钠冷快堆丧失蒸汽发生器模块后的不对称运行工况设计方法研究

本文针对典型钠冷快堆,采用钠冷快堆系统分析程序FR-Sdaso对其丧失蒸汽发生器模块后的不对称运行工况进行了分析计算,基于两种流量分配方式及稳态非对称模型,计算得到不同功率水平下的工况特征参数,包括不同环路的功率分配、主热传输系统节点温度等。通过对比分析,从可接受的最高功率水平、环路的对称性等多方面,对两种流量分配方式的优缺点进行对比总结。研究成果可为钠冷快堆丧失蒸汽发生器模块后的目标运行工况设计方法提供参考。

快堆钠-水蒸汽发生器热工水力稳态综合性能研究

钠-水直流蒸汽发生器作为分隔钠冷快堆二、三回路的重要屏障,有着非常重要的地位。为分析蒸汽发生器的流动换热特性,西安交通大学搭建了快堆钠-水蒸汽发生器综合性能试验台架,开展了一系列稳态实验,并自主开发了一维两相热工水力设计程序。从稳态实验中选取低功率、中等功率以及满功率5个典型工况开展DeCOSS程序稳态计算。在对实验数据以及计算结果进行归一化处理后,对钠侧轴向温度分布以及蒸发器出口钠侧、水侧出口温度进行对比验证。可发现不同功率工况下,DeCOSS程序计算结果均与实验数据符合良好,验证了蒸汽发生器自主化设计和分析程序的正确性。此外,获取的实验数据也可反之修正DeCOSS程序计算方法,为今后钠-水蒸汽发生器开展相关课题的研究奠定基础。

螺旋管式蒸汽发生器管束振动响应机制研究

螺旋管管束在流体冲击作用下发生振动,长期发生此现象,会导致螺旋管因微动磨损而逐渐失效,而短时间内出现过度振动,则会造成螺旋管失效破坏。因此,揭示螺旋管管束振动响应机制是非常重要的。本文建立了螺旋管管束流动激振模型,通过比较实验结果与仿真结果以验证数值方法的鲁棒性。基于螺旋管振动时域数据,利用小波分析方法研究了管的相对位置与管束结构参数对螺旋管振动响应的影响。结果表明,沿流体流动方向上,螺旋管越靠后,面外方向的振动响应越剧烈。相邻管层节径比越小,振幅越大,波动越剧烈。同层管间节径比与螺旋角对两方向上的振幅影响不明显。研究结果为螺旋管管束的湍流抖振与流体弹性不稳定性分析奠定了理论基础。

基于多孔介质方法的铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器设计优化研究

本文提出了基于多孔介质方法,铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器开展数值模拟,并通过与三维数值模拟结果的对比验证了多孔介质模拟方法的正确性。基于此方法,对给定工况条件的铅铋螺旋管蒸汽发生器开展了设计研究。在1.5 MW功率目标下,发现四层螺旋管的布置方式具有最优综合性能。在此基础上,通过综合性能评价指标对不同工况条件下不同几何参数的螺旋管蒸汽发生器开展性能评价,并运用多元线性拟合探究在工况以及几何范围内综合性能最佳的几何模型,最高性能提升达到3.37%。本研究为铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟及设计优化提供新的方法参考。

CAP 1400蒸汽发生器干燥器性能分析及试验研究

针对CAP1400蒸汽发生器汽水分离装置干燥器的研发设计,本文从汽液分离机理、研发方式、工程设计等方面对国内外研发设计机构开展了广泛调研,并创新性地提出一种适用于先进核电厂蒸汽发生器干燥器的研发技术.本文采用数值模拟分析替代传统冷态试验对波形板进行选型研究,并采用各向异性多孔介质模型对干燥器整体三维结构模型进行数值计算,得到干燥器波形板入口蒸汽速度分布.根据计算得到的最高流速,对汽水分离装置试验件开展有针对性的热态性能试验,得到其在不同入口蒸汽流速、不同入口蒸汽湿度下的工作性能曲线,确定该型号干燥器的允许工作范围,以论证干燥器所有波形板入口处的蒸汽流速均在试验件热态试验确定的临界蒸汽流速以内,确保蒸汽发生器出口蒸汽的品质满足电厂安全稳定运行要求.

