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关于电厂膜盒压力表蒸汽压力波动的影响分析

来源:作者:发表时间:2019-09-10
摘 要:改进型三环路压水堆核电机组膜盒压力表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膜盒压力表蒸汽的换热量,理论验证了当常规岛部分膜盒压力表蒸汽压力下降到最小值 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)的膜盒压力表蒸汽转换系统(简称STR)和电锅炉系统(简称XCA)是膜盒压力表蒸汽的生产者,生产出额定参数的饱和蒸汽提供给膜盒压力表蒸汽分配系统(简称SVA)。在正常运行时SVA膜盒压力表蒸汽压力稳定,但是当膜盒压力表蒸汽的生产者由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,需要确定膜盒压力表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的膜盒压力表蒸汽流量,kg/s;Qb1为正常流入STR除氧器的膜盒压力表蒸汽流量,kg/s;Qq为膜盒压力表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为正常膜盒压力表蒸汽向SES系统释放的汽化潜热量,kJ/s;Qq2为正常膜盒压力表蒸汽向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为正常膜盒压力表蒸汽凝结水温度降低对SES释放的热量,kJ/s;Qn2为正常工况膜盒压力表蒸汽凝结水温度降低对STR除氧器所释放的热量,kJ/s;Q为膜盒压力表蒸汽与用户的总换热量;QA为膜盒压力表蒸汽凝结盛水所释放的汽化潜热量,kJ/s;Qb为膜盒压力表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为蒸汽最低压力下与SES换热器释放的汽化潜热量,kJ/s;Qq2为蒸汽最低压力下与STR除氧器释放的汽化潜热量,kJ/s。
 
1 膜盒压力表蒸汽分配系统
根据用户分布的不同,SVA可以分为常规岛部分和核岛部分,常规岛部分膜盒压力表蒸汽为参压力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。其中核岛膜盒压力表蒸汽是由常规岛膜盒压力表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 膜盒压力表蒸汽压力允许波动最大范围
常规岛部分膜盒压力表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),膜盒压力表给水系统(ASG)的汽动泵。其中ADG和CET只有在机组启动前期用到膜盒压力表蒸汽,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膜盒压力表蒸汽;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膜盒压力表蒸汽;核岛部分膜盒压力表蒸汽用户包括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膜盒压力表蒸汽,使用的蒸汽量和时间根据用户需求而定,平时需要保持膜盒压力表蒸汽连续稳定供应。
根据系统设计手册,SVA管道设计最大压力为1.4MPa,为保证设备安全管道压力最大值不能超过1.4MPa;0.45MPa蒸汽是通过1.2MPa部分降压后得到,为保证核岛部分膜盒压力表蒸汽的正常供应,1.2MPa的膜盒压力表蒸汽压力波动最小值不超过0.45MPa。即常规岛膜盒压力表蒸汽压力波动的允许范围为0.45~1.4MPa。
 
3 膜盒压力表蒸汽压力波动对常规岛用户的影响
根据以上描述,常规岛膜盒压力表蒸汽部分只有SES换热器和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膜盒压力表蒸汽量。当膜盒压力表蒸汽压力高时可以通过调节阀门的作用降低进汽压力,压力升高对用户的影响不大。在此验证,当常规岛膜盒压力表蒸汽压力下降到最小值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膜盒压力表蒸汽的换热量
在机组正常工况下,SES202VV、STR015VV运行数据如表1所示。
 
20190910144523.jpg
 
膜盒压力表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:
 
20190910144547.jpg
 
经过查询阀门设计手册,对于调节阀SES202VV,STR015VV的正常运行时,CV1=3.3us,CV2=5.0us。
膜盒压力表蒸汽的额定压力为1.2MPa,将其带入公式(1)、公式(2),可以得到正常工况下流入SES热水生产系统和STR除氧器的膜盒压力表蒸汽质量流量:Qa1=0.112kg/s,Qb1=0.171kg/s。
根据汽化潜热的放热量公式:
Qq=RQs(3)
式中:R为汽化潜热,1.2MPa水蒸气为1985.7kJ/kg。
得到膜盒压力表蒸汽与SES换热器和STR除氧器的汽化潜热换热量:Qq1=222.3kJ/s,Qq2=339.6kJ/s。
根据凝结水温度下降的放热量公式:
 
20190910144745.jpg
 
可得膜盒压力表蒸汽与SES和STR的换热量:Q1=258.94kJ/s,Q2=413kJ/s。3.20.45MPa下常规岛用户与膜盒压力表蒸汽的换热量当SVA常规岛部分压力下降到最小压力0.45MPa时,假定此时两个调节阀门达到最大开度80%,SES-202VV和STR015VV的额定最大开度为80%,可得=52.9us,=35.3us。
0.45MPa的饱和蒸汽温度为147.9℃,汽化潜热2120.9kJ/kg,代入公式(1)(2)(3),得到在膜盒压力表蒸汽0.45MPa压力时,膜盒压力表蒸汽与SES换热器和STR除氧器发生的汽化潜热换热量:=1438.7kJ/s,=914.8kJ/s。
膜盒压力表蒸汽与用户换热器经过换热后的最终凝结水温度未知,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,膜盒压力表蒸汽与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,常规岛部分膜盒压力表蒸汽部分管道在压力下降到最小值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,膜盒压力表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,当常规岛部分膜盒压力表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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