单相热工流网计算软件应用研究

2021-01-05薛广宇冯献灵

设备管理与维修 2020年21期

关键词：中压瞬态热管

薛广宇，冯献灵

（海南核电有限公司，海南昌江 572700）

0 引言

随着仿真技术的不断成熟，在军民核动力系统中，大多采用流体网络（简称“流网”）仿真技术用于辅助系统或二回路系统等的研发设计与运行仿真研究。流网仿真技术具有计算速度快、稳定性高的特点，更易满足计算过程实时性的要求。

因此，本文基于成熟的单相流网计算模型与算法，针对核动力系统开发了适用于可压缩流体（以水或蒸汽为工质）的单相热工流网计算软件，针对华龙一号中压安注和低压安注系统瞬态工况进行了仿真应用研究[1]。

1 应用对象及工况概述

本文以华龙一号中压安注和低压安注系统为研究对象，选取中压安注系统单独运行切换为中、低压安注系统同时运行和冷管段安注切换至冷、热管段同时安注两种瞬态工况进行了仿真计算，并将仿真结果与设计值进行对比验证。根据图1 所示的系统流程，可以分别形成不同工况下的流网系统[2]。

图1 系统流程

图2 工况1 系统流网结构

图3 工况2 系统流网结构

中压安注单独运行切换为中、低压安注系统同时运行工况（工况1）是将回流管路切换至并联注入管路的过程，冷管段安注切换至冷、热管段同时安注工况（工况2）是并联管路拓展分支的过程（图2、图3）。

2 仿真应用研究

2.1 工况1 仿真应用

假设在事故工况下，RCS（反应堆冷却剂系统）压力由3.5 MPa，跃迁变化为1.5 MPa；根据系统设计说明书可知，此时中压安注泵取水量增加，同时，由于RCS 压力低于低压安注泵的注入压头，低压安注系统的小流量管线（回流管路）自动隔离，热管段注入管线上的阀门仍然保持关闭，低压安注泵从IRWST（内置换料水箱）取水后经由注入管线提供冷段注入。流网系统设计流通形式如图2 所示。

仿真结果显示，在RCS 系统压力降低后，低压安注泵从IRWST 取水后，不再回流，而是经过低压安注系统的并联注入管线，与中压安注系统的注入管线合并后，再分为三条冷段注入管线进行安注，3 条冷段注入管线的流量出现相同幅度的增加，同时由于RCS 压力降低，中压安注泵取水流量增加，中压安注泵出口压力下降。另外，中压安注系统或低压安注系统中并联注入管线压力和流量的瞬态变化趋势一致且稳态值相同，与设计流通形式相一致。此外，曲线变化趋势平稳，表明软件在仿真复杂流网系统具有良好的稳定性（图4）。

2.2 工况2 仿真应用

假设在事故工况下，RCS压力由1.5 MPa，跃迁变化为1.0 MPa，在长期冷却阶段为防止硼在一回路系统聚集，需要打开中压安注和低压安注系统中热段注入管线上的隔离阀，此时安注系统被切换到冷热段同时注入。流网系统设计流通形式如图3 所示。

仿真结果显示，在RCS 系统压力下降后，低压安注泵和中压安注泵从IRWST 的取水流量增加，安注泵出口压力降低，且中压安注泵出口压力下降幅度更大，低压和中压安注泵的取水经过并联注入管线，各自汇入冷管段和热管段注入母管后，再分为3 条冷段注入管线和3 条热段注入管线进行安注，受热管段分流影响，冷段注入流量出现了小幅度的下降，但是由于安注系统出口压力降低，且热管段的加入相当于拓展了并联支路，会降低系统总流动阻力，因此总的安注流量会升高，与设计流通形式相一致。此外，与2.1 节类似，曲线变化趋势平稳，表明软件在仿真复杂流网系统具有良好的稳定性，结果如图5 所示。