海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法与流程

本申请涉及蒸汽动力系统技术领域，特别涉及一种海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法。

背景技术：

在海核平台蒸汽动力系统中，自然循环蒸汽发生器水位对汽轮机乃至反应堆的安全运行起着非常重要的作用。

当蒸汽发生器的水位高到淹没汽水分离器时，蒸汽的品质会急剧恶化，使进入汽轮机的蒸汽干度不符合要求，危害汽轮机叶片，影响汽轮机的安全稳定运行。因此蒸汽发生器运行水位过高时，为了保证汽轮机的运行安全，需要停止汽轮机的运行。

当蒸汽发生器运行水位过低时，可能会产生以下影响：1)导致u型管顶部裸露，使传热管传热恶化，水位的波动对结构产生不利影响，影响传热管使用寿命，极限情况下可能因热应力或热疲劳导致传热管破损，以致造成放射性泄露和一回路压力波动，影响核安全；2)给水管口裸露，可能导致给水管线出现水锤现象，导致堆芯的余热导出功能的恶化。因此为保证蒸汽发生器运行安全和核安全，蒸汽发生器的运行水位不能过低。

同陆上核动力装置自然循环蒸汽发生器的运行水位测量方式不同，海核平台自然循环蒸汽发生器一般采用双水位参考管测量的方式，即在蒸汽发生器中心采用两根水位参考管测量并计算蒸汽发生器的运行水位，能够消除海洋环境对水位测量的影响。

一般将蒸汽发生器运行水位上限值设置为hup；将蒸汽发生器运行水位下限值设置为hdn，其中，hup和hdn分别为汽水分离筒的顶部水位高度和给水喷管的顶部水位高度。但是由于舱室空间尺寸和布置的限制，蒸汽发生器的结构、水容量、高度等参数与陆上核电厂蒸汽发生器存在较大差别。

但是，在蒸汽发生器正常运行和运行瞬态过程中，由于水位测量误差的影响，可能会发生测量的水位值未超过运行水位上限值，但是实际的水位值已超过运行水位上限值，导致水位过高影响汽轮机的运行安全；或者，可能会发生测量的水位值未超出运行水位下限值，但是实际的水位值已超出运行水位下限值，导致水位过低影响蒸汽发生器运行安全和核安全。以及还可能因为摇摆倾斜使得蒸汽发生器出现局部水位过高，但是测量水位未超过运行水位上限值，或者蒸汽发生器出现局部水位过低，但是测量水位未超出运行水位下限值，从而影响汽轮机的实际运行安全的问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法，以解决相关技术中因为摇摆倾斜使得蒸汽发生器出现局部水位过高，但是测量水位未超过运行水位上限值，从而影响汽轮机的运行安全，或者蒸汽发生器出现局部水位过低，但是测量水位未超出运行水位下限值，从而影响蒸汽发生器运行安全和核安全的问题。

第一方面，提供了一种海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法，其包括以下步骤：

获取汽水分离筒顶部的水位高度hup和给水喷管顶部的水位高度hdn，并将hup和hdn分别作为蒸汽发生器的运行基准水位上限值lmax0和运行基准水位下限值lmin0；

获取第一圆的直径d1和第二圆的直径d2，以及海核平台t时刻的摇摆角度θ，分别计算并得到t时刻的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值其中，第一圆满足：所有的汽水分离筒均位于所述第一圆内，并与所述第一圆相切；第二圆满足：所有的给水喷管均位于所述第二圆内，并与所述第二圆相切；

根据lmax0和计算并得到t时刻蒸汽发生器的运行水位上限值并将设置为汽轮机停机水位限值；

根据lmin0和计算并得到t时刻蒸汽发生器的运行水位下限值并将设置为蒸汽发生器停堆水位限值。

一些实施例中，获取第一圆的直径d1和第二圆的直径d2，以及海核平台t时刻的摇摆角度θ，分别计算并得到t时刻的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值具体包括以下步骤：

