d n/m3传热管高度z h/m3传热管内径d i/m0.02传热管外径d o/m0.024传热管根数/-100上升段直径d u p/m0.16上升段高度H u p/m1水平段长度L u p/m2水位高度H w/m1水箱储水量M t/t10局部阻力系数ζ/-0.4图3质量流量随时间变化F i g.3 T h e m a s s f l o w r a t e v a r i e s w i t h t h e t i m e793图4计算值与参考值比值F i g.4 T h e r a t i o o f t h e c a l c u l a t e d v a l u e v s.t h e r e f e r e n c e v a l u e利用本文所建立的开式自然循环系统瞬态分析模型,得到的计算数据与文献[3]的结果对比,误差在10%以内,在可接受的范围内㊂因此基于本文建立的开式自然循环系统的瞬态分析模型,可以用作后续的优化设计研究㊂2参数敏感性分析本文在进行参数敏感性分析及对系统结构参数的优化研究中,都是针对安全壳压力为0.6M P a,蒸汽质量份额为0.6的工况㊂计算参数敏感性时其他参数保持表2母型数据不变㊂2.1传热管高度的影响图5给出了系统运行1400s单位面积累积换热量随传热管高度的变化㊂增加传热管高度能增大换热器的总传热面积,当换热器高度过小时,系统运行时密度差带来的驱动力过小导致换热能力较差,增加高度时换热能力迅速增加导致单位面积累积换热量上升,但是继续增大高度时,换热量增加幅度逐渐降低且落后于换热面积增加幅度,从而导致单位面积累积换热量下降㊂2.2传热管根数的影响图6给出了传热管高度为1.0m时传热管根数对系统运行1400s单位面积累积换热量的影响㊂传热管根数增大时,系统总质量流量的增加幅度小于总横截面积的增加幅度,从而使传热管内流体的流速降低,系统的管内换热系数减小,导致换热能力下降,虽然增加传热管根数同时会增大换热器换热面积,增大换热量,但换热量增加幅度小于换热面积增加幅度,所以最终导致传热管的单位面积累积换热量降低㊂图5传热管高度对系统累积换热量的影响F i g.5I n f l u e n c e o f t h e h e a t p i p e h e i g h t o n t h e s y s t em图6传热管根数对系统累积换热量的影响F i g.6 T h e i n f l u e n c e o f t h e n u m b e r o f h e a tp i p e r o o t s o n t h e s y s t e m2.3传热管内径的影响图7给出了系统运行1400s单位面积累积换热量随传热管直径的变化㊂增加传热管直径能增大换热器的传热面积,同时也会增大传热管的总横截面积,但是系统质量流量的增加幅度小于横截面积的增加幅度,导致传热管内流体的流速降低,从而管内换热系数减小,换热量增加幅度小于换热面积增加幅度,使得单位面积累积换热量减小㊂2.4绝热管直径的影响图8给出了系统运行1400s单位面积累积换热量随绝热管直径的变化趋势㊂增加绝热管直径能有效地减小系统阻力,两相流动时可以减小加速压降,从而改善换热能力,当直径较大时,绝热管加速压降远小于加热段加速压893降,所以改善幅度减弱㊂图7 传热管内径对系统累积换热量的影响F i g .7 T h e i n n e r d i a m e t e r o f t h e h e a t p i pe i nf l u e n c i ng th e s ys t em 图8 绝热管直径对系统影响F i g .8 T h e i n f l u e n c e o f t h e a d i a b a t i c s e gm e n t d i a m e t e r o n t h e s ys t e m 2.5 绝热上升段高度的影响图9给出了绝热上升段高度变化时系统运行1400s 单位面积累积换热量的变化规律㊂增加绝热上升段的高度能够提高单相自然循环的流动和传热能力㊂增加上升段高度能够增加换热器的运行压力,使系统沸腾两相流动出现的时间延后,由于系统处于沸腾两相时系统的空泡份额再继续加大对驱动力的提升远没有对两相流动阻力的提升大,导致系统进入沸腾两相流动时流动能力会小幅减弱,所以增加上升段高度可以使系统更长时间维持在闪蒸两相流动阶段,从而改善换热能力和循环流动能力,使单位面积累积换热量有所提升㊂图9 绝热上升段高度对系统影响F i g.9 T h e e f f e c t o f t h e a d i a b a t i c r i s e h e i g h t o n t h e s ys t e m 3 开式自然循环系统优化设计3.1 设计变量与约束条件的建立根据参数敏感性分析,传热管高度z h ㊁传热管根数n ㊁传热管内径d