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压力变送器

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核电厂辅助蒸汽压力变送器波动的影响分析

作时间:2019-09-10  来源:  作者:
   
摘 要:改进型三环路压水堆核电机组辅助蒸汽供应系统在某些情况下偶尔会出现压力不稳定的情况。为了确定短时间压力波动是否影响常规岛用户的正常运行,文章对下游用户的运行特点和运行参数进行分析。通过计算比较用户与辅助蒸汽的换热量,理论验证了当常规岛部分辅助蒸汽压力下降到非常小值 0.45MPa 时,也能够满足下游长期用户的使用需求。
 
改进型压水堆机组(简称 CPR1000)的辅助蒸汽转换系统(简称 STR)和电锅炉系统(简称 XCA)是辅助蒸汽的生产者,生产出额定参数的饱和蒸汽提供给辅助蒸汽分配系统(简称 SVA)。在正常运行时 SVA 辅助蒸汽压力稳定,但是当辅助蒸汽的生产者由 XCA 切换到 STR(或 STR 切换到 XCA),或者设备本身存在故障时,将导致产汽压力不稳定。
 
为了确定 SVA 蒸汽压力波动期间是否满足下游用户的正常使用,需要确定辅助蒸汽管道压力允许波动的范围。只要压力有波动期间控制在此范围内可以保证用户运行。
 
在后续理论计算中使用的物理符号的意义和单位的说明如下:
 
Qs 为通过调节阀的蒸汽流量,kg/h;P1 为调节阀前蒸汽压力,MPa;KV 为调节阀计算流量系数;CV 为调节阀流量系数;K 为 1+0.0013Tsh,其中 Tsh 为蒸汽过热温度,℃(饱和蒸汽的 K 取 1);CV1 为蒸汽压力1.2MPa 时 SES202VV 的 CV 值;CV2 为蒸汽压力 1.2MPa时 STR015VV 的 CV 值;Qa1 为正常流入 SES 的辅助蒸汽流量,kg/s;Qb1 为正常流入 STR 除氧器的辅助蒸汽流量,kg/s;Qq 为辅助蒸汽凝结成水释放的汽化潜热量;Qn 为凝结水降温所释放的热量;Qq1 为正常辅助蒸汽向SES 系统释放的汽化潜热量,kJ/s;Qq2 为正常辅助蒸汽向 STR 除氧器所释放的汽化潜热量,kJ/s;C 为水的比热容,4.2×103J/(kg·℃);m 为水的质量;Δt 为水下降温度;Qn1 为正常辅助蒸汽凝结水温度降低对 SES 释放的热量,kJ/s;Qn2 为正常工况辅助蒸汽凝结水温度降低对 STR 除氧器所释放的热量,kJ/s;Q 为辅助蒸汽与用户的总换热量;QA 为辅助蒸汽凝结盛水所释放的汽化潜热量,kJ/s;Qb 为辅助蒸汽凝结成水后温度下降释放的热量,kJ/s;Qv1 为蒸汽在 0.45MPa 下 SES202VV的 CV 值;Qv2 为蒸汽在 0.45MPa 下 STR015VV 的 CV 值;Qq1为蒸汽非常低压力下与SES换热器释放的汽化潜热量,kJ/s;Qq2 为蒸汽非常低压力下与 STR 除氧器释放的汽化潜热量,kJ/s。 1 辅助蒸汽分配系统根据用户分布的不同,SVA 可以分为常规岛部分和核岛部分,常规岛部分辅助蒸汽为参压力 1.2MPa,温度 188.8℃的饱和蒸汽;核岛部分为压力 0.45MPa,温度 147.9℃的饱和蒸汽。其中核岛辅助蒸汽是由常规岛辅助蒸汽经过减压阀降压后得到,在两部分管道上设置有压力变送器测量进行压力监测。
 
2 辅助蒸汽压力允许波动非常大范围
常规岛部分辅助蒸汽用户包括除氧器系统(ADG),STR 自身的除氧器,热水分配系统(SES)换热器,汽轮机轴封系统(CET),辅助给水系统(ASG)的汽动泵。其中 ADG 和 CET 只有在机组启动前期用到辅助蒸汽,在主蒸汽具备供应条件后转为即转为使用主蒸汽;ASG 汽动泵也在设备定期试验的时候使用辅助蒸汽;只有 SES 换热器和 STR 除氧器作为长期用户在运行时需要一直用到辅助蒸汽;核岛部分辅助蒸汽用户包括 ASG储水箱,三废系统。这二者在机组功率运行后根据运行状态不定期使用辅助蒸汽,使用的蒸汽量和时间根据用户需求而定,平时需要保持辅助蒸汽连续稳定供应。根据系统设计手册,SVA 管道设计非常大压力为1.4MPa,为保证设备安全管道压力非常大值不能超过1.4MPa;0.45MPa 蒸汽是通过 1.2MPa 部分降压后得到,为保证核岛部分辅助蒸汽的正常供应,1.2MPa 的辅助蒸汽压力波动非常小值不超过 0.45MPa。即常规岛辅助蒸汽压力波动的允许范围为 0.45 ~ 1.4MPa。 3 辅助蒸汽压力波动对常规岛用户的影响根据以上描述,常规岛辅助蒸汽部分只有 SES 换热和 STR 除氧器两个长期用户。二者通过调节阀 SES-202VV,STR015VV 来各自控制进入用户的辅助蒸汽量。当辅助蒸汽压力高时可以通过调节阀门的作用降低进汽压力,压力升高对户的影响不大。在此验证,当常规岛辅助蒸汽压力下降到非常小值 0.45MPa 时,这两个用户是否能够正常运行。
 
3.1 正常压力下常规岛用户与辅助蒸汽的换热量
在机组正常工况下,SES202VV、STR015VV 运行数据如表 1 所示。
常规岛用户运行信息
辅助蒸汽在与用户的换热过程为首先由饱和蒸汽凝结成饱和水,释放出汽化潜热,饱和水在换热器内与用户继续换热而温度下降饱和蒸汽通过调节阀的蒸汽流量公式:
20190910110028.jpg
辅助蒸汽与用户换热器经过换热后的非常终凝结水温度未知,不考虑凝结水温度下降所释放的热量,可以看出 > Q1, > Q2,即当 SVA 压力为 0.45MPa时,辅助蒸汽与 SES 换热器和 STR 除氧器的汽化潜热的放热量就大于正常运行期间二者的热量需求。由此可见,常规岛部分辅助蒸汽部分管道在压力下降到非常小值0.45MPa 时,也能够满足下游 SES 和 STR 除氧器这两个长期用户的使用需求。
 
4 结束语
根 据 CPR1000 核电机组 SVA 系统用户运行需求 和 设 计 标 准, 辅 助 蒸 汽 的 压 力 波 动 允 许 范 围 是0.45 ~ 1.4MPa。文章经过理论验证得出,当常规岛部分辅助蒸汽压力在此区间波动时,也能够满足 SES 换热器和 STR 除氧器这两个长期用户的正常运行,为现场采取紧急人工干预的时机提供了参考。
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