金艷駿

(中核核電運行管理有限公司,浙江 海鹽 314300)

秦二廠SRI/SEN板式熱交換器冷卻水源取自杭州灣海水，但由于杭州灣海水含沙量較高，自機組投運以來，板式熱交換器頻繁故障，且呈現(xiàn)逐年上升趨勢，缺陷主要包括泥沙堵塞、板片穿孔、密封失效等，導(dǎo)致系統(tǒng)流量降低，可用性降低，威脅機組安全運行。此外，也導(dǎo)致設(shè)備檢修成本一直居高不下。本文以此問題為導(dǎo)向?qū)ο到y(tǒng)改造模型進行仿真分析，并根據(jù)改造實際效果對理論計算進行驗證。

1 變更方案

同原系統(tǒng)比較，變更改造擬將板式換熱器改為管式換熱器，取消三臺海水升壓泵，將原兩臺電動濾水器的最大容量由50%改為75%。其余循環(huán)水及常規(guī)島輔助冷卻水的管道設(shè)備均保持不變。常規(guī)島輔助冷卻水系統(tǒng)變更后流程圖如圖1所示。

圖1 常規(guī)島輔助冷卻水系統(tǒng)變更后流程圖Fig.1 The flow chart after the change of auxiliary cooling water system of the conventional island

2 系統(tǒng)模型分析

2.1 系統(tǒng)建模

(1)組件選取

系統(tǒng)建模流量計算的本質(zhì)是并聯(lián)管路的流量分配計算,通過在Flowmaster 軟件中建立循環(huán)水開式水系統(tǒng)中所有設(shè)備、管道、管件、閥門等的流阻模型，得到系統(tǒng)中各個位置的流量、壓力等參數(shù)的計算結(jié)果。Flowmaster軟件是由英國流體力學(xué)研究協(xié)會開發(fā)的一個流體系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，能夠?qū)Σ豢蓧嚎s流體、可壓縮流體、液壓系統(tǒng)進行分析和模擬，能對流體系統(tǒng)的流量、壓力和溫度分布等進行精確計算并能對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程進行模擬。在軟件建模中可以采取以下方式對系統(tǒng)內(nèi)管道、彎頭、三通、閥門、過濾器等簡化處理:1)對于水力部件的建模，因其損失系數(shù)為常數(shù)，只與它的幾何尺寸、表面情況有關(guān)，可以用離散損失元件來代替彎頭元件；2)對于同一段管路中的相同尺寸的元件，可以將損失系數(shù)進行累加；3)以壓力源/流量源模擬系統(tǒng)邊界條件。

(2)建模結(jié)果

系統(tǒng)建模結(jié)果如圖2所示，其中，F(xiàn)為流量邊界，表示兩根循環(huán)水母管進口，流量均為50 400 t/h(約為14.0 m3/s)，P為壓力邊界，表示兩根循環(huán)水母管出口，壓力均為 0.03 MPa。

圖2 系統(tǒng)計算模型Fig.2 System calculation model

2.2 計算結(jié)果

(1)正常工況

系統(tǒng)正常運行工況下投運換熱器數(shù)量為兩臺，計算結(jié)果見表1。

表1 正常工況計算結(jié)果Table 1 Calculation results of normal working conditions

(2)單臺循泵工況

當(dāng)一臺循環(huán)水泵因故障停運，系統(tǒng)只有單臺循環(huán)水泵保持投運時，需驗證此工況下的系統(tǒng)流量分配情況，此時凝汽器為單側(cè)投運，電動濾水器和管式換熱器均維持兩臺投運。單臺循泵投運工況計算結(jié)果見表2。

表2 單臺循泵投運工況計算結(jié)果Table 2 Calculation results of operating conditions of a single circulating pump

(3)三臺換熱器投運工況

由于杭州灣海水泥沙含量較高，為了防止泥沙在設(shè)備中沉積，往往需要同時投運三臺管式換熱器，計算結(jié)果見表3。

表3 三臺換熱器投運工況計算結(jié)果Table 3 Calculation results of operating conditions of three heat exchangers

以上計算結(jié)果表明，當(dāng)SEN系統(tǒng)預(yù)設(shè)流量為4110 m3/h時，SEN系統(tǒng)模型正常工況下計算流量值為4255 m3/h，與設(shè)計流量相當(dāng)。通過計算單臺循泵及三臺熱交換器投運等瞬態(tài)工況，結(jié)果表明模型中管路的流量分配結(jié)果跟設(shè)計要求值較為接近。由于開式水側(cè)總壓降略低于凝汽器側(cè)循環(huán)水總壓降，而在實際運行工況下，兩側(cè)壓差會保持平衡，通過軟件計算得到的復(fù)雜管路流量分配值與實際情況較接近，所以計算結(jié)果表明設(shè)計方案滿足變更要求。

2.3 結(jié)果驗證

SEN/SRI換熱器的放熱量設(shè)計值為10 063.98 kW，設(shè)計換熱面積為880 m2，設(shè)計換熱系數(shù)為2534.5 W/(m2/℃)。據(jù)KIT系統(tǒng)中的SEN側(cè)及SRI側(cè)的溫度結(jié)果和現(xiàn)場使用超聲波流量計測量得到的兩側(cè)流量值，以及換熱器計算書中提到的設(shè)計面積，計算得到三臺換熱器的換熱系數(shù)分別為 2918.8 W/(m2/℃)，2695.9 W/(m2/℃)以及2654.8 W/(m2/℃)，如表4所示，計算結(jié)果表明三臺換熱器的換熱性能均能達到設(shè)計值要求。

表4 三臺換熱器SRI側(cè)功率計算值Table 4 Calculated values of SRI side power of three heat exchangers

3 結(jié) 論

本文從秦二廠板式熱交換器換型變更的初步方案出發(fā)，利用流體力學(xué)分析軟件對變更方案進行建模分析計算，對變更方案可行性進行論證，為變更方案提供理論支持。秦二廠板式熱交換器換型替代變更已先后在D212、D114大修中完成，單臺機組年度節(jié)約成本約400萬元/年，經(jīng)濟效益顯著，并大幅度降低設(shè)備冷卻系統(tǒng)的缺陷率，工程實例應(yīng)用效果良好，可在其他電廠進行推廣應(yīng)用。