i ㊁绝热管直径d 0和绝热上升段z u 的改变对系统换热能力影响较大,所以将以上参数选为设计变量㊂f =f z h ,n ,d i ,d 0,z u(2)各参数的选择范围为:1m ɤz h ɤ4m100ɤp i pe n u m ɤ3000.02m ɤd i ɤ0.04m 0.16m ɤd 0ɤ0.32m 1m ɤz u ɤ7m(3)通过借鉴苏光辉[7]等人对沸腾两相流动不稳定边界的预测方法,对闪蒸不稳定性边界做出理论分析:a 0>0a 1>0a 2>0a 3>0a 4>0a 1a 2a 3>a 0a 23+a 4a 21(4)判据中a 0㊁a 1㊁a 2㊁a 3㊁a 4为管内单相段高度和双相段高度通过线性方程组转化而成,当式(4)中六个不等式同时成立时系统处于稳定状态[8],对开式自然循环系统进行优化时将不稳定判据作为约束条件㊂3.2 优化算法本文在满足开式自然循环系统流动稳定的前提下,以提高系统运行1400s 单位面积累积换热量为最终目标,对开式自然循环系统开993展实例优化研究㊂本文基于映射交叉遗传算法[9]对系统进行优化,设定种群大小为80,种群迭代次数为5000㊂算法逻辑框图如图10所示㊂图10 遗传算法结构F i g .10 T h e g e n e t i c a l go r i t h m s t r u c t u r e 3.3 开式自然循环系统优化设计基于改进遗传算法优化开式自然循环系统,最终得到的最优个体为:z h ,n ,d i ,d 0,z u=(2.48,100,0.02,0.24,5.76)㊂分析表3中各项数据可知,借助改进遗传算法,开式自然循环系统经优化后,单位面积累计换热量增加了20.8%㊂优化结果中传热管高度适当增加,数值在参数分析中的最优选择附近,优化后上升段的高度和直径都有所增加,其原因为当系统进行单相流动时和进行至两相流动时,增加上升管高度和扩大上升管直径可以增加系统流动能力及换热能力,优化趋势符合参数分析㊂而增加系统的传热管内径和传热管根数反而会使得系统单位面积累积换热量有所下降,所以维持初始默认范围最小值不变㊂表3 优化结果T a b l e 3 T h e o pt i m i z a t i o n r e s u l t s 传热管高度/m传热管根数传热管段内径/m绝热管直径/m 绝热上升段高度/m 运行1400s单位面积累积换热量/(m J /m 2)初始值3.00100.000.0200.161.0095.60优化值2.48100.000.0200.245.76115.49优化量/%-17.000.000.00+50.00+476.00+20.804 结论本文通过对开式自然循环系统进行参数敏感性分析,选取对系统运行1400s 单位面积累积换热量作为优化变量,开展实例优化设计研究㊂通过本文研究,得到以下结论:(1)在所研究参数范围内,开式自然循环系统换热器1400s 单位面积累积换热量随传热管高度的升高出现先增高后下降的趋势,随传热管根数和传热管内径单参数升高出现降低的趋势,而随绝热管直径和绝热上升段高度单参数升高出现增大的趋势㊂(2)本文优化分析显示,单位面积累积换热量增加的主要阻碍为流动摩擦阻力和两相流动时明显增大的加速压降㊂优化方案针对上述两点明显增加了绝热上升管的高度和直径,延后沸腾两相流动出现时间同时减小了流动阻力和加速压降,有效的增加了循环系统的换热能力,同时为系统结构参数的优化方向提供了参考㊂注明:本文研究是对开式自然循环系统在特定初始条件下的初步优化工作,优化过程未考虑实际工程运行问题㊂因此,所得到的最优设计方案是在所给定的约束下的理想最优方案㊂参考文献[1] 黄庆,张振华,蒋兴.非能动余热排出热交换器结构设计分析与优化[J ].核科学与工程,2020,40(1):48-54.[2] 蒋兴,张伟,祖洪彪,等.非能动余热排出热交换器流动传热分析与验证[J ].核科学与工程,2020,40(1):1-6.[3] 侯晓凡,孙中宁.开式自然循环闪蒸不稳定的线性均相004流模型[J].哈尔滨工程大学学报,2016,37(7): 930-935.[4]郭雪晴.开式自然循环系统流动特性研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2016.[5]骆贝贝.安全壳非能动热量导出系统数值模拟[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2013.[6]M M S h a n.C h a r t c o r r e l a t i o n f o r s a t u r a t e d b o i l i n g h e a tt r a n s f e r:E q u a t i o n s a n d f u r t h e r s t u d y[J].A s h a e T r a n s-a c t i o n s,1981,88(1):185-196.[7]苏光辉,郭玉君,张金玲,等.两相自然循环流动第1类密度波不稳定性的理论研究[J].西安交通大学学报, 1998,32(5):56-59.[8]郭雪晴,孙中宁,王建军.开式自然循环系统启动特性实验研究[J].核技术,2014,37(4):69-74.[9]李贵敬,阎昌琪,王建军,等.映射交叉遗传算法在核动力设备优化设计中的应用[J].原子能科学技术,2013, 47(7):1212-1216.104。
