最近的帖子

安全阀的压力锁定

张贴者 克里斯·亨利博士 于01.11.19

By 克里斯·亨利博士., Senior Consulting Engineer, 福斯克& Associates, LLC

安全相关阀门的压力锁定最近在《核监管(NRC)信息通知》中进行了讨论 95-1495-18。如果水固阀盖被加热,则闸阀中可能发生压力锁定。由于正常的循环或阀瓣从阀座上移开而造成的泄漏,阀盖会变成水固体。甚至适度的水温升高(10至15°F)也会大大增加阀盖压力,并导致阀执行器无法克服的压差。这将阻止阀门打开并执行其安全相关功能。

NRC信息通告95-14中概述的一个用于压水堆的示例与安全壳集水箱有关。从油底壳到低压注入口的管道通常包含两个常闭的电动闸阀,如图1所示。

压水堆

图1

在设计基准的冷却液泄漏事故(LOCA)期间,两个电动阀(MOV)都必须打开,以为反应堆压力容器(RPV)注入和安全壳喷雾再循环提供安全壳集水。第二个阀(来自安全壳)在一侧的静态压力为35 psig,具有加油储水箱(RWST)水。如果第二个MOV中的阀盘泄漏并且RWST水注满阀盖,则在DBA LOCA期间,压力锁定可能会使阀无法执行其功能。假设阀盖为水固型,那么问题是在MOV必须打开以进行RPV和安全壳喷雾再循环之前,阀盖温度升高是否会造成压力锁定。

在水固系统中,温度每升高1 F,压力就会升高55 psi。由于泄漏,阀盖可能不是真正的水固体,但55 psi / F的值是保守的。阀帽水的温度升高又取决于阀门必须在其下工作的热边界条件。在(设计基准事故)DBA LOCA期间,两个热源可能会影响第二个MOV:(1)安全壳集水槽中的热水,以及(2)假定安全壳喷淋泵在相同的条件下运行,则阀室的环境条件并在30分钟内将其加热到120°F。

需要对阀和阀盖水进行真实的热分析,才能判断DBA LOCA中压力锁定的可能性。除了上述边界条件外,分析还受到再循环切换时间的限制-如果所有防护措施都在运转,则大约需要30分钟。首先要考虑由于室温升高而引起的水加热。该阀充当阀盖和房间之间的屏障,并为阀盖水提供“热滞后”。由于薄金属散热器的Biot值低,因此阀门加热的时间常数τ由下式给出:

τ= ρτc
       h

其中ρ是碳钢的密度,t是金属厚度,c是碳钢的比热,h是自然对流传热系数。代表值为:ρ= 500 lbm / ft3,t =½“,c = 0.1 Btu / lbm-F,h = 1.0 Btu / ft2-hr-F。这些值导致2小时的时间常数,这表明在30分钟时间内进行再循环转换时,机盖水不会引起室温升高。

由于密闭集水槽造成的加热更加复杂,主要是因为集水槽水温度边界条件是时间的函数。图2显示了在大型干式(压水堆(PWR))密闭环境中使用DBA LOCA进行的模块化事故分析程序(MAAP)3.0B代码计算得出的污水箱温度,该污水箱的初始水温非常高,当主要系统的水通过裂缝流到安全壳层时,但是安全壳喷雾器和风扇冷却器向安全壳层池中添加了更冷的水,池中的平均水(池水)温度下降了。从集水槽到第一个MOV的管道长度与风扇冷却器冷凝水和安全壳喷洒的较冷的上层水混合如果第一阀门处于平均池况下,而不是在管道长度内滞留热水,则两个MOV减少。

污水温度

图2

这本质上是油箱和第一MOV之间的管道长度中逆流的问题。逆流流量可以通过以下方式估算:

W抄送 = 0.15√g(ρH - ρc) ρc D5

其中g是重力加速度, ρH 是热水的密度 ρc 是冷水密度,D是管道直径。该流量可以估算出管道长度中的热水与集水槽中的冷水混合的速度。

假设管道直径为14英寸,则240°F的热饱和水和220°F的冷饱和水,ρc = 59.08磅/英尺3ρH = 59.61磅/英尺3,逆流流量等于7 lbm / s。如果管道长30英尺,则安全壳贮槽中的冷水将在大约3分钟内冲洗掉管道中的热水。因此,对于远大于3分钟的时间范围,MAAP 3.0B预测的安全壳水温是合适的边界条件。

需要对第一和第二MOV之间的管道长度进行传导分析,其中水箱水温为第一MOV的边界条件,而绝热边界条件为第二MOV的末端。沿着管道的温度分布可以通过对翅片方程的稳态解来建模。稳态解决方案比较保守,易于以分析形式表示。然后,温度分布由管道的电导率和从管道到周围环境的传热系数控制。对于上面讨论的条件,一个鳍方程式解决方案显示发动机罩的水温升高将小于1°F。

上面显示的基本热分析表明,在此示例中,压力锁定不太可能在再循环切换的30分钟时间内阻止MOV操作。不过,考虑到阀帽水温的升高,可以使用55 psi / F的值计算最终水压,并将其与MOV执行器产生的推力进行比较。此处得出的结论很大程度上取决于30分钟的循环切换时间。如果由于假定的设备故障或操作员错误而增加了再循环切换时间,则热分析的结果可能会有所不同。其他潜在的压力锁定情况可能需要对事件计时和热边界条件进行类似的审查。

福斯克&联合有限责任公司,世界领先 过程安全顾问,为几乎每个行业提供专家,自定义,全方位服务的安全测试,工程,分析,咨询和培训解决方案。 我们使用数据支持的方法来解决复杂的过程安全问题并减轻严重事故的发生。立即索取报价。

联系我们

 

话题: 工艺安全, 泄压,

cta-bg.jpg

我的灰尘可燃吗?

帮助您决定的流程图
现在就下载