核电站延伸运行工况下汽水分离再热器的运行能力及安全性论证技术研究及推广
183
完成单位:东方电气(广州)重型机器有限公司
登记编号:ZSCX-DL2019-J-2-35
登记年份:2019
发布时间:2019-11-18
成果主要完成人
项目概况
1000MW压水堆核电站机组18个月换料专项中采用延伸运行模式,将原设计的12个月换料周期延长到18个月,核反应堆的出力较设计工况有所变化,对于核电站二回路,主要变化有压力降低、流量增加,需要全面评估主设备的运行能力和安全性。 汽水分离再热器是核电站压水堆常规岛的重要设备,位于高压缸排气出口和中压缸入口之间,主要功能是分离高压缸排汽中的水份,并利用高压缸抽汽和主蒸汽两级加热,将高压缸排汽加热成过热蒸汽,提高汽轮机热力系统中低压缸排汽干度。汽水分离再热器有利于提高汽轮机热力系统的热效率,降低热耗率和确保低压缸末级叶片的安全性。 在延伸运行工况下,因运行参数低,将有可能导致汽轮机低压缸运行湿度增大,增大汽轮机运行风险,因此,对汽轮机低压缸湿度影响的关键设备——汽水分离再热器的运行能力及安全性论证至关重要。 2012年年底,东方重机受中广核研究院有限公司的委托,设立科研专项,以宁德1、2号机组为依托项目,评估核电站常规岛主设备的延伸运行工况下的运行能力和安全性。 延伸运行模式在国内压水堆核电站是第一次进行立项研究,属国内空白领域,无技术参考,东方重机详细分析了延伸运行工况与设计工况参数的区别及其对设备的潜在影响,从设备的运行原理出发,结合多年的产品设计和运行经验,对设备关键部件分离器和再热器的性能进行全面多工况的分析评估,为完成本项目的研究,论证延伸运行期间MSR的性能及安全可靠性;利用ASME强度设计软件PVELITE对设备强度进行校核;引入FEM分析及自主开发软件等手段,对设备应力集中区、高热应力区和热膨胀量大的区域采用有限元法进行结构应力分析,全面的评估了延伸运行模式下设备的安全性,为设备的安全稳定运行提供有力的技术支持。
本项目的主要研究内容包括以下几点: 1)MSR设计条件分析 2)MSR热工水力性能设计研究 3)延伸运行工况下MSR 的热工水力性能校核研究 4)设备强度校核研究 5)MSR管束振动分析研究 6)MSR管系分析研究 7)延伸运行工况下MSR 分离器分离性能验证研究 8)MSR延伸运行安全性论证总结研究 本项目形成的科技成果创新点及先进点有以下以几个方面: 1)首次校核了延伸运行工况下MSR的分离器分离性能; 2)利用自主开发的软件首次校核了延伸运行工况下MSR的一级再热器及二级再热器换热性能; 3)利用自主开发的软件首次校核了延伸运行工况下MSR的一级再热器及二级再热器管束的振动风险; 4)首次利用有限元方法计算了一级和二级再热器管系热应力、位移以及管系的支撑反力,校核了支撑板孔对管束热膨胀的限制性,以及管系在温差,地震,以及压强联合作用下的结构强度,并利用自主开发软件计算的结果,分析了一级再热器及二级再热器管束蒸汽抬升力、校核了内件固定架在温差作用下的热应力。 本项目的成果已于2013年6月运用在宁德项目1/2号机组上,经过近五年的运行验证,证明在延伸运行模式下,设备的性能和安全性在预期的范围。 延伸项目的实施,将换料周期从12个月延长至18个月,可节省核燃料1/3,减少了停堆换料的次数,节省了运维费用,给电厂带来巨大的经济效益和社会效益。 2017年10月,东方重机将本可以成果的研究方法推广运用到广核小幅功率提升汽轮发电机组评价项目上,并于2018年3月7日通过了中广核研究院组织的成果评审专家会议的验收。 2018年,本项目的研究方法推广运用在红沿河3/4号机组的延伸运行工况下MSR设备运行能力及安全性能论证项目上,该项目已于2018年9月18日通过中广核研究院组织的成果专家评审会的验收。 本科研成果还可推广运用到其他相似的压水堆核电站MSR设备的运行评价上,为压水堆核电站的非设计运行工况下汽轮机组的性能及安全论证提供理论借鉴作用。