（中国核电工程有限公司河北分公司 石家庄市 050011）
摘要：核电站常规岛主给水系统水锤现象主要出现在阀门快速关闭、泵启停工况，水锤现象会导致较强的压力脉动，如处理不善会导致管道的剧烈振动甚至破裂。为了较真实地模拟水锤现象，应用PIPENET软件对水锤力进行分析计算，得出了水锤力的影响因素，计算结果对主给水系统设计压力取值具有重要影响。
关键词：常规岛，主给水，水锤，PIPENET，设计压力
引言
按照《核电厂常规岛汽水管道设计技术规范》[1]，高压给水管道设计压力应取给水泵关闭扬程与给水泵进水压力之和，但一般情况下，常规岛主给水系统设计压力取值均高于规范值，主要考虑阀门快速关闭、泵启停工况引起水锤时的压力波动。为计算水锤力的大小，采用PIPENET水力计算软件计算水锤力。
1 主给水系统产生水锤的原因
主给水系统管线上快关阀门主要有给水隔离阀和给水调节阀，其中给水调节阀关闭时间最短，M310和AP1000堆型给水调节阀关闭时间最多为5s，因此，必须对主给水管道进行瞬态计算，以确定水锤力的大小，瞬态计算工况时应考虑给水调节阀快关和给水泵启停两个因素。
2 水锤力计算的理论基础
为求解水锤导致的压力升高问题，需要建立基本方程，基本方程与相应的边界条件联立，用解析方法或数值计算方法求解水锤值。水锤力的求取需要利用动量方程和连续性方程对管系中给水的压力和流速进行计算。
3 应用PIPENET软件建模
以某1000MW级核电机组主给水系统为例建立模型，设定方法如下。
3.1 边界条件
在进行瞬态分析前，PIPENET程序需要设定初始稳态工况，在发生给水调节阀突然关闭工况时，机组多数情况下是处于额定功率运行工况，因此初始稳态工况按额定功率运行工况进行设定。额定功率运行时，该接口处工作压力为74.23 bar.a，每条管线流量为538.7kg/s。
除氧器压力按恒压条件设定，压力值取TMCR热平衡中除氧器处压力，设为9.21bar.a。核岛与常规岛接口按恒压条件设定，压力值取额定功率运行工况压力，设为74.23 bar.a。
3.2 建立模型
使用Turbo pump模块建立给水泵组前置泵和增压泵模型，该模块需要输入泵的额定扬程、额定流量、转动惯量、扭矩及全特性曲线等数据。PIPENET软件提供了建立泵全特性曲线的Suter Curve Excel工具，根据泵的额定扬程、额定流量、额定转速及Q-H曲线等资料，使用建模工具可以建立泵的全特性曲线。
使用Control Valve模块建立给水调节阀模型，该模型需要设定阀门的特性、通流系数。本工程给水调节阀为线性，在额定功率运行时，通流系数为1290m3/h.bar，阀门压降维持在0.35MPa。
4 计算工况
4.1 给水调节阀关闭时间的影响
本工程给水调节阀快关时间为1~5秒（可调），因此实际工程中确切的快关时间并不能确定，考虑到给水调节阀快关时间对水锤压力的计算结果影响较大，计算时考虑1s、2.5s、5s三个快关时间。
4.2泵运行状态的影响
根据控制程序，在实际运行工况中，当给水调节阀快关时，给水泵将停止运转，但假如控制系统故障，当给水调节阀快关时，给水泵有可能没有按照程序设定的那样迅速停泵，此时，系统水锤压力比停泵工况大。因此，计算系统最高水锤压力仅需计算给水调节阀关闭，给水泵仍维持额定转速运行工况；但为获取实际水锤压力，计算仍需考虑泵停运工况。因此，泵的运行状态分停泵和维持额定转速运行两种情况。
根据给水泵技术规范书，给水泵最快应在8~10s启动，设备制造厂一般按照上限设计，相应泵最快停运也应在10s左右，故泵停运时间按照10s计算。
4.3 计算结果
综上所述，仿真计算共分6组工况，给水调节阀上游压力峰值压力见表1。
注：1. 峰值压差为与正常工作压力相比较。
2. “-”代表计算结果并未出现相应工况
5 计算结果分析
（1）给水调节阀关闭时间对水锤压力的影响
由表1可见，随着主给水调节阀关闭时间的延长，水锤压力逐渐降低，水锤压力的降低将减小破坏管系的可能性，因此在满足核岛侧对关阀时间要求的前提下，应尽量延长给水调节阀的关闭时间。
（2）给水泵运行状态对水锤压力的影响
当给水调节阀分别以1s、2.5s、5s快速关闭时，给水泵联锁停运工况与维持额定转速运行工况相比，上游管道峰值压力分别降低8.49bar、41.17 bar、37.29 bar。可见，与维持额定转速运行相比，给水泵停运时，上游管道峰值压力降低很多。
（3）水锤力对主给水系统设计压力的影响
由表1可知，如主给水系统设计压力按照给水泵关闭扬程与给水泵进水压力之和选取（114bar.a），则工况1～3和工况5发生时，主给水系统均会超压，由于主给水调节阀关阀时间为1～5s可调，实际运行中确切的关阀时间无法确定。如按照最苛刻的条件，即按关阀时间为1s时的水锤压力选取主给水系统的设计压力（139.95 bar.a），必然引起该系统设计压力过高，经济性较差；故推荐按照关阀时间为2.5s、给水泵维持运行时所得的水锤压力（124.33 bar.a）来选取主给水系统的设计压力。
6 结论
通过应用PIPENET软件对水锤工况进行分析计算，得出了主给水调节阀的关阀时间和此时主给水泵的运行状态是水锤力大小的主要影响因素，仿真计算所得水锤发生时的压力峰值对于主给水系统设计压力的选取具有重要影响。
参考文献
[1]NB/T20193-2012.核电厂常规岛汽水管道设计技术规范[S].北京：国家能源局，2013.
[2]王学华,胡友情.核电厂给水系统管道设计压力选取原则分析[J].广东电力,2012,25(4):19-21.
[3]刘朝晖.管道内流体瞬态分析及其在工程中的应用[J].热机技术,2003,(4) :22~26.
作者简介
杨勇（1980-），男，河北石家庄人，中国核电工程有限公司河北分公司，高级工程师，本科，从事核电常规岛设计工作。
刘莹（1983-），女，辽宁锦州人，中国核电工程有限公司河北分公司，工程师，硕士，从事核电常规岛设计工作。
赵迪（1984-），男，山东菏泽人，中国核电工程有限公司河北分公司，工程师，硕士，从事核电常规岛设计工作。
论文作者:杨勇,刘莹,赵迪
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/24
标签：压力论文; 工况论文; 调节阀论文; 系统论文; 核电论文; 时间论文; 给水泵论文; 《电力设备》2016年第2期论文;