基于RINSIM仿真平台的汽机蒸汽与疏水系统(CNP600机组)仿真实现

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2024年7月16日发(作者：)

Science&TechnologyVision

科技视界

基于RINSIM仿真平台的汽机蒸汽

与疏水系统（CNP600机组）仿真实现

黄秋兰谢成龙祁蔚田波向俊瑛

渊

中核武汉核电运行技术股份有限公司

袁

湖北武汉

430223冤

揖

摘要

铱CP600

全范围模拟机以

CNP600

机组的电厂系统划分仿真系统

遥

本文主要介绍了

RINSIM

平台下

仿真建模的原理与仿真过程

袁

以

CP600

汽机蒸汽与疏水系统的建模过程为例

袁

说明了在

RINSIM

平台下使用

SimGen

和

SimUgd

进行建模和调试的方法和过程

遥

揖

关键词

铱CNP600曰

汽机蒸汽

曰RINSIM曰

仿真

中图分类号

院TL364.4

文献标识码

院A

文章编号

院2095-2457渊2018冤04-0141-003

SimulationofturbinesteamandhydrophobicsystemunderRINSIMplatform(CNP600powerplant)

HUANGQiu-lanXIECheng-longQIWeiTIANBoXIANGJun-ying

(ChinaNuclearPowerOperationTechnologyCorporation,Wuhan,430223,China)

揖Abstract铱CP600fullscopesi

papermainlyintroducestheprincthe

modelingprocessofsteamturbineandhydrophobicsystemofCP600asanexample,itillustratesthemethodand

processofmodelinganddebuggingusingSimGenandSimUgdunderRINSIMplatform.

揖Keywords铱CNP600;Turbinesteam;RINSIM;Simulation

1RINSIM

仿真平台介绍

2

汽机蒸汽和疏水系统简介

RINSIM

是一个包含了建模

袁

在线调试

袁

图形组态

袁

数据库管理等功能的大型仿真平台软件

遥

该平台软件

在多个核动力仿真机研制项目中使用

袁

包括

院

ACP1000袁CP1000袁CP600

全范围模拟机的研制

尧330MW

机组全范围仿真机改造

尧CANDU

堆型全范围模拟机

Desktop

项目等在内的大型仿真机开发项目

袁

还为使用

全范围仿真机的各大专院校等单位提供了

RINSIM

仿

真平台用于开发运行

遥

SimBase

仿真支撑软件系统

袁

是支撑实时仿真软件

开发

袁

调试和执行的软件工具

袁

是整个仿真平台的底

层环境

遥

它适合大型数据库

袁Fortran

编写的模型程序

袁

多处理器仿真系统的需要

遥

系统同样也支持

c

语言编

写的程序

袁

但一般是用

Fortran

语言开发程序

遥

各分用

户能够在

SimBase

下开发和调试各自用户的模块

遥

将模

块装载编译后

袁

可在调试环境中监控中直接观察实时

值

遥

图

1RINSIM

平台结构框图

汽轮机蒸汽和疏水系统是二回路非常重要的一个

系统

袁

汽轮机蒸汽和疏水系统接受来自主蒸汽系统

(VVP)

