蒸汽发生器353上册第3章

《蒸汽发生器353上册第3章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒸汽发生器353上册第3章（32页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、图3.29蒸汽发式汽水分离器;4给水管嘴；5水流；6防振条；7管束支撑板；8管 束围板; 9管束 10管板; 11隔板; 12主冷却剂出口;13主冷却剂入口。3.4 蒸汽发生器GNPS 蒸汽发生器是一个立式的、自然循环式的、产生饱和蒸汽的装置。它由外壳、 U 形传热管、汽水分离器和套筒等部件组成。反应堆冷却剂在传热管内流动，把热量传 递给管外的二回路水，二回路水在蒸汽发生器内自然循环，在它流经传热管外时有一部 分水变成饱和蒸汽，供给主汽轮机和辅助设施。作为反应堆的第二道屏障的组成部分， 蒸汽发生器在有放射性的一回路系统和无放射性的二回路系统之间提供了屏障。蒸汽发生器结构见图 3.29。3.4.

2、1 蒸汽发生器稳态运行时热工流体力学3.4.1.1 两相流的流动型式和沸腾形式给水经倒 J 形管向下流到下降通道并进入上升通道的底部。在上升通道内，二回路 水吸收一回路经 U 形管传递的热量， 其温度不断升高并产生沸腾。沸腾过 程从传热面某一点开始，这时的沸腾 称为过冷沸腾 （也称局部沸腾或欠热 泡核沸腾），即液体温度尚未达到饱和 温度而传热面的壁温已高于相应压力 下的流体饱和温度时，在边界层内发 生的沸腾。此时在传热面上汽泡的产 生、长大和脱离强烈地扰动着液体边 界层，提高了传热面与液体之间的热 交换程度。过冷沸腾中所形成的汽泡 在主体液流中消失，液体流进空出的 泡核区，又开始沸腾循环。在传

3、热面 上形成汽泡时，蒸汽温度保持不变， 传热表面温度因热量损失而暂时降低当流体继续沿传热管向上流动时， 液体达到饱和温度，此时液体的沸腾 称为饱和泡核沸腾。它连续在主体液 流中出现汽泡，故也称为整体沸腾。 它是蒸汽发生器主要的沸腾形式。当传热面被汽膜覆盖以及发生在 主体液流流道的汽泡多于传热面发生 的汽泡时，这种沸腾称为干壁沸腾。对蒸汽发生器来说，干壁沸腾是一种不希望的沸腾 工况。在给定的压力和流量的工况下，发生什么形式的沸腾取决于传热面和整体液流之间 的温差。当沸腾发生在流动液体中时，根据压力和温差而定的沸腾形式和对应的流动形 式及换热系数见图 3.30。尽管实际发生的每种沸腾流动区的变化与

4、许多相互独立的参数有关(如液体焓、密 度、粘度、流速以及边界层厚度)，但一般可由每个区的空泡份额来描述。3.4.1.2 空泡份额、含汽量及它们之间的关系 空泡份额：在流动系统中，空泡份额为所考察的区段内的蒸汽体积与汽水混合 物总体积之比。空泡份额常记为a。含汽量(也称干度)：汽水混合物的总质量流量中汽相质量流量所占的份额。在流 动系统中，含汽量的定义有两种，一种是平衡态含汽量，另一种是真实含汽量。平衡态含汽量是在两相介质处于热力学平衡态的含汽量，即：X = (H - H )/He f fg式中，X是平衡态含汽量，H是两相混合物的焓，H是液体的饱和焓，H是汽e f fg化潜热。含汽量X若为负值，

5、意味着液体是欠热的；含汽量X大于1，则说明该流体 ee 为过热蒸汽。真实含汽量是汽液两相流处于热力学非平衡态，即两相的温度不相等，它出现在欠 热泡核沸腾区和干涸后的滴状流区域。它反映了两相流的总流量中汽相流量所占的真实 份额，用 x 表示：蒸汽的质量流量mx 汽液混合物的总质量流 量二gm + m gf含汽量沿加热通道的分布如图3.31所示。图中OBN为欠热沸腾起始点，D点为汽泡跃离点。在区段I内为高欠热沸腾，液体 主流是高度欠热的，蒸汽的产生是一种壁面效应，液体中所含蒸汽非常少。汽泡在传热 面上以起沫方式生成，很稀疏并贴附在壁面上，汽泡长大和消失不渗透到主流中去。图中E点为低欠热沸腾区的终点

6、，是真实含汽率x(z)和平衡含汽率X (z)的交点。e在II区段内主流中存在明显的泡状流。S点为平衡态饱和沸腾起始点。按非平衡态模型理论，认为在II区内只有部分热量用来提高流体的温度，而另一 部分热量用来使液相汽化，因此流体到达S点时，平衡态的焓虽已达到饱和焓值，但液 相温度尚低于饱和温度，到达E点时液相才达到饱和值。环状流 c块状-环状齊r块状流B泡状-块状流-4泡状流EE蒸汽滴状-环状滴状流TDD(赶燮)鷹夜SI曙D T鷹类欣CB煤类蛋慕类製2A(忆腌)煤决细讓胃 H 轻、r 胃 Hall图 3.30 对流沸腾传热区的换热系数与含汽量的关系图 3.31 含汽量沿加热通道的分布空泡份额沿垂直

