邵會福，王建國，凌學(xué)會，王季能

（紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

當(dāng)一回路發(fā)生失水事故或二回路的汽水回路發(fā)生破裂或失效時，為了確保堆芯熱量的排出和安全殼的完整性，限制事故的發(fā)展和減輕事故的后果，核電站設(shè)置了專設(shè)安全設(shè)施。其中安全注入系統(tǒng)是專設(shè)安全設(shè)施的重要組成部分，主要實現(xiàn)在不同工況下向反應(yīng)堆注入所需流量。安全注入系統(tǒng)（RIS）設(shè)置了多條管路以滿足不同的運行條件下反應(yīng)堆的流量需求.為確保注入流量的匹配，在管路上設(shè)置了不同型號的限流孔板。

在核電站日常運維中，需要定期執(zhí)行低壓安注試驗以驗證不同工況下安全注入系統(tǒng)向反應(yīng)堆注入冷卻水的流量是否滿足設(shè)計要求。當(dāng)試驗結(jié)果不滿足設(shè)計要求時，需要對低壓安注系統(tǒng)相應(yīng)管路上的限流孔板孔徑進(jìn)行調(diào)整。

1 低壓安注試驗

低壓安注試驗流程見圖1。試驗工況主要有冷段直接注入工況、熱段同時注入工況、冷段同時注入工況，冷熱段同時注入工況，每一種工況流程見表1。001PO和002PO分別獨立執(zhí)行4種工況。當(dāng)?shù)蛪喊沧⒃囼災(zāi)骋还r結(jié)果不合格時，需調(diào)整相應(yīng)的孔板。

圖1 安全注入系統(tǒng)流程

低壓安注試驗涉及的孔板調(diào)整情況主要包括：冷段直接注入工況環(huán)路流量不匹配，需要調(diào)整008DI／009DI／010DI孔板中某一個孔板尺寸，調(diào)整單個孔板時的調(diào)整原則：調(diào)整流量偏離中間值最大的環(huán)路的孔板；冷段直接注入工況總體流量不合格，需要同步調(diào)整008DI／009DI／010DI孔板尺寸；冷段同時注入工況總體流量不合格，需要調(diào)整017DI／018DI孔板尺寸；熱段同時注入工況總體流量不合格，需要調(diào)整003DI／002DI孔板尺寸。

由于低壓安注試驗工況復(fù)雜，根據(jù)某一運行工況調(diào)整孔板后，需要根據(jù)新的孔板孔徑對所有該孔板相關(guān)的運行工況進(jìn)行驗證。調(diào)整008DI／009DI／010DI孔板后需要對冷段直接注入工況、冷段同時注入工況和冷段和熱段同時注入工況進(jìn)行驗證。調(diào)整017DI／018D孔板后需要對冷段同時注入工況和冷段和熱段同時注入工況進(jìn)行驗證。調(diào)整002DI／003DI孔板后需要對熱段同時注入工況和冷段和熱段同時注入工況進(jìn)行驗證。

2 限流孔板調(diào)整計算方法

核電廠中使用的限流孔板主要是單級孔板，單級孔板又可分為單級有斜角和單級無斜角兩種類型。低壓安注試驗涉及的管路上的限流孔板全部為單級有斜角孔板，如圖2所示。

圖2 單級有斜角孔板

根據(jù)國標(biāo)GB／T 2624.2—2006，流經(jīng)孔板的質(zhì)量流量可以由式（1）計算［1］。

式中：D為管道內(nèi)徑；d為孔板孔徑；E為孔板厚度；C為流出系數(shù)；β 為直徑比，β＝d／D；ε 為壓縮系數(shù)；ρ為流體密度。其中，孔板壓力損失Δω與ΔP差壓的關(guān)系為

表1 低壓安注試驗工況流程

根據(jù)以上計算公式可以完成孔板孔徑、差壓、流量、孔板阻力系數(shù)等相關(guān)參數(shù)計算［2］。

根據(jù)流體機(jī)械理論［3］，泵特性曲線與管路特性曲線交點即為實際運行工況點，管路特性曲線是由管路元件特性及管路位能差決定。管路計算原理如圖3所示。

圖3 管路計算原理

對于單環(huán)路系統(tǒng)，根據(jù)伯努利方程可得

式中：KL為去除孔板后管路阻力系數(shù)；Kor為孔板的阻力系數(shù)；H（Q）為泵的揚(yáng)程；Q為目標(biāo)工況點的流量。

對于3個環(huán)路并聯(lián)的管路，有：

式中：KZ為并聯(lián)管路節(jié)點之前的管路阻力系數(shù)；KLi為并聯(lián)節(jié)點后分支管路阻力系數(shù)（不含孔板），i=1，2，3。