获取第一圆的直径d1和第二圆的直径d2，以及海核平台t时刻的横摇角度值和纵摇角度值分别计算得到t时刻的初始摇摆附加水位上限值和初始摇摆附加水位下限值

分别获取海核平台t-1时刻和t-2时刻的初始摇摆附加水位上限值和并根据和计算t时刻的摇摆附加水位上限值的预测值

选取和中的最大值，作为t时刻的摇摆附加水位上限值

分别获取海核平台t-1时刻和t-2时刻的初始摇摆附加水位下限值和并根据和计算t时刻的摇摆附加水位下限值的预测值

选取和中的最大值，作为t时刻的摇摆附加水位下限值

一些实施例中，采用如下公式计算和

一些实施例中，采用如下公式计算和

一些实施例中，该整定方法还包括对和进行修正的步骤。

一些实施例中，对和进行修正，具体包括以下步骤：

根据水位测量仪表的量程lm、理论误差δlt、仪表误差δm和信号采集误差δc，计算得到水位测量误差附加水位值δlm；

根据δlm，分别对和进行修正，计算并得到t时刻蒸汽发生器的修正运行水位上限值和修正运行水位下限值

一些实施例中，采用如下公式计算δlm：

一些实施例中，采用如下公式计算

一些实施例中，采用如下公式计算

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请通过对蒸汽发生器的运行基准水位上限值lmax0和运行基准水位下限值lmin0重新整定，得到t时刻蒸汽发生器的运行水位上限值和运行水位下限值消除了t时刻摇摆倾斜θ角度时，导致的实际运行水位产生的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值因此当海核平台t时刻的摇摆角度为θ时，一旦蒸汽发生器的实际运行水位的最高处达到lmax0，测量的运行水位的值就为就会达到汽轮机停机水位限值，进而采取汽轮机停机的操作，起到保护汽轮机安全运行的作用；以及一旦蒸汽发生器的实际运行水位的最低处达到lmin0，测量的运行水位的值就为就会达到蒸汽发生器停堆水位限值，进而采取停堆的操作，起到保护蒸汽发生器安全运行的作用。

本申请实施例提供了一种海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法，由于本申请通过对蒸汽发生器的运行基准水位上限值lmax0和运行基准水位下限值lmin0重新整定，得到t时刻蒸汽发生器的运行水位上限值和运行水位下限值消除了t时刻摇摆倾斜θ角度时，导致的实际运行水位产生的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值因此，当海核平台t时刻的摇摆角度为θ时，一旦蒸汽发生器的实际运行水位的最高处达到lmax0，测量的运行水位的值就为就会达到汽轮机停机水位限值，进而采取汽轮机停机的操作，起到保护汽轮机安全运行的作用；以及一旦蒸汽发生器的实际运行水位的最低处达到lmin0，测量的运行水位的值就为就会达到蒸汽发生器停堆水位限值，进而采取停堆的操作，起到保护蒸汽发生器安全运行的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法的流程图；

图2为步骤101的具体的流程图；

图3为本申请实施例的蒸汽发生器运行水位限值的整定方法的原理图；

图4为第一圆的示意图；

图5为第二圆的示意图。

图中：1、汽水分离筒；2、给水喷管；3、蒸汽发生器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例提供了一种海核平台自然循环蒸汽发生器运行水位限值的整定方法，其包括以下步骤：

100：参见图3所示，获取汽水分离筒1顶部的水位高度hup和给水喷管2顶部的水位高度hdn，汽水分离筒1顶部的水位高度hup和给水喷管2顶部的水位高度hdn是指当水位与汽水分离筒1顶部齐平时，水位的高度，以及当水位与给水喷管2顶部齐平时，水位的高度。并将hup和hdn分别作为蒸汽发生器3的运行基准水位上限值lmax0和运行基准水位下限值lmin0，若蒸汽发生器3的运行水位超过运行基准水位上限值lmax0时，会淹没汽水分离筒1，蒸汽的品质会急剧恶化，使进入汽轮机的蒸汽干度不符合要求，危害汽轮机叶片，影响汽轮机的安全稳定运行；若蒸汽发生器3的运行水位低于运行基准水位下限值lmin0时，给水喷管2的管口会裸露，可能发生给水管线出现水锤现象，导致堆芯的余热导出功能的恶化。因此以汽水分离筒1顶部的水位高度hup和给水喷管2顶部的水位高度hdn作为运行水位的基准，防止运行水位超出lmin0～lmax0的范围外。

