[发明专利]一种蒸汽发生器污垢沉积分析方法

说明书

本发明公开了一种蒸汽发生器污垢沉积分析方法。适用于预测沉积物在蒸汽发生器内部的沉积规律，并根据沉积物的分布区域和分布量，对蒸汽发生器的热力性能影响进行评估。主要包括以下步骤：建立蒸汽发生器计算域简化几何模型；对蒸汽发生器几何模型进行节点划分；使用已有的蒸汽发生器三维热工水力计算程序对网格进行无关性验证；污垢沉积模型的开发；建立沉积物对蒸汽发生器热力性能影响机制；进行蒸汽发生器热工水力与腐蚀产物沉积耦合求解。

技术领域

本发明属于核反应堆热工水力计算技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器污垢沉积分析方法。

背景技术

蒸汽发生器作为核电站一二次测换热的重要设备之一，其运行过程可靠性的直接影响核电站经济性和安全性。随着运行时间的增加，商业压水堆蒸汽发生器由于材料的退化，出现了可靠性问题，其中一个原因是沉积腐蚀产物。无论二次侧水化学控制多么严格，其二次侧，污垢和腐蚀产物总是会随着运行时间增加而增多。核电站蒸汽发生器运行可靠性在世界范围内都遇到了传热管二次侧的结垢和管板上沉积腐蚀产物的问题挑战。

根据污垢在蒸汽发生器中的位置及其影响的不同，主要可以分为两种类型:管结垢和管支撑板堵塞。这些沉积物被认为具有不同的有害影响，影响行为和蒸汽发生器的效率。

管道污垢是在管道表面的一种沉积。由于沉积物的存在，一次和二次流动之间的总热阻增加，降低了传热效率。另外，管结垢还会导致蒸汽发生器出口压力降低和效率降低。另一种是沉积物造成的支撑板堵塞，这种沉积现象会在二次流中产生高速区和横向速度，在某些情况下会产生流动引起的振动和管裂。这些因素都会对核电站的经济性和安全性造成影响。因此，蒸汽发生器经常需要昂贵的停机检查和清洗污垢沉积。

在商运之后，核电机组陆续又会出现降功率运行、长期临停和强迫大修等工况，此类工况加剧了二回路腐蚀产物在蒸汽发生器中积聚，但目前对蒸汽发生器尚未建立一套蒸汽发生器性能监督和评估体系，各厂处于工程师自行管理阶段，没有统一的监督指标，也无法进行横向的对标，仍处于监控的盲区所在。新投产的蒸汽发生器压力异常降低现象，这给核电厂管理者带来警示。

基于以上背景，了解蒸汽发生器中污泥积累的位置并评估沉积物对蒸汽发生器热力性能的影响，实现对蒸汽发生器热力性能定期评估和预测性评价，形成覆盖全面、可操作性强的蒸汽发生器性能评估技术导则，为技术决策和大修行动提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸汽发生器污垢沉积分析方法，该方法能够运用计算流体力学手段预测沉积物在蒸汽发生器管束、管板和支撑板上的沉积规律，并根据胶体微粒沉积的分布区域和分布量，结合其结构和物性特征，对蒸汽发生器热力性能影响进行评估。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种蒸汽发生器污垢沉积分析方法，包括如下步骤：

步骤1：根据计算要求，对蒸汽发生器的结构进行简化并建立蒸汽发生器三维几何模型：由于蒸汽发生器的腐蚀产物沉积主要发生在管束区、支撑板及管板上，因此对蒸汽发生器的几何模型进行简化，仅包括蒸汽发生器下降段、管束、支承板、上升段及旋叶式汽水分离器筒体；

步骤2：运用网格划分软件对步骤1中的蒸汽发生器三维几何模型进行网格划分，考虑到两相流计算对网格质量的要求高，使用纯六面体网格对计算域进行网格划分；

步骤3：使用蒸汽发生器三维热工水力计算程序对计算域进行未沉积工况下稳定运行状态下的计算，对步骤2中划分的网格进行网格无关性验证，验证计算结果对于网格密度变化的敏感性，以找到最佳的节点分布；

步骤4：计算微粒在蒸汽发生器管束区以及支承板上的沉积分布区域和分布量，具体步骤如下：

步骤4-1：计算沉积物质量

蒸汽发生器运行的过程中，伴随着污垢的不断沉积以及部分沉积物的脱落，污垢的沉积速率表示为：