[發明專利]一種蒸汽發生器傳熱管反轉倒流流量的測量方法及其系統

在審

• 申請號: 201710326539.X
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107134301A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 唐瑜;謝添舟;徐建軍;黃彥平;周慧輝;譚曙時
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C17/032
• 分類號: G21C17/032
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 廖慧敏

技術領域

本發明涉及反應堆熱工水力及安全技術領域，具體涉及一種蒸汽發生器傳熱管反轉倒流流量的測量方法。

背景技術

新一代的核電站反應堆更加強調系統的固有安全性，其顯著特征是反應堆在失去外部動力源的情況下，可以通過非能動的方式排出熱量。非能動安全技術的推廣使反應堆自然循環運行技術受到格外重視。在非能動運行方式下，反應堆一回路中的冷卻劑依靠自身密度差所產生的重力壓頭的驅動在系統中進行自然循環流動。與由循環泵提供動力的強迫循環相比，自然循環條件下的驅動力較弱且不恒定。如在LSTF、IIST、LOBI—MOD2以及SEMISCAIE等不同尺度的反應堆模擬實驗裝置上開展的多項實驗均表明：在自然循環低流量條件下并聯U型管束中的流量分布極不均勻，部分U型管會出現流量反轉，即所謂的倒流現象。

國內外多項實驗表明自然循環運行方式下的蒸汽發生器傳熱管流量反轉對自然循環運行有不利影響。倒流一方面使實際發生換熱的傳熱管數量減少，不利于熱量交換，另一方面使正向流動的速度增加，流動阻力顯著增大，對蒸汽發生器的運行有不利影響。

由于蒸汽發生器結構復雜，U型傳熱管又隱藏于蒸汽發生器的二次側腔室內部，其數量眾多且排列緊密，傳統的流量測量裝置難以布置，采用傳統的流量測量技術難以獲得單根U型管內的倒流流量，針對單根U型管倒流流量的測量已然十分困難，而要獲得一次側倒流總流量，需要對所有倒流U型管進行測量，其技術難度太大，而目前常用的倒流監測技術也僅能判斷管內是否發生倒流，而無法獲得其流量信息。由于現有技術中由于缺少相關測量技術，無法獲得倒流流量等關鍵信息，難以對非能動運行方式進行精確分析。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：因蒸汽發生器結構復雜及安裝空間不足造成僅僅只能判斷管內是否發生倒流，而無法獲得其流量信息的問題。本發明的目的在于提供了一種蒸汽發生器傳熱管反轉倒流流量的測量方法，本發明在不對蒸汽發生器內部傳熱管束安裝任何流量測量裝置的條件下，通過運用守恒原理及簡單的壓降和溫度測量，可以有效地獲得蒸汽發生器一次側傳熱管因流量反轉而產生的倒流總流量，解決了因結構復雜及安裝空間不足造成的倒流流量測量難的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種蒸汽發生器傳熱管反轉倒流流量的測量方法，包括：

(1)測量蒸汽發生器一次側入口的壓力P、流量W_in和流體溫度T_in，測量蒸汽發生器一次側進口腔室內的溫度T_av,i，測量蒸汽發生器一次側出口腔室內的溫度T_av,o；

(2)通過水和水蒸汽熱力性質表，分別查出T_in、T_av,i、T_av,o在壓力P條件下對應的焓值h_in、h_F、h_R；

(3)根據公式計算出倒流流量W_R。

本發明的載體對象為U型管式蒸汽發生器，該蒸汽發生器包括一次側和二次側。一次側按照流動方向，依次為進口腔室、U型傳熱管束和出口腔室，進出口腔室的前后端又分別與進出口管道相連。蒸汽發生器二次側環繞于U型傳熱管束外側，其空間內充滿高溫飽和水。一、二次側之間通過U型傳熱管進行熱量交換。在強迫循環條件下，全部U型管均按照從入口到出口的方向流動，而在自然循環條件下，部分U型管內發生倒流。由于U型管式蒸汽發生器結構十分復雜，一次側傳熱管隱藏于二次側高溫水空間之內，其數目眾多且排列緊密，對流量計的布置造成嚴重困難。

本發明創造性地運用守恒原理，將技術難度較大的傳熱管內部流量測量轉換為較為容易的腔室和管道處的流量及溫度測量，既避免了直接測量帶來的各種技術難題，又可以較為準確地獲得一次側倒流總流量。測量的基本原理為：將蒸汽發生器一次側進口腔室視為控制單元，進入與流出腔室的流體滿足質量和能量守恒，U型管正倒流的總流量與入口流量之間滿足守恒關系，同時進入與流出腔室的流體能量也滿足守恒關系。即：

W_F＝W_in+W_R(1)

W_Fh_F＝W_inh_in+W_Rh_R(2)