的蒸汽

袁

在汽轮机中将热能转化为机械能

袁

驱动

发电机发电

遥

同时从汽轮机流道的适当位置抽出蒸汽

加热凝结水和给水

袁

提高热循环效率

遥

在汽轮机启动

和运行中排除汽轮机本体范围内高压蒸汽进汽管道的

疏水

尧

高压缸排汽管道的疏水

尧

高低压汽缸内的疏水

等

袁

以避免疏水在这些部位积聚

袁

若不及时排除疏水

袁

则可能导致汽轮机承受热冲击和机械冲击

袁

致使部件

过度变形

尧

受叶片冲蚀和动静部件摩擦碰撞

遥

汽机蒸汽及疏水系统流程

院

由主蒸汽系统来的新蒸汽经过主汽阀和调节汽阀

进入汽轮机高压缸

袁

在高压缸内膨胀做功后形成湿蒸

汽

袁

然后通过高压缸排汽管线进入汽水分离再热器

遥

在汽水分离再热器中经过去湿和再热成为微过热蒸

汽

袁

再经蒸汽管线和再热阀进入低压缸

遥

在低压缸中

蒸汽继续膨胀做功

袁

最后蒸汽进入凝汽器中冷凝成凝

结水

遥

为了提高循环热效率

袁

系统中设置了

3

级双列表

面式低压加热器

袁3

级双列表面式高压加热器

袁1

台除

氧器和

2

台汽水分离再热器

遥

除了第

2

级再热器的加

热蒸汽来自主蒸汽外

袁

其余加热器

袁

除氧器和第

1

级

再热器的加热蒸汽在正常运行时均来自汽轮机各级抽

汽

遥

在汽轮机甩负荷等瞬态运行时

袁

汽轮机旁路系统

投入运行

袁

以平衡反应堆和汽轮机之间的功率差

袁

将

多余蒸汽量排向凝汽器和大气

袁

保证反应堆安全运

行

遥

汽轮机控制由汽轮机调节系统控制

袁

汽轮机疏水

系统由汽机疏水阀控制

遥

Science&TechnologyVision

科技视界

141

Science&TechnologyVision

科技视界

1038kg

CP600100

级抽汽

/s

袁

袁

高

汽

压

机

%

缸

输

满

排

出

功

汽

机

率

经

械

运

过

功

行时

袁

汽机进汽流量为

两

率

级

为

再

686MW

热后送

袁

往

整

低

个

压

机

缸

组

遥

有

7

3

汽机蒸汽及疏水系统模拟数学模型

本系统建模时采用

simflow2

蒸汽流网模型

遥simflow2

的数学模型是根据以下假设来建立的

不凝

荫

虑滑

荫

气

蒸

混

的

汽

合

温

要

不凝气

要

水的混合物是饱

院

和的

袁

蒸汽和

物

度

流

同

被

是

定

蒸

义

汽

为

分

近

压

似

下

的

的

均

饱

匀

和温

流

度

袁

曰

也就是不考

气

要

荫

移

不

蒸

曰

凝

汽

气

和

常

不

数

凝

依

气

据

组

真

成

实

的

蒸

是

汽

理

性

想

质

气

每

体

个

混

时

合

间

物

步

袁

长

其

都

蒸

不

断更

荫

正

平衡

荫

节

曰

方

根

点

程

据

混

式

这

合物的参数为整个节点的参数

遥

院

些假设

袁

我们有以下质量

尧

能量和浓度的

dm

d子

i

=渊1冤

d(m

移

j

G

ij

i

*(

d子

h

i

-

p

籽

i

i

))

=-

移

j

G

ij

*h+Q

i

+R

i

渊2冤

d(m

k

d

i

*

子

C

i

)

=-

移

j

G

k

ij

*C.+J渊3冤

其中

袁h要

节点混合物焓

曰p要

节点压力

曰C要

节点

不凝气浓度

曰m要

节点的质量

曰G要

两节点之间的质量

流量

渊

如果流向从

i

到

j,

为正向流

袁

反之

袁

为负

冤曰籽要

节点介质密度

曰Q要

热交换量

渊

如果该节点为热交换

器

冤曰R要

内热源

曰J要

内浓度源

曰h=hi,C=Ci

–在流向

为从

i

到

j

时

曰h=hj,C=Cj

–在流向为从

j

到

i

时

曰

以及动量方程

院

L

*

dG

+孜*

G

2

Sd子

2*S

2

*籽

-驻p'-k

1

*n

2

-k

2

*n*G-k

3

*G

2

=0渊4冤

其中

袁L要

管长

曰驻p'要

管道压降

曰n要

泵的归一化转

速

p

曰k

1

i

+籽*

设

g

袁

*驻

k

2

袁k

3

要

泵的特性曲线常数

曰驻p'=驻p+籽*g*驻z=p

i

-

A

z

2

曰

=

为

S

2

/

高

孜袁

差

并将

G

c

*L

式

渊4冤

写成有限差分形式

袁

得到

院

G=*籽*

(

驻p'++k

1

*n

2

)*(1-2*k

2

2

S*驻子

3

*A

)+(

籽*A

S*驻子

*L

-k

2

*籽*A

2

)

2

-

(

籽*A

2

S*驻子

*L

-k

姨

2

*A

2

2

*籽*A

2

)