7、加热管道的变化与含汽量趋势相同，只是在饱和沸腾开始后，空泡份额很大，在饱和沸腾末期的滴状-环状流中可达到 0.9。3驕晝即图 3.32 含汽量与空泡份额之间的关系(1) 由于蒸汽的比容比水的比容大得多，即uu u ,所以很小的含汽量对应的汽gf泡份额较大。例如蒸汽压力为6.0MPa时，含汽量x = 0.2,对应的汽泡份额a 0.7；(2) 在含汽量x很小时(例如xVO.1), x的一个很小的变化将会引起a的很大的变 化；(3) 蒸汽压力越低，上述效应越明显；(4) 高负荷时，汽泡份额随x的变化量小；低负荷时，汽泡份额随x的变化量大。3.4.1.3 蒸汽发生器二次侧水自然循环的机理 蒸汽发生器二

8、次侧水进行循环的动力是水的自重，或者说是工质在下降段和上升段 的密度差，而不是依靠泵的强制循环，所以叫自然循环。在蒸汽发生器的下降通道和上升通道中，水的重力作用是怎样促成自然循环的呢 ? 请看图 3.33。如图3.33(a),在没有汽水分离器的情况下，两侧水柱压力平衡，即：下降通道监，Cd, ZdTv, er, Z； Tr, er, ZT； 5 p gZ dr r两侧液柱的压差APd就是自然循环的驱动压头，它强迫饱和汽水混合物在上升通 道向上流动并克服流动的阻力。其大小为：A P = p gZ - p gZ dd dr r为了满足自然循环的要求，驱动压头的大小必须足以克服蒸汽发生器内汽水混合物

9、 在整个流道中的摩擦阻力。有助于自然循环的第二个因素是汽水分离出来的水。离开上升通道的饱和汽水混合 物中的水份受离心力的作用被分离出来，并在重力作用下进入下降通道，增加了下降通 道的总压头，因此增加了驱动压头APd。帮助自然循环的第三个因素是汽轮机高压缸进汽控制阀的开启。当进汽阀打开时，蒸汽发生器内的压力降低，使上升通道产生的沸腾现象增加，从而使上升段水的密度再 度降低。另外，高压进汽阀的打开也增加了蒸汽发生器出口的质量流量，它影响到上升 通道饱和汽水混合物的质量流量，但这种影响被上升通道摩擦阻力和汽水分离器阻力的 增加所抵消。所以其净结果是，当进入汽机的蒸汽质量流量增加时，在上升通道的饱和

10、汽水混合物质量流量保持相对不变。对蒸汽发生器自然循环的各种相互影响因素的研究及其完整的定量分析非常复杂， 它对于设计工程师来说是很重要的。对于运行人员，则只要求掌握反映蒸汽发生器二次 侧水的两个定量概念，即循环倍率和再循环流量率。3.4.1.4循环倍率和再循环流量率循环倍率是表征通过管束二次侧循环流量是否充分的一种粗糙的度量。它定义为在蒸汽发生器中每产生单位质量蒸汽所需 的循环水质量。一般所设计的蒸汽发生器 的循环倍率要使管束区出口处的蒸汽含 量不超过2025%。GNPS蒸汽发生器在额 定功率下，工作压力为 6. 71MPa 时，循 环倍率约为 3.73.8。1. 再循环流量、循环流量再循环流

11、量 G 是从流经汽水分离器的r 湿蒸汽中分离出来的水流量。这些饱和水 流入下降通道与给水流量 G 相混合，混合 a后的流量称为循环流量G （或G ）。循环Td 流量既是下降通道的总流量，也是上升通 道的总流量，在稳态工况下，它等于再循 环流量 G 和给水流量 G （或蒸汽流量 G ） r a v 之和。如图 3.34 所示。它们的数学表达式为：G = G + GT r a在稳态工况下，蒸汽流量等于给水流 量：G = Gva贝I：G = G + GT r v2.循环倍率干燥器水位测量给水入口管束围板管束区一回路水入口一回路水出口图 3.34 循环流量与再循环流量的关系GvGa =Gr +G循环倍

12、率（C.R.）的定义是循环流量与给水流量或蒸汽流量的比值:GC. R. =TGa或：G + GC. R. =rvGv或：G + GC. R. raGa3. 再循环流量率再循环流量率（R. R）的定义是再循环流量与给水流量的比值GR. R.=厂Ga 循环倍率与再循环流量率的关系为：C. R. = R. R. + 1为了满足汽机工作，需要一定的蒸汽质量流量；为了使蒸汽发生器具有一定的效率， 要求有一定的再循环流量。循环倍率是蒸汽流量与再循环流量之间相互关系的评估尺度 在蒸汽发生器运行时，循环倍率是随负荷而变的。从循环倍率的定义式中可知，它实际 上等于含汽量的倒数。典型的蒸汽发生器循环倍率与负荷之间

13、的关系如图 3.35 所示。4. 循环流量、再循环流量与功率的关系在零功率时，蒸汽发生器充水到 34%水位。如果反应堆处于热停堆状态，则蒸汽发 生器二次侧处于汽水共存的饱和态，这时上升通道和下降通道的水温几乎是相同的。当 功率增加时，更多的热量传给二次侧水，上升通道内水的汽化量不断增加，蒸汽的排出 量也随之增多，因而给水量也增加，上述两通道内工质的温差逐渐加大。低功率时，水 在管束顶部附近开始饱和沸腾；高功率时，水在上升通道的较低些的位置发生饱和沸腾； 当功率达到 100%时，上升通道的水是沫态沸腾（饱和蒸汽与饱和水的混合物），这种沫 态混合物可用泡状块状流型来描述。饱和的沫态混合物柱的顶部在