核电站蒸汽发生器传热管电磁超声导波自动化检测系统设计

蒸汽发生器传热管作为高温气冷堆核电站一回路压力边界的关键部件,承担着热交换及辐射屏障的重要作用,其结构完整性严重影响核电安全运行。针对该类特殊结构传热管的在役检查难题,设计了专用的电磁超声导波自动化检测系统,研制了内置单点检测式的磁场增强型电磁超声导波探头,开发了采用模块化组件的五轴联动多自由度自动运载装置,提出了基于机器视觉的管孔动态定位方法,建立了蒸汽发生器全尺寸模拟体试验平台并开展了定位精度测试与缺陷检测试验。试验结果表明所设计的自动化检测系统可实现任意位置目标管孔的高精度定位及自动行走,可识别模拟体上异种钢焊缝处与距离检测端约60 m处的刻槽缺陷,有效检测范围覆盖传热管全长,有望为高温气冷堆核电站蒸汽发生器特殊结构传热管的质量健康评价提供技术支撑。

核电站孔道式蒸汽发生器热工分析及换热性能研究

为满足核电站提高蒸汽参数以获得更好的发电效率及经济性的发展需求,提出了一种适用于高温气冷堆超超临界参数下的孔道式蒸汽发生器。介绍了孔道式蒸汽发生器结构的主要特点,分析了该结构在换热性能、运行安全、生产成本等方面的优势。通过建立理论计算模型,对该蒸汽发生器采用直流逆流换热方式下的轴向、径向、准三维温度分布等参数进行了热工分析及换热性能研究。计算结果表明:该孔道式蒸汽发生器以对流传热及热传导的换热方式为主,温度分布分段明显,换热性能优异,符合相关换热要求。该研究可为核电站蒸汽发生器的设计及研发提供参考。

基于闪光法的蒸汽发生器传热管导热系数的测量研究

针对蒸汽发生器传热管的导热系数很难由理论计算直接获得、通常需要通过试验测量得到的问题,基于瞬态传热原理,在保持传热管外形的基础上,运用激光闪光法设计了一种基于传热管导热系数测量装置。分别对4种不同厂家制造的690合金传热管的导热系数进行了测量,并将测得的数据在20~400℃范围内进行线性拟合,通过拟合公式,可直接求得该温度范围内任一温度条件下的导热系数,为蒸汽发生器传热计算提供可靠的参数。

一种蒸汽发生器水下检查机器人高精度定位方法

密闭的核电蒸汽发生器(Steam Generator,SG)内环境纹理单一重复及光照不良等导致检查机器人定位困难及作业过程中难以确定被检查的传热管位置。针对该问题,提出一种实时高精度的机器人定位方法。通过目标检测算法对视频帧中选定范围内的传热管进行检测及排序,并在初始帧中参照SG内部少量可区分点设定传热管的初始参考序号;基于前后帧同一目标间距离与帧内不同目标间距离的几何约束关系,对传热管目标进行跟踪及动态排序,从而间接地实现机器人精确定位。实验结果表明,该方法在SG模拟体内部进行检查的过程时能很好地实现机器人的高精度定位,指导机器人进行检查作业。

立式U形管自然循环蒸汽发生器循环倍率近似计算方法研究

循环倍率是保证核电厂立式U形管自然循环蒸汽发生器稳定运行的重要参数。为了近似方便地计算该值,本文在归纳、整理公开出版物中关于蒸汽发生器自然循环相关计算公式的基础上,以典型结构的立式U形管自然循环蒸汽发生器为例,提出一套简单完整的蒸汽发生器循环倍率近似计算方法。在已知蒸汽发生器部分结构参数与少量热工参数的基础上,可按步骤方便地对蒸汽发生器驱动压头与流动阻力进行近似计算,并求解出循环倍率。计算选取的公式均来自公开出版物,仅需水物性表即可完成计算。采用该近似方法的循环倍率求解结果与采用专业蒸汽发生器热工计算程序的循环倍率求解结果相比误差较小。