其中

袁G

c

为上一步长流量

遥

又设

袁着=

籽*

2

S

A

*驻

*

子

L

-k

2

*籽*A

2

袁

这样

袁

G=2*A

2

*籽*(驻p'+

G

S*驻子

*L

+k

1

*n

2

)*(1-2*k

3

*A

2

)+着

2

-着

将

姨

上

姨

c

式等号右侧分子分母同乘以

2*A

2

*籽*(驻p'+

G

c

S*驻子

*L

+k

1

*n

2

)*(1-2*k

3

*A

2

)+着

2

+着

则

袁

姨

2

c

222

G=

2*A*籽*(驻p'+

G

S*驻子

*L

G

+

c

k

1

*n)*(1-2*k

3

*A)+着+着

从而

袁

+2*着

鄣G

=-

鄣G

=

2*A

2

*籽*(

2

鄣p

i

鄣p

j

G

c

1

+

-

2*

2*

着

k

3

*A)

科技视界

Science&TechnologyVision

又因为

G

经

~

鄣

过

姨

转

驻p*籽

换可得

袁

鄣

G

籽

=

G

籽

把流量写成全微分方程

袁

G=G

c

+

鄣

鄣

G

p

i

*

dp

d子

i

+

鄣G

*

dp

j

+

鄣G

*

鄣

i

i曰

当流量

鄣p

j

d子

籽

*

dp

|

j

渊

当

流量从

i要j

为从

j要i

为

鄣

j.

籽

冤

鄣p

d子

渊5

又

袁

对于节点

i袁

dm

冤

d子

i

=-移G

i,j

也就是

V

i

*

考虑

鄣

鄣

p

籽

i

*

dp

d子

i

=-移G

i,j

渊6冤

到水也具有微弱的可压缩性

袁

我们在式中加

上一项

kass*(1-渍),

式中

kass

为可压缩系数

袁渍

为蒸汽

在节点中所占的容积比

袁

则

渊5冤

变成

院

(kass*(1-渍)+V

i

*

鄣籽

)*

将

渊7冤

带入

渊5冤袁

鄣

dp

i

=-移G

i,j

渊7冤

有

p

i

d子

鄣

(

鄣

鄣

G

p

+

鄣G

*

鄣籽

+kass*(1-渍)+Vi*

鄣籽

)*

鄣p

i

+

鄣

G

p

dp

i

i

*

d子

i

+

鄣

鄣

G

籽

*

dp

鄣p

j

=-移G

c

鄣p

i

鄣子

渊

所

鄣p

i

d子

ij

8冤

如果对有的节点和流量列出该方程

袁

我们就可

以得到一个关于

dp

d子

的

n伊n

矩阵

渊n

为节点数

冤袁

而矩

阵的元素也可根据上述一些列计算式求出

遥

现举例说明

院

如果有

淤要于要盂

这样一个流体网络

袁G

的流量

袁G

1

为从节

点

1

到节点

2

程

2

为从节点

2

到节点

3

的流

量

遥

那么

袁

根据全微分方

袁

有

院

流道一

院

-[G

c

1

+(

鄣

二

院

鄣

G

p

2

+

鄣

鄣

G

籽

1

*

鄣

鄣

籽

p

1

1

)*

dp

d子

1

+

鄣G

*

dp

2

]=+G

1

流道

鄣p

2

d子

G

c

2

+(

鄣G

+

鄣G

*

鄣籽

2

)*

dp

2

+

鄣G

*

dp

3

=

以上两

鄣p

式

2

相

鄣

加

籽

2

袁

并

鄣p

利

2

d子

用

-(G

鄣p

3

d子

-G

2

V

*

鄣

鄣

籽

2

2

)*

d籽

-G

1

)=-(kass*(1-渍)+

2

得

p

2

d子

2

到

G

袁

-(

鄣

+

鄣G

*

鄣籽

1

)*

dp

1

+(-

鄣G

+

鄣G

+kass*(

鄣

1-

p

1

渍)+

鄣

V

籽

1

鄣p

1

d子

鄣p

2

鄣p

2

+

鄣

鄣

G

籽

2

*

鄣

鄣

籽

2

2

*

鄣籽

2

)*

dp

2

+

鄣G

*

dp

3

=(G

cc

p

2

1

-

完成三个节

鄣p

点

2

d子

的计算后

鄣p

袁

3

d子

G

2

)渊9冤

在我们就会得到如下的

矩阵

院

蓘

杉

山

山

ag

山

dp

煽

衫

山

山

d子

1

衫

衫

衫

衫

杉

山

y1

ag

(

ag

(

1

(

4

)

7

)

ag

)

ag

(

ag

(

2

(

5

)

8

)

ag

)

ag

(

ag

(

3

(

6

)

9

)

)