14、靠近一级汽水分离 器旋叶底部处。在功率较低时，随着功率的增加，更多的热量经 U 形管传导出来，发生更多的沸腾， 使上升通道水的密度降低，从而导致驱动压头P相对于功率增加有一个明显的增加， d 引起循环流量增加。另一方面，蒸汽发生器二次侧流体的摩擦阻力 P与流体的流速有关，它是饱和f汽水混合物动能的函数（APf1 mv 2）。A P f的增加起到减小循环流量的作用。AP2和AP都是随功率的增加而以抛物线形增加的，且两者对质量流量有相反的作用。所f以在功率4080%之间，上升通道中饱和汽水混合物质量流量（即循环流量）基本保持不 变。蒸汽发生器运行影响再循环流量的因素是流入汽水分离器的蒸汽夹带的水滴

15、。当上 升段液体开始汽化变为蒸汽时，液体膨胀并加速流动，在功率和蒸汽流速增加时，夹带 更多的水滴进入汽水分离器。但是在较高功率时增加功率，沸腾在上升段较低位置发生， 进入汽水分离器湿度小，这是因为在较高功率下夹带的水滴或掉落回到上升段，或在水 滴到达管束上部时已变成蒸汽，因此开始再循环流量随功率增加而增加，直到功率达到 约40%P为止。在功率超过40%P时，由于深度泡核沸腾使摩擦阻力 P以抛物线形急 nnf剧增加，从而减小了沫态混合物的质量流速，因而再循环流量逐渐减小。图 3.36 给出了典型蒸汽发生器功率与再循环流量、循环流量的关系。5. 循环倍率对蒸汽发生器运行的影响蒸汽发生器的再循环流量

16、为热工水力学提供下列益处：（1）再循环流量增加了下降通道的水位，从而增加了驱动压头 P。借助于足够大的dA P 会使流体的流速加快，可有效地把水中的污质驱赶到蒸汽发生器排污管。运行经 d验表明，蒸汽发生器的连续排污能够稳定二次侧水质，从而保证蒸汽发生器的结构完整性并改善热传导。（2）在再循环水与给水在下降通道混合后，高温的再循环水预热了给水。此外，上升CRGv/(t/h)1700Ga + Gr/(t/h)r 700028 -26-600024 -5000-4000-3000-2000-100030 n0102030405060708090100负荷（尺）图 3.36 循环倍率、再循环流量、循环

17、流量随着负荷的变化通道的水也通过管束围板向给水传热，两者使给水在进入上升通道时已接近饱和温度， 这样就缩小了它与U形传热管壁的温差，使蒸汽发生器的热应力大大降低，并提高了蒸 汽发生器的传热效率。尽管再循环对二回路运行肯定是有益的，但循环倍率不宜太高或太低，否则对二回 路的设备及其运行都是有害的。如果实际循环倍率高于制造厂的设计值，则使再循环流 量相对于蒸汽流量的比例大，当再循环流量超过汽水分离器分离水份的能力时，水滴可 能随蒸汽一起进入高压缸，危及汽轮机叶片。如果实际循环倍率低于最佳值，与蒸汽流量相比，循环流量过小，反过来讲也就是蒸汽份额过大，在流动工况为泡状块状流（小汽泡）与环状流（大汽泡）

18、之间的过渡 工况时特别危险，因为这时过量的蒸汽可能产生很厉害的流动不稳定性。这是由于在沸 腾流动的液体内发生两种类型的蒸汽汽泡之间的转化而引起振荡，其过程可略述如下： 在反应堆功率保持不变的情况下，降低循环流量会使得单位质量的流体在单位时间 内通过U形管的吸收热量增加，必然会引起小汽泡数量增加。大量的小汽泡合并成大汽 泡，便形成了环状流。因为环状流在流道中心是蒸汽柱，而传热面覆盖着一个薄液层， 所以其流动摩擦阻力相对于泡状-块状流的摩擦阻力小，这就使得环状流的质量流速加 快。当质量流量增加而传热量不变时，大汽泡的形成受到影响，环状流将不能维持，则 又回到泡状-块状流状态。当回到泡状-块状流后，

19、质量流量降低，再次发生环状流。如 此引起流动振荡反复出现，对设备及其运行极为不利。低功率时容易产生的流动不稳定性是一个特殊问题，而且无法精确计算。这时蒸汽 发生器水位的自动调节往往不太灵敏，运行人员通常可能采用手动控制给水调节阀，这 就更要注意防止蒸汽发生器发生流动不稳定现象。如果持续长时间的流动不稳定，会引 起蒸汽发生器部件振动,并有可能造成U形管局部裸露并继发U形管被侵蚀等不良后果。为了避免这种流动不稳定现象，二次侧水的质量流量必须保持足够大到避免出现环状 流。3.4.2 蒸汽发生器水位测量1. 宽量程水位表和窄量程水位表每台蒸汽发生器有一只宽量程水位表（对 SG1 其水位变送器的代号为

