核主泵全流量试验台散热分析.pdf

6 1 肼l i tE l e ct T icP o w e r 核主泵全流量试验台 散热分析 哈尔滨电气动力装备有限公司 黑龙江15 0 0 6 0 张丽平蔡龙吴景鑫 摘要 核主泵全流量试验是轴封式核主泵设 计是否合理的最终验证方式 核主泵全流量试验台为高 温高压的回路设备 结合哈电集团核主泵全流量试验台 为例 研究试验台工艺系统的散热分析和保温措施 研 究不同功率核主泵在全流量试验台上可互换试验的可行 性 关键词 核电站核主泵试验台升温保 温 一 前言 核主泵是反应堆冷却剂泵的简称 是压水堆核电 站中最关键的核岛一回路主设备之一 是核岛内唯一的 旋转设备 是核电站的心脏设备 核主泵为核安全一 级 抗震I 类 质保Q A l 级设备 无备用泵配置 目前二代加轴封式核主泵设计寿命是4 0 年 华龙 一号三代轴封式核主泵及三代A P l 0 0 0 屏蔽式核主泵设 计寿命均为6 0 年 这就对核主泵的可靠性要求极高 核 主泵是否安全将直接影响整个核电站的正常运行 甚至 造成核安全事故 核主泵的安全性尤为重要 因此为确保核主泵在 出厂时完全达到核电厂的要求 在出厂前首台主泵要模 拟电厂的实际工况进行全流量性能考核试验 即模拟在 电厂可能出现的各种工况 核主泵技术代表着当代泵类产品设计制造的最高 水平 目前只有少数国家掌握其设计制造及试验技术 我国是拥有核主泵全流量试验台 见图1 及核主泵全 G M 通用柳麓 w w w e 蜘x co in2 0 1 7 1 1 1 第1 1 期 流量测试技术不多的国家之一 本文通过全流量试验台 进行10 0 0 M W 轴封式核主泵试验升温和保温时的热损 失分析解决3 0 0 M W 轴封式核主泵在全流量试验时的可 行性和解决措施 图1 核主泵全流量试验台 二 试验背景 核主泵全流量试验需要将回路中的水介质从常温 升至高温 2 0 2 9 0 C 后进行一系列试验来模拟核电 站实际使用工况 根据试验台设计原理 回路内水介 质是靠核主泵运行时水力做功提高温度 本试验台设计 初期是按照10 0 0 M W 核主泵能力进行设计的 如需要 进行3 0 0 M W 核主泵试验时需要考虑系统兼用性 特别 是升温和保温工况需要保证 才能完成各项试验 因此 通过分析10 0 0 M W 核主泵试验时系统水温变化数据和 理论分析 研究3 0 0 M W 核主泵试验可行性的分析和措 施 保证试验时满足升温工况的要求 三 主泵运行参数 主泵运行参数见表1 表1 主泵运行参数 I 瑚西 额定运行压力 M P a 1 5 1 61 4 9 9 额定运行温度 2 9 32 8 9 1 介质密度 k g m 3 7 4 47 4 9 冷态 77 7 534 3 1 轴功率 k W 热态 57 8 425 7 0 据进行计算分析 表2 试验台低温时数据 主回路A 级水质量 t 5 5 主回路金属质量 t 1 5 0 试验数据升温范围 2 0 2 6 试验数据升温时间 m in 7 试验数据电动机输入功率 k W 70 0 0 试验数据空气换热器状态停止运行 试验数据空气换热器周围环境温度 一1 7 5 5 G MinE l e ct r icP o w e r 五 百万机组试验回路热能计算 1 加热水 常温 W I cl M A Q l T I 1 式中M 加热器功率 单位为k w l C l 介质比热容 单位为k J 虹 R 4 1 4 5 0 C 时 M 介质质量 单位为k g Q 温差 单位为 6 C 来自试验数据 I 丁 升温时间 单位为S 7 m in 来自试验数 据 计算得 啊 3 2 2 5 k W 2 加热时升温速率 u 8 6 0 P t C 矿 2 式中p 升温速率 单位为X 2 h 只 升温功率 单位为k W C 水的比热 