101：参见图3-5所示，获取第一圆的直径d1和第二圆的直径d2，以及海核平台t时刻的摇摆角度θ，分别计算并得到t时刻的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值其中，第一圆满足：所有的汽水分离筒1均位于第一圆内，并与第一圆相切；第二圆满足：所有的给水喷管2均位于第二圆内，并与第二圆相切；由于海核平台的摇摆倾斜会导致蒸汽发生器3的运行水位也是倾斜的，但是测量运行水位时，是测量倾斜水位的中心水位，并根据中心水位判断运行水位是否超出lmin0～lmax0的范围外。因此会出现测量的运行水位未超过lmax0，但是实际的运行水位的最高位已超过lmax0，导致实际运行水位高于lmax0，使蒸汽品质下降，从而影响汽轮机的运行安全；或者，测量的运行水位未低于lmin0，但是实际的运行水位的最低位已低于lmin0，导致实际运行水位低于lmin0，从而使给水喷管裸露，影响蒸汽发生器3的运行安全。该步骤计算的摇摆附加水位上限值就是计算当海核平台的摇摆角度为θ时，即实际运行水位的倾斜度为θ，实际运行水位的最高处刚好达到lmax0时，lmax0与实际运行水位的中心水位之间的距离；摇摆附加水位下限值就是计算当海核平台的摇摆角度为θ时，实际运行水位的最低处刚好达到lmin0时，lmin0与实际运行水位的中心水位之间的距离。

102：根据lmax0和计算并得到t时刻蒸汽发生器3的运行水位上限值并将设置为汽轮机停机水位限值；运行水位上限值就是对lmax0重新整定后的值，将lmax0下移作为蒸汽发生器3的运行水位上限值当海核平台t时刻的摇摆角度为θ时，一旦蒸汽发生器3的实际运行水位的最高处达到lmax0，测量的运行水位的值就为就会达到汽轮机停机水位限值，进而采取汽轮机停机的操作，起到保护汽轮机安全运行的作用。

103：根据lmin0和计算并得到t时刻蒸汽发生器3的运行水位下限值并将设置为蒸汽发生器3的停堆水位限值。运行水位下限值就是对lmin0重新整定后的值，将lmin0上移作为蒸汽发生器3的运行水位下限值当海核平台t时刻的摇摆角度为θ时，一旦蒸汽发生器3的实际运行水位的最低处达到lmin0，测量的运行水位的值就为就会达到蒸汽发生器3的停堆水位限值，进而采取停堆的操作，起到保护蒸汽发生器3安全运行的作用。

本申请实施例通过对蒸汽发生器3的运行基准水位上限值lmax0和运行基准水位下限值lmin0重新整定，得到t时刻蒸汽发生器3的运行水位上限值和运行水位下限值消除了t时刻摇摆倾斜θ角度时，导致的实际运行水位产生的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值因此当海核平台t时刻的摇摆角度为θ时，一旦蒸汽发生器3的实际运行水位的最高处达到lmax0，测量的运行水位的值就为就会达到汽轮机停机水位限值，进而采取汽轮机停机的操作，起到保护汽轮机安全运行的作用；以及一旦蒸汽发生器3的实际运行水位的最低处达到lmin0，测量的运行水位的值就为就会达到蒸汽发生器3停堆水位限值，进而采取停堆操作，起到保护蒸汽发生器乃至核动力装置安全运行的作用。

参见图2所示，获取第一圆的直径d1和第二圆的直径d2，以及海核平台t时刻的摇摆角度θ，分别计算并得到t时刻的摇摆附加水位上限值和摇摆附加水位下限值具体包括以下步骤：