20、1ARE061MN）， 其量程的下限（即0%水位）取在管板上表面以上0.43m，全量程为15.9m。它不仅可用 于监测蒸汽发生器充水、放水、湿保养以及事故工况等水位大幅度变化时的水位，而且 由于它反映了蒸汽发生器内水的装载量，所以正常运行时，常用它在低负荷或手动控制 给水流量调节阀时显示蒸汽发生器水位的变化趋势。每台蒸汽发生器还有4只窄量程水位表（对SG1其水位变送器的代号，分别为 1ARE010MN、052MN、055MN和058MN）,它的0%水位定在管板上表面以上的11.3米处， 位于给水进口下面，全量程为3.6m。这4只窄量程水位测量装置都有显示和保护功能， 其中 010MN、 052

21、MN 还兼有水位控制功能，通过选择开关取它们中的一个通道作为蒸汽 发生器水位调节系统的实测水位信号。在保护方面，用四取二逻辑提供低低水位（15%） 停堆保护以对付热阱丧失事故，和提供高水位保护，避免汽轮机叶片的损坏，以及限制 蒸汽管道事故的后果。参与低水位（25%）保护的通道是不参与水位控制的那两个通道， 对于SG1为055MN和058MN，保护逻辑为2/1。蒸汽发生器宽、窄量程水位测量通道的水位座标如图3.37所示。2. 水位测量原理 蒸汽发生器水位测量设置于下降通道环形空间，它的测量原量如图3.38所示。上引压管连接到一个冷凝罐上，以便得到一个稳定的参考液柱，参考液柱与差压传感器左侧相连。

22、下引压管接到右侧。由此可得出各指定点的压力：图 3.37 宽、窄量程水位测量通道的水位坐标P = P + p gH,A V RP = P + p gL ,A A RP = P + p gh ,BVP = P + p gL,BB1A P = P PAB被测值h为p r(H + L)-h =A P )p IL +g丿式中p下降通道混合水密度;p 参考管内水的密度；Rp 下引压管内水的密度。1图 3.38 蒸汽发生器水位测量原理图被测水位h与AP是线性关系的，其系数是SG内二次侧测点对应的下降通道流体的 密度和参考管内水的密度的函数。因为下降通道内流体的温度和压力是变化的，因此， 测量的精确性也随之

23、变化。窄量程通道是在满功率状态下标定的，但试验结果表明，其 标定曲线在SG正常水位变化范围内，测量误差小于2%。然而，由于其测量范围太小， 因此，在瞬态过程的初始阶段，并不能正确地反映 SG 内的真正水位变化趋势，必须辅 之以宽量程的变化趋势，才能正确地监视SG内水装量的变化情况。3.4.3 在过渡过程中影响蒸汽发生器水位的因素1. 蒸汽流量变化对水位的影响(1) 蒸汽流量突然增加随着蒸汽负荷的增加(例如，突然打开一个 GCT 阀)，蒸汽发生器的蒸汽压力快速下 降，在上升通道将产生更多的汽泡，使循环流动阻力增大，循环流量G减小，给水将积T 聚在下降通道的上部空间，使水位上升。另外，蒸汽发生器蒸

24、汽流量的突然增加，会使 被分离出来的再循环流量G增加，从而也使下降通道环形空间水位上升。r因而在过渡过程的第一阶段，我们将观察到水位迅速上升。通常把这一现象称作“水 位膨胀”现象，它在水位调节器作用之前来临。过渡过程之后，由于蒸汽流量大于给水流量，水位将下降，如图3.39(a)所示。(2) 蒸汽流量突然减小负荷的突然减小(例如关闭 GTC 进口阀)将导致蒸汽压力上升，在上升通道中，部 分蒸汽被凝结成水，使得汽泡产生的量和尺寸减小，使循环流动阻力减小，循环流量增 加，从而使下降通道的水位下降。另外，蒸汽发生器蒸汽流量突然减小，被分离出来的 再循环流量也会减小，也使下降通道水位下降。所以，在过渡过

25、程中的第一阶段我们观 察到的水位是迅速下降的。通常把这一现象称作“水位收缩”现象。它在水位调节器作 用之前到来。过渡过程之后，由于蒸汽流量小于给水流量，水位将上升如图3.39(b)所 示。VV图 3.39 蒸汽流量变化对水位 L 的影响2、给水流量变化对水位的影响例如，给水流量调节阀突然开大，给水进入蒸汽发生器的流量增加。我们观察到的现象如图3.40(a)所示。(a)在P = 5% P工况下突然增加10%n(b)在P = 100 % P工况下突然增加10%n给水流量的水位变化给水流量的水位变化开始时，由于蒸汽发生器环形空间水的积累，蒸汽发生器水位稍有上升，达到 A 点。 后来由于给水流量增加，

26、使下降通道中水的过冷度增加，使水在上升通道中达到沸腾的 高度增加，然而传热管长度是固定不变的，这就使沸腾区段缩短，沸腾减弱。由于两相流区段的长度缩短，且含汽量减小，从而使流动阻力减小，流体加速，下 降通道水位降低；同时，由于蒸汽流量降低(含汽量减小)，带到再循环的水也减少， 这也使过渡过程第一阶段水位降低。这一现象通常称为“水位收缩”现象。水位降低之后，流动的驱动压头减小，使循环流量减小，这将使上升通道的沸腾区 又增大起来，水位在第二阶段得以恢复上升。最后由于给水流量大于蒸汽流量，水位将 不断上升，直到给水流量等于蒸汽流量为止。值得注意的是，在低负荷下，水位过渡过程延续的时间比较长，需要23分

