核电汽轮机再热器的建模研究

核电汽轮机再热器的建模研究陈斌，等核电汽轮机再热器的建模研究MODELINGANDSIMULATIONFORTHEREHEATEROFNUCLEARSTEAMTURBINE陈斌黄邦西华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定071003摘要针对核电机组的MSR的再热器进行了机理建模，采用占一NTU计算换热器效能和单向介质换热器模型两种方法建模。对再热器模型进行仿真，通过仿真结果与实验结果的对比分析，验证了再热器模型的准确性和精度。关键词再热器；核电；建模；一NTU中图分类号TL48，TP23文献标识码A引言汽水分离再热器系统是常规岛系统的重要组成部分，由于核电厂使用的汽轮机组为饱和蒸汽机组。蒸汽发生器产生的饱和蒸汽被送到高压缸做功，高压缸末级的排汽湿度达到了142，如果此种蒸汽仍被送往低压缸，会对低压缸产生汽蚀、水锤，将大大缩短汽轮机组的使用寿命。为避免出现这种情况，专门设计了汽水分离再热器系统GSS。高压缸的蒸汽作完功后，被送人到汽水分离再热器MSR；在MSR中进行分离和再热，使进入低压缸的蒸汽为过热蒸汽，减低了对低压缸叶片的冲蚀。再热器是MSR重要组成部分，其工作性能直接影响整个机组的经济性和安全性。随着人们对电站仿真、电站设备故障诊断和再热器性能预测等问题的不断重视，再热器的动态数学模型愈来愈引起关注_L。1传热单元数NTU建模每台MSR设有两级蒸汽再热器，其中一级用新蒸汽作为加热蒸汽，另一级用汽轮机抽汽作为加热蒸汽。第二级新蒸汽再热器布置在MSR壳体内的最上部，第一级抽汽再热器布置在其下面。这丽级再热器具有相同的功能，因而设计成相似的结构。每级再热器包括一个蒸汽室，一块管板及一组由U形传热管构成的管束。这部分模型主要考虑换热问题，可以看做管壳式换热器模型。首先来计算壳侧和管侧的人口温度I，通过TP，日查表解决。然后计算管侧的汽化潜热和管壳温差，由此来导出管侧的换热系数RHTINH，1T一052一K0375C3其中R管侧汽化潜热，T管壳温差，K管侧换热系数，常数系数，C管侧饱和水比热。计算壳侧的换热系数K64为壳侧的传热常数，为壳侧进口的流量。由壳侧和管侧的传热系数得出等效传热系数KE5是管壁传热常数。用传热单元数NTU计算换热器的效能占NTU61一EXP一NTU7计算传热量一I8金属温度写成差分形式F，“一CKT9一13仪器仪表与分析监测2012年第1期其中C金属的热容，K金属和蒸汽的传热系数，金属向环境损失热量系数，一环境温度，T时间。下面可以求出蒸汽向金属的热损失KVMWI一10最后得出壳侧和管侧的出15焓值H、H者WM十尘11122再热器模型的机理建模机理建模是根据实际系统工作的内在机理及其运动规律，在某种假设条件下，写出代表其物理过程的方程，结合其边界条件与初始条件，再采用适当的数学处理方法，来得到输人输出变量之间的关系即受控系统的数学模型。建立模型时假定1沿管长方向吸热均匀；2忽略介质比热，密度的变化；3忽略流动的动态过程流量不变。建立能量平衡方程管侧NT2一Q放13壳侧MS11,2一H,I十P吸14金属CQ放一Q吸15表1额定工况负荷下重要监测参数与现场实验测量值比较式中管侧蒸汽的流量；，管侧工质入口，出口的焓值；W管侧工质流量；Q放，Q吸管侧蒸汽放热量和壳侧蒸汽吸热量；，壳侧入15，出口的焓值；W壳侧流量；J7L，CM，金属管子的质量、比热、温度。传热方程Q放4学一16Q放4学一161K1K222。式中OT。，O管侧、壳侧的换热系数；。，用来计算管侧、壳侧的平均温度。