核电机组低压安注试验限流孔板调整计算

邵会福，王建国，凌学会，王季能

（红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116001）

0 引言

当一回路发生失水事故或二回路的汽水回路发生破裂或失效时，为了确保堆芯热量的排出和安全壳的完整性，限制事故的发展和减轻事故的后果，核电站设置了专设安全设施。其中安全注入系统是专设安全设施的重要组成部分，主要实现在不同工况下向反应堆注入所需流量。安全注入系统（RIS）设置了多条管路以满足不同的运行条件下反应堆的流量需求.为确保注入流量的匹配，在管路上设置了不同型号的限流孔板。

在核电站日常运维中，需要定期执行低压安注试验以验证不同工况下安全注入系统向反应堆注入冷却水的流量是否满足设计要求。当试验结果不满足设计要求时，需要对低压安注系统相应管路上的限流孔板孔径进行调整。

1 低压安注试验

低压安注试验流程见图1。试验工况主要有冷段直接注入工况、热段同时注入工况、冷段同时注入工况，冷热段同时注入工况，每一种工况流程见表1。001PO和002PO分别独立执行4种工况。当低压安注试验某一工况结果不合格时，需调整相应的孔板。

图1 安全注入系统流程

低压安注试验涉及的孔板调整情况主要包括：冷段直接注入工况环路流量不匹配，需要调整008DI／009DI／010DI孔板中某一个孔板尺寸，调整单个孔板时的调整原则：调整流量偏离中间值最大的环路的孔板；冷段直接注入工况总体流量不合格，需要同步调整008DI／009DI／010DI孔板尺寸；冷段同时注入工况总体流量不合格，需要调整017DI／018DI孔板尺寸；热段同时注入工况总体流量不合格，需要调整003DI／002DI孔板尺寸。

由于低压安注试验工况复杂，根据某一运行工况调整孔板后，需要根据新的孔板孔径对所有该孔板相关的运行工况进行验证。调整008DI／009DI／010DI孔板后需要对冷段直接注入工况、冷段同时注入工况和冷段和热段同时注入工况进行验证。调整017DI／018D孔板后需要对冷段同时注入工况和冷段和热段同时注入工况进行验证。调整002DI／003DI孔板后需要对热段同时注入工况和冷段和热段同时注入工况进行验证。

2 限流孔板调整计算方法

核电厂中使用的限流孔板主要是单级孔板，单级孔板又可分为单级有斜角和单级无斜角两种类型。低压安注试验涉及的管路上的限流孔板全部为单级有斜角孔板，如图2所示。

图2 单级有斜角孔板

根据国标GB／T 2624.2—2006，流经孔板的质量流量可以由式（1）计算［1］。

式中：D为管道内径；d为孔板孔径；E为孔板厚度；C为流出系数；β 为直径比，β＝d／D；ε 为压缩系数；ρ为流体密度。其中，孔板压力损失Δω与ΔP差压的关系为

表1 低压安注试验工况流程

根据以上计算公式可以完成孔板孔径、差压、流量、孔板阻力系数等相关参数计算［2］。

根据流体机械理论［3］，泵特性曲线与管路特性曲线交点即为实际运行工况点，管路特性曲线是由管路元件特性及管路位能差决定。管路计算原理如图3所示。

图3 管路计算原理

对于单环路系统，根据伯努利方程可得

式中：KL为去除孔板后管路阻力系数；Kor为孔板的阻力系数；H（Q）为泵的扬程；Q为目标工况点的流量。

对于3个环路并联的管路，有：

式中：KZ为并联管路节点之前的管路阻力系数；KLi为并联节点后分支管路阻力系数（不含孔板），i=1，2，3。

根据并联管路特性：

式中：Ki为并联支路管路阻力系数（不含孔板）。

通过以上公式推导可知，根据孔板调整前试验数据可以计算出每一条管路去除孔板的阻力系数，假设调整孔板前后不含孔板的管路阻力系数不变，给定目标流量可以求得每一条管路的新的阻力系数，除去不含孔板的管路阻力系数就是新的孔板的阻力系数，再根据新的孔板阻力系数和相应的流量可以求得新的孔板的孔径［4］。孔板调整计算流程如图4所示。

图4 孔板调整计算流程

3 安全注入系统孔板调整计算实例

某核电站4号机安全注入系统001PO和002PO经过了换型，泵特性曲线发生了变化，新换型的泵扬程比较高。在进行低压安注试验的直接注入冷段的工况试验中，泵的流量偏高，已经接近冷段直接注入工况验收准则的边界。为确保各试验工况流量满足要求，进行了孔板调整工作，将 008DI／009DI／010DI的孔径由原来的78.5 mm调整到74 mm，同时，将RIS003DI孔径由200 mm更换为148 mm。调整前后的试验数据如表2和表3所示。

表2 孔板调整前低压安注试验数据

表3 孔板调整后低压安注试验试验数据

根据冷段直接注入工况试验的数据通过自行编制的孔板调整计算软件进行孔板调整后的校核计算。设定冷段直接注入工况的目标工况点（Q，h），其中h为目标工况点高度，为求取孔板孔径首先根据孔板调整前试验数据求取不含孔板的管路阻力系数

根据目标工况点，求取调整孔板后总的管路阻力系数

根据并联管路特性，有

在求得Korx以后，根据限流孔板计算理论求出孔板孔径。通过理论计算求得调整的孔板孔径为74.5 mm，这与孔板调整后的实际尺寸74 mm偏差仅为0.676%。

不同工况下各管路流量计算结果参见表4。对比表3和表4可以看到：在冷段直接注入工况和冷段同时注入工况理论计算值与孔板调整后的试验数据基本一致；在冷热段同时注入工况，008DI、009DI及010DI所在环路理论计算流量值偏大，总流量和001LD所在支路流量偏差百分比相对较小。

表4 理论计算孔板调整后数据

4 结语

通过对限流孔板和复杂管路特性的分析，给出管路上限流孔板调整计算方案。对某核电站4号机孔板调整前后数据的校核验证可以看出，理论计算的数据与试验数据基本匹配，说明孔板调整计算方案能够满足工程上的需求。提出的孔板调整计算方案对核电厂其他涉及孔板调整的试验具有参考意义。

［1］中国机械工业联合会.用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量：GB／T 2624.2—2006［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［2］刘长亮，王晓江，曲昌明.核电厂用限流孔板压降计算［J］.原子能科学技术，2013，47（3）：397-401.

［3］陈卓如.工程流体力学［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［4］赵鑫，谭海波，刘博，等.CPR1000安注系统高压节流孔板计算研究［J］.核动力工程，2014，35（2）：134-136.