壓水堆安全殼廢水排放管路和閥門的沖蝕研究

2016-03-25 赫榮輝 中國核動力研究設計院

  利用計算流體力學軟件對安全殼廢水排放系統管道及蝶閥的固體雜質顆粒沖蝕問題進行了模擬分析,跟蹤了粒子的運動軌跡,計算得到了在不同流速下固體顆粒對管道及閥門的沖蝕情況,確定了受侵蝕嚴重的部位。

  1、概述

  壓水堆(PWR) 核電站在長期運行以后,安全殼地坑中會聚集一定量的含有固體顆粒的放射性廢水,當地坑廢水液位升至規定值時需啟動廢水排放系統對其排放。排放的廢水進入排放管節流件如閥門的腔室、閥座或閥芯等處時,由于截流作用流固混合物會對閥腔產生沖蝕,進而影響閥門部件的壽命。廢水排放系統設計時,節流件的選擇、系統流速的選擇、都將影響閥門的使用壽命。因此,真空技術網(http://www.qbjic.club/)認為在確定系統參數時有必要對潛在發生固體顆粒沖蝕的管路系統進行分析評價。

  本文利用計算流體力學(CFD) 軟件對PWR 安全殼廢水排放系統帶有蝶閥的圓管內固體顆粒沖蝕問題進行了模擬,為管路系統的優化設計提供參考。

  2、計算模型及邊界條件

  計算模型是一個帶有蝶閥的管路,管道內徑D= 81mm,管道長度L=8000mm,蝶閥位于管道的中部位置。由于模型的對稱特殊性,在計算中對模型進行了簡化,沿模型的一半作為計算模型(圖1) 。

壓水堆安全殼廢水排放管路和閥門的沖蝕研究

圖1 分析模型

  管道入口為速度入口邊界,固液兩相均以恒定的初始速度進入流場,湍流強度為5%。假定排放管路的3 個初始速度分別為w=5m/s、w= 2.5m/s和w =1m/s。

  4、結語

  通過對模擬數據的處理分析,確定了帶有蝶閥的管路中,在管內為固液兩相流動時,固體粒子與邊界碰撞最激烈的部位是閥門出口的蝶板邊緣及與蝶板相垂直的管壁。當流速為5m/s 時,閥門出口的管道及蝶板上沖蝕現象很明顯。當速度降低時,沖蝕現象會隨之降低。建議廢水排放管路流速應控制在1m/s 以內。輸送流固混合物的工藝系統閥門受沖蝕現象不可避免,建議閥門設計時,考慮在蝶板邊緣采用適當的抗磨損材料。