3再热器模型的仿真第一种建模方法下系统模型静态工况测试负荷稳定工况下，仿真该系统的重要监测参数与现场实验测量值比较见表1。该表是摘取仿真机中参数与在相应负荷下现场实验测量或机组热平衡图得到的参数对比自动生成的。可以看出采用传热单元数方法建模可以精确地仿真该模型的静态特性，误差都在2以内。下面对模型进行动态仿真实验。在保定华仿科技有限公司开发的APNS一1000系统下，对再热器的模型进行仿真实验，第一级再热器进口流量单位监测值实验值误差第一级再热器蒸汽流量KGS327337000874第一级再热器进口压力KPA268026510OO8134第一级再热器出口压力KPA25402550000394第一级再热器进11温度22782249001273第一级再热器出口温度CC224922490第二级再热器蒸汽流量KG,S377383001592第二级再热器进口压力KPA632062640008861第二级再热器出口压力KPA624062160003846第二级再热器进口温度279027840002151第二级再热器出口温度278127790O0071914核电汽轮机再热器的建模研究陈斌，等变化仿真分析一NTU。第一级再热器的汽源来自于高加系统。对分离器出来的蒸汽进行第一次加热，改变其进口流量，关闭阀门，随着乏汽加热器流量的突然下降，再热器出口的温度大幅降低，由原来的2781OC降低到253，新蒸汽加热器的进口流量有微微增加。以蒸汽发生器的母管作为边界，分别供给新蒸汽系统，汽轮机主体系统等，当乏汽流量下降，压力必然升高，导致新蒸汽加热器的进口流量会有少量增加。如图1所示。钰穗啦谶弛馥醯猫诵睡蕊翳螭鲢|鬣|囊霉褥|豢畿矗臻穗|魏L0T一瑟黔琵鬻露翳蕊虿图1第一级再热器进口流量变化仿真曲线NTU再做第二种建模方法的仿真实验，实验步骤相同，可得出图2。期鞠瓣稿幽瑚黼黼翻潮鼎灞黼戮蕊鬃羹藩嚣口1，ZJ州卿、图2第二种建模法下第一级再热器进口流量变化仿真曲线可以看出这种建模方法下，随着第一级再热器进口流量的突然减小，再热器出口问题有缓慢的变化过程，这种建模方法能够更好地模拟再热器的动态过程。4结论本文对核电机组的再热器模型用了两种方法进行建模。两种方法都能很好地反映再热器部分的静态特性，非常精确。在动态特性方面，用换热单元数算法由于是对金属壁温的简化，所以不能良好地模拟动态过程。而用单向介质换热器的机理法建模能够很好地解决这个问题。参考文献1陈济东等大亚湾核电站系统及运行M北京原子能出版社，1994459461CHENJIDONGSYSTEMANDOPERATIONINDAYABAYNUCLEARPOWERSTATIONMBEIJINGATOMICENERGYPRESS，19944594612于明义，翁史烈核蒸汽轮机再热器的动态建模J上海铁道大学报199816YUMINGYI，WENGSHILIEDYNAMICMODELINGOFNUCLEARSTEAMTURBINEREHEATERJ，JOURNALOFSHANGHAITIEDAOUNIVERSITY1998163韩璞，刘长良，李长青火电站仿真机原理及应用M天津科学技术出版社，1998169171HANPU，LIUCHANGLIANG，LICHANGQINGPRINCIPLEANDAPPLICATIONOFTHEPOWERGENERATIONMTIANJINSCIENCEANDTECHNOLOGYPRESS，19981691714马进，王兵树，马永光核能发电原理D北京中国电力出版社，2006332MAJIN，WANGBINGSHU，MAYONGGUANGPRINCIPLEOFNUCLEARELECTRICPOWERGENERATIONDBEIJINGCHI