27、钟才能 恢复稳定。而在满负荷时，给水流量的变化造成的水位变化的时间比较短，只有4050s。 如图3.40(b)所示。(2) 给水流量突然减小 给水流量调节阀突然关小，给水进入蒸汽发生器的流量减少，将发生“水位膨胀” 现象。其原理与上述相反。通过上述分析，可以得出以下结论：由给水流量的突然改变引起的水位变化的过渡 过程时间，在低负荷时较高负荷时更长。这就是为什么在低负荷下蒸汽发生器水位调节 非常困难的原因。尤其是在用ASG系统供水时更为明显，因为这时给水温度更低。3. 一回路平均温度变化对水位的影响如果一回路平均温度阶跃增加，传到二回路的热量增加，使更多的水汽化，上升通 道汽泡份额增加，汽水混合

28、物出现“膨胀”现象，造成在短时间内水位虚假上升，以后 由于蒸汽产量增大导致给水流量与蒸汽流量的不平衡，从而引起水位下降。4. 给水温度变化对水位的影响给水温度降低使下降通道中水的过冷度增加，在上升通道中沸腾区减小，沸腾减弱， 含汽量减小，导致两相流流动加速，水位下降。另外，由于沸腾区减小，含汽量减小(即 蒸汽流量降低)，使带入再循环的水量也减少，也使水位降低。必须指出的是，蒸汽流量的突然变化引起水位的“膨胀”或“收缩”的现象，比给 水流量的突然变化引起水位的动态响应更为强烈。3.4.4 蒸汽发生器水位的控制 设置蒸汽发生器水位调节系统的目的，就是为了维持蒸汽发生器二次侧的水位在需 求的整定值上

29、。水位不能过高，否则将造成出口蒸汽含水量超标，加剧汽轮机的冲蚀现象，影响机组的寿命甚至使机组损坏。而且，水位过高还会便得蒸汽发生器内水的质量装量增加， 在蒸汽管道破裂的事故工况下，对堆芯产生过大的冷却而导致反应性事故的发生。如果 破裂事故发生在安全壳内，大量的蒸汽将会导致安全壳的压力、温度快速上升，危害安 全壳的密封性。同样地，水位也不能过低，否则，将会导致U型管顶部裸露，甚至可能导致给水管 线出现水锤现象。这样，堆芯余热的导出功能将恶化。以上功能的实现由水位调节系统与给水泵转速调节系统共同完成。3.4.4.1 给水泵转速调节系统每台蒸汽发生器拥有各自独立的水位调节系统，通过改变调节阀门的开度

30、以改变给 水流量从而达到控制水位的目的。但是，三台蒸汽发生器的给水母管是共用的，如果只 是单独采用水位调节方式，当一台蒸汽发生器的水位偏离整定值而需要改变给水调节阀 的开度以改变给水流量时，将会引起给水母管压力的改变，而此时另外两台蒸汽发生器 的给水调节阀开度并没有改变，因而其给水流量因给水母管压力的变化而产生变化，这 样，在这两台蒸汽发生器内将出现汽-水流量不平衡状况，从而发生了水位的波动。为 了避免这种相互间的不良 影响，避免给水调节阀的 频繁动作，改善水位调节 系统的工作环境，引入了 给水泵转速调节系统，通 过调节给水泵的转速使得 给水阀的压降在正常的负荷变化范围内（0100%FP） 维

31、持近似恒定，从而优化 给水调节阀的工作条件。事实上，在维持调节 阀的压降恒定不变的情况 下，给水母管与蒸汽母管 之间的压差随负荷变化而 呈抛物线变化，作为近似， 可以一条折线来表示，如 图 3.41 所示。给水母管和蒸汽母管的总压降AP由四部分组成: p = p + p + p + p1234式中AP 给水泵出口与蒸汽发生器给水进口之间的位差，是恒定值；1 p 调节阀压降，应保持恒定；2 p 蒸汽发生器二次侧的压降，随负荷而变。3 p 蒸汽管线和给水管线内的压降，随负荷而变。4 通过调节给水泵的转速，我们能保证泵的出口压头和流量都随负荷变化而变化。这 样不仅能维持给水阀的压降不变，而且能使压头

32、与图 3.41 所示的总压降曲线相吻合， 从而排除了三台蒸汽发生器之间单独的流量调节之间的不良耦合。图 3.42 是给水泵转速调节原理简图。该调节系统中用一条折线近似地作为给水母管 和蒸汽母管之间的随负荷变化的程序压降定值，即参考定值。给水母管到蒸汽母管的实 测压差与该定值相比较，得出一个误差信号，以改变给水泵转速。每台给水泵都配有一 台转速调节器。总之，蒸汽发生器水位控制系统是先靠主给水流量调节阀调节，水位降低引起调节 阀开大时，水流侧压差（ P ）将下降，同时由于蒸汽流量的增加而引起压差整定值增 加，这将造成主给水泵转速增加，使压头增加，流量增加。再通过水位控制系统重新校 正给水流量（即调

