導航：安全管理網>> 安全論文>> 電力安全論文>>正文

核電站高壓加熱器泄漏仿真

文檔作者：裴宜星，王江，吳帆文檔來源：中廣核(北京)仿真技術有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月29日
下載地址：點擊這里	文件大小： 1.93 MB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：1.93 MB 共4頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

上一篇：燃氣電廠性能加熱器配置方案研究

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

第30卷第8期計算機仿真2013年8月
文章編號：1006—9348(2013)08—0139—04
核電站高壓加熱器泄漏仿真
裴宜星，王江，吳帆
(中廣核(北京)仿真技術有限公司，北京100094)
摘要：高壓加熱器泄漏故障的診斷是壓水堆核電站熱力系統仿真的重要組成部分。如何準確地、實時地、高效地診斷泄漏故
障，特別對給水出121溫度，抽氣壓力，疏水溫度等重要參數的變化趨勢的診斷一直是核電站系統的難題。采用FLOWBASE
圖形化流體網絡軟件，建立了壓水堆核電機組給水加熱器雙區多節點動態數學模型，提供了以往一些仿真技術所沒有的實
時在線監測參數的功能，優化并豐富了仿真結果的分析手段，獲得了高壓加熱器在泄漏狀態下各重要參數的實時曲線，為核
電站高壓加熱器的故障檢測提供了可靠性，也為建立壓水堆高壓加熱器故障正確診斷奠定了基礎。
關鍵詞：壓水堆核電站；高壓加熱器；泄漏；仿真
中圖分類號：TM743 文獻標識碼：B
High Pressure Feed—water Heater Leakage
Simulation in Nuclear Power Simulator
PEI Yi—xing，WANG Jiang，WU Fan
(China Nuclear Power Simulation Technology Co．，Ltd，Beijing 5181 15，China)
ABSTRACT：The hiigh pressure feed—water heater leakage simulation is an important part of the thermal system
simulation in PWR power plant．This paper used FLOWBASE software to create a multi—node dynamic mathematical
model of PWR power plant high pressure heaters，provided real—time online monitoring function，optimized the a—
nalysis of the simulation results，extracted the hiIgh pressure heater leak malfunction parameter trends，and provided
reliability for the fault detection of high pressure heater in nuclear power plant，which lays the foundation for the
PWR power plant high pressure hemer malfunction knowledge base and the early diagnosis of the leak malfunction．
KEYWORDS：Nuclear power；High pressure feed—water heater；Leakage；Simulation
1 引言
高壓加熱器是核電站常規島的重要組成部分，如果高壓
加熱器故障停運，蒸汽發生器給水溫度降低，一方面會導致
反應堆功率擾動，影響機組的安全穩定運行；另一方面會使
蒸汽發生器二次側平均吸熱溫度降低，影響熱力循環的經濟
