CRP1000核电机组主给水系统稳态及瞬态计算分析

王晓东，黄　涛

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州　510663)

核电站稳态和瞬态分析的目的和核心任务，就是在各种运行瞬变工况下[1-4]，分析二回路和反应堆及其热力系统参数的变化过程和变化幅度，为系统的安全设计提供依据，以确保核电厂的安全屏障不受破坏，并以此确定运行参数允许变化的最大范围和相应保护系统动作的安全定值。在常规岛侧(CI)，主给水系统与核岛(NI)关联密切。由于FLOWMASTER在国内外核电瞬态分析领域应用较多，本文依托FLOWMASTER软件开展相关分析研究，以主给水系统作为对象，结合FLOWMASTER 软件的仿真功能，介绍核电站稳态和瞬态计算过程。核电站主给水系统的稳态和瞬态计算工作的特点是工况多，边界条件复杂，与核岛方接口配合周期长，因此，在工程设计初期，需要全面盘点与此项工作相关的设计方以及设备厂家应提供的计算输入资料，并在接口文件、设备技术规范书以及合同中加以明确。

目前，多台CPR1000核电机组投产运行，设计过程中的稳态及瞬态计算分析经工程实践得到了良好验证。CPR1000的主给水泵为调速泵[5]，输入条件和计算工况设置较为复杂，相比AP1000三代核电的定速泵更具代表性，因此，本文针对CPR1000核电项目的主给水系统的稳态和瞬态计算过程及输入条件进行分析。

1　主给水系统稳态和瞬态计算流程

CPR1000核电机组主给水系统通常配置3×50%电动调速给水泵，2台运行1台备用。经除氧器的水由给水泵升压后，流过并联的两列高压加热器后合并为一路，通过给水调节系统，进入核岛侧蒸汽发生器。CPR1000核电机组主给水系统流程示意图见图1，稳态和瞬态计算总体流程见图2。

图1　CPR1000核电机组主给水系统流程

图2　主给水系统稳态和瞬态计算总体流程

2　主给水系统稳态计算过程及输入

稳态建模作为后续瞬态计算的基础和前提，其完备性和准确性显得至关重要，工作量也异常繁重。

第1步，对于给水系统的工艺流程要非常熟悉，同时也要了解并掌握FLOWMASTER软件建模所需的各个功能模块。

第2步，需要适当简化工艺流程，将系统中各个部件通过FLOWMASTER提供的模型元件按功能实现予以替换，并根据工艺流程要求将模型元件连接起来，形成完整的计算模型。

第3步，收集、整理基本输入参数与边界条件，并在FLOWMASTER中对各个模型元件赋予参数。输入参数中，包括给水参数、管道长度、管件阻力系数、给水泵组参数(扬程、扭矩、转速等)、高压加热器阻力系数、调阀开度以及流量系数等。边界条件中，包括除氧器水位标高、蒸汽发生器(SG)水位标高、调阀开度、泵启停状态等，在稳态计算中一般都视为静态参数。在瞬态工况模拟中，这些边界条件是动态的、瞬变的，需要根据不同工况要求，分别予以设置。

第4步，开始稳态模拟计算，并根据结果核实检查计算模型的合理性、正确性。

模型检验的主要依据：其一是厂家资料，如给水泵的扬程是否准确；此外就是稳态模型输出的各参数是否与工艺系统参数契合，如流量分配、温度分布是否与热平衡图一致等，从而考察模型中的各元件能否正确地反映主给水系统的实际稳态运行要求。

3　主给水系统瞬态计算过程及输入

稳态建模的目的主要是检验模型的合理性、准确性，为瞬态建模奠定基础。瞬态建模在稳态模型的基础上将部分边界条件根据各种瞬态工况要求予以适当调整，个别工况需要添加一些控制元件以模拟瞬态事件的触发。主给水系统瞬态分析主要包括8个工况[6]，见表1。

瞬态计算的主要流程及参数输入过程如下。

第1步，在熟悉整个给水系统的工艺流程的基础上，需要理解各种瞬态工况下系统边界条件的变化情况与控制模式，同时也要了解和掌握FLOWMASTER涉及启停等控制逻辑的功能元件的应用和设置方法。

除了包含稳态计算模型所用到的模型元件外，给水系统瞬态计算模型涉及的FLOWMASTER主要元件还包括：泵转速控制器、阀门开度控制器、压力元件、流量元件。

第2步，在掌握瞬态工况要求的基础上，对稳态模型进行修改，增加相关控制模块。

第3步，收集、整理瞬态工况下的输入参数与边界条件，并在FLOWMASTER中对各个模型元件赋予参数。

表1　主给水系统瞬态工况分析

输入参数中，包括除氧器水位压力变化、SG水位压力变化、给水泵组启停状态转换、调阀开度变化等。除一些常规设置外，有些瞬态工况较为复杂，需要适当简化或者灵活组合。不同的瞬态工况，需要有针对性地设置不同的边界条件以及控制模式。以工况1为例，瞬态计算结果见图3、图4、图5。

图3　工况1泵的转速随时间的变化曲线

图4　工况1泵的流量随时间的变化曲线

图5　工况1泵出口压力随时间的变化曲线

4　结论

本文依托FLOWMASTER软件分析了CPR1000核电机组主给水系统稳态及瞬态工况计算的详细过程，可以制定瞬态工况下主给水系统的控制策略，满足CPR1000核电机组瞬态过程分析需求。全面列举了CPR1000核电机组主给水系统稳态及瞬态工况计算的输入资料，并通过分析给出了给水泵具体设定方法，解决了在工况多、边界条件复杂的情况下输入条件容易漏项的疑难问题。

参考文献：

[1]于平安，朱瑞安，喻真烷，等.核反应堆热工分析[M].上海：上海交通大学出版社,2002.

[2]王晓东，向魁,黄涛.CPR1000核电站除氧器瞬态计算研究[J].东北电力技术，2014，35(4)：58-62.

[3]石志奎. 除氧器暂态计算公式及方法的探讨[J].热机技术，2000(3)：18-23.

[4]印佳敏，杨劲.Flowmaster2仿真在CPR1000核电站高加弹簧旁路阀选型中的应用[J].发电设备，2015,29(5)：373-376.

[5]吴家凯.CPR1000核电站常规岛热力系统特点与设计改进[J].东北电力技术，2010，31(12)：39-41.

[6]王晓东，黄涛.CPR1000核电站主给水系统稳态及瞬态工况分析[J].吉林电力，2014，42 (2)：39-41.