33、节阀开度），以保持蒸汽发生器水位。为避免给水调节阀的阀位与汽动给水泵转速之间产生不良耦合，要求两个母管之间 的压差控制必须相对要快些。特别是当任何一个调节阀的阀位变化时，必须通过给水泵 转速来迅速补偿。3.4.4.2 水位调节原理 对于每台蒸汽发生器而言，其水位的调节是通过控制进入该蒸汽发生器的给水流量 来完成的。每台蒸汽发生器的正常给水回路设置有两条并列的管线：主管线上的主给水 调节阀用于高负荷运行工况下的水位调节，旁路管线上的旁路调节阀则是应用于低负荷 及启、停阶段的运行工况，其调节原理如图 3.43所示。1. 主给水调节阀的逻辑控制信号在高负荷（18%FP）的运行工况下，主给水调节阀承担

34、蒸汽发生器水位的调节功能， 此时，旁路调节阀处于全开状态。同时，主给水调节阀还受控制于反应堆保护系统，在 相应的保护信号作用下自动关闭，其原理性示意图如图 3.44所示。每个主给水调节阀配置有两个电磁阀，一个接收来自A列的信号，另一个接收来自B 列的信号， A、B 列信号的性质是相同的。任一单独信号的出现使得其中一个电磁阀断 电，从而将主给水调节阀的仪用压缩空气直接排放大气，因此，调节阀快速关闭。只有在以下所述的条件完全满足的情况下，主给水调节阀的两个电磁阀才会处于通图 3.42 给水泵调节系统原理简图50%水位整定值水位调节器PIDV-流量调节器PI*R C MR C M负荷34% |_l_

35、20%校正环节滤玻器1滤波器变增益环节开度信号6y主给水调节阀模拟信号旁路给水调节阀模拟信号4&2SARV来自水位调节系统 的调节信号蒸汽 发生器给水母管主给水调节阀031 心32/033YL反应堆 跳闸P4乐 295.49信号时安注P1_回路平 均温度低给水隔离信号（手动）RFB099TO电/气转换器匂3才1大气图 3.44 主给水调节阀逻辑控制简图通电12断电23通道A（信 与B相同）电状态而使得仪器压缩空气的回路处于正常工作状态 12，此时主给水调节阀才水位调 节系统的模拟调节信号：反应堆自动停堆信号P4 + T 295.4C不存在；avg没有安注信号；没有蒸汽发生器高高水位信号； 没有

36、主控室发出的手动给水隔离信号。2. 主给水调节回路描述从图3. 43可知，主给水调节阀的调节是一个三通道调节回路，包括一个闭环调节通 道和一个开环调节通道。（1）水位整定值蒸汽发生器水位定值随负荷而变，如图 3.45 所示。负荷是指蒸汽发生器的总的蒸汽负荷，它包括三部分：以汽轮机高压缸进汽压力为代表的汽轮机进汽流量； ADG 调节信号代表的进入 ADG 的新蒸汽流量；图 3.45 蒸汽发生器水位定值与负荷的关系有效的冷凝器旁路排放系统的调节信号代表的排往冷凝器的新蒸汽流量，改信号 须经GCT105、109、117和121VV的阀位来确认，其确认电路原理图3.46所示。GCTc调节系统的调节信号

37、A有效的GCTc流量参考值422XR105W全开117W严关O109Vy全开 121 w癡关ojo图 3.46 GCT 蒸汽流量信号确认电路这三部分进汽流量之和代表着二回路的总的蒸汽负荷。为了消除带厂用电运行方式的瞬态影响，引入了一个具有30s延时的滤波环节（见图3.43），从而维持该瞬态初期时 水位定值不变。在低负荷时，蒸汽发生器的蒸汽压力高（出口蒸汽压力在零负荷时为7.6MPa）,水的 密度大，确定较低的水位定值是为了保持蒸汽发生器中的水装量较小，以防止在主蒸汽 管道破裂时，向安全壳释放更多的能量，造成安全壳破坏。在 20%负荷以下，水位定值随负荷增加而提高。这是因为在负荷减小时，由于蒸汽

38、 发生器中汽泡数目减少，使蒸汽发生器中水的密度增加（降低比容），为了使水位不下降 到低水位保护动作，水位随负荷增加而线性增加。在20%100%负荷时，水位定值维持在50%水位不变。因为随着负荷的增加，蒸汽发 生器中汽泡的数目和尺寸都增加，这就降低了蒸汽发生器中水的密度，提高了比容。这 时如果不减少蒸汽发生器中的水的质量，其水位将会升高到淹没二级汽水分离器，达到 不可接受的程度。所以为了保持蒸汽发生器出口的干度，在 20%100%负荷时，水位控 制系统将水位维持在 50%恒定。四个窄量程水位中的两个应用于水位调节回路，可由一选择开关进行切换。在调节 回路中，对水位变送器的输出引入一个 5s 的延

39、时滤波环节，目的是剔除水位变化初期 的扰动影响，使水位测量值更具真实性。（2）变增益环节每台蒸汽发生器装有一台给水温度变送器。由高选单元选取三个蒸汽发生器给水温 度测量值中最高的一个参与水位控制。高选后的给水温度输入变增益函数发生器（或称 变增益环节）。该环节用高选出的给水温度测量值做自变量，给出增益值，如图3.47所 示。图 3.47 变增益环节由于给水温度随负荷同向变化，所以该函数关系实质上反映了增益值随负荷的变化。 控制系统将水位误差信号乘以一个随温度升高而增大的系数。在低负荷时，给水温度低， 增益系数小，可使水位调节过程稳定，从而避免调节机构的频繁动作。而在高负荷时给 水温度高，增益系