性，更會導致汽輪機發生多種事故?。其中泄漏是高壓加熱
器常出現的主要故障之一【21。目前，部分學者對電站給水加
熱器的泄漏故障仿真進行了研究，但主要集中在火電站給水
加熱器舊。4J，有關核電站給水加熱器的泄漏故障仿真的研究
鮮有報道。
目前應用于核電站的典型仿真軟件包括美國ABB公司
的CERTRAN軟件中的GTRAN流體網絡建模工具、法國
THOMs0N公司的FLOWNET流體網絡支撐軟件以及GSE公
收稿日期：2012—11—12修回日期：2012一12—03
司的JFLOWRM圖形化流體網絡軟件等。FLOWBASE是由
美國WSC公司開發的一個圖形化流體網絡軟件，其建模方
式非常直觀，使用非常方便，通用性良好，大大降低了核電站
二回路回熱系統建模的繁瑣性，并具有很高的精度。本文利
用美國WSC公司開發的FLOWBASE圖形化流體網絡軟件，
以實際壓水堆核電站為原型，建立高壓加熱器仿真模型，分
析了高壓加熱器泄漏對其運行參數，如給水出口溫度、抽汽
壓力、疏水溫度的影響。
2火電站加熱器模型
火電站給水加熱器所應用的抽汽一般為過熱蒸汽，在建
立流動和傳熱模型時，一般將給水加熱器殼側劃分為過熱蒸
汽冷凝段、飽和蒸汽冷凝段和疏水冷卻段3個區‘51；而核電
站大多采用自然循環蒸汽發生器，只能產生飽和蒸汽，給水
加熱的抽汽是濕蒸汽。因此，給水加熱器的殼側只需劃分為
蒸汽冷凝段和疏水冷卻段2個區。6J。各段的熱流體具有不
一1 39—
萬方數據
同形式，其熱力參數的計算方法也不同。
2．1高壓加熱器各段換熱系數
I)管內為單相給水與管壁之間的湍流強制對流換熱，采
用Dittus—Boeher公式計算Nusselt數，進而計算出換熱
系數"J：
Nu?：一0．023 Reoe。8 P≯‘4
2)殼側蒸汽冷凝區為蒸汽與管壁之間的膜狀凝結換熱，
采用Nusseh膜狀凝結換熱公式，水平管采用o¨：
a：0．729I一旦!蘭! l
L叼fd(t，一t。)J
由于蒸汽在管排上凝結，考慮管排數N的影響，修正
Nusselt膜狀凝結換熱公式，得到平均凝結換熱系統哺J： Olavg=“Ⅳ。1／4=。．729[燕]1“
3)殼側疏水冷卻區為橫掠管束強制對流換熱，換熱關系
式采用茹卡烏斯卡斯橫掠順排管柬強制對流換熱關聯式"】：
Nu，=o．9m；4 Pr r0+36(尸∥Pr。)o．25，1≤脅≤100
Nu，=o．52 m；5 Pr r0 36(Pr／Pr。)“25，100≤船≤1000
Nui=o．27船y Pr，0 36(Pr，／Pr。)“25，1000≤m≤2×105
NuI=o．033船?8 PrfO．36(Pr，／Pr。)“25，2×105≤Re≤2
×106
4)管壁導熱熱阻的計算公式。川：
占
a 2 T
5)污垢熱阻的處理：
換熱管內表面取最小污垢熱阻為3．5×10。m2K／w，換
熱管外表面取最小污垢熱阻5．3×10。5m2K／w【7|。
2．2高壓加熱器泄漏的模型
2．2．1蒸汽凝結段泄漏的靜態熱力計算方程組
高壓加熱器在不同部位發生泄漏時的數學模型不同，對
其熱力參數的影響也是不同的。在此，給出蒸汽凝結段泄漏
的熱力計算方程組，疏水冷卻段泄漏的熱力計算方法與蒸汽
凝結段泄漏的熱力計算類似¨J。核電站高壓加熱器蒸汽凝
結段發生泄漏時的熱力計算參數如圖1所示。
圖1 兩段式高壓加熱器泄漏示意圖
圖l中D。、h。、t。、P，分別為進入高壓加熱器的抽汽量、抽
汽焓、抽汽溫度和抽汽壓力；h。t。。為高壓加熱器給水人口
水焓和水溫t；hw2、t'2為疏冷段給水出口水焓和水溫；h。、t。
為高壓加熱器給水出13水焓和水溫；^。、t。為蒸凝段疏水的
-．--——1 40．---——
焓值和水溫；危。￡。。為疏冷段疏水的焓值和水溫；D。為給水
流量；D，為給水泄漏流量。
由此可列出高壓加熱器各段的熱力平衡方程式。
蒸凝段的熱平衡方程：
(D。一Df)(^以一h以)+Dz(h。一h以)=D。(h。一h。)
k1Fl／tt。l=(D。一Df)·(h以一h以)
疏冷段的熱平衡方程：
D。(h以一h。1)=(D。+Df)·(h。。一h。)
＆2R／tt。2=(D。一Df)·(hn—h。I)
高壓加熱器整體熱平衡方程：
(D。一Dr)(h。一h。。)+D』(h。一h。。)=D。(h。一h。)