多系统耦合下自然循环特性试验研究与计算分析
第38卷第3期核科学与工程Vol.38 No.3 2018年6月Nuclear Science and Engineering Jun.2018多系统耦合下自然循环特性试验研究与计算分析李亮国1，傅孝良2, 3，文青龙1, *，刘丽芳2, 3，吴小航1，卢冬华1，苏前华1（1. 中广核研究院有限公司，广东深圳518026；2. 国家核电技术有限公司北京软件技术中心，北京102206；3. 国家能源核电软件重点实验室，北京100029）摘要：以典型压水堆为原型堆，基于比例模化方法设计建造了自然循环试验装置（FITY），在自然循环试验装置上开展了多回路系统自然循环耦合的稳态及瞬态试验，并利用RELAP 5程序对试验工况进行计算分析。
试验及计算结果表明：系统压力对自然循环流量基本无影响，自然循环流量随加热功率的增加而增加。
不同降压及功率瞬变过程后均建立了稳定的自然循环，其最终状态与中间经历的瞬态过程无关。
关键词：自然循环；多系统耦合；稳态试验；瞬态试验；计算分析中图分类号：TL33文章标志码：A文章编号：0258−0918（2018）03−0403−08Experimental and Numerical Investigation of Natural Circulation Characteristics of Multi-coupled SystemsLI Liang-guo1，FU Xiao-liang2, 3，WEN Qing-long1, *，LIU Li-fang2, 3，WU Xiao-hang1，LU Dong-hua1，SU Qian-hua1（1. China Nuclear Power Technology Research Institute，Shenzhen of Guangdong Prov，518026，China;2. State Nuclear Power Software Development Center，Beijing，102206，China;3. National Energy Key Laboratory of Nuclear Power Software，Beijing，100029，China）Abstract：Steady state and transient multi-system coupled natural circulation tests were performed at FITY，which was scaled from typical PWR based on scaling criteria. RELAP 5 code was used to simulate the tests. The experimental and numerical analysis show that the flow rate of natural circulation was nearly unaffected by system pressure，but it increased______________________收稿日期：2017−10−26基金项目：大型先进压水堆核电站重大专项资助项目（2011ZX06004−024）作者简介：李亮国（1990—），男，河南浚县人，工程师，硕士研究生，现主要从事反应堆热工水力研究通信作者：文青龙：wenqinglong@403404with the increase of heating power. Steady state natural circulation was finally established after the heating power transient process and system pressure decreasing process. It was mainly influenced by the final state of transient tests.Key words ：Natural circulation ；Multi-system coupled ；Steady state ；Transient ；Numerical investigation福岛事故后，非能动余热排出系统作为二代压水堆的改进项及三代压水堆的重要特征之一而被世界各国广泛采用。
