核电压水堆安全壳废水排放管路和阀门的冲蚀研究

阿萨德

　　利用计算流体力学软件对安全壳废水排放系统管道及蝶阀的固体杂质颗粒冲蚀问题进行了模拟分析，跟踪了粒子的运动轨迹，计算得到了在不同流速下固体颗粒对管道及阀门的冲蚀情况，确定了受侵蚀严重的部位。

　　1、概述

　　压水堆(PWR) 核电站在长期运行以后，安全壳地坑中会聚集一定量的含有固体颗粒的放射性废水，当地坑废水液位升至规定值时需启动废水排放系统对其排放。排放的废水进入排放管节流件如阀门的腔室、阀座或阀芯等处时，由于截流作用流固混合物会对阀腔产生冲蚀，进而影响阀门部件的寿命。废水排放系统设计时，节流件的选择、系统流速的选择、都将影响阀门的使用寿命。因此，在确定系统参数时有必要对潜在发生固体颗粒冲蚀的管路系统进行分析评价。

　　本文利用计算流体力学(CFD) 软件对PWR 安全壳废水排放系统带有蝶阀的圆管内固体颗粒冲蚀问题进行了模拟，为管路系统的优化设计提供参考。

　　2、计算模型及边界条件

　　计算模型是一个带有蝶阀的管路，管道内径D= 81mm，管道长度L=8000mm，蝶阀位于管道的中部位置。由于模型的对称特殊性，在计算中对模型进行了简化，沿模型的一半作为计算模型(图1) 。

图1 分析模型

　　管道入口为速度入口边界，固液两相均以恒定的初始速度进入流场，湍流强度为5%。假定排放管路的3 个初始速度分别为w=5m/s、w= 2.5m/s和w =1m/s。

　　4、结语

　　通过对模拟数据的处理分析，确定了带有蝶阀的管路中，在管内为固液两相流动时，固体粒子与边界碰撞最激烈的部位是阀门出口的蝶板边缘及与蝶板相垂直的管壁。当流速为5m/s 时，阀门出口的管道及蝶板上冲蚀现象很明显。当速度降低时，冲蚀现象会随之降低。建议废水排放管路流速应控制在1m/s 以内。输送流固混合物的工艺系统阀门受冲蚀现象不可避免，建议阀门设计时，考虑在蝶板边缘采用适当的抗磨损材料。