pipenet在常规岛主给水系统水锤分析中的应用

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1、PIPENET在常规岛主给水系统水锤分析中的应用（中国核电工程有限公司河北分公司石家庄市050011）摘要：核电站常规岛主给水系统水锤现象主要出现在阀门快速关闭、泵启停工况，水锤现象会导致较强的压力脉动，如处理不善会导致管道的剧烈振动甚至破裂。为了较真实地模拟水锤现象，应用PIPENET软件对水锤力进行分析计算，得出了水锤力的影响因素，计算结果对主给水系统设计压力取值具有重要影响。关键词：常规岛，主给水，水锤，PIPENET,设计压力引言按照《核电厂常规岛汽水管道设计技术规范》[1],高压给水管道设计压力应取给水泵关闭扬程与给水泵进水压力之和，但一般

2、情况下，常规岛主给水系统设计压力取值均高于规范值，主要考虑阀门快速关闭、泵启停工况引起水锤时的压力波动。为计算水锤力的大小，采用PIPENET水力计算软件计算水锤力。1主给水系统产生水锤的原因主给水系统管线上快关阀门主要有给水隔离阀和给水调节阀，其中给水调节阀关闭时间最短，M310和AP1000堆型给水调节阀关朗时间最多为5s，因此，必须对主给水管道进行瞬态计算，以确定水锤力的大小，瞬态计算工况时应考虑给水调节阀快关和给水泵启停两个因素。2水锤力计算的理论基础为求解水锤导致的压力升高问题，需要建立基木方程，基木方程与相应的边界条件联立，用解析方法或数

3、值计算方法求解水锤值。水锤力的求取需要利用动量方程和连续性方程对管系中给水的压力和流速进行计算。3应用PIPENET软件建模以某1000MW级核电机组主给水系统为例建立模型，设定方法如下。3.1边界条件在进行瞬态分析前，PIPENET程序需要设定初始稳态工况，在发生给水调节阀突然关闭工况吋，机组多数情况下是处于额定功率运行工况，因此初始稳态工况按额定功率运行工况进行设定。额定功率运行吋，该接U处工作压力为74.23bar.a,每条管线流量为538.7kg/s。除氧器压力按恒压条件设定，压力值取TMCR热平衡中除氧器处压力,设为9.21bar.a。核岛

4、与常规岛接口按恒压条件设定，压力值取额定功率运行工况压力，设为74.23bar.a。3.2建立模型使用Turbopump模块建立给水泵组前置泵和增压泵模型，该模块需要输入泵的额定扬程、额定流量、转动惯量、扭矩及全特性曲线等数据。PIPENET软件提供了建立泵全特性曲线的SuterCurveExcel工具，根据泵的额定扬程、额定流量、额定转速及Q-H曲线等资料，使用建模工具可以建立泵的全特性曲线。使用ControlValve模块建立给水调节阀模型，该模型需要设定阀门的特性、通流系数。本工程给水调节阀为线性，在额定功率运行吋，通流系数为1290m3/h.

5、bar,阀门压降维持在0.35MPa。4计算工况4.1给水调节阀关闭时间的影响本工程给水调节阀快关吋间为1~5秒（可调），因此实际工程中确切的快关吋间并不能确定，考虑到给水调节阀快关吋间对水锤压力的计算结果影响较大，计算吋考虑ls、2.5s、5s三个快关吋间。4.2泵运行状态的影响根据控制程序，在实际运行工况中，当给水调节阀快关吋，给水泵将停止运转，但假如控制系统故障，当给水调节阀快关吋，给水泵冇可能没冇按照程序设定的那样迅速停泵，此吋，系统水锤压力比停泵工况大。因此，计算系统最高水锤压力仅需计算给水调节阀关闭，给水泵仍维持额定转速运行工况；但为获取

6、实际水锤压力，计算仍需考虑泵停运工况。因此，泵的运行状态分停泵和维持额定转速运行两种情况。根据给水泵技术规范书，给水泵最快应在8〜10s启动，设备制造厂一般按照上限设计，相应泵最快停运也应在10s左右，故泵停运时间按照10s计算。4.3计算结果综上所述，仿真计算共分6组工况，给水调节阀上游压力峰值压力见表lo注：1.峰值压差为与正常工作压力相比较。2代表计算结果并未出现相应工况5计算结果分析(1)给水调节阀关闭吋间对水锤压力的影响由表1可见，随着主给水调节阀关闭吋间的延长，水锤压力逐渐降低，水锤压力的降低将减小破坏管系的可能性，因此在满足核岛侧对关阀

7、吋间要求的前提下，应尽量延长给水调节阀的关闭吋间。(2)给水泵运行状态对水锤压力的影响当给水调节阀分别以Is、2.5s、5s快速关闭时，给水泵联锁停运工况与维持额定转速运行工况相比，上游管道峰值压力分别降低8.49bar、41.17bar,37.29bar。可见，与维持额定转速运行相比，给水泵停运时，上游管道峰值压力降低很多。(3)水锤力对主给水系统设计压力的影响由表1可知，如主给水系统设计压力按照给水泵关闭扬程与给水泵进水压力之和选取(114bar.a)，则工况1〜3和工况5发生吋，主给水系统均会超压，由于主给水调节阀关阀吋间为1〜5s可调，实际运

8、行中确切的关阀吋间无法确定。如按照最苛刻的条件，即按关阀时间为Is时的水锤压力选取主给水系统的设计压力(13