根據(jù)并聯(lián)管路特性：

式中：Ki為并聯(lián)支路管路阻力系數(shù)（不含孔板）。

通過以上公式推導(dǎo)可知，根據(jù)孔板調(diào)整前試驗數(shù)據(jù)可以計算出每一條管路去除孔板的阻力系數(shù)，假設(shè)調(diào)整孔板前后不含孔板的管路阻力系數(shù)不變，給定目標(biāo)流量可以求得每一條管路的新的阻力系數(shù)，除去不含孔板的管路阻力系數(shù)就是新的孔板的阻力系數(shù)，再根據(jù)新的孔板阻力系數(shù)和相應(yīng)的流量可以求得新的孔板的孔徑［4］?？装逭{(diào)整計算流程如圖4所示。

圖4 孔板調(diào)整計算流程

3 安全注入系統(tǒng)孔板調(diào)整計算實例

某核電站4號機(jī)安全注入系統(tǒng)001PO和002PO經(jīng)過了換型，泵特性曲線發(fā)生了變化，新?lián)Q型的泵揚(yáng)程比較高。在進(jìn)行低壓安注試驗的直接注入冷段的工況試驗中，泵的流量偏高，已經(jīng)接近冷段直接注入工況驗收準(zhǔn)則的邊界。為確保各試驗工況流量滿足要求，進(jìn)行了孔板調(diào)整工作，將 008DI／009DI／010DI的孔徑由原來的78.5 mm調(diào)整到74 mm，同時，將RIS003DI孔徑由200 mm更換為148 mm。調(diào)整前后的試驗數(shù)據(jù)如表2和表3所示。

表2 孔板調(diào)整前低壓安注試驗數(shù)據(jù)

表3 孔板調(diào)整后低壓安注試驗試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)冷段直接注入工況試驗的數(shù)據(jù)通過自行編制的孔板調(diào)整計算軟件進(jìn)行孔板調(diào)整后的校核計算。設(shè)定冷段直接注入工況的目標(biāo)工況點（Q，h），其中h為目標(biāo)工況點高度，為求取孔板孔徑首先根據(jù)孔板調(diào)整前試驗數(shù)據(jù)求取不含孔板的管路阻力系數(shù)

根據(jù)目標(biāo)工況點，求取調(diào)整孔板后總的管路阻力系數(shù)

根據(jù)并聯(lián)管路特性，有

在求得Korx以后，根據(jù)限流孔板計算理論求出孔板孔徑。通過理論計算求得調(diào)整的孔板孔徑為74.5 mm，這與孔板調(diào)整后的實際尺寸74 mm偏差僅為0.676%。

不同工況下各管路流量計算結(jié)果參見表4。對比表3和表4可以看到：在冷段直接注入工況和冷段同時注入工況理論計算值與孔板調(diào)整后的試驗數(shù)據(jù)基本一致；在冷熱段同時注入工況，008DI、009DI及010DI所在環(huán)路理論計算流量值偏大，總流量和001LD所在支路流量偏差百分比相對較小。

表4 理論計算孔板調(diào)整后數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

通過對限流孔板和復(fù)雜管路特性的分析，給出管路上限流孔板調(diào)整計算方案。對某核電站4號機(jī)孔板調(diào)整前后數(shù)據(jù)的校核驗證可以看出，理論計算的數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)基本匹配，說明孔板調(diào)整計算方案能夠滿足工程上的需求。提出的孔板調(diào)整計算方案對核電廠其他涉及孔板調(diào)整的試驗具有參考意義。

［1］中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量：GB／T 2624.2—2006［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［2］劉長亮，王曉江，曲昌明.核電廠用限流孔板壓降計算［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2013，47（3）：397-401.

［3］陳卓如.工程流體力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］趙鑫，譚海波，劉博，等.CPR1000安注系統(tǒng)高壓節(jié)流孔板計算研究［J］.核動力工程，2014，35（2）：134-136.