蒸汽发生器二次侧工质管周向非均匀传热特性

蒸汽发生器是核电系统中的关键设备,由于管内外耦合传热下螺旋管式蒸汽发生器二次侧工质的管周向非均匀传热现象及其规律未被充分认识,成为蒸汽发生器研究和设计中的难点。文中实验研究耦合一、二次侧传热下螺旋管式蒸汽发生器二次侧工质流动沸腾下的管周向非均匀传热特性。研究发现:耦合传热下,管壁面存在明显的周向非均匀传热现象。随着二次侧工质入口过冷度Δt sub的增加,管壁面传热系数h变化不明显;随着二次侧工质系统压力p的增加,h 0°明显降低,而h 90°、h 180°、h 270°增加;随着二次侧工质质量流速G r的增加,h 0°小幅度降低,h 90°、h 180°、h 270°基本保持不变;随着一次侧工质加热温度t wat的增加,h 0°、h 270°存在先升后降的变化趋势,而h 90°、h 180°变化不明显。文中定义了周向局部不均匀性分布因子ηt或ηh来分别表示壁温t w或h在管周向分布上的差别,并得出了ηt或ηh分别随Δt sub、p、G r、t wat的变化规律。最后得出:耦合传热加热条件与恒热流密度加热条件下,二者的ηt整体上差异不大,仅ηt180°存在一定差异,而2种加热条件下的ηh存在较大差异,表明了耦合传热下管截面周向上的h分布更加不均匀。

液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一、二次侧耦合传热数值研究

螺旋管蒸汽发生器是液态金属快堆中能量传递的核心设备,其运行的稳定性、安全性对核电站的运行有至关重要的影响。为此,本文构建了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一次侧、二次侧耦合传热的三维数值模型,分别基于经济合作与发展组织核能署(The Organisation for Economic Co-operation and Development,OECD/NEA)物性手册和美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)数据库建立液态金属和水-水蒸气变物性计算关联式,采用Lee相变模型计算二次侧水-水蒸气蒸发过程中两相间的质量传递。基于实验数据,分别对本文模型一次侧传热以及二次侧传热的计算可靠性进行了验证。最后以铅铋快堆为例,研究了不同一次侧进口参数下蒸汽发生器一、二次侧之间的耦合传热特性,并与传统水冷堆进行了对比。结果表明:在同等条件下,相比于传统水冷堆,一次侧采用铅铋液态金属时,一、二次侧之间的壁面热流密度明显提升,热流密度峰值可达1439.97 kW·m^(-2),比水冷堆相应数值提升5~6倍,这导致二次侧管内气相蒸发过程明显加剧,体积含气率急剧上升;同时,一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,沿程热流密度分布相对偏差值比水冷堆相应数值增大3~4倍。随着一次侧进口铅铋温度从350℃增大到450℃,一、二次侧之间的壁面热流密度随之增大,对应的热流密度峰值从950.7 kW·m^(-2)增大到1439.97 kW·m^(-2),提升约1.5倍,同时一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,不均匀度增大20%。

钠冷快堆蒸汽发生器用2.25Cr-1Mo钢热老化行为研究进展

中国实验快堆蒸汽发生器主要使用核级2.25Cr-1Mo钢制造。由于钠冷快堆中严苛的工作环境,蒸汽发生器传热管需要同时面对高温、高压差以及钠和水腐蚀等问题,其中部分问题引起蒸汽发生器的热老化行为,从而影响其寿命。本文调研了钠冷快堆蒸汽发生器用2.25Cr-1Mo钢热老化行为的主要影响因素,总结了开展2.25Cr-1Mo钢热老化行为研究的多种方法,提出了解决2.25Cr-1Mo钢热老化问题的措施,并对未来发展方向进行展望,以期为我国钠冷快堆蒸汽发生器部件的寿命评估和安全运行提供参考。

基于NARX的蒸汽发生器液位异常检测方法

蒸汽发生器液位是评价核电机组运行状态的重要参数指标之一,由于传统预设固定液位报警阈值的监测方法无法在触发报警信号前及早发现异常,为蒸汽发生器液位建立异常检测模型很有必要。基于蒸汽发生器复杂非线性系统的特点,通过带外源输入的非线性自回归(nonlinear auto-regressive with exogenous inputs, NARX)方法研究了蒸汽发生器在正常工作模式下液位及相关参数间的耦合关系模型。模型以历史液位值和相关参数作为输入回归得到下一时刻的液位预测值,并通过预测值与实际观测值残差的大小,来判断蒸汽发生器多传感器系统当前工作状态是否异常。与触发预设液位阈值后再报警的传统状态监测方法相比,结果表明该方法能够检测到液位与相关参数间的耦合关系偏移,并在微小变化发生时就检测到异常,从而实现蒸汽发生器液位的状态监测和预警。同时经真实核电厂数据验证,可见该模型能够对液位实现准确的回归预测,并在依照真实故障类型构建的异常数据集验证实验中,取得了较好的异常检测效果。