自然循环欠热沸腾起始点特性
7.开式循环水系统
7.开式循环水系统7.1.系统概述包括的主要设备：(1)开式水电动滤网(T48M03A)(2)A开式循环冷却水泵入口电动门(T48V01A)(3)A开式循环冷却水泵出口电动门(T48V01B)(4)A开式循环冷却水泵(T48M01A)(5)B开式循环冷却水泵入口电动门(T48V02A)(6)B开式循环冷却水泵出口电动门(T48V02B)(7)B开式循环冷却水泵(T48M01B)7.2.开式水电动滤网（T48M03A）●操作方式：（1）单操●启动允许条件：（and）(1)(T48M03AZS)开式水滤水器故障(10PCB10CJB01XP03)，取非●停止允许条件：（and）(1)无●自动启动条件：（or）(1)无●自动停止条件：（or）(1)无●保护启动条件：（or）(1)无●保护停止条件：（or）(1)无HOLLiAS杭州和利时自动化有限公司7.3.A开式循环冷却水泵入口电动门(T48V01A)●操作方式：（1）单操●开启允许条件：（）(1)无●关闭允许条件：（）(1)(T48M01AZS)A开式循环冷却水泵开关分闸状态(10PCB10AP001XP02)●自动开启条件：（）(1)无●自动关闭条件：（）(1)无●保护开启条件：（）(1)(T48M01AZR)A开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP001XP01)●保护关闭条件：（）(1)无7.4.A开式循环冷却水泵出口电动门(T48V01B)●操作方式：（1）单操●开启允许条件：（and）(1)无●关闭允许条件：（and）(1)A开式循环冷却水泵联锁已投入，取非(2)(T48M01AZS)A开式循环冷却水泵开关分闸状态(10PCB10AP001XP02)●自动开启条件：（or）(1)A开式循环冷却水泵联锁已投入，3s脉冲●自动关闭条件：（or）(1)(T48M01AZR)A开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP001XP01)，取非，3s脉冲●保护开启条件：（or）(1)(T48M01AZR)A开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP001XP01) ，延时5sHOLLiAS杭州和利时自动化有限公司●保护关闭条件：（）(1)无7.5.A开式循环冷却水泵(T48M01A)●操作方式：（1）单操（2）联锁●启动允许条件：（(1/2/3 and) and (4 or 5)）(1)A开式循环冷却水泵无故障（or,取非）1)(T48M01AEX)A开式循环冷却水泵开关装置异常(10PCB10AP001XP04)2)(T48M01AEF)A开式循环冷却水泵开关事故总信号(10PCB10AP001XP05)3)(T48M01AYG)A开式循环冷却水泵开关预告总信号(10PCB10AP001XP06)4)(T48M01ACL)A开式循环冷却水泵开关CT保护动作(10PCB10AP001XP07)5)(T48M01ASE)A开式循环冷却水泵开关弹簧未储能(10PCB10AP001XP08)6)(T48M01AGL)A开式循环冷却水泵开关触头温度报警(10PCB10AP001XP09)(2) (T48V01AZO)A开式循环冷却水泵入口电动门已开(10PCB10AA001XP01)(3)A开式循环冷却水泵不超温，以下所有条件（and）1)A开式循环冷却水泵定子线圈温度正常(and)a)(T48M01ATERA)A开式循环冷却水泵电机定子线圈温度1(10PCB10CT363)<110℃b)(T48M01ATERB)A开式循环冷却水泵电机定子线圈温度2(10PCB10CT364)<110℃c)(T48M01ATERC)A开式循环冷却水泵电机定子线圈温度3(10PCB10CT365)<110℃2)A开式循环冷却水泵电机前轴承温度正常(and)a)(T48M01ATEZA)A开式循环冷却水泵电机前轴承温度(10PCB10CT361)<80℃3)A开式循环冷却水泵电机后轴承温度正常(and)a)(T48M01ATEZB)A开式循环冷却水泵电机后轴承温度(10PCB10CT362)<80℃(4)(T48V01BZC)A开式循环冷却水泵出口电动门已关(10PCB10AA002XP02)(5)A开式循环冷却水泵联锁已投入●停止允许条件：（and）(1)无●自动启动条件：（（1/2 and） or （3/4 and (5/6 