非能动安全壳冷却系统配水管路进气问题研究

作者:陈树山;张江;祝玲琳;王亮亮;何军山 刊名:核动力工程 上传者:彭杜平

【摘要】为研究非能动安全壳冷却系统(PCS)配水系统的水力特性,以及分析配水管路中可能出现的进气问题,采用FLOWMASTER软件,建立PCS一维水力模型,计算非能动安全壳冷却水箱(PCCWST)向安全壳重力供水过程中的流量变化;并利用FLUENT软件对配水过程进行二维数值模拟,分析配水管路进气对冷却水流量的影响。研究表明,部分立管裸露后,空气将被吸入配水管路,影响配水稳定性;进气后实际的配水流量相对于未考虑进气的配水流量有略微下降。

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0引言AP1000核电厂在发生设计基准事故后,非能动安全壳冷却系统(PCS)能否提供足够流量的冷却水将直接影响核电厂事故的缓解,因此有必要对PCS配水特性进行深入的研究和分析。目前国内对PCS配水特性研究利用一维水力学软件进行计算,没有充分考虑到PCS中不同标高度的4根立管对配水流量的影响。实际上,当部分立管裸露后,管路中节流孔板和管路的联合作用产生的负压可能会吸入空气,不能简单使用一维水力学软件对PCS配水特性进行分析。本研究利用一维水力学软件考虑进气影响后72h配水流量随时间的变化进行模拟计算,并结合二维数值模拟方法对管路的配水特性进行分析,并与未考虑进气影响的结果进行比较。1PCS配水系统PCS配水系统由非能动安全壳冷却水箱(PCCWST)、将冷却水输送至安全壳壳体的管道,以及相关的仪表、辅助管道和阀门构成[1]。PCS系统示意图见图1。1.1PCCWSTPCCWST是与屏蔽厂房一体的圆柱形的混凝土构筑物,位于安全壳上方。PCCWST最大水装量为3008m3,用于安全壳冷却的水装量为2864m3,提供给消防系统的水量为68.1m3。Fig.1PCSCoolingSketch1.2非能动安全壳冷却水配水管线为了在不同时期提供不同流量的冷却水量,在PCCWST中设计了4根不同标高的配水立管。事故后,随着水位的降低,供水管数量也相应减少。4根立管上配置了不同阻力系数的流量孔板,起到调节和监测流量的作用,4根立管连接到1根150mm的母管上,再通过2根150mm管道配水至分水斗。4根立管的管径及顶标高见表1。表中立管高度为高于水箱底部的相对高度。图1非能动安全壳冷却系统示意图表1配水立管特性参数表Table1ParametersforPCSWaterSupplyVerticalPipe项目立管1立管2立管3立管4管径/mm100505080立管高度1/m7.356.195.130.16孔板孔径/mm43.819.514.836.6阻力系数65.2592.59296.9643.04注:1立管高度为高与水系底部的相对高度2PCS配水特性一维模型分析2.1水力学建模在建模之前,根据系统流程图、管道轴测图、划分配水管路节点,以及各节点间配水管路管道、阀门、弯头、三通、异径管、设备信息作为FLOWMASTER建模的基础数据,利用FLOWMASTER软件建立PCS模型。2.2模型运行设置2.2.1各供水立管输水控制在模型中,因为4根立管都连接PCCWST,为区别不同水位标高情况下,不同立管向安全壳输水的特性,在4根立管上人为添加控制阀,当水位降至各立管顶标高时,关闭该阀门,则该立管隔离。2.2.2PCCWST参数设置在模型中需设置的PCCWST参数主要有水箱体积、标高和初始水位。在设置水箱体积时,只需输入PCCWST不同标高的水箱截面积,软件即自动计算出水箱存水量。2.3模型计算设置PCCWST初始水位,按瞬态工况进行模型运算,运算时间为72h。从计算结果可知,随着时间的推移,流量逐渐减少,在第72h时水量为6.58L/s,大于安全分析要求的6.35L/s冷却水量,冷却水供水流量可满足设计基准事故后安全壳冷却水流量要求。根据计算在4.08h时,第1根立管裸露,流量从29.96L/s降至15.44L/s;在第13.36h时,第2根立管裸露,流量从14.61L/s降至11.60L/s。在第24.78h时,第3根立管裸露,流量从10.97L/s降至9.33L/s。从图2可知,在4.08、13.36、24.78h,配水流量突然变低,表明第1、2、3根管已经露出水面并吸

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