单位为k ca l L y 回路水容量 单位为L 计算得 D 5 0 9 C h 结论 常温下全流量试验 升温速率为5 0 9o 2 h 3 加热金属 常温 W 2 c2 M 2 AQ J T 2 3 式中鹏 加热器功率 单位为k W c 介质比热容 单位为k J k g 取0 5 2 0 C 时 坞一介质质量 单位为k g Q 温差 单位为 6 来自试验数 据 死 升温时间 单位为S 7 m in 来自试验数 据 计算得 W 2 1 0 7 0 k W 4 室内回路热损失计算 管路的热损失 Q 27 r t f r 1 A 1 n D 1 D o 2 d D l 4 式中D 0 一管道外径 单位为m m 主回路金属质量 t 1 5 0 6 保温层厚度 单位为in n l 试验数据升温范围 2 8 5 2 9 试验数据升温时间 m in 2 6 D 1 D o 2 6 试验数据电动机输入功率 k w6 0 0 0 卜一管内试验介质运行温度 单位为 两台 管外环境温度 单位为 试验数据空气换热器状态 起动 l 保温材料的热导率 取0 0 2 8 k ca V m h 试验数据空气换热器周围环境温度 1 0 l k ca l m h C 声1 6 3 W m K G MhE k ct r icP o w e r 卜大气散热系数 为1 0 0 0 2 8 k ca l m 2 h o 计算结果见表4 表4 百万机组试验回路热能计算结果 娜口 鳓目懿一一 m 量1 髓暑嚣啊 一 l西9 7 02 0O 2 55 2毋6 1 42 2 4 x 4 0 1 71 5 总长8 9 6 m 3 击3 7 5 9 7x 40 1 l4 4 总长3 8 8 m 4击2 0 1 06 20 56 罐体总长1 2 m 5 2 1 9 3 0 30 0 7 52 2 7 总计 5 0 结论 室内管道散热约5 0 k W 因此说热损失主要 是集中在室外空气换热器上 计算结果分析 用于给水和管道加热的功率总计 啊 W 4 3 2 5 k W 低温时由于回路水的温度和周围室温接近 所以 管道散热可以近似为零 热损失主要由空气换热器主动 热交换造成 热损失 3 0 0 k W 无风状态 该数据由 空气换热器公司提供 电动机输入功率中用于升温的功 率 包含热损失 所占百分 L 7 0 空气换热器多带走的 功率为19 2 0 k W 5 加热水 高温2 5 8 2 9 0 C c 坞A a 3 瓦 5 式中职 加热器功率 单位为k W c3 介质比热容 单位为k J k g 取5 2 3 0 0 C 时 飓 介质质量 单位为k g Q 温差 单位为 5 来自试验数 据 马 升温时间 单位为s 2 6 m in 来自试验 数据 计算得 W 3 9 1 6 k W 6 加热时升温速率为 u 8 6 0 P t C V 6 式中 D L 一升温速率 单位为 C h P t 升温功率 单位为k W C L 水的比热 单位为k ca l L i G M 通用柳麓 w w w e t y j x co m2 0 1 7 年第1 1 期 y 一回路水容量 单位为L 结论 高温下全流量试验升温速率为1 4 3 2 C h 7 加热金属 高温 W 产c抛 Q J 瓦 7 式中眠 力I I 热器功率 单位为k W c广 喻质比热容 单位为圳 k g 1 R 0 5 介质质量 单位为k g Q 温差 单位为 5 来自试验数据 L 升温时间 单位为s 2 6 r a in 来自试验数 据 计算得 W 4 2 4 0 k W 结果分析 用于加热水和管 路消耗的功率12 0 6 k W 高温过加热过程中空气换热 器多损失的能量为27 2 1 k W 用于升温的功率比重为 1 8 7 9 六 3 0 0 M W 全流量试验回路水升温 保 