[发明专利]一种蒸汽发生器传热管反转倒流流量的测量方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力及安全技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器传热管反转倒流流量的测量方法。

背景技术

新一代的核电站反应堆更加强调系统的固有安全性，其显著特征是反应堆在失去外部动力源的情况下，可以通过非能动的方式排出热量。非能动安全技术的推广使反应堆自然循环运行技术受到格外重视。在非能动运行方式下，反应堆一回路中的冷却剂依靠自身密度差所产生的重力压头的驱动在系统中进行自然循环流动。与由循环泵提供动力的强迫循环相比，自然循环条件下的驱动力较弱且不恒定。如在LSTF、IIST、LOBI—MOD2以及SEMISCAIE等不同尺度的反应堆模拟实验装置上开展的多项实验均表明：在自然循环低流量条件下并联U型管束中的流量分布极不均匀，部分U型管会出现流量反转，即所谓的倒流现象。

国内外多项实验表明自然循环运行方式下的蒸汽发生器传热管流量反转对自然循环运行有不利影响。倒流一方面使实际发生换热的传热管数量减少，不利于热量交换，另一方面使正向流动的速度增加，流动阻力显著增大，对蒸汽发生器的运行有不利影响。

由于蒸汽发生器结构复杂，U型传热管又隐藏于蒸汽发生器的二次侧腔室内部，其数量众多且排列紧密，传统的流量测量装置难以布置，采用传统的流量测量技术难以获得单根U型管内的倒流流量，针对单根U型管倒流流量的测量已然十分困难，而要获得一次侧倒流总流量，需要对所有倒流U型管进行测量，其技术难度太大，而目前常用的倒流监测技术也仅能判断管内是否发生倒流，而无法获得其流量信息。由于现有技术中由于缺少相关测量技术，无法获得倒流流量等关键信息，难以对非能动运行方式进行精确分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：因蒸汽发生器结构复杂及安装空间不足造成仅仅只能判断管内是否发生倒流，而无法获得其流量信息的问题。本发明的目的在于提供了一种蒸汽发生器传热管反转倒流流量的测量方法，本发明在不对蒸汽发生器内部传热管束安装任何流量测量装置的条件下，通过运用守恒原理及简单的压降和温度测量，可以有效地获得蒸汽发生器一次侧传热管因流量反转而产生的倒流总流量，解决了因结构复杂及安装空间不足造成的倒流流量测量难的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种蒸汽发生器传热管反转倒流流量的测量方法，包括：

(1)测量蒸汽发生器一次侧入口的压力P、流量W_in和流体温度T_in，测量蒸汽发生器一次侧进口腔室内的温度T_av,i，测量蒸汽发生器一次侧出口腔室内的温度T_av,o；

(2)通过水和水蒸汽热力性质表，分别查出T_in、T_av,i、T_av,o在压力P条件下对应的焓值h_in、h_F、h_R；

(3)根据公式计算出倒流流量W_R。

本发明的载体对象为U型管式蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括一次侧和二次侧。一次侧按照流动方向，依次为进口腔室、U型传热管束和出口腔室，进出口腔室的前后端又分别与进出口管道相连。蒸汽发生器二次侧环绕于U型传热管束外侧，其空间内充满高温饱和水。一、二次侧之间通过U型传热管进行热量交换。在强迫循环条件下，全部U型管均按照从入口到出口的方向流动，而在自然循环条件下，部分U型管内发生倒流。由于U型管式蒸汽发生器结构十分复杂，一次侧传热管隐藏于二次侧高温水空间之内，其数目众多且排列紧密，对流量计的布置造成严重困难。

本发明创造性地运用守恒原理，将技术难度较大的传热管内部流量测量转换为较为容易的腔室和管道处的流量及温度测量，既避免了直接测量带来的各种技术难题，又可以较为准确地获得一次侧倒流总流量。测量的基本原理为：将蒸汽发生器一次侧进口腔室视为控制单元，进入与流出腔室的流体满足质量和能量守恒，U型管正倒流的总流量与入口流量之间满足守恒关系，同时进入与流出腔室的流体能量也满足守恒关系。即：

W_F＝W_in+W_R(1)

W_Fh_F＝W_inh_in+W_Rh_R(2)