核电汽轮机再热器建模研究

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1、核电汽轮机再热器的建模研究陈斌，等核电汽轮机再热器的建模研究ModelingandSimulationforthereheaterofNuclearsteamturbine陈斌黄邦西(华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定071003)[摘要]针对核电机组的MSR的再热器进行了机理建模，采用占一NTU计算换热器效能和单向介质换热器模型两种方法建模。对再热器模型进行仿真，通过仿真结果与实验结果的对比分析，验证了再热器模型的准确性和精度。[关键词]再热器；核电；建模；一NTU[中图分类号]TL48，TP23[文献标识码]A计算管侧的汽化潜热和管壳温差，由此来导出管引言侧的换热系

2、数：汽水分离再热器系统是常规岛系统的重要组r=htin—h，(1)成部分，由于核电厂使用的汽轮机组为饱和蒸汽t=(一)×0．5(2)机组。蒸汽发生器产生的饱和蒸汽被送到高压缸■————一做功，高压缸末级的排汽湿度达到了14．2％，如k=√÷+0·375C(3)果此种蒸汽仍被送往低压缸，会对低压缸产生汽其中：蚀、水锤，将大大缩短汽轮机组的使用寿命。为r——管侧汽化潜热，避免出现这种情况，专门设计了汽水分离再热器t——管壳温差，系统GSS。高压缸的蒸汽作完功后，被送人到汽水k——管侧换热系数，分离再热器MSR；在MSR中进行分离和再热，使——常数系数，进入低压缸的蒸汽为过热蒸汽，减

3、低了对低压缸c——管侧饱和水比热。叶片的冲蚀。再热器是MSR重要组成部分，其工计算壳侧的换热系数：作性能直接影响整个机组的经济性和安全性。随k=6(4)着人们对电站仿真、电站设备故障诊断和再热器为壳侧的传热常数，为壳侧进口的流量。性能预测等问题的不断重视，再热器的动态数学模由壳侧和管侧的传热系数得出等效传热系数：型愈来愈引起关注_l。ke=(5)1传热单元数—NTU建模是管壁传热常数。用传热单元数(NTU)计算换热器的效能占：每台MSR设有两级蒸汽再热器，其中一级用新蒸汽作为加热蒸汽，另一级用汽轮机抽汽作为NTU=(6)加热蒸汽。第二级(新蒸汽)再热器布置在MSR=1一exp(

4、一NTU)(7)壳体内的最上部，第一级(抽汽)再热器布置在计算传热量：其下面。这丽级再热器具有相同的功能，因而设=(一i)(8)计成相似的结构。每级再热器包括一个蒸汽室，金属温度写成差分形式：一块管板及一组由u形传热管构成的管束]。+(+f)这部分模型主要考虑换热问题，可以看做管．』，"=一Ckt(9)壳式换热器模型。首先来计算壳侧和管侧的人口温度i，，通过T=P，日)查表解决。然后一13—《仪器仪表与分析监测》2012年第1期其中：式中：c——金属的热容，——管侧蒸汽的流量；k——金属和蒸汽的传热系数，，——管侧工质入口，出口的焓值；——金属向环境损失热量系数，W——管侧工质

5、流量；一环境温度，q放，Q吸——管侧蒸汽放热量和壳侧蒸汽吸t——时间。热量；下面可以求出蒸汽向金属的热损失：，：——壳侧入15，出口的焓值；=kvmW(i一)(10)W：——壳侧流量；最后得出壳侧和管侧的出15焓值h、h：J7l，Cm，——金属管子的质量、比热、温度。传热方程：者m十W(11)Q放：=4(学学一)(16)尘(12)1=K1+K22=+2。2再热器模型的机理建模式中：机理建模是根据实际系统工作的内在机理及ot。，o／：——管侧、壳侧的换热系数；其运动规律，在某种假设条件下，写出代表其物。，，，——用来计算管侧、壳侧的理过程的方程，结合其边界条件与初始条件，再平均温

6、度。采用适当的数学处理方法，来得到输人输出变量之间的关系即受控系统的数学模型。3再热器模型的仿真建立模型时假定：第一种建模方法下系统模型静态工况测试负1)沿管长方向吸热均匀；荷稳定工况下，仿真该系统的重要监测参数与现2)忽略介质比热，密度的变化；场实验测量值比较见表1。该表是摘取仿真机中参3)忽略流动的动态过程(流量不变)。数与在相应负荷下现场实验测量或机组热平衡图建立能量平衡方程：得到的参数对比自动生成的。管侧：nt2)一Q放(13)可以看出采用传热单元数方法建模可以精确地仿真该模型的静态特性，误差都在2％以内。壳侧：Ms(1-1,2一H,I)十P吸(14)下面对模型进行动态

7、仿真实验。在保定华仿科技有限公司开发的APNS一1000系统下，对再金属：c=Q放一Q吸(15)热器的模型进行仿真实验，第一级再热器进口流量表1额定工况负荷下重要监测参数与现场实验测量值比较单位监测值实验值误差第一级再热器蒸汽流量Kg／s32．733．7—0．00874第一级再热器进口压力Kpa268026510．oo8134第一级再热器出口压力Kpa25402550—0．00394第一级再热器进1：1温度℃227．8224．90．01273第一级再热器出口温度cC224．9224．90第二