核电常规岛闭式冷却水流量分配方式的分析与研究

摘 要：本文指出了目前核电机组常规岛闭式循环冷却水系统的流量分配的两种方式。同时借助某核电工程，概述了闭式冷却水系统上采用孔板作为流量调节方式的技术要点。最后分析了这两种方式各自的优缺点，为将来核电闭式水系统的工程设计提供依据。

关键词：核电 闭式冷却水系统 流量分配 分析

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0058-02

本文主要介绍的是核电机组常规岛闭式循环冷却水系统的流量分配问题。闭式循环冷却水系统是在机组各种运行工况下向各放热设备提供冷却介质的闭式回路，以保证设备安全运行。

在常规火电厂闭式冷却水系统中，根据设备制造厂的要求，一般采用调节阀或可控蝶阀，对到各设备的水量进行分配控制；在我国自主化设计的秦山核电工程中，仍然采用的是调节阀方案来调节冷却水量。

但是在大亚湾核电站（2×984 MW）、岭澳核电1、2号机组（2×990 MW），正在建设的岭澳核电3、4号机组（2×1089 MW）以及法国FA3 EPR电站的闭式水系统设计中，均采用的是孔板来调节至各设备的冷却水流量。

通过上述电厂的设计及运行经验，核电站中采用调节阀、可调蝶阀或孔板作为冷却水流量调节分配方式均是可行的。

1 闭式冷却水系统流量分配两种方式概述

某核电站常规岛闭式冷却水系统一般设置3×50%容量的闭式循环冷却水泵，用于整个系统的闭式冷却水循环。为了排出从各冷却设备中带来的热量，系统设置了3×50%的换热器。经过冷却器后，闭式水系统各并联回路分别供给汽轮发电机组各冷却器及辅助系统需冷却的设备。

在冷却水向各放热设备提供冷却介质的闭式回路中，主要问题在于根据各个设备的换热要求，提供相应的水量。为了控制各个冷却水分支满足要求，一般情况下采用装设调节阀或者可调蝶阀的方式来调节到各路的水量。调节阀的选取可根据系统流量压力等参数的要求进行选取。在调试以及运行中微调阀门开度精细满足流量的要求。此种计算方法已有很多文献在此不再赘述。

但是根据现有资料，在国外很多大型核电站常规岛闭式冷水系统设计中均采用的是孔板来调节至各设备的冷却水流量。流体在通过装有节流孔板的管道时，由于节流孔板的局部阻力而产生的部分能量损耗使得通过孔板流体的压力降低，同时节流孔板的使用也会改变相应流体驱动设备的出口管路特性，使得通过该管路的流体流量减少。

节流孔板具有易于安装、方便维护、价格低廉等特点，但是节流孔板的孔径属于一次成型，如孔径选择不合适则节流孔板选用不当，在闭式冷却水系统中因节流孔板选用不当会导致到各个设备的流量不满足设备换热的要求，在电厂运行中引发一系列的问题。

关于水管道中节流孔板的选用，在《DL/T 5054-1996.火力发电厂汽水管道设计技术规定[S].》中的附录C.7有详细的节流孔板孔径计算公式。但是此计算是基于单独的水管道，针对闭式冷却水系统，节流孔板的作用不仅需要满足设备的需要，同时需要满足水管网路中流量配平的需要。

2 闭式冷却水系统流量分配之节流孔板孔径计算用软件简介

对于闭式冷却水的流量分配计算，在本文中采用的是FLOWMASTER2软件进行计算。FLOWMASTER2是一维流体系统仿真解算工具，是面向工程的完备的流体系统仿真软件包。对于各种复杂的流体系统，均可以利用FLOWMASTER2建立精确的系统模型，并进行完备的分析。

FLOWMASTER2具备的分析模块可以对流体系统（含液压系统）进行稳态和瞬态以及流量配平分析。

3 闭式冷却水系统流量分配之节流孔板孔径计算方法简介

3.1 建模过程简介

首先，将几个大型的设备用相应的组件进行模拟，高位水箱，用“水箱”组件进行模拟；SRI泵，用“泵”组件进行模拟；SRI旁路控制阀，用“阀门”组件进行模拟；SRI换热器，因在此计算中，不用考虑换热的问题，所以用“DL”组件进行模拟即可。管路中的管道、弯头、三通等，根据计算得来的压降要求，用“DL”组件进行模拟。根据系统及管道布置图，将上述的组件连接起来，即整合为整个系统的模型。

3.2 “DL”组件的处理——计算之必要的简化处理简介

在FLOWMASTER软件中，“DL”组件是一压力降组件。在此组件中只要填阻力系数等数据就可模拟相关的压降，而不必再将管道模型一一列出。举例来说，从GGR供应进水，到GGR供应回水，两个三通之间，必然有管路、三通、弯头进行连接，如果在模型中一一表示出来，则整体模型过于庞大和繁琐。为了简化整体模型，可单独对这段管路进行模拟，得出这段管路的压降数后反方向得出在DL组件中的数据，最后将此数据代入到整体模型中相应的DL组件中，即可直接模拟这段管路的压降。

3.3 稳态计算简述

首先进行的稳态计算，模拟的是闭式冷却水泵两台正常运行，并且泵的运行点正好在额定流量和额定扬程点上的状态。调整各个支路中DL组件。

3.4 流量配平计算步骤简述

FLOWMASTER2 软件的流量平衡模型可以允许在管道弯路模型中设置需要的流量，然后它可以计算出在这些平衡元件上的压力状况，使能够选择设置的这些流量平衡的元件的参数来达到需要的流量。某核电站常闭式冷却水系统经过分析得出的节流孔板的孔径如表1。

把流量平衡模拟出来的节流孔板孔径带入原系统再进行稳态计算，分析后得到的流量和压力与系统要求的数据对应一致，则分析计算结束。

4 闭式冷却水系统流量分配之两种方式技术经济的比较

闭式水系统采用节流孔板价格便宜，故障率低，系统运行在设计工况下工作可靠，但如运行工况偏离设计条件，则调节效果上偏离较大。

采用调节阀价格相对较贵，存在发生故障的可能，优点是可调节性要比孔板好，工作也比较可靠。

综合厂家的报价，某核电站具体的经济比较如表2。

通过以往核电站的运行经验反馈，如设计工况稳定，可选用节流孔板。如工况可能经常发生变化，则推荐选用调节阀；凡是和油温调节要求有关的，以及对冷却水效果要求较高的系统均应设调节阀。

如根据各设备对冷却水的需求特点仅GFR；GHE；GGR；GRH；GST等系统设置为阀门调节，其余系统还是采用节流孔板方式调节，则约需要初投资：15.6万元。

5 综述

通过上述分析可知，从设计方面来说，节流孔板调节方式以及阀门调节方式各有优缺点。从投资方面来说，节流孔板调节方式在初投资方面较为节省。

考虑到随着核电事业的发展及容量的增加，将来核电机组将不再只承担基本负荷，运行工况也将经常发生变化，为提高机组应对调峰的能力，并综合考虑到初投资，推荐各种对油温控制要求较高的油冷却器冷却水采用阀门调节方式，其余系统冷却水采用节流孔板方式调节。

参考文献

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