or)））HOLLiAS杭州和利时自动化有限公司(1)A开式循环冷却水泵联锁已投入(2)B开式循环冷却水泵跳闸(T48M01B.OC或T48M01B.L1)(3)A开式循环冷却水泵联锁已投入(4)(T48M01BZR)B开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP002XP01)，延时10s(5)(T48PS02L)开式循环冷却水泵出口压力低(10PCB10CP201)，延时3s,3s脉冲(6)(T48PT05)开式循环冷却水泵出口压力(10PCB10CP001)<0.15MPa，延时3s，3s脉冲●自动停止条件：（or）(1)无●保护启动条件：（or）(1)无●保护停止条件：（(1/2 and）or（(3/4/5 and)，延时断开5s）or 6 or 7）(1)(T48V01AZC)A开式循环冷却水泵入口电动门已关(10PCB10AA001XP02)(2)(T48V01AZO)A开式循环冷却水泵入口电动门已开(10PCB10AA001XP01) ,取非(3)(T48M01AZR)A开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP001XP01)，延时60s(4)(T48V01BZC)A开式循环冷却水泵出口电动门已关(10PCB10AA002XP02)(5)(T48V01BZO)A开式循环冷却水泵出口电动门已开(10PCB10AA002XP01),取非(6)(T48M01ATEZA)A开式循环冷却水泵电机前轴承温度(10PCB10CT361)>90℃，延时3s(7)(T48M01ATEZB)A开式循环冷却水泵电机后轴承温度(10PCB10CT362)>90℃，延时3s7.6.B开式循环冷却水泵入口电动门(T48V02A)●操作方式：（1）单操●开启允许条件：（and）(1)无●关闭允许条件：（）(1)(T48M01BZS)B开式循环冷却水泵开关分闸状态(10PCB10AP002XP02)●自动开启条件：（）(1)无HOLLiAS杭州和利时自动化有限公司●自动关闭条件：（）(1)无●保护开启条件：（）(1)(T48M01BZR)B开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP002XP01)●保护关闭条件：（）(1)无7.7.B开式循环冷却水泵出口电动门(T48V02B)●操作方式：（1）单操●开启允许条件：（）(1)无●关闭允许条件：（and）(1)B开式循环冷却水泵联锁已投入，取非(2)(T48M01BZS)B开式循环冷却水泵开关分闸状态(10PCB10AP002XP02)●自动开启条件：（or）(1)B开式循环冷却水泵联锁已投入，3s脉冲●自动关闭条件：（）(1)(T48M01BZR)B开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP002XP01)，取非，3s脉冲●保护开启条件：（）(1)(T48M01BZR)B开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP002XP01)，延时5s●保护关闭条件：（）(1)无7.8.B开式循环冷却水泵(T48M01B)●操作方式：（1）单操（2）联锁●启动允许条件：（(1/2/3 and) and (4 or 5)）(1)B开式循环冷却水泵无故障（or,取非）1)(T48M01BEX)B开式循环冷却水泵开关装置异常(10PCB10AP002XP04)2)(T48M01BEF)B开式循环冷却水泵开关事故总信号(10PCB10AP002XP05)HOLLiAS杭州和利时自动化有限公司3)(T48M01BYG)B开式循环冷却水泵开关预告总信号(10PCB10AP002XP06)4)(T48M01BCL)B开式循环冷却水泵开关CT保护动作(10PCB10AP002XP07)5)(T48M01BSE)B开式循环冷却水泵开关弹簧未储能(10PCB10AP002XP08)6)(T48M01BGL)B开式循环冷却水泵开关触头温度报警(10PCB10AP002XP09)(2)(T48V02AZO)B开式循环冷却水泵入口电动门已开(10PCB10AA003XP01)(3)B开式循环冷却水泵不超温，以下所有条件（and）1)B开式循环冷却水泵定子线圈温度正常(and)a)(T48M01BTERA)B开式循环冷却水泵电机定子线圈温度1(10PCB10CT373)<110℃b)(T48M01BTERB)B开式循环冷却水泵电机定子线圈温度2(10PCB10CT374)<110℃c)(T48M01BTERC)B开式循环冷却水泵电机定子线圈温度3(10PCB10CT375)<110℃2)B开式循环冷却水泵电机前轴承温度正常(and)a)(T48M01BTEZA)B开式循环冷却水泵电机前轴承温度(10PCB10CT371)<80℃3)B开式循环冷却水泵电机后轴承温度正常(and)a)(T48M01BTEZB)B开式循环冷却水泵电机后轴承温度(10PCB10CT372)<80℃(4)(T48V02BZC)B开式循环冷却水泵出口电动门已关(10PCB10AA004XP02)(5)B开式循环冷却水泵联锁已投入●停止允许条件：（and）(2)无●自动启动条件：（（1/2 