上述方程中，％1、記分別是蒸凝段和疏冷段的傳熱系數；
F1、砣分別為兩段的有效傳熱面積；At。．、At。分別為兩段的
對數平均溫差。
2．2．2抽汽壓損的計算
由于給水流量Dw發生泄漏，整個高壓加熱器的換熱量
將發生變化，換熱量的變化將導致高壓加熱器的抽汽流量
Dc發生變化，而且對于不同的泄漏量Dl，抽汽流量的變化也
不同。在不同的抽汽流量下，蒸汽在抽汽管道中的流速不
同，流動阻力也不同，所以從抽汽點到高壓加熱器的蒸汽壓
力損失也將發生相應的變化。假定上述過程為等焓過程，且
抽汽點的壓力保持不變，抽汽壓力損失為：
卻：∥堡
P
式中：K’為抽汽管道各段阻力系數之和；p為汽輪機抽汽口的
蒸汽密度和高壓加熱器進汽El的蒸汽密度的算術平均值。
2．2．3 高壓加熱器泄漏后有效傳熱面積的計算
高壓加熱器某個部位發生泄漏時，在疏水調節門開度不
變的情況下，都會使高壓加熱器的疏水水位升高。汽側的疏
水水位升高，會淹沒一部分管束的有效傳熱面積，從而降低
回熱循環系統的熱效率和熱經濟性。因此，有效傳熱面積的
計算，應該充分考慮疏水水位的變化。
假定立式高壓加熱器沿高度方向截面積不變，則疏水水
位可按下式計算：
￡：L’+_1)tllt'l"
K“
式中：K為體積折合成高度的系數；￡’為正常的疏水水位，軌
為疏水的比體積；-r為給水泄漏的時間。
假定立式高壓加熱器管束的底端與高壓加熱器底部的
距離為島，管束的頂端與高壓加熱器底部的距離為￡。，則被
疏水淹沒的傳熱面積及沒有被疏水淹沒的傳熱面積的比例
分別為：
民=蘭
礦Lm一￡
K 2 z氣
2．3高壓加熱器建模
FLOWBASE提供了流體網絡建模的機理性模塊，該模塊
萬方數據
分為Link和Node兩大類：Node一般對應于系統中的一個部
件或設備，例如閥門、水泵、換熱器等；Link的作用是把不同
的Node(如換熱器兩側、壓力節點、邊界點、箱體等)連接耦
合計算。每一個Link或者Node包含了所模擬的對象的熱工
水力學特性和參數。
根據實際1000MW核電站提供的工藝流程圖，用FLOWBASE
對7號高壓加熱器系統進行建模，模型如圖2所示。
t÷置l叫吖1i 璺J．6二n“】： ]
圖2高壓加熱器系統圖
3高壓加熱器泄漏的仿真計算實例
為了定性分析高壓加熱器泄漏后給水出口溫度、抽汽壓
損、疏水溫度等熱力參數的變化，對高壓加熱器不同泄漏量
進行計算。在計算過程中，均假設泄漏發生在各段的入VI
處，并且泄漏過程中疏水調節門的開度保持不變。
以某核電站高壓加熱器為例，其形式為立式，u型管束，
主要技術參數見表l。
表1某1000MW核電機組7號高壓加熱器主要技術參數
參數數值
給水流量(ks／s)
給水壓力(MPa)
給水人口溫度(℃)
給水出口溫度(℃)
抽汽壓力(MPa)
抽汽溫度(℃)
抽汽流量(ks／s)
3．1高壓加熱器泄漏對給水溫度的影響
不同泄漏量下給水出口溫度隨著泄漏時間的變化如圖3
所示。
由圖3可見，泄漏流量一定時，在泄漏剛開始階段，若泄
漏發生在疏冷段，給水出口溫度會突然升高；若泄漏發生在
蒸冷段，給水出口溫度則會迅速下降，隨后一段時間內給水
出口溫度幾乎保持不變，這是由于在這一段時間里高壓加熱
器的疏水水位雖然升高，但還沒有淹沒管束，有效傳熱面積
不變；當疏水淹沒管束后，有效傳熱面積減小，給水出口溫度
瘸一s
*
1"7 2240
、
螽“5
*
Ⅱ2240
丑
時間幽
(a)疏冷段泄漏
O 20∞∞∞1∞120 140 1∞1[10 200∞240
時間以
(b)蒸冷段泄漏
圖3高壓加熱器泄漏量對給水溫度的影響
隨時間的變化逐漸減小。不同的泄漏量，對給水溫度的影響
不同。對于相同的泄漏時間，泄漏量越大，給水出口溫度變
化越大。
3．2高壓加熱器泄漏對疏水溫度的影晌
不同泄漏量下疏水溫度隨著泄漏時間的變化如圖4
所示。
o
、．
惻
贈
*
椿
時間以
(a)疏冷段泄漏
一一一一一一．．，．，．∥
眵≯一
一-4--儡‰
O ∞柏110 110'∞1卻140 1柚1帕200貓湘
時間以
(b)蒸冷段泄漏
圖4高壓加熱器泄漏對疏水溫度的影響
．---——141．---——
●
a
^
3
3
i
O
●
6
●
2
O
2
2
2
2
2
2
}鹺嘿繁椿
■
拍
悠
0
騶
衛
，
嘶
■
町
籠
矗
孔