蓡

伊

山

山

山

山

dp

衫

衫

山

山

m(1)

煽

c

衫

衫

山

2

衫

山

衫

山

d子

衫

=

山

山

G

c

1

衫

衫

衫

山

衫

山

衫

山

山

山

-G

2

衫

衫

山

dp

3

衫

衫

删

y1m(3)

衫

闪

dp

ag

为矩阵元素

袁

可以

山

删

d子

衫

利用

衫

闪

前面的公式计算得出

d子

1

袁

dp

d子

2

袁

dp

d子

3

遥

这样

袁

我们就可以解出矩阵

袁

得到

4

汽机蒸汽及疏水系统建模过程

142

Science&TechnologyVision

科技视界

建模准备工作

汽机蒸汽及疏水系统建模工作大致可分为如下步骤

院

渊1冤

建模前准备

院

资料收集与分析

袁

并确定系统模

拟范围

曰

渊2冤

仿真节点的确定

袁

管路的简化

尧

合并

袁

仿真节

点图的绘制

渊3冤

资料的研究

尧

归纳

曰

渊4冤

确定系统参考基准

渊

应根据整个工程来确定

袁

所有系统采用同一个参考基准零点

冤曰

渊5冤

节点压力分配及管线流导参数的计算

曰

渊6冤

系统控制部分的建模

曰

渊7冤

系统运行

尧

调试

遥

4.2

模型建立

确定模拟范围后使用

simgen

图形化建模工具进行

建模

,

根据仿真节点图分配理念

袁

用尽可能少的节点

袁

同时又要满足模拟机功能的需要

遥

本系统的控制包括逻辑与模拟两部分的控制

曰

根

据

GPV

系统的逻辑设计文件用

simgen

进行建模

遥

4.3

系统运行及调试

4.3.1

节点压力分配及管线流导参数的计算

根据设计资料提供的数据

袁

结合本系统的流网模

型

袁

对系统各管线的流导进行计算如下图

院

4.1

根据表中的数据模型进行数据输入

袁

对汽轮机进

汽调节阀进行参数设置

遥

完成调试前的准备

遥

4.3.2

在

SimUgd

中调试

在绘制完节点图与控制图

袁

并完成系统的节点压力分

配与管线流导后

袁

对模型进行调试

袁

修改流导及相关参

数

袁

验证节点压力分布及管线流导的合理性

遥

调试稳定后

袁

将重要的参数与设计资料提供的数据进

行对比

袁

计算误差范围

袁

确定模拟是否满足仿真精度要求

遥

表

1

模型运行数据与设计数据对比

描述

主汽阀前蒸汽

温度

1

1

号调节阀出

口蒸汽

温度

1

汽机冲动级压

力

高压缸第一级

抽汽压力

高压缸排汽温

度

#1

低压缸进

汽压力

#2

低压缸进

汽压力

#3

低压缸进

汽压力

设计值

279.9益

276.6益

6.09Mpa

3.147MPa

184.7益

1.0MPa

1.0MPa

1.0MPa

仿真值

280.01益

276.53益

6.07MPa

3.13MPa

184.34益

0.99MPa

0.99MPa

0.99MPa

误差

(%)

0.039

-0.036

-0.33

-0.54

-0.21

-1

-1

-1

100%

功率稳态调试稳定后

袁

进行手动跳机瞬态测

试

袁

跳机后

25

分钟后汽机功率迅速降为

0袁

核功率快

速下降

袁

稳定在

20%

左右

袁

通过旁排的蒸汽流量稳定

遥

5

小结

图

2

利用

excel

表对系统各管线进行流导计算

本文介绍了基于

RINSIM

平台的汽机蒸汽及疏水

系统的建模的方法与过程

遥

经过

SimGen

建模及

SimUgd

的调试

袁

汽机蒸汽及疏水系统的运行参数符合电厂设

计数据要求

袁

各节点压力

袁

温度

袁

各管线流量均在误差

允许范围内

袁

满足仿真精度要求

袁

跳机瞬态过程也符

合电厂设计要求

遥

渊

上接第

214

页

冤

通过对国内外文献的整理发现

袁

目前老年患者的

照顾者负担较重

遥

应重视对照顾者负担及干预方式的

研究

袁

并做好居家延续性护理

袁

以不断提高照顾者的

照顾能力

袁

降低照顾者心理

尧

生理等方面的压力及负

担

袁

改善照顾者生活质量

遥

揖

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