and） or （3/4 and (5/6 or)））(1)B开式循环冷却水泵联锁已投入(2)A开式循环冷却水泵跳闸(T48M01A.OC或T48M01A.L1)(3)B开式循环冷却水泵联锁已投入(4)(T48M01AZR)A开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP001XP01)，延时10s(5)(T48PS02L)开式循环冷却水泵出口压力低(10PCB10CP201)，延时3s,3s脉冲(6)(T48PT05)开式循环冷却水泵出口压力(10PCB10CP001)<0.15MPa，延时3s，3s脉冲●自动停止条件：（or）(2)无●保护启动条件：（or）HOLLiAS杭州和利时自动化有限公司(2)无保护停止条件：（(1/2 and）or（(3/4/5 and)，延时断开5s）or 6 or 7）(1)(T48V02AZC)B开式循环冷却水泵入口电动门已关(10PCB10AA003XP02)(2)(T48V02AZO)B开式循环冷却水泵入口电动门已开(10PCB10AA003XP01) ,取非(3)(T48M01BZR)B开式循环冷却水泵开关合闸状态(10PCB10AP002XP01)，延时60s(4)(T48V02BZC)B开式循环冷却水泵出口电动门已关(10PCB10AA004XP02)(5)(T48V02BZO)B开式循环冷却水泵出口电动门已开(10PCB10AA004XP01),取非(6)(T48M01BTEZA)B开式循环冷却水泵电机前轴承温度(10PCB10CT371)>90℃，延时3s(7)(T48M01BTEZB)B开式循环冷却水泵电机后轴承温度(10PCB10CT372)>90℃，延时3sHOLLiAS杭州和利时自动化有限公司。
开式循环水系统
0Ξ 概述 开式制冷循环系统在制药 、溶剂以及新型建材
等工业中有较广泛应用 。由于生产工艺的要求不 同 ,开式循环系统呈现不同的设计形式 。设计人员 应该根据工艺设备对冷量的要求 ,确定适合工艺生 产的设计方案 ,以保证系统运行稳定 、结构合理 、满 足工艺生产的要求为准则 ,充分利用天然能源 ,降 低电力消耗 。 1 设计中常用开式制冷循环水系统的形式及特点 1. 1 制药厂 、溶剂厂等工艺所需冷却设备的冷水 流量较大 ,对冷水供水温度要求不很严格 ,多采用 开式制冷循环水系统 ,这种系统结构简单 、稳定性 好 、适应能力强 ,运行时易达到设计要求 。循环过 程见图 1 。 此种系统适用于昼夜温差较大的北方地区 ,在 不同工艺设备冷水回水温度差异不大的情况下 ,白 天由冷水机组供冷 ;夜间气温降低时 ,机组可停止 运行 ,直接利用冷却塔降温 ,采用循环冷水泵将保 温水池的冷水输入需冷却设备 ,这样可节省用电 , 降低设备损耗 。 1. 2 工艺需冷却设备为敞开式 ,各厂房工艺设备
关键词 开式循环 敞开式设备 水池 设计
Ap p li c a ti o n of o p e n refri g e r a ti n g c ir c ul a ti n g w a t e r s yst e m i n i n d ustri a l p r oj e c ts
By Jiang Weixiang ★, Fan Luying and Jin Puxin
U - PVC 管材 、管件的主要生产过程 :物料冷 混 、挤管及注塑是互不制约的独立过程 ,它们可同 时运行 ,也可独立运行 。设计中充分利用独立生产 时间工艺设备冷水循环量减少这一条件 ,将多余的 冷水引入回水池 ,与较高温回水混合 ,这样 ,冷水机 组循环水量不需增加 ,节省了设备初投资 。回水池 各管道的布置见图 4 。
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开式自然循环系统启动特性研究侯晓凡;孙中宁;范广铭;丁铭;宿吉强【摘要】针对开式自然循环系统启动特性进行了实验研究。
实验表明：不同加热功率下，开式自然循环系统会经历不同的流动演化过程。
低加热功率下，系统经历单相循环、喷泉不稳定，最终演化为闪蒸不稳定；中等以及高加热功率下，系统依次经历单相循环、喷泉不稳定和沸腾伴随闪蒸不稳定后，分别演化为稳定的汽液流动和密度波振荡。
导致启动过程流动演化的主要原因是随着加热管入口水温的升高，管内沸腾现象持续增强，上升段内闪蒸现象则先增强而后减弱，两者相互作用，导致系统流量、相变位置及空泡份额等发生明显变化。
