蒸汽發生器排污設計范文

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《核動力工程雜志》2014年第三期

1可視化后處理

通過對二次側管束區域流場分布計算結果進行可視化后處理，獲得相應流場分布圖，坐標系定義如圖3所示。圖3中：①坐標原點位于SG管板上表面左下角；②X軸為與管廊垂直的軸線；③Y軸為與管廊平行的軸線；④Z軸為豎直軸線；⑤熱側位于計算區域左側，冷側位于右側。

2計算結果與分析

2.1對熱工水力參數的影響SG熱工水力靜態特性直接影響蒸汽發生器的經濟性和可靠性[2]。優化前后SG主要熱工水力參數見表1。由于管廊區域取消了排污管和阻擋塊，使得二次側流體從套筒入口到流量分配板下游這個過程的壓力損失系數減小，從而SG二次側回路總壓力損失減小，循環倍率增加[3]。考慮到高循環倍率具有提高管束區流體的流動速度、降低管束區干度和增強水位穩定性等優點，且優化后各參數的變化均小于0.3%，因此，排污結構的優化對SG熱工水力參數產生的影響可以接受。

2.2對管束區流場的影響圖4為優化前后二次側管束區域、Y=0.05m處豎直平面（XZ面）內流體速度分布圖。從圖5中可知，優化前后流量分配板以上的二次側管束區域的速度分布與大小基本相同，速度較大的區域均出現在熱側防振條附近，此平面內最大流速變化1.8%；但在管板二次側上表面至流量分配板區域流場變化明顯，管板二次側中心區域優化前僅有一個低流速區，而優化后出現2個低流速區。因此，排污結構的優化對管束區流場的影響主要集中在管板二次側上表面。圖5為優化前后管板二次側上表面、Z=0.05m水平面（XY面）內流體橫向速度分布云圖。由圖5可知，排污結構優化前后二次側管板上表面管廊區和中心區域流體橫向速度變化明顯。優化前，管板二次側上表面低流速區主要集中在排污管區域、阻擋塊區域以及中心區域；而優化后，由于中間管廊區域阻力變小，給水從套筒入口進入后趨向于管廊區域流動，管廊區域流體流速增加，同時在中心區域形成2個較大的低流速區，導致管廊區傳熱管直管段發生流彈失穩以及中心區發生泥渣沉積的可能性增加。綜上所述，需對優化后管廊高流速區傳熱管的流彈穩定性進行評估，同時對管板二次側中心區域進行泥渣沉積分析。

2.3對質量含汽率的影響為保證SG安全可靠的工作，避免二次側水中雜質過度濃縮、傳熱管表面出現干濕交替導致的傳熱管腐蝕破裂及汽-水分離器的負荷增加[4]，蒸汽發生器的含汽率應保持在合適的范圍內。圖6為優化前后二次側管束區域、Y=0.05m處豎直平面（XZ面）內質量含汽率分布圖。從圖中可知，優化前后二次側管束區質量含汽率分布和大小近似相同，最大值均出現在熱側靠近防振條出口處，此平面內最大值變化3.4%，因此，排污結構的優化對SG質量含汽率產生的影響可接受。

2.4流彈穩定性分析由圖5可知，優化后管板二次側上表面管廊區域橫向流速增加，而較高的橫向速度可能導致傳熱管發生流彈失穩，工程上將等效激勵流速與臨界流速的比值稱為流彈不穩定率，當流彈不穩定率小于1時認為管束是穩定的[5]；核工業為保守起見，一般認為不穩定率小于0.75時管束不發生流彈失穩。根據圖5所反映的流體橫向速度分布情況，選取位于管廊入口處的C01R55和管廊高流速區的C01R22（圖7）兩根最“危險”的傳熱管作為研究對象，計算其優化前后的流彈不穩定率，評價其在橫向流作用下是否會出現失穩及保持穩定性的安全裕量。計算結果如圖8所示。從圖8中可知，傳熱管C01R55的流彈不穩定率優化后略大于優化前，優化前后最大值分別為0.221和0.232，均遠低于臨界值0.75；而傳熱管C01R22雖然在優化后前18階頻率下的流彈不穩定率比優化前增幅較大，但優化后最大值為0.352，仍遠低于臨界值0.75。由此可知，排污結構優化后仍能保證傳熱管不發生流彈失穩，并有較大設計裕量。

2.5泥渣沉積分析GENEPI通過計算管板二次側上表面流體軸向沉積速度和橫向沉積速度，將流速較低的區域判定為泥渣沉積區，并輸出發生泥渣沉積的傳熱管的數量和位置。圖9是優化前后出現泥渣沉積的傳熱管（圖中黑點）分布圖。由圖9可知，優化后管板二次側上表面的泥渣沉積區域增加，發生泥渣沉積的傳熱管數量由優化前的26根增至優化后的54根。這主要是由于優化后管板二次側上表面低流速區域較大的緣故。考慮到結構優化后中心管廊取消阻擋塊，便于泥渣槍更加準確、便捷的接近泥渣沉積區，實現對管板二次側上表面泥渣的有效沖洗，提高沖洗效果；同時，通過加強水化學控制[6]等可大大減少泥渣沉積，因此，排污結構優化后管板二次側上表面發生的泥渣沉積是可控的。

3結論

（1）在管板上直接開排污孔，可以簡化管板區域結構、提高管廊區域可達性、便于管板二次側上表面泥渣沖洗，提高沖洗效果。（2）優化后熱工水力參數的變化均在可接受范圍內，滿足設計要求。（3）優化后管廊區域阻力變小，流體流速增加，但仍能保證傳熱管不發生流彈失穩，并有較大設計裕量。（4）優化后在管板二次側上表面中心區域形成兩個較大的低流速區，導致發生泥渣沉積的傳熱管數量增加。通過理論分析，證明了CPR1000蒸汽發生器排污結構設計優化的可行性，可為新型SG的設計提供參考。

作者：王國賢任紅兵左超平朱勇莫少嘉單位：深圳中廣核工程設計有限公司