核电厂给水再循环阀设计布置研究docx

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑 核电厂给水再循环阀设计布置研究docx 核电厂给水再循环阀设计布置研究引言 再循环阀也称最小流量调理阀，安装于主给水泵出口至除氧器的再循环管线上。主给水泵将水从除氧器里吸出送往二回路。当给水流量由于机组运行工况而低于最小值时，将导致主给水泵内的介质汽化而使设备无法工作，甚至损坏1。为防止主给水泵过热以及气蚀产生，主给水泵的流量在任何状况下都务必操纵在某一个安全流量之上，这个流量即是最小流量。再循环管道从除氧器的上方接入到除氧器。当机组运行流量低至运行限值时，系统将自动开启再循环阀，将一部分高压水从主给水泵出口经再循环管线回流至除氧器，在局部进行循环，使得主

2、给水泵处于“待机状态，以保证主给水泵的安全运行。本文主要研究再循环阀的设计布置对主给水泵异常启动的影响。 1主给水系统问题产生 主给水泵是核电厂二回路的心脏，是主给水系统的核心设备2，在正常运行工况和预期运行事件时保证蒸汽发生器的给水，并维持蒸汽发生器在安全水位。该核电厂主给水系统采用定速给水泵，每台泵组布置在有独立柔性支持的混凝土台板上，台板通过隔振器弹簧与楼板相接。泵组布置在常规岛8m层，从33m层的除氧器取水，通过二回路输送至核岛。正常运行时流量约1500t/h，管内流速1.6m/s。主给水泵进入设备单体调试阶段，启泵后泵组振动值超标，泵体和电机对中偏移，弹性基础台板产生位移，水平度发生

3、倾斜，且无法复位，上述现象随着启动次数的增加而渐渐恶化。经检查，再循环阀附近管 道在系统启动瞬间能听到小幅清亮的爆破声音，并观测到再循环阀出现突然跳动的状况。泵组启动时间为1.75s，当启动完成进入正常状态后，上述瞬态现象消失，但泵组运行几分钟后因振动超标而自动停泵。 2试验检测分析 2.1问题根源分析及检测方案 为查找产生上述问题的根源，沿主管线从泵出口到除氧器一路排查，发现在除氧器前的再循环管道上布置有3个阀门，即电动闸阀、再循环阀、手动闸阀，该段管道在泵的启动瞬间有突然的、小幅跳动现象，并伴有清亮的爆破声音，之后趋于稳定。初步分析该管线高于除氧器，与除氧器的上部气体空间相连，管道内存在空

4、气的可能性较大。以此猜测在泵启动瞬间，管道内高压水流冲击空气造成空气压缩而引起气阻，气阻被压缩到极限导致爆破。为验证上述推断，在泵、电机、台板、泵出口管道、再循环管道等关键部位布置检测仪表（图1、图2和图3）。检测参数有：振动速度（测点1、2、3、4）、振动加速度（测点1、2、3、4、12、13、14）、台板位移（测点5、6）、出口管道动态压力和出口管道应变力（测点7、8、9、10、11）。 2.2数据分析 主给水泵出口管道的动态压力测点的压力脉动数据如图4所示，在泵启动1.4s时，有个瞬间陡起的压力脉冲，正常状况下该脉冲是不存在的，压力应是平滑的爬升曲线。此压力脉冲换算为受力约有400kN，

5、即表示有400kN的力通过管道水流作用于泵上。泵组的基础 台板也发生了位移（图5），该位移在停泵后并未复位。上述试验证明在启动阶段存在一个对泵异常大的冲击力，将泵组基础台板推偏，并导致泵和电机不对中。屡屡启动后，该力一次次冲击泵组，导致系统状况不断恶化。从图6显示的再循环阀振动加速度数据可以看出：在启机过程中再循环阀受到2次瞬态冲击，时间间隔1.4s，第1次冲击引起的振动很小，振动加速度峰值约为5m/s2；第2次冲击振动较大，振动加速度峰值约为140m/s2。前后两次的振动加速度峰值相差28倍。相应时刻现场再循环阀附近也可听到2次明显的声音突变，第1次为撞击声，第2次为小幅清亮的爆破声，与相应

6、时刻的振动信号特征相对应，也与泵出口管道的压力脉冲时刻相吻合。因此可初步确认，该力就是再循环阀启动时产生的水锤导致的。为了进一步证明这一结论，接下来对再循环阀结构进行分析，研究水锤产生的机理。 3再循环阀产生水锤机理研究 3.1阀门布置 再循环阀所在的管线布置见图7，该管道高于除氧器液位，且除氧器上部空间为气体空间，因此该段管道应存在气体。 3.2再循环阀内部结构 再循环阀为多级笼式结构3，有多级降压阀笼，每级阀笼上有多个阻尼孔，该结构使得高速滚动的分子产生撞击和摩擦的机率更大，以此来达到降压目的，阀门出口流速也由于多排孔的分布而得到了较好的操纵。水流在其内部流向曲折，在有高压水流冲击到此阀时

7、，水流由横向突然变为斜向上，给阀体一个斜向上的冲击力；同时，管道 中存在空气，在启动时，阀门经历气-液两相变换，空气在高速水压下被多级阀笼阻挡而被压缩，在被压缩到极限后又迅速爆破，该力通过水流反向传导至水泵口，即产生了大水锤，正是该水锤将泵一次次地推偏。待水流冲破气阻、将空气完全排入除氧器后，该段管线全部充满水，系统进入稳态运行。 3.3水封分析 在相邻2次启泵间隔较短的状况下（约1h内），紧接着第2次启泵时，该瞬时爆破力却没有明显出现。经分析，第2次启泵时，由于调理阀的特别结构，加之再循环管道末端浸没于除氧器液位以下，管道内尚存有一段水体，来不及退去，暂时形成了水封。因此，首次启泵有水锤产生，但之后短时间间隔再启泵时没有听见清亮爆破声，即没有水锤产生。但是隔天再启泵时，水封退去，大水锤再次复现。表1的数据是首次启泵和间隔1h后第2次启泵的振动数据比较，从表1中可以看出，第2次启泵的振动数据要比第1次启泵表现好。 4充水试验 为了再次验证上述再循环阀的特别结构和布置位置是导致水锤产生的根源，结合现场屡屡启泵试验状况，对再循环管道进行了充水试验，即