基于Flowmaster的安全注射系统可靠性分析

郭丹丹

(上海核工程研究设计院,上海 200233)

基于Flowmaster的安全注射系统可靠性分析

郭丹丹

(上海核工程研究设计院,上海 200233)

基于Flowmaster软件对某核电站安全注射系统进行仿真,通过高压安注泵冷/热段注射试验、低压安注泵冷/热段注射试验和冷段再循环注射试验对系统模型进行了标定。最后通过Flowmaster与热工水力程序计算值进行比较,结果表明两者的结果吻合,从而对安全注射系统的设计具有积极的指导意义。

安全注射 Flowmaster 仿真

1 引言

安全注射系统是核电站的安全保障,电站发生事故时,安注泵启动将水箱内的水注入反应堆冷却剂系统,保障堆芯不会出现失水的现象。本文对于安全注射系统的研究内容,主要集中在注射流量是否能够达到预期的要求。

本文以某核电站安全注射系统为研究对象,该系统由高压安注分系统和低压安注分系统等组成。该系统的工作过程分为两个阶段：(1)在直接注射阶段,高压安注泵和低压安注泵从换料水箱吸水,通过注射管向反应堆冷却剂系统注水;(2)在再循环阶段,高压安注泵和低压安注泵从安全壳再循环地坑水吸水,由低压安注泵作为高压安注泵的前置泵串联运行,通过注射管向反应堆冷却剂系统注水

(图1图2)。

2 模型标定与仿真

为研究安全注射系统的流动特性,采用一维流体系统仿真软件Flowmaster开展了系统级仿真,为了保证系统仿真结果的可靠性,首先对关键部件和子系统开展了建模仿真工作。

2.1 子模型验证计算

为验证搭建的Flowmaster模型的正确性及计算的准确性,特将Flowmaster计算结果与电站调试结果或设计结果进行了对比,主要在以下几方面进行了比较：

(1)高压安注泵冷/热段注射试验;

(2)低压安注泵冷/热段注射试验;

(3)冷段再循环注射试验。

2.1.1 高压安注泵冷/热段注射试验

本仿真以整个安全注射系统模型中的部分模型为仿真对象,包括换料水箱、高压安注泵、冷、热段注射管等。具体仿真模型见图3。

基于调试结果设定注射管上节流阀的开度后,仿真得高压安注泵冷/热段注射时高压安注泵的流量,见表1。

由上表可知,仿真流量与调试结果非常接近。

2.1.2 低压安注泵冷/热段注射试验

本仿真以整个安全注射系统模型中的部分模型为仿真对象,包括换料水箱、低压安注泵、冷、热段注射管等。具体仿真模型见图3。

冷段低压注射试验时,调节注射管路上节流阀的开度,使这两条低压注射管的流量均为300m3/h或均为180m3/h,调试报告中未给出注射管上节流阀的开度,通过Flowmaster软件中Flow Balancing模型计算得到。

由表2可知,仿真流量与调试结果非常接近。

2.1.3 冷段再循环注射试验

本仿真以整个安全注射系统模型为仿真对象,包括换料水箱、高压安注泵、低压安注泵、冷、热段注射管等。具体仿真模型如图3所示。

图1 高压安全注射系统原理图

图2 低压安全注射系统原理图

表1 高压安注泵冷/热段注射试验

表2 低压安注泵冷/热段注射试验

表3 冷段再循环注射试验

在本试验中,再循环地坑内水位达3.0m,高压安注泵A-1、A-2和低压安注泵投入运行。冷、热段注射管上的节流阀开度与2.1.1和2.1.2节的调试值或仿真值一致,仿真得到冷段再循环时安注泵的流量,见表3。

图3 安全注射系统总模型图

图4 高压安注泵注射流量

由表3结果可知,仿真得到的流量比调试结果略小,计算结果较准确。

2.2 总模型仿真计算

本系统的仿真以反应堆冷却剂系统B环冷段出现小破口失水事故(3.5英寸破口)作为仿真工况,进行了瞬态的分析计算,结果如图4所示。

从图4中可以看出,使用Flowmaster仿真得到的高压安注泵流量与水力计算程序计算的安注流量吻合比较好。在泵运行的初期,流量误差相对大一些,而到后期稳定运行时误差非常小,证明Flowmaster模型是正确合理的。在44.8s,泵运行时,Flowmaster计算表明有水锤现象,形成了流量突增。

3 结语

通过对各种工况的仿真得到了各流量结果,将仿真数据与电站调试报告或设计参数进行对比,可以得出如下结论：

(1)各标定试验工况下,Flowmaster仿真结果与电站设计数据或调试数据吻合较好,说明Flowmaster在安全注射系统设计和分析上是可行和有效的;

(2)安全注射系统运行时,安注流量仿真结果与热工水力软件吻合较好,说明安全注射系统设计方案是可靠的。

总体来说,Flowmaster仿真结果与电站运行调试结果或热工水力软件计算结果都吻合得较好,从而验证了Flowmaster在安全注射系统设计和分析上的可行性与准确性以及安全注射系统设计方案的有效性和可靠性。

[1]苏林森,杨辉玉,王复生等.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社,2005.

[2]D.S. Miller, Internal Flow System, 2nd edition.UK：BHR Group Limited.

[3]Flowmaster V7.8 Help.

[4]Flowmaster V7.8 Reference Help.