郭丹丹

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院,上海 200233)

基于Flowmaster的安全注射系統(tǒng)可靠性分析

郭丹丹

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院,上海 200233)

基于Flowmaster軟件對(duì)某核電站安全注射系統(tǒng)進(jìn)行仿真,通過高壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn)、低壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn)和冷段再循環(huán)注射試驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了標(biāo)定。最后通過Flowmaster與熱工水力程序計(jì)算值進(jìn)行比較,結(jié)果表明兩者的結(jié)果吻合,從而對(duì)安全注射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有積極的指導(dǎo)意義。

安全注射 Flowmaster 仿真

1 引言

安全注射系統(tǒng)是核電站的安全保障,電站發(fā)生事故時(shí),安注泵啟動(dòng)將水箱內(nèi)的水注入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng),保障堆芯不會(huì)出現(xiàn)失水的現(xiàn)象。本文對(duì)于安全注射系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容,主要集中在注射流量是否能夠達(dá)到預(yù)期的要求。

本文以某核電站安全注射系統(tǒng)為研究對(duì)象,該系統(tǒng)由高壓安注分系統(tǒng)和低壓安注分系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)的工作過程分為兩個(gè)階段：(1)在直接注射階段,高壓安注泵和低壓安注泵從換料水箱吸水,通過注射管向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)注水;(2)在再循環(huán)階段,高壓安注泵和低壓安注泵從安全殼再循環(huán)地坑水吸水,由低壓安注泵作為高壓安注泵的前置泵串聯(lián)運(yùn)行,通過注射管向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)注水

(圖1圖2)。

2 模型標(biāo)定與仿真

為研究安全注射系統(tǒng)的流動(dòng)特性,采用一維流體系統(tǒng)仿真軟件Flowmaster開展了系統(tǒng)級(jí)仿真,為了保證系統(tǒng)仿真結(jié)果的可靠性,首先對(duì)關(guān)鍵部件和子系統(tǒng)開展了建模仿真工作。

2.1 子模型驗(yàn)證計(jì)算

為驗(yàn)證搭建的Flowmaster模型的正確性及計(jì)算的準(zhǔn)確性,特將Flowmaster計(jì)算結(jié)果與電站調(diào)試結(jié)果或設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,主要在以下幾方面進(jìn)行了比較：

(1)高壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn);

(2)低壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn);

(3)冷段再循環(huán)注射試驗(yàn)。

2.1.1 高壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn)

本仿真以整個(gè)安全注射系統(tǒng)模型中的部分模型為仿真對(duì)象,包括換料水箱、高壓安注泵、冷、熱段注射管等。具體仿真模型見圖3。

基于調(diào)試結(jié)果設(shè)定注射管上節(jié)流閥的開度后,仿真得高壓安注泵冷/熱段注射時(shí)高壓安注泵的流量,見表1。

由上表可知,仿真流量與調(diào)試結(jié)果非常接近。

2.1.2 低壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn)

本仿真以整個(gè)安全注射系統(tǒng)模型中的部分模型為仿真對(duì)象,包括換料水箱、低壓安注泵、冷、熱段注射管等。具體仿真模型見圖3。

冷段低壓注射試驗(yàn)時(shí),調(diào)節(jié)注射管路上節(jié)流閥的開度,使這兩條低壓注射管的流量均為300m3/h或均為180m3/h,調(diào)試報(bào)告中未給出注射管上節(jié)流閥的開度,通過Flowmaster軟件中Flow Balancing模型計(jì)算得到。

由表2可知,仿真流量與調(diào)試結(jié)果非常接近。

2.1.3 冷段再循環(huán)注射試驗(yàn)

本仿真以整個(gè)安全注射系統(tǒng)模型為仿真對(duì)象,包括換料水箱、高壓安注泵、低壓安注泵、冷、熱段注射管等。具體仿真模型如圖3所示。

圖1 高壓安全注射系統(tǒng)原理圖

圖2 低壓安全注射系統(tǒng)原理圖

表1 高壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn)

表2 低壓安注泵冷/熱段注射試驗(yàn)

表3 冷段再循環(huán)注射試驗(yàn)

在本試驗(yàn)中,再循環(huán)地坑內(nèi)水位達(dá)3.0m,高壓安注泵A-1、A-2和低壓安注泵投入運(yùn)行。冷、熱段注射管上的節(jié)流閥開度與2.1.1和2.1.2節(jié)的調(diào)試值或仿真值一致,仿真得到冷段再循環(huán)時(shí)安注泵的流量,見表3。

圖3 安全注射系統(tǒng)總模型圖

圖4 高壓安注泵注射流量

由表3結(jié)果可知,仿真得到的流量比調(diào)試結(jié)果略小,計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確。

2.2 總模型仿真計(jì)算

本系統(tǒng)的仿真以反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)B環(huán)冷段出現(xiàn)小破口失水事故(3.5英寸破口)作為仿真工況,進(jìn)行了瞬態(tài)的分析計(jì)算,結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出,使用Flowmaster仿真得到的高壓安注泵流量與水力計(jì)算程序計(jì)算的安注流量吻合比較好。在泵運(yùn)行的初期,流量誤差相對(duì)大一些,而到后期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)誤差非常小,證明Flowmaster模型是正確合理的。在44.8s,泵運(yùn)行時(shí),Flowmaster計(jì)算表明有水錘現(xiàn)象,形成了流量突增。

3 結(jié)語

通過對(duì)各種工況的仿真得到了各流量結(jié)果,將仿真數(shù)據(jù)與電站調(diào)試報(bào)告或設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,可以得出如下結(jié)論：

(1)各標(biāo)定試驗(yàn)工況下,Flowmaster仿真結(jié)果與電站設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或調(diào)試數(shù)據(jù)吻合較好,說明Flowmaster在安全注射系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析上是可行和有效的;

(2)安全注射系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),安注流量仿真結(jié)果與熱工水力軟件吻合較好,說明安全注射系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可靠的。

總體來說,Flowmaster仿真結(jié)果與電站運(yùn)行調(diào)試結(jié)果或熱工水力軟件計(jì)算結(jié)果都吻合得較好,從而驗(yàn)證了Flowmaster在安全注射系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析上的可行性與準(zhǔn)確性以及安全注射系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的有效性和可靠性。

[1]蘇林森,楊輝玉,王復(fù)生等.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[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.