[發明專利]一種蒸汽發生器污垢沉積分析方法

有效

• 申請號: 202110331542.7
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113095005B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王明軍;穆德芳;趙曉晗;田文喜;秋穗正;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/23;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種蒸汽發生器污垢沉積分析方法。適用于預測沉積物在蒸汽發生器內部的沉積規律，并根據沉積物的分布區域和分布量，對蒸汽發生器的熱力性能影響進行評估。主要包括以下步驟：建立蒸汽發生器計算域簡化幾何模型；對蒸汽發生器幾何模型進行節點劃分；使用已有的蒸汽發生器三維熱工水力計算程序對網格進行無關性驗證；污垢沉積模型的開發；建立沉積物對蒸汽發生器熱力性能影響機制；進行蒸汽發生器熱工水力與腐蝕產物沉積耦合求解。

技術領域

本發明屬于核反應堆熱工水力計算技術領域，具體涉及一種蒸汽發生器污垢沉積分析方法。

背景技術

蒸汽發生器作為核電站一二次測換熱的重要設備之一，其運行過程可靠性的直接影響核電站經濟性和安全性。隨著運行時間的增加，商業壓水堆蒸汽發生器由于材料的退化，出現了可靠性問題，其中一個原因是沉積腐蝕產物。無論二次側水化學控制多么嚴格，其二次側，污垢和腐蝕產物總是會隨著運行時間增加而增多。核電站蒸汽發生器運行可靠性在世界范圍內都遇到了傳熱管二次側的結垢和管板上沉積腐蝕產物的問題挑戰。

根據污垢在蒸汽發生器中的位置及其影響的不同，主要可以分為兩種類型:管結垢和管支撐板堵塞。這些沉積物被認為具有不同的有害影響，影響行為和蒸汽發生器的效率。

管道污垢是在管道表面的一種沉積。由于沉積物的存在，一次和二次流動之間的總熱阻增加，降低了傳熱效率。另外，管結垢還會導致蒸汽發生器出口壓力降低和效率降低。另一種是沉積物造成的支撐板堵塞，這種沉積現象會在二次流中產生高速區和橫向速度，在某些情況下會產生流動引起的振動和管裂。這些因素都會對核電站的經濟性和安全性造成影響。因此，蒸汽發生器經常需要昂貴的停機檢查和清洗污垢沉積。

在商運之后，核電機組陸續又會出現降功率運行、長期臨停和強迫大修等工況，此類工況加劇了二回路腐蝕產物在蒸汽發生器中積聚，但目前對蒸汽發生器尚未建立一套蒸汽發生器性能監督和評估體系，各廠處于工程師自行管理階段，沒有統一的監督指標，也無法進行橫向的對標，仍處于監控的盲區所在。新投產的蒸汽發生器壓力異常降低現象，這給核電廠管理者帶來警示。

基于以上背景，了解蒸汽發生器中污泥積累的位置并評估沉積物對蒸汽發生器熱力性能的影響，實現對蒸汽發生器熱力性能定期評估和預測性評價，形成覆蓋全面、可操作性強的蒸汽發生器性能評估技術導則，為技術決策和大修行動提供參考。

發明內容

本發明的目的在于提供一種蒸汽發生器污垢沉積分析方法，該方法能夠運用計算流體力學手段預測沉積物在蒸汽發生器管束、管板和支撐板上的沉積規律，并根據膠體微粒沉積的分布區域和分布量，結合其結構和物性特征，對蒸汽發生器熱力性能影響進行評估。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種蒸汽發生器污垢沉積分析方法，包括如下步驟：

步驟1：根據計算要求，對蒸汽發生器的結構進行簡化并建立蒸汽發生器三維幾何模型：由于蒸汽發生器的腐蝕產物沉積主要發生在管束區、支撐板及管板上，因此對蒸汽發生器的幾何模型進行簡化，僅包括蒸汽發生器下降段、管束、支承板、上升段及旋葉式汽水分離器筒體；

步驟2：運用網格劃分軟件對步驟1中的蒸汽發生器三維幾何模型進行網格劃分，考慮到兩相流計算對網格質量的要求高，使用純六面體網格對計算域進行網格劃分；

步驟3：使用蒸汽發生器三維熱工水力計算程序對計算域進行未沉積工況下穩定運行狀態下的計算，對步驟2中劃分的網格進行網格無關性驗證，驗證計算結果對于網格密度變化的敏感性，以找到最佳的節點分布；

步驟4：計算微粒在蒸汽發生器管束區以及支承板上的沉積分布區域和分布量，具體步驟如下：

步驟4-1：計算沉積物質量

蒸汽發生器運行的過程中，伴隨著污垢的不斷沉積以及部分沉積物的脫落，污垢的沉積速率表示為：