200：获取第一圆的直径d1和第二圆的直径d2，以及海核平台t时刻的横摇角度值和纵摇角度值分别计算得到t时刻的初始摇摆附加水位上限值和初始摇摆附加水位下限值其中：并采用如下公式计算和

201：分别获取海核平台t-1时刻和t-2时刻的初始摇摆附加水位上限值和并根据和计算t时刻的摇摆附加水位上限值的预测值采用如下公式计算

202：选取和中的最大值，作为t时刻的摇摆附加水位上限值由于摇摆角度θ是由海核平台姿态测量仪表给出的，而摇摆角度从测量、信号传递到用于计算，会存在一定的时间滞后性，根据t时刻测量的摇摆角度计算的初始摇摆附加水位上限值可能小于实际的初始摇摆附加水位上限值，采用和中的较大值，作为摇摆附加水位上限值也就是将lmax0下移最大限度，一旦达到蒸汽发生器3的运行水位上限值就能够提前触发停机，通过这种保守的处理，就能够确保汽轮机处于绝对安全的运行状态。

203：分别获取海核平台t-1时刻和t-2时刻的初始摇摆附加水位下限值和并根据和计算t时刻的摇摆附加水位下限值的预测值采用如下公式计算

204：选取和中的最大值，作为t时刻的摇摆附加水位下限值同上述的描述，由于t时刻测量的摇摆角度计算的初始摇摆附加水位下限值可能小于实际的初始摇摆附加水位下限值，采用和中的较大值，作为摇摆附加水位下限值也就是将lmin0上移最大限度，这样一旦达到蒸汽发生器3的运行水位下限值就能够提前触发停堆(同时汽轮机也停机)，通过这种保守的处理，就能够确保核动力装置处于安全的运行状态。

优选的，该整定方法还包括对和进行修正的步骤。具体包括以下步骤：

104：根据水位测量仪表的量程lm、理论误差δlt、仪表误差δm和信号采集误差δc，计算得到水位测量误差附加水位值δlm；对于特定水位测量仪表，其理论误差δlt、仪表误差δm和信号采集误差δc是确定的。水位测量会有一定的误差，该误差大小与量程lm有关，量程lm越宽，误差越大，量程lm越小，误差越小。本申请实施例的海核平台的自然循环蒸汽发生器采用了窄量程和宽量程两种测量方式，在正常运行时采用窄量程水位仪表测量的水位，只有在非正常运行时(如蒸汽发生器启动等)水位超过了窄量程仪表的测量范围，蒸汽发生器3的水位才采用宽量程水位仪表的测量值。若lmax0超过了窄量程水位仪表的量程，此处的水位测量仪表就选取宽量程水位仪表进行计算，若lmax0未超过窄量程水位仪表的量程，此处的水位测量仪表就选取窄量程水位仪表进行计算；若lmin0超过了窄量程水位仪表的量程，此处的水位测量仪表就选取宽量程水位仪表进行计算，若lmin0未超过窄量程水位仪表的量程，此处的水位测量仪表就选取窄量程水位仪表进行计算。

105：根据δlm，分别对和进行修正，计算并得到t时刻蒸汽发生器3的修正运行水位上限值和修正运行水位下限值水位测量误差附加水位值δlm可能会导致测量的运行水位高于或低于实际的运行水位。当实际的运行水位超出时，而水位测量误差附加水位值δlm可能降低了测量的运行水位，这种情况对汽轮机的运行安全不利，因此需要避免这种情况的发生，对进行修正，消除水位测量产生的误差，并采用如下公式计算

当实际的运行水位低于时，而水位测量误差附加水位值δlm可能提高了测量的运行水位，这种情况对蒸汽发生器3的运行安全不利，因此需要避免这种情况的发生，对进行修正，并采用如下公式计算

其中：水位存在理论误差δlt、仪表误差δm和信号采集误差δc，将各种误差都进行消除，得到更精确的修正运行水位上限值和修正运行水位下限值并采用如下公式计算δlm：

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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