温分析 试验台条件与10 0 0 M W 全流量相同 泵的升温用 功率低温时为34 3 1 k W 高温时为25 7 0 k W 1 升温功率 低温时用于给水及管道升温的功率 W 2 4 0 1 7 k W 3 0 0 M W 用于高温时用于给水加热的功 率是 不包含热损失 是15 8 1 k W 计算结果W 2 4 0 1 7 k W 包含给金属加热的功率及 热损失功率 3 0 0 k W 根据式 1 式 3 结果 给水加热的功率占总功率的7 5 高温时用于给水及管道升温的功率 不包含热 损 是4 8 3 k W 用于给水加热时的升温功率为3 9 8 k W 计算结果4 8 3 k W 不包含给金属加热的功率及热损失 功率 根据式 5 式 7 结果 给水加热的功率占 7 6 2 升温速率 3 0 0 M W 机组加热时升温速率为 D 8 6 0 P t 7 C7 8 式中u 升温速率 单位为 C h P t 升温功率 单位为k W C 水的比热 单位为k ca l L 矿 回路水容量 单位为L 结论 常温下全流量试验升温速率为2 4 7 口 2 h 而 在高温下全流量试验的升温速率为5 7 4 C h 七 升温 保温解决方案 根据3 0 0 M W 项目核主泵全流量试验在常温状态 下 2 4 7 h 升温速率满足要求 在高温状态下 升温 速率5 7 4 C h 为 10 0 0 M W 核主泵 的约4 3 理论 上虽然也能升温 但是升温速率较慢 对全流量试验的 进度有一定影响 根据10 0 0 M W 核主泵试验的数据知道 在高温状 态下达至 1 2 8 5 2 9 0 左右时 室内主回路的热损失约 为5 0 k W 左右 其余热损失31 7 9 k W 来自室外的空气换 热器 而根据换热器厂家提供的数据 在关闭百叶窗 并停止风机运行后 理论上热损失很小 但是由于室 外自然凤的存在以及室外温差影响 其热损失也可达 3 0 0 20 0 0 k W 如果风机开启散热会更大 在高温试验时如果关闭空气换热器的百叶窗 将 造成试验温度的不可控 原因 关闭百叶窗后 风机禁 止起动 无法保证温度停止在某个点上做试验 所 以 试验时需要开启空气换热器 只要开启空气换热 器 风机热损失至少在20 0 0 k W 以上 而3 0 0 M W 项目试 验热态工况下的泵的轴功率只为25 7 0 k W 而由百万机 组的高温试验知风机热损失为31 7 9 k W 故3 0 0 M W 项目 试验就很难满足升温要求 根据以上的总结 提出以下具体方案 1 方案一 开启室外管路上的电加热带和换热器 上的电加热器 并采购岩棉被将室外换热器覆盖 最大 限度减少热损失 此外将一台空气换热器 回路上有两 台空气换热器 在试验台系统上隔离 通过一台空气换 热器保证试验回路在高温状态下保温措施 2 方案二 在主回路上加装电加热器 其总功率 为20 0 0 k W 安装方案 如图2 图3 所示 将图中标记为 图2 试验台原管路布置图 电力通用机械鲫 G M 讯E l e ct r icP o w e t 高亮的管路拆下 在左右两个稳流罐上的最下方法兰接 I 1 处 各加装一个10 0 0 k W 的电加热芯 这样可以灵活 控制回路水升温速率 保证2 9 0 C 的试验条件件 图3 电加热芯安装位置 八 结语 考虑到成本 改造周期等因素 最终采用第一种 方案作为解决方案 之后通过3 0 0 M W 机组的核主泵全 流量试验验证其方案可行 最终完成4 台核主泵的全流 量试验 核主泵试验台主管路和辅助管路工艺系统复杂 设备较多 需要精确识别热影响区域 做好保温措施 最大程度降低热损失 减少高温 压力边界设备之间的 温差 保证回路的安全使用 参考文献 1 蔡龙 张丽平 浅谈压水堆核电站主泵 J 水泵技术 2 0 0 7 4 1 5