﻿ 小型自然循环蒸汽发生器水位控制特性分析
 舰船科学技术  2019, Vol. 41 Issue (10): 108-113 PDF

Water level control characteristic analysis for the small natural circulation steam generator
LIU Jian-ge, DAI Tao, ZHANG Xiao-hui, LIU Jia
Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China
Abstract: The classical PID control theory model of secondary side water level control block diagram and mathematics model are proposed, to research a small vertical natural circulation steam generator. The thermal-hydraulic transient analysis model including the water level control model is simulated using the RELA5 code. And the steam generator thermal-hydraulic dynamic characteristics of the two load change cases at the 10%FP load step time and largely load step time are studied. The feasibility of water level control strategy is also analyzed. The results show that, the designed water level control system and PID setpoint parameters can satisfy basic power operation control requirements. The nonlinear characteristic of water level control system is evident at certain load as it is influenced by many thermal parameter factors during the two-phase flow dynamic process. It should be carefully done the water level and feedwater mass flow calibration in the practical engineering.
Key words: natural circulation steam generator     operation     control     characteristic
0 引　言

1 小型SG水位控制模型

SG水位控制系统原理如图1所示。SG的水位调节通过控制进入SG的给水流量来实现，给水流量的调节是由给水流量调节阀和给水泵转速实现，蒸汽发生器的水位主要取决于给水流量、蒸汽流量、反应堆冷却剂温度等。SG水位控制原理如下：根据反应堆冷却剂平均温度以及二回路压力需求确定的SG静态特性曲线，确定出不同负荷下的SG目标水位设定值，将实测水位滤波后与目标水位相比较，得出水位偏差；采用滤波后的蒸汽流量测量值表征实际负荷需求，将实际测量给水流量与实际负荷需求相比较得到流量偏差（也称负荷偏差）；最后将水位偏差与负荷偏差分别进行比例运算后相加从而得到总的偏差信号，总偏差信号经过PI比例–积分运算后得到需要调节的给水流量或者调节阀开度信号，最后调节阀门实现给水流量控制，进而实现对SG水位的控制。

 图 1 SG水位控制框图 Fig. 1 SG level control block diagram

 $\Delta E = {K_1}\left( {{L_{{\text{目标}}}} - \frac{{{L_{{\text{测量}}}}}}{{1 + {\tau _1}S}}} \right) + {K_2}\left( {\frac{{{M_{{\text{蒸汽}}}}}}{{1 + {\tau _2}S}} - {M_{{\text{给水}}}}} \right)\text{。}$ (1)

 $Y = {K_3}\left( {\Delta E} \right) + {K_4}\left( {\frac{{\int_0^t {\Delta E{\rm d}t} }}{{{T_1}}}} \right)\text{。}$ (2)

2 计算分析模型

 图 2 SG计算节点图 Fig. 2 Calculation node diagram of SG

3 计算结果及分析

3.1 10%FP逐级阶跃降升负荷分析

 图 3 蒸汽和给水流量响应 Fig. 3 Mass flow response of steam and feedwater

 图 4 SG水位响应 Fig. 4 Water level response of steam generator

 图 5 SG循环倍率响应 Fig. 5 Circulation rate response of steam generator

 图 6 SG一次侧冷却剂温度响应 Fig. 6 Coolant temperature response of steam generator primary side

 图 7 SG热负荷响应 Fig. 7 Thermal power response of steam generator
3.2 大幅度阶跃降升负荷分析

 图 8 蒸汽和给水流量响应 Fig. 8 Mass flow response of steam and feedwater

 图 9 SG水位响应 Fig. 9 Water level response of steam generator

 图 10 SG循环倍率响应 Fig. 10 Circulation rate response of steam generator

 图 11 SG一次侧冷却剂温度响应 Fig. 11 Coolant temperature response of steam generator primary side

 图 12 SG热负荷响应 Fig. 12 Thermal power response of steam generator
4 结　语

1）所设计的水位控制系统以及PID整定参数取值基本满足功率运行SG负荷控制需求；

2）由于影响两相流水位因素的多参数复杂性，使得某些负荷下水位控制系统带有一定的非线性特征，在工程上标定水位和给水流量时需要重点关注；

3）在设计水位控制系统时，需要针对各个负荷状态的控制特性进行详细研究分析，从而确保控制系统参数的有效性和适用性，避开可能存在较大水位波动的特殊工况点或者进一步优化控制系统参数，以避免进入复杂的、耦合控制系统在内的流动不稳定区域；

4）本文研究结果可用于小堆用自然循环SG的水位控制系统工程优化设计。

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