压水堆核电站蒸汽发生器水位控制.doc

压水堆核电站蒸汽发生器水位控制 潘竟斌，石舒健，尤志芳 （中广核（北京）仿真技术有限公司，北京 100094）摘要：本文论述了压水堆核电站的蒸汽发生器水位控制的原因、水位测量的方法、影响水位变化的因素以及水位控制的方法。Abstract: This article discusses the steam-generator level adjustment of pressurized water reactor from the aim of adjustment, the measurement of water level, the reasons of level changing, and methods of level adjustment.关键词：压水反应堆，蒸汽发生器，测量，调节Key words: Pressurized Water Reactor, Steam-generator, Measure, Adjustment引言： 压水堆核电站的蒸汽发生器工作原理是把反应堆产生的热量传给二回路的水，使水蒸发产生的饱和蒸汽，进入到汽机高压缸做功。蒸汽发生器水位是电站运行的重要监视参数之一，水位控制的好坏直接影响电站的安全运行和蒸汽的品质。一、 水位控制原因蒸汽发生器水位调节系统的目的，就是为了维持蒸汽发生器二次侧的水位在需求的整定值上。水位不能过高，否则将造成出口蒸汽含水量超标，加剧汽轮机的冲蚀现象，影响机组的寿命甚至使机组损坏。而且，水位过高还会使得蒸汽发生器内水的质量装量增加，在蒸汽管道破裂的事故工况下，对堆芯产生对大的冷却而导致反应性事故的发生。同样地，水位也不能太低，否则，将会导致U型管顶部暴露，甚至可能导致给水管线出现水锤现象。这样，堆芯余热的导出功能恶化。因此，加强对蒸汽发生器和汽包的水位的监视和调整是至关重要的。二、 水位测量通常，蒸汽发生器水位测量设置于下降通道环形空间，上引压管连接到一个冷凝罐上，以便得到一个稳定的参考液柱，参考液柱与差压传感器左侧相连，下引压管接到右侧。其测量原理如图1所示。 图2.1 压水堆核电站蒸汽发生器水位测量原理 被测水位与P是线性关系，其系数是蒸汽发生器内二次侧测点对应的下降通道流体的密度和参考管内水的密度的函数。下降通道内流体的温度和压力是变化的，测量的精度性也随之变化。三、 影响水位因素影响蒸汽发生器主要是因为蒸汽发生器和汽包的外扰和内扰造成的。当出现外扰和内扰时，将使蒸发设备的物质平衡关系(即蒸发量与给水量之间的平衡关系)发生破坏，或者工质状态发生变化(当蒸汽发生器和汽包的压力变化时，水和蒸汽的比容发生变化)，从而造成水位发生变化。1、 蒸汽流量变化对水位的影响随着蒸汽负荷的增加，蒸汽压力快速下降，在上升通道将产生更多的汽泡，使循环流动阻力增大，循环流量减小，给水将积聚在下降通道的上部空间，使水位上升。过渡过程初期水位迅速上升，这一现象称作“水位膨胀”现象，过渡过程之后，由于蒸汽流量大于给水流量，水位下降，如图3.1。图3.1 蒸汽流量增加时水位变化蒸汽负荷突然减小将导致蒸汽压力上升，在上升通道中，部分蒸汽被凝结成水，使得汽泡产生的量和尺寸减小，使循环流动阻力减小，循环流量增加，从而使下降通道的水位下降。在过度过程中，水位先迅速下降，这一现象称作“水位收缩”现象，过渡过程之后，由于蒸汽流量小于给水流量，水位将上升，如图3.2。图3.2 蒸汽流量减小时水位变化2、 给水流量变化对水位的影响给水流量突然增大，由于蒸汽空间变小，水位稍微有上升，后来由于给水流量增加，使下降通道中水的过冷度增加，使水在上升通道中达到沸腾的高度增加，然而传热管长度是固定不变的，这就使沸腾区段缩短，沸腾减弱。由于两相流区段的长度缩短，且含汽量减小，从而使流动阻力减小，流体加速，下降通道水位降低，使过渡过程第一阶段水位降低，发生“水位收缩”现象。水位降低之后，流动的驱动压头减小，使循环流量减小，这将使上升通道的沸腾区又增大起来，水位在第二阶段得以恢复上升。最后由于给水流量大于蒸汽流量，水位将不断上升，直到给水流量等与蒸汽量为止，如图3.3。 图3.3 给水流量增加时水位变化给水流量突然减小，将发生水位“水位膨胀”现象，其原理与上述相反。3、热负荷变化对水位的影响如果一回路平均温度阶跃增加即蒸汽发生器热负荷增加，水位暂时升高而后下降，由于吸热量增加，汽泡增多，体积膨胀，水位升高，汽压也升高，饱和温度也相应提高了，汽泡数量又随之减少，水位下降。如果一回路平均温度阶跃降低，水位暂时降低而后上升。四、 水位控制方法蒸汽发生器水位调节是通过控制给水流量来改变其水位稳定在设定值的。蒸汽发生器水位调节原理如图4.1，它包括给水阀调节和给水泵转速调节两部分。蒸汽发生器实际水位由差压传感器N测出，与水位整定值一起输入水位调节器R1。R1的输出信号为了消除实际水位与整定水位偏差所对应的给水流量调节量。蒸汽流量与给水流量分别由流量变送器QV和Qa测出，其差值（汽水失配信号）作为前馈信号与水位调节器R1的输出量一起输入到流量调节器R2，引入前馈信号的目的是加快调节速度，因为蒸汽流量与给水流量不平衡将引起水位变化。R2的输出量是对应上述流量调节量所需的给水阀门开度改变量。送到给水调节阀V1使其动作，从而改变给水流量。 但给水流量的变化将导致给水泵出口压力发生变化，这就影响了另外并联的两台蒸汽发生器的给水量（因而影响它们的水位）。此外，为了保证给水调节阀V1的调节特性，阀门的开度也应保持在适中位置，为此要求保持阀门的前后压差为定值。汽机主蒸汽母管GV3GV2GV1QvQV! QV2 QV3蒸汽流量与给水 流量的比较Q蒸汽流量G整定值G测量值3号蒸发器函数发生器R2PV1111水位定值NP测量值R1N测量值P测量值随负荷而变化R3QGN整定值给水母管GVGVGVV2汽动给水泵图4.1 蒸汽发生器水位调节原理 根据分析，如果使给水母管与蒸汽母管之间的压差P随二回路负荷按一定的函数变化，既可维持调节阀前后压差恒定。所以，由总蒸汽流量（代表二回路负荷）计算得到给水母管与蒸汽母管之间的压差整定值P0，它与实测值P在R3中进行比较（即相减），调节器R3按其偏差大小和方向来输出信号到给水泵转速调节机构V2（对于汽动给水泵为汽轮机进汽阀），改变给水泵的转速，使得给水调节阀V1的前后差压保持不变。五、 总结蒸汽发生器采用了三冲量调节系统，能及时克服负荷蒸汽量和给水流量的干扰作用,调节精度高。蒸汽流量和一回路负荷的变化是产生虚假水位的根源，所以在给水控制系