最后，绘制了开式自然循环启动过程的无量纲化流动不稳定区域分布图，并拟合得到了喷泉不稳定及闪蒸主导的不稳定起始边界的经验关系式，拟合结果与实验结果符合良好。
%An experimental investigation on startup characteristics of open natural circu‐lation system was performed .The results show that heating powers have significant influence on the flow characteristics evolvement during startup process .Namely ,the system undergoes single‐phase natural circulation , geysering oscillation and flashing oscillation under low powerconditions ;it undergoes single‐phase natural circulation , geysering oscillation and boiling accompanied with flashing oscillation ,and then devel‐ops into the steady circulation of two‐phase flow under the medium power conditions , the system under the high power conditions undergoes the same evolvement process as that under the medium power conditions at beginning ,and finally develops into density wave oscillation .The main reason leading to the evolution of flow characteristics during startupprocess is that the boiling in the heated tube continues to enhance ,and the flash‐ing phenomenon in the upflow‐leg enhances at first , and then weakens , with the increase of the entrance temperature of the heated tube .The two factors interact with each other ,w hich bring about the obvious changes of the system circulation flow rate , the phasetra nsition positions and the void fraction . Finally , a non‐dimensional flow instability map of the open natural circulation system during startup process was drawn . And empirical correlations of the instability boundaries for geysering oscillations and flashing dominated oscillations were established . The fitting results fairly well agree with experiment data .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】6页(P1772-1777)【关键词】开式自然循环;启动特性;流动不稳定;不稳定区域分布【作者】侯晓凡;孙中宁;范广铭;丁铭;宿吉强【作者单位】哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TL353自然循环在化学工程、核动力等领域均得到广泛应用，而在两相自然循环建立过程中则不可避免地会产生流动不稳定[1-2]。
系统振荡有可能会诱发装置机械振荡、系统控制等问题，在极端情况下还可能引起传热的恶化，导致传热壁面的烧毁[3]。
目前针对闭式自然循环启动过程流动特性的文献报道较多[4-7]，然而针对开式自然循环系统的研究却很少，开式系统由于运行压力为常压，系统易于发生沸腾、闪蒸等剧烈的相变过程；同时相对于闭式系统，开式系统缺少能容纳系统压力波动、抑制空泡份额变化和流量振荡的封闭气空间，因此更容易诱发流动不稳定现象。