40、数大，使水位调节过程更为灵敏。（3）开环调节通道在开环调节回路中，实测给水流量与经过校正后的蒸汽流量相比较，给出汽水失配 信号。该信号与水位调节器输出信号在加法器中求和后，被传送到流量调节器中。采用 汽水失配信号反映水位变化的趋势比水位误差信号灵敏，是一种前馈。它的引入增加了 给水流量调节的速度。开环调节回路中的蒸汽测量流量Q是通过测量蒸汽AP而得出的，考虑到蒸汽密度vP随压力变化而变化，而质量流量又与Jp.AP成正比，所以蒸汽流量测量中必须将蒸 汽密度p的变化考虑时去。试验表明，在5.08.5MPa之间时，p =a+bP，即密度为压 力的线性函数。如果只考虑蒸汽的体积流量，那么，开环调节通道

41、在整个负荷变化过程 中永远都会出现蒸汽-给水流量偏差信号，调节系统无法正确工作。与产生蒸汽发生器水位整定值的总蒸汽负荷信号一样，蒸汽质量流量信号的产生环 节也引入一个具有30s延时的滤波环节，目的是在带厂用电运行工况下，初始阶段维持 总的蒸汽质量流量不变，避免调节系统的不必要的动作。事实上，在带厂用电运行工况 的初始瞬态，由于GCTc阀门的快速开启，原来用于做功的主蒸汽直接排往冷凝器，总 的蒸汽流量并没有减小。闭环通道的水位调节器产生的给水流量信号与开环通道产生的汽 /水失配信号叠加 后作为流量调节器的输入信号，后者输出对应的主给水调节阀的开度信号，经一自动 / 手动控制器产生出相应的阀门开度

42、模拟信号，在前述的RPR允许信号存在的情况下，控 制调节阀的执行机构用以调节阀门的开度，从而改变给水流量以控制蒸汽发生器的水位3. 旁路调节阀的逻辑控制信号在电站启动及低负荷（V18%FP）期间，蒸汽发生器的水位由旁路调节阀来控制，此时， 主给水调节控制回路中 420XU1 处于触发状态，主/旁路调节阀切换开关闭合， 401MS 被 引入，从而虚拟了一个8.5%Q的蒸汽流量，使主给水调节阀处于关闭状态（见图3.43）。n 旁路调节阀除了受控于其调节回路的模拟信号外，与主给水调节阀一样，也受控于 RPR 系统的逻辑信号，且在相应的信号作用下自动关闭，其原理如图 3.48所示。每个旁路调节阀配置有

43、两个电磁阀，一个接收来自A列的信号，另一个接收来自B 列的信号,A、B列信号的性质是相同的。任一单独信号的出现使得其中一个电磁阀断电， 从而将旁路调节阀的仪用压缩空气直接排往大气，因此，调节阀快速关闭。只有在以下所述的条件完全满足的情况下，旁路给水调节阀的两个电磁阀才会处于 通电状态，因而使得仪用压缩空气的供给回路处于正常工作状态 12，此时，旁路调节 阀才受控于水位调节系统的模拟调节信号：没有安注信号；没有蒸发器高高水位信号；没有主控室发出的手动给水隔离信号。4. 旁路调节回路每个主给水调节阀都有一根旁路管线，该管线上装有一个旁路给水调节阀（也称小流 量调节阀），在负荷低于 18.5%Pn

44、时调节给水流量。在低负荷时，测量流量的节流装置两端压差太小，使得流量测量不精确，信噪比也 变得较差。此外，在低负荷时，如果采用主给水调节阀，它在比较小的开度下频繁地运 行会引起阀座过度磨损，并且在较小开度下其调节性能很差。因此在负荷低于 18.5%Pn n 时，主给水调节阀关闭，只使用旁路给水调节阀。如图 3.43 所示，低负荷时通过旁路调节阀来控制蒸汽发生器的水位。由于在低负荷 运行工况下，蒸汽流量测量不准确，调节回路中没有汽水失配的开环控制。3通道八大气3断电2-3旁路调节阀242/243/244VL来自水位调节系统的信号给水母管A蒸汽发生器安注信号_ EL2绐水隔离信号（手动）-与A通道

45、信号 颐一致蒸发器高高水位P14通电12电/气 转换器图 3.48 旁路调节阀逻辑控制简图为了改善低负荷运行工况下调节回路的特性，引入总蒸汽流量作为前馈信号，其中 代表汽轮机蒸汽流量的信号来自窄量程汽机入口压力信号，这样，大大提高了其测量精 确度。因为旁路调节阀的开度与流经它的给水流量是线度的关系 (在给水泵处于自动调节 状态下)，因此，以总蒸汽流量信号作为参考负荷，给出旁路调节阀的预开度信号，以 改善调节回路的特性。我们知道，在低负荷时，水位的膨胀及收缩现象十分明显，为了提高低负荷时调节 回路的稳定性，通过给水温度引入一个变增益环节，使得低负荷时水位调节器的增益系 统减小。此外，在总蒸汽流量