弧
跚
“
加
2
互
幻
孔
萬方數據
由圖4可見，當泄漏流量一定時，在泄漏剛開始階段，如
果泄漏發生在疏冷段，疏水溫度幾乎不變；而蒸冷段泄漏時，
疏水溫度會突然下降。之后兩種泄漏的疏水溫度隨時間的
變化逐漸升高，且泄漏量不同時，對疏水溫度的影響也不同。
對于相同泄漏時間，泄漏量越大，疏水溫度越高，疏水溫度的
變化率也越大。
3．3高壓加熱器泄漏對抽汽壓力的影響
不同泄漏量下疏水溫度隨著泄漏時間的變化如圖5
所示。
l
{”1sE=：===
輟：m{-一--it--oii
J—·一∞I(gh璀■
2 7∞{’1—’r’r7T11111111111111”11]—’r7T’111111-T-n
時間幽
(a)疏冷段泄漏!《簪
：篇‰
一∞k曲《■
0 ∞40∞80 100 120 1／,o 160 180 2∞2'2tl 240
時間如
(b)蒸冷段泄漏
圖5 高壓加熱器泄漏對抽汽壓力的影響
由圖5可見，泄漏量一定時，抽汽壓力隨著泄漏時間的
變化是不斷升高的過程。這是由于當疏水淹沒管束后，高壓
加熱器的有效傳熱面積減小，蒸汽凝結率降低，導致抽汽壓
力隨時間的變化逐漸升高。不同的泄漏量，對抽汽壓力的影
響不同。
對于相同的泄漏時問，泄漏量越大，抽汽壓力越大，抽汽
壓力升高的越快。從圖中可以看出，當高壓加熱器的初參數
和泄漏流量相同時，疏冷段和蒸冷段的泄漏對抽汽壓力的影
響是依次升高的趨勢。
3．4高壓加熱器泄漏故障的特征量
從上面的分析可以看出，當核電站的高壓加熱器在某一
段發生泄漏時，其給水出口溫度、抽汽壓力和疏水溫度都將
會有變化，其中給水出口溫度和抽汽壓力的變化相比疏水溫
度來說較顯著，并且泄漏發生在高壓加熱器的不同部位時變
．．．．——142．．．．——
化程度也不同，所以可作為高壓加熱器泄漏故障的特征量；
而疏水溫度的變化不太明顯，只能作為判斷高壓加熱器泄漏
故障的輔助特征量。顯然，在高壓加熱器發生泄漏時，給水
流量和疏水溫度的變化也是十分顯著的，也應作為高壓加熱
器泄漏故障的特征量。
4結論
本文通過仿真實例對核電站高壓加熱器動態數學模型
進行驗證，結果表明該模型靜態精度高，動態響應特征良好。
本文還用靜態仿真計算的方法來分析核電站高壓加熱器泄
漏后其熱力參數的變化趨勢。通過上述仿真計算得出，當高
壓加熱器發生泄漏時，總會有給水出口溫度降低，抽汽壓力
升高，疏水溫度升高，給水流量減小，疏水水位升高等特征，
并且泄漏量不同，各熱力參數的變化程度也不同，泄漏量越
大則變化幅度也越大。
參考文獻：
[1]董衛國，徐則民．火電廠給水加熱器的運行、維護和檢修[M[．
北京：中國電力出版社，1997．
[2] 王建平，陳紅，王廣軍．火電廠回熱加熱器全工況建模與仿真
[J]．計算機仿真，2006，23(5)：78—79．
[3] 王建梅．大型火電機組表面式加熱器動態數學模型研究與開
發[J]．熱能動力工程，2002，17(101)：496—498．
[4] 許春棟．回熱系統仿真模型研究及熱經濟性分析[D]．華北電
力大學，2005：50—54．
[5] 張欣剛．高壓加熱器泄漏的靜態仿真計算及其故障特征分析
[J]．熱力發電，2005，10：13—17．
[6] 劉洪濤，彭敏俊，田兆雯，薛若軍．核電站給水加熱器建模與仿
真[J]．應用科技，2011，38(6)：67．
[7]楊世銘，陶文銓．傳熱學(第3版)[M]．北京：高等教育出版
社．1998：155—158．
[8]M A．Amtar The impact of fouling on performance evaluation of
multi—zone feedwater heaters[J]．Applied Thermal Engineefing，
2007：298—300．
[作者簡介]
裴宜星(1980一)，女(漢族)，湖南常德人，碩士研
究生，工程師，主要研究領域為核電廠全范圍模擬
機工作。
王江(1987一)，男(漢族)，江蘇張家港市人，工
程師，主要研究領域為核電廠全范圍模擬機工作。
吳帆(1968一)，男(漢族)，江蘇省蘇州市人，碩士研究生，副總工
程師，高級工程師，主要研究領域為核電廠全范圍模擬機工作。
一a荽j，．dR墻壙霉

網友評論 more

電力安全論文最新內容

09-29