蒸汽发生器排污设计范文

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《核动力工程杂志》2014年第三期

1可视化后处理

通过对二次侧管束区域流场分布计算结果进行可视化后处理，获得相应流场分布图，坐标系定义如图3所示。图3中：①坐标原点位于SG管板上表面左下角；②X轴为与管廊垂直的轴线；③Y轴为与管廊平行的轴线；④Z轴为竖直轴线；⑤热侧位于计算区域左侧，冷侧位于右侧。

2计算结果与分析

2.1对热工水力参数的影响SG热工水力静态特性直接影响蒸汽发生器的经济性和可靠性[2]。优化前后SG主要热工水力参数见表1。由于管廊区域取消了排污管和阻挡块，使得二次侧流体从套筒入口到流量分配板下游这个过程的压力损失系数减小，从而SG二次侧回路总压力损失减小，循环倍率增加[3]。考虑到高循环倍率具有提高管束区流体的流动速度、降低管束区干度和增强水位稳定性等优点，且优化后各参数的变化均小于0.3%，因此，排污结构的优化对SG热工水力参数产生的影响可以接受。

2.2对管束区流场的影响图4为优化前后二次侧管束区域、Y=0.05m处竖直平面（XZ面）内流体速度分布图。从图5中可知，优化前后流量分配板以上的二次侧管束区域的速度分布与大小基本相同，速度较大的区域均出现在热侧防振条附近，此平面内最大流速变化1.8%；但在管板二次侧上表面至流量分配板区域流场变化明显，管板二次侧中心区域优化前仅有一个低流速区，而优化后出现2个低流速区。因此，排污结构的优化对管束区流场的影响主要集中在管板二次侧上表面。图5为优化前后管板二次侧上表面、Z=0.05m水平面（XY面）内流体横向速度分布云图。由图5可知，排污结构优化前后二次侧管板上表面管廊区和中心区域流体横向速度变化明显。优化前，管板二次侧上表面低流速区主要集中在排污管区域、阻挡块区域以及中心区域；而优化后，由于中间管廊区域阻力变小，给水从套筒入口进入后趋向于管廊区域流动，管廊区域流体流速增加，同时在中心区域形成2个较大的低流速区，导致管廊区传热管直管段发生流弹失稳以及中心区发生泥渣沉积的可能性增加。综上所述，需对优化后管廊高流速区传热管的流弹稳定性进行评估，同时对管板二次侧中心区域进行泥渣沉积分析。

2.3对质量含汽率的影响为保证SG安全可靠的工作，避免二次侧水中杂质过度浓缩、传热管表面出现干湿交替导致的传热管腐蚀破裂及汽-水分离器的负荷增加[4]，蒸汽发生器的含汽率应保持在合适的范围内。图6为优化前后二次侧管束区域、Y=0.05m处竖直平面（XZ面）内质量含汽率分布图。从图中可知，优化前后二次侧管束区质量含汽率分布和大小近似相同，最大值均出现在热侧靠近防振条出口处，此平面内最大值变化3.4%，因此，排污结构的优化对SG质量含汽率产生的影响可接受。

2.4流弹稳定性分析由图5可知，优化后管板二次侧上表面管廊区域横向流速增加，而较高的横向速度可能导致传热管发生流弹失稳，工程上将等效激励流速与临界流速的比值称为流弹不稳定率，当流弹不稳定率小于1时认为管束是稳定的[5]；核工业为保守起见，一般认为不稳定率小于0.75时管束不发生流弹失稳。根据图5所反映的流体横向速度分布情况，选取位于管廊入口处的C01R55和管廊高流速区的C01R22（图7）两根最“危险”的传热管作为研究对象，计算其优化前后的流弹不稳定率，评价其在横向流作用下是否会出现失稳及保持稳定性的安全裕量。计算结果如图8所示。从图8中可知，传热管C01R55的流弹不稳定率优化后略大于优化前，优化前后最大值分别为0.221和0.232，均远低于临界值0.75；而传热管C01R22虽然在优化后前18阶频率下的流弹不稳定率比优化前增幅较大，但优化后最大值为0.352，仍远低于临界值0.75。由此可知，排污结构优化后仍能保证传热管不发生流弹失稳，并有较大设计裕量。

2.5泥渣沉积分析GENEPI通过计算管板二次侧上表面流体轴向沉积速度和横向沉积速度，将流速较低的区域判定为泥渣沉积区，并输出发生泥渣沉积的传热管的数量和位置。图9是优化前后出现泥渣沉积的传热管（图中黑点）分布图。由图9可知，优化后管板二次侧上表面的泥渣沉积区域增加，发生泥渣沉积的传热管数量由优化前的26根增至优化后的54根。这主要是由于优化后管板二次侧上表面低流速区域较大的缘故。考虑到结构优化后中心管廊取消阻挡块，便于泥渣枪更加准确、便捷的接近泥渣沉积区，实现对管板二次侧上表面泥渣的有效冲洗，提高冲洗效果；同时，通过加强水化学控制[6]等可大大减少泥渣沉积，因此，排污结构优化后管板二次侧上表面发生的泥渣沉积是可控的。

3结论

（1）在管板上直接开排污孔，可以简化管板区域结构、提高管廊区域可达性、便于管板二次侧上表面泥渣冲洗，提高冲洗效果。（2）优化后热工水力参数的变化均在可接受范围内，满足设计要求。（3）优化后管廊区域阻力变小，流体流速增加，但仍能保证传热管不发生流弹失稳，并有较大设计裕量。（4）优化后在管板二次侧上表面中心区域形成两个较大的低流速区，导致发生泥渣沉积的传热管数量增加。通过理论分析，证明了CPR1000蒸汽发生器排污结构设计优化的可行性，可为新型SG的设计提供参考。

作者：王国贤任红兵左超平朱勇莫少嘉单位：深圳中广核工程设计有限公司