Painevesityyppisen ydinvoimalaitoksen sekundääripiirin mallinnus
Kattelus, Joonas (2012)
Tiivistelmä
Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää entistä tarkempi ja luotettavampi työkalu Loviisan ydinvoimalaitoksen ensimmäisen reaktoriyksikön sekundääripiirin 50-linjan stationääritilan toiminnan arviointiin. Toisena tavoitteena oli kartoittaa ja raportoida mallintamiseen käytetyn SOLVO-ohjelman kehitysmahdollisuuksia. Tutkimusten perusteella kehitettiin testatusti toimiva prosessimalli, joka dokumentoitiin ja validoitiin yksityiskohtaisesti. Tulevaisuudessa tapahtuvaa kehitystyötä, ja mallin käyttöä varten kehitettiin lisäksi Excel-pohjainen työkalu, jonka avulla SOLVO:n ja Excelin välinen integraatio voidaan myöhemmin julkaistavassa SOLVO:n versiossa viedä nykyistä pidemmälle.
Mallintamistyön ohella tutkimuksen aikana selvitettiin olennaisimmat SOLVO:n erityispiirteet ja vahvuudet sekä kartoitettiin sen käyttöön liittyvät kehitystarpeet. Tärkeimpänä kehitysehdotuksena nousi esiin yksittäisissä komponenteissa suoritetun laskennan läpinäkyvyyden parantaminen. Seuraavassa kehitysvaiheessa myös komponenttikohtaiset laskentayhtälöt olisi suositeltavaa asettaa avoimiksi käyttäjäkohtaisille muutoksille.
Työn aikana saavutettiin myös muita merkittäviä tuloksia, jotka liittyivät pääosin rinnak-kaisten 10- ja 50-linjojen välisiin yhteyksiin. Linjojen välisiä vaikutuksia analysoitaessa huomattiin niiden olevan olennaisessa asemassa erityisesti sarja-ajon aikana. Mikäli mallilla halutaan kuvata sekä sarja- että rinnanajoa, sen on käsitettävä molemmat linjat ja kaikki niihin liittyvät komponentit. Edellä mainitun lisäksi mallipohjaisen tarkastelun tuloksena tehtiin havaintoja, joiden perusteella nykyistä prosessia voidaan edelleen kehittää. Näistä havainnoista tärkeimpänä merivesipumppujen optimaalisen säätölämpötilan todettiin asettuvan 4,5 – 4,6 °C välille. Toinen huomio liittyi matalapaineturbiinien ulosvirtaushäviöihin, joihin hukataan juoksusta riippuen keskimäärin noin 10 kJ/kg enemmän entalpiaa kuin parhaassa mahdollisessa tapauksessa.
Validoinnin yhteydessä havaituista pienistä poikkeamista huolimatta kehitetty malli vastaa hyvin laitokselta saatuja mittaustuloksia sekä muita samassa yhteydessä käytettyjä luotet-tavuuden arviointikriteerejä. The objective of the conducted research was to develop a steadystate process model that would be more reliable and accurate than its previous versions. The main application of the model is the secondary circuit of the turbine line 50 in unit 1 of Loviisa nuclear power plant. The secondary objective was to discover and report all the development possibilities related to the SOLVO process simulation software used in this work. Based to the research, a new process model was constructed, tested, validated and documented in detail. For the purpose of future development, an Excel-based tool was also made in order to increase the integration between SOLVO and Excel, which is made possible in a newer version of SOLVO.
Besides the actual modeling process, the most vital characteristics of SOLVO were determined and development proposals were introduced. The single most important proposal was the idea of easy access for the user to see the equations and solving methods used in SOLVO. The next suggested development step is to give the opportunity for the user to modify these equations and solving methods if needed.
Other significant results were discovered when the connections between the turbine lines 10 and 50 were examined. It was found that these connections have a great impact to the process especially when the turbine units are driven in series, where one line will handle all the effects originated from the variation of outer conditions. In this case, no model of only one turbine line, including the newly developed one, will yield reliable results when the power plant is driven in series setting.
Despite the small deviations of different results noticed during model validation, the model corresponds well to the measurement data received from the power plant. Other estimation criteria used to evaluate the model also indicated good quality and reliability.
Mallintamistyön ohella tutkimuksen aikana selvitettiin olennaisimmat SOLVO:n erityispiirteet ja vahvuudet sekä kartoitettiin sen käyttöön liittyvät kehitystarpeet. Tärkeimpänä kehitysehdotuksena nousi esiin yksittäisissä komponenteissa suoritetun laskennan läpinäkyvyyden parantaminen. Seuraavassa kehitysvaiheessa myös komponenttikohtaiset laskentayhtälöt olisi suositeltavaa asettaa avoimiksi käyttäjäkohtaisille muutoksille.
Työn aikana saavutettiin myös muita merkittäviä tuloksia, jotka liittyivät pääosin rinnak-kaisten 10- ja 50-linjojen välisiin yhteyksiin. Linjojen välisiä vaikutuksia analysoitaessa huomattiin niiden olevan olennaisessa asemassa erityisesti sarja-ajon aikana. Mikäli mallilla halutaan kuvata sekä sarja- että rinnanajoa, sen on käsitettävä molemmat linjat ja kaikki niihin liittyvät komponentit. Edellä mainitun lisäksi mallipohjaisen tarkastelun tuloksena tehtiin havaintoja, joiden perusteella nykyistä prosessia voidaan edelleen kehittää. Näistä havainnoista tärkeimpänä merivesipumppujen optimaalisen säätölämpötilan todettiin asettuvan 4,5 – 4,6 °C välille. Toinen huomio liittyi matalapaineturbiinien ulosvirtaushäviöihin, joihin hukataan juoksusta riippuen keskimäärin noin 10 kJ/kg enemmän entalpiaa kuin parhaassa mahdollisessa tapauksessa.
Validoinnin yhteydessä havaituista pienistä poikkeamista huolimatta kehitetty malli vastaa hyvin laitokselta saatuja mittaustuloksia sekä muita samassa yhteydessä käytettyjä luotet-tavuuden arviointikriteerejä.
Besides the actual modeling process, the most vital characteristics of SOLVO were determined and development proposals were introduced. The single most important proposal was the idea of easy access for the user to see the equations and solving methods used in SOLVO. The next suggested development step is to give the opportunity for the user to modify these equations and solving methods if needed.
Other significant results were discovered when the connections between the turbine lines 10 and 50 were examined. It was found that these connections have a great impact to the process especially when the turbine units are driven in series, where one line will handle all the effects originated from the variation of outer conditions. In this case, no model of only one turbine line, including the newly developed one, will yield reliable results when the power plant is driven in series setting.
Despite the small deviations of different results noticed during model validation, the model corresponds well to the measurement data received from the power plant. Other estimation criteria used to evaluate the model also indicated good quality and reliability.