Chiang等[8]曾以沸水堆启动过程为背景，对开式自然循环启动过程进行了实验研究，但其入口温度变化范围较窄，且并未给出自然循环建立过程中的流动特性演化过程。
本文在不同加热功率下，对开式自然循环系统启动过程中的流动特性变化过程进行系统的实验研究。
实验装置由加热管、自然循环回路和高位水箱等部分组成(图1)。
冷却水从高位水箱中流出，进入加热管后被锅炉产生的饱和蒸汽加热，然后在冷热段密度差的驱动下向上流动，经过可视化上升管段后，最终流回高位水箱。
回到水箱的两相流体经过汽水分离后，气相直接排放至大气环境，液相继续参与自然循环。
为观测回路中冷却水的流动特性，实验装置多处布置温度、压力测点，其中冷却水温度由Ⅰ级铠装镍铬-镍硅热电偶测量，冷却水压力由0.1级的压力传感器测量，饱和蒸汽流量由0.5级的涡街流量计测量，自然循环流量由0.2级的电磁流量计测量。
各测量仪表动态响应特性良好，准确性均经过专门的标定。
实验测量信号通过NI数据采集系统进行实时采集和存储。
实验时，向实验回路中通入冷却水，使水箱内的液面与汽水分离装置出口齐平，同时向冷凝罐内持续通入饱和蒸汽，冷却水在冷热段密度差的驱动下发生自然循环。
随着加热的进行，加热管入口水温不断升高，直至达到稳定(通常为(99.0±0.5) ℃)，实时采集这一过程中系统各测点的温度、压力变化，并观察上升段中冷却水的流动特性。
系统加热功率通过控制管外的饱和蒸汽压力进行调节，功率通过蒸汽冷凝前后的焓差以及蒸汽流量计算得到，范围为18.9～127.4 kW。
2.1 启动过程中流量的时序变化实验结果表明，加热功率对开式自然循环系统启动过程中的流动不稳定演化过程具有重要作用，不同的加热功率下，开式自然循环系统会经历不同的流动不稳定过程。
图2为不同加热功率下，开式自然循环启动过程中自然循环流量的时序变化。
1) 在低加热功率工况(曲线Ⅰ)下，系统依次经历单相自然循环(a)、喷泉不稳定(b)，最终演化为闪蒸不稳定(c)；2) 在中等加热功率工况(曲线Ⅱ)下，系统依次经历单相自然循环(a)、喷泉不稳定(b)、沸腾伴随闪蒸不稳定(d)，最终演化为稳定的气液两相流动(e)；3) 在高加热功率工况(曲线Ⅲ)下，系统依次经历单相自然循环(a)、喷泉不稳定(b)、沸腾伴随闪蒸不稳定(d)，最终演化为剧烈的密度波振荡(f)。
上述的自然循环启动过程经历的典型流动不稳定模式详见2.2节。
2.2 典型不稳定类型1) 喷泉不稳定喷泉不稳定是开式自然循环系统启动过程中最先出现的不稳定形式。
如图3所示，此时自然循环流量呈低振幅的不规则脉动，加热管出口处流体处于过冷状态，水平可视化管段内观察到有汽泡间歇性地涌出，说明加热管内发生了过冷沸腾，汽泡在水平可视管段内运动缓慢，且逐渐被冷凝。
对于喷泉不稳定，过冷沸腾汽泡随机地产生、长大和冷凝是导致其发生的诱因。
实验发现，不同加热功率下，喷泉不稳定起始时的入口水温随着加热功率的增加而逐渐降低，通过Saha-Zuber模型[9]对过冷沸腾汽泡脱离点位置进行计算发现，当喷泉不稳定起始时，汽泡脱离点的位置基本稳定在加热管出口附近。
2) 闪蒸不稳定随着加热段入口水温的升高，加热段出口水温也升高，上升段内出现周期性的闪蒸汽化现象，从而诱发闪蒸不稳定。
闪蒸不稳定或闪蒸主导的不稳定现象主要出现在低功率工况后期及中高功率工况的发展期。
在低功率工况后期，由于加热管入口水温较高，管内已出现欠热沸腾，欠热沸腾产生的汽泡流出加热管后，在水平可视化管段内被完全冷凝。
这些汽泡通常较小且行程较短，因此对流量的扰动较小。
随后流体沿上升段向上流动，由于静压降低，在某一位置达到当地饱和温度而诱发闪蒸。
闪蒸增加了自然循环流量，导致加热管出口水温降低，闪蒸现象结束。
上升段内流体恢复单相流动，导致流量降低，从而再次诱发闪蒸。
此时系统振荡由闪蒸不稳定主导，振荡周期稳定，每次闪蒸前有一段较长的单相孕育阶段。
图4为典型的闪蒸不稳定工况，图中T1、T2、T3分别表示加热段出口、上升段入口及水箱入口处的温度，Tp1、Tp2、Tp3则表示相应位置的饱和温度。
经比较发现，闪蒸发生时，加热段出口及上升段入口处，流体温度始终低于当地饱和温度，说明流体始终处于过冷状态；而水箱入口处的温度达到了饱和温度，即上升段内已发生闪蒸现象。
在中高功率工况下，由于加热功率较高，管内出现间歇性的沸腾现象，流体向加热管两端剧烈地喷发，瞬间在入口处引发倒流现象，同时喷发的流体进入上升通道，并诱发闪蒸现象，在闪蒸起始位置可明显看到空泡份额的增加。
沸腾喷发结束后，加热管内压力急速下降，冷却水迅速涌入加热管，产生较大的流量，导致管内沸腾被抑制，同时加热管出口水温下降，上升段内闪蒸起始点随之上移，导致自然循环驱动力下降，循环流量降低，随后再次引发管内沸腾、闪蒸点下移等过程。