46、环路中，引入一个 100s 的延时环节，以减小由于蒸汽流 量变化引起的水位膨胀及收缩现象，从而改善调节特性。在反应堆自动跳闸(P4)及一回路平均温度低(T V295C)的情况下，为了避免出现 avgASG系统的不必要启动，从而限制堆芯的过冷情况，引入了旁路调节阀的极化运行方式。 此时，相应的继电器动作，自动切除调节回路的输出信号，极化模块 402MS 投入运行， 在自动/手动控制站处于自动控制状态下，使得旁路调节阀处于预置的开度下，从而使 给水流量保持在10%Qn左右，避免了 ASG系统的启动。当蒸汽发生器的水位恢复至程序 水位时，极化运行方式被切除，旁路调节阀重新恢复至正常自动调节模式。3.

47、4.4.3 主给水阀和旁路给水阀的切换将水位调节从主给水阀切换到旁路给水阀是在负荷从 18%P 向低于该负荷过渡时进 n行的。如图 3.43 所示，阀门切换信号来自经过滤波后的总蒸汽负荷信号。它经过一个可调的阀值继电器420XU1,当负荷低于阀值(18%P)时，该继电器便使它的开关闭合，n使401MS与回路接通。401MS发出一个负的8.5%FP偏置信号，与给水流量信号相加，并 与蒸汽流量信号相比较后输入到流量调节器，由于给水流量的信号大于蒸汽流量的信号 从而使主给水阀关闭。偏值信号的作用是为了避免两个调节系统同时工作。当负荷增加到高于阀值时，偏置信号从流量调节器402RG上消失，从而使主阀恢

48、复 流量控制，此时旁路阀处于全开状态。为了保证主给水阀和旁路给水阀切换时的连续性，偏置信号的建立和消失应该是逐 渐的，而不应是突变的。这一目的是通过滤波器来达到的。3.4.4.4 给水流量调节阀手动转自动的无扰动切换 无扰切换是调节系统设计时要考虑的主要问题之一。由自动切向手动后，在施加手动作用前，阀位保持在切换前自动信号决定的位置，不存在扰动问题；但由手动切向自 动时，原决定于手动作用的阀位一般与自动装置计算出的阀位不一致，如果在电路上又 未采取适当措施，就有可能产生扰动问题。一般采用复制信号方法来保证手动切向自动 时不产生扰动。当给水流量调节阀处于手动控制时，若要切换到自动控制，为了保证调

49、节功能和连续性，需用手动转自动的无扰动切换复制系统，如图 3.49所示图 3.49 给水流量调节阀的复制系统水位调节器复制信号的产生与阀门的运行组态和负荷水平有关。图中开关信号代表 负荷水平和相应调节阀的自动/手动状态，当负荷大于 18%FP 且主流量阀处于手动时， 主流量阀的复制开关闭合，水位调节器接通其复制信号；当负荷小于18%FP且旁路阀处 于手动时，旁路阀的复制开关闭合，水位调节器接通其复制信号。1. 高负荷时（负荷大于 18%P ）主给水阀手动控制转为自动的无扰动切换 n在高负荷下，主阀的复制系统示于图3.49上半部。图中流量调节器402RG直接复制 手动信号x,为了无扰动地切换到自

50、动控制，水位调节器401RG提供的信号S必须使流 量调节器输入端的误差信号保持为零，即：Q - S = 0SWB式中Q汽水流量失配信号；SWBS水位调节器的输出信号。因此，水位调节器401RG必须复制的信号为：S = QSWB2.低负荷时（负荷小于 18%P ）旁路给水阀手动转自动的无扰动切换 n在低负荷下，旁路阀的复制系统示于图 3.52下半部。为了使旁路阀无扰动地从手动 切换到自动控制，水位调节器401RG提供的信号S必须使函数发生器407RG的输出信号 等于手动信号y,即：式中 Q 蒸汽总流量；VS水位调节器的输出信号;q函数发生器斜线斜率的倒数，即q = X其中y为给水流量，y为阀门开

51、度。y由上面这些关系式可以得出水位调节器必须复制的信号为：S = Q - qYV蒸汽发生器水位调节系统的完整模拟图见图 3.50，根据本节的内容，读者可自己分析理解。图中各调节环节代码的含义可查阅本书附录。3.4.4.5 与蒸汽发生器水位有关的信号及动作在正常工况下，水位调节系统自动维持蒸汽发生器的水位在定值范围内，当水位变化无法控制时，测量通道将发生报警，启动相应的保护动作，如下图所示。图拟模制控位水器生发汽蒸 05.3图即ew紀羸xfc如 wlx 龍曲WK廉片WZ据护腥餐 邸尽里岖B屈粤粤鷹虻癮100(+1.8m)75(+0.9m)P14:汽轮机跳闸主给水隔离阀和调节阀关闭 旁路隔离阀和调节阀关闭APA/APP 跳闸如果核功率大于10%耳，产生反应堆跳闸信号15(-1.26m)F反应堆跳闸如果ARE低流量(6%&)出现，立即启动ASG001/002PO/003PQ,否则，延迟8分钟。如低水位信号不消失再启动ASG泵0(-1.8m)图 3.51 与蒸汽发生器水位相关的信号及信号