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壓力變送器

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核電廠輔助蒸汽壓力變送器波動的影響分析

作時間:2019-09-10  來源:  作者:
   
摘 要:改進型三環路壓水堆核電機組輔助蒸汽供應系統在某些情況下偶爾會出現壓力不穩定的情況。為了確定短時間壓力波動是否影響常規島用戶的正常運行,文章對下游用戶的運行特點和運行參數進行分析。通過計算比較用戶與輔助蒸汽的換熱量,理論驗證了當常規島部分輔助蒸汽壓力下降到非常小值 0.45MPa 時,也能夠滿足下游長期用戶的使用需求。
 
改進型壓水堆機組(簡稱 CPR1000)的輔助蒸汽轉換系統(簡稱 STR)和電鍋爐系統(簡稱 XCA)是輔助蒸汽的生產者,生產出額定參數的飽和蒸汽提供給輔助蒸汽分配系統(簡稱 SVA)。在正常運行時 SVA 輔助蒸汽壓力穩定,但是當輔助蒸汽的生產者由 XCA 切換到 STR(或 STR 切換到 XCA),或者設備本身存在故障時,將導致產汽壓力不穩定。
 
為了確定 SVA 蒸汽壓力波動期間是否滿足下游用戶的正常使用,需要確定輔助蒸汽管道壓力允許波動的范圍。只要壓力有波動期間控制在此范圍內可以保證用戶運行。
 
在后續理論計算中使用的物理符號的意義和單位的說明如下:
 
Qs 為通過調節閥的蒸汽流量,kg/h;P1 為調節閥前蒸汽壓力,MPa;KV 為調節閥計算流量系數;CV 為調節閥流量系數;K 為 1+0.0013Tsh,其中 Tsh 為蒸汽過熱溫度,℃(飽和蒸汽的 K 取 1);CV1 為蒸汽壓力1.2MPa 時 SES202VV 的 CV 值;CV2 為蒸汽壓力 1.2MPa時 STR015VV 的 CV 值;Qa1 為正常流入 SES 的輔助蒸汽流量,kg/s;Qb1 為正常流入 STR 除氧器的輔助蒸汽流量,kg/s;Qq 為輔助蒸汽凝結成水釋放的汽化潛熱量;Qn 為凝結水降溫所釋放的熱量;Qq1 為正常輔助蒸汽向SES 系統釋放的汽化潛熱量,kJ/s;Qq2 為正常輔助蒸汽向 STR 除氧器所釋放的汽化潛熱量,kJ/s;C 為水的比熱容,4.2×103J/(kg·℃);m 為水的質量;Δt 為水下降溫度;Qn1 為正常輔助蒸汽凝結水溫度降低對 SES 釋放的熱量,kJ/s;Qn2 為正常工況輔助蒸汽凝結水溫度降低對 STR 除氧器所釋放的熱量,kJ/s;Q 為輔助蒸汽與用戶的總換熱量;QA 為輔助蒸汽凝結盛水所釋放的汽化潛熱量,kJ/s;Qb 為輔助蒸汽凝結成水后溫度下降釋放的熱量,kJ/s;Qv1 為蒸汽在 0.45MPa 下 SES202VV的 CV 值;Qv2 為蒸汽在 0.45MPa 下 STR015VV 的 CV 值;Qq1為蒸汽非常低壓力下與SES換熱器釋放的汽化潛熱量,kJ/s;Qq2 為蒸汽非常低壓力下與 STR 除氧器釋放的汽化潛熱量,kJ/s。 1 輔助蒸汽分配系統根據用戶分布的不同,SVA 可以分為常規島部分和核島部分,常規島部分輔助蒸汽為參壓力 1.2MPa,溫度 188.8℃的飽和蒸汽;核島部分為壓力 0.45MPa,溫度 147.9℃的飽和蒸汽。其中核島輔助蒸汽是由常規島輔助蒸汽經過減壓閥降壓后得到,在兩部分管道上設置有壓力變送器測量進行壓力監測。
 
2 輔助蒸汽壓力允許波動非常大范圍
常規島部分輔助蒸汽用戶包括除氧器系統(ADG),STR 自身的除氧器,熱水分配系統(SES)換熱器,汽輪機軸封系統(CET),輔助給水系統(ASG)的汽動泵。其中 ADG 和 CET 只有在機組啟動前期用到輔助蒸汽,在主蒸汽具備供應條件后轉為即轉為使用主蒸汽;ASG 汽動泵也在設備定期試驗的時候使用輔助蒸汽;只有 SES 換熱器和 STR 除氧器作為長期用戶在運行時需要一直用到輔助蒸汽;核島部分輔助蒸汽用戶包括 ASG儲水箱,三廢系統。這二者在機組功率運行后根據運行狀態不定期使用輔助蒸汽,使用的蒸汽量和時間根據用戶需求而定,平時需要保持輔助蒸汽連續穩定供應。根據系統設計手冊,SVA 管道設計非常大壓力為1.4MPa,為保證設備安全管道壓力非常大值不能超過1.4MPa;0.45MPa 蒸汽是通過 1.2MPa 部分降壓后得到,為保證核島部分輔助蒸汽的正常供應,1.2MPa 的輔助蒸汽壓力波動非常小值不超過 0.45MPa。即常規島輔助蒸汽壓力波動的允許范圍為 0.45 ~ 1.4MPa。 3 輔助蒸汽壓力波動對常規島用戶的影響根據以上描述,常規島輔助蒸汽部分只有 SES 換熱和 STR 除氧器兩個長期用戶。二者通過調節閥 SES-202VV,STR015VV 來各自控制進入用戶的輔助蒸汽量。當輔助蒸汽壓力高時可以通過調節閥門的作用降低進汽壓力,壓力升高對戶的影響不大。在此驗證,當常規島輔助蒸汽壓力下降到非常小值 0.45MPa 時,這兩個用戶是否能夠正常運行。
 
3.1 正常壓力下常規島用戶與輔助蒸汽的換熱量
在機組正常工況下,SES202VV、STR015VV 運行數據如表 1 所示。
常規島用戶運行信息
輔助蒸汽在與用戶的換熱過程為首先由飽和蒸汽凝結成飽和水,釋放出汽化潛熱,飽和水在換熱器內與用戶繼續換熱而溫度下降飽和蒸汽通過調節閥的蒸汽流量公式:
20190910110028.jpg
輔助蒸汽與用戶換熱器經過換熱后的非常終凝結水溫度未知,不考慮凝結水溫度下降所釋放的熱量,可以看出 > Q1, > Q2,即當 SVA 壓力為 0.45MPa時,輔助蒸汽與 SES 換熱器和 STR 除氧器的汽化潛熱的放熱量就大于正常運行期間二者的熱量需求。由此可見,常規島部分輔助蒸汽部分管道在壓力下降到非常小值0.45MPa 時,也能夠滿足下游 SES 和 STR 除氧器這兩個長期用戶的使用需求。
 
4 結束語
根 據 CPR1000 核電機組 SVA 系統用戶運行需求 和 設 計 標 準, 輔 助 蒸 汽 的 壓 力 波 動 允 許 范 圍 是0.45 ~ 1.4MPa。文章經過理論驗證得出,當常規島部分輔助蒸汽壓力在此區間波動時,也能夠滿足 SES 換熱器和 STR 除氧器這兩個長期用戶的正常運行,為現場采取緊急人工干預的時機提供了參考。
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