蒸汽发生器流动稳定性计算软件的研发与验证

蒸汽发生器的运行状态对核电厂有至关重要的影响。内部流体流动的稳定性会直接影响蒸汽发生器的热工水力性能,因此重点介绍核电软件自主化项目研发的蒸汽发生器流动稳定性计算(Flow Stability Calculation,FSC)分析软件的理论模型、计算方法和验证情况。通过将软件计算结果与核电厂调试试验中获得的实测参数进行对比,验证了FSC分析软件模型准确性,可完全适用于立式倒U形蒸汽发生器的设计分析。

核电蒸汽发生器关键特厚管板锻件锻造成形方法

管板作为核电蒸汽发生器内的核心锻件,在形状和尺寸上具有直径大、厚度厚的特点,其检验技术要求高,制造难度大,且周期较长。本文对厚度大于500 mm的蒸汽发生器管板进行解剖,分析了不同部位的性能均匀性。试验表明,在ASME标准范围内将Ni质量分数控制在0.90%以上,有利于提高材料的低温韧性。通过闭式模具锻造,提高热处理淬火冷却速率,使得管板中心无塑性转变温度可达-26℃以下,远低于-15℃传统的技术指标,验证了特厚管板的冶炼、锻造及热处理工艺,为提高特厚管板性能指标提供理论和工程实践支撑。

一种CPR堆型蒸汽发生器分流板及第一层支撑板泥渣清洗技术

核电厂蒸汽发生器在运行过程中,二次侧水会在流量分配板以及支撑板表面沉积泥渣,影响蒸汽发生器换热效率。通过设计新的清洗工具和清洗工艺,对CPR1000堆型核电厂55/19B型蒸汽发生器流量分配板上表面及第一支撑板下表面进行清洗,能有效清除传热管表面及梅花孔泥渣和结垢,实际应用效果明显。改变了常规清洗设备只能清洗管板上表面的状态,可达到对蒸汽发生器二次侧更好的清洁和维护的目的。最后,对清洗技术的发展趋势进行了展望。

基于长短期记忆网络的钠冷快堆蒸汽发生器钠-水反应噪声探测技术研究

钠冷快堆蒸汽发生器传热管路泄漏导致的钠-水反应具有初期不易识别且发展迅速的特点,针对上述现象,提出了一种基于长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的蒸汽发生器小泄漏信号识别检测方法,以试验台架最大背景噪声工况下泄漏信号观测数据作为输入,建立钠-水反应分类模型,实现强背景噪声运行工况下小泄漏信号识别,实验结果表明,提出的基于LSTM算法的分类模型具有极高的判断准确率,将所提出方法与其他分类方法进行对比,所提出的方法泄漏判断的准确率及可靠性更好,验证了上述基于LSTM算法的蒸汽发生器钠-水反应泄漏判断方法在强背景噪声工况下进行小泄漏探测的可行性和有效性。

钠水蒸汽发生器的钠温自抗扰控制研究

钠冷快堆是燃料闭式循环的成熟候选堆型,其中钠水蒸汽发生器是连接钠冷快堆二、三回路的重要枢纽,具有复杂的流动和换热特性,需要研究其钠侧出口温度的自动控制技术。文章使用机理建模,建立了钠水蒸汽发生器的动态数学模型,并选用线性自抗扰控制技术,在充分利用模型信息的基础上,设计了钠水蒸汽发生器的自抗扰控制系统。仿真实验表明,所设计的钠温自抗扰控制器具有良好的设定值跟踪和抗扰性能,该研究对钠水蒸汽发生器的运行控制有一定的参考价值。

卧式蒸汽发生器溢流冷却过程研究

在核电站机组大修冷却过程中,当蒸汽发生器内温度降至接近100℃时,由于基本无法产生蒸汽,一二次侧传热能力变差,导致二次侧的降温速度明显慢于一次侧,从而一回路冷却到40℃左右时,蒸汽发生器二次侧温度还处于较高水平。为了使蒸汽发生器内介质和金属温度尽快降低以便于后续维修工作的开展,节省大修工期,田湾核电站3/4号机组研究采用了溢流冷却的方式对蒸汽发生器进行冷却。本文介绍了蒸汽发生器溢流冷却的方法和流程,对比了几次大修期间采用不同冷却方式的不同冷却效果,对蒸汽发生器溢流冷却的优点和注意要点进行了总结。