摘要：核電廠正常過(guò)程自動(dòng)控制需要對(duì)電廠關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行精que測(cè)量，其中流量參數(shù)參 與了多個(gè)重要工藝系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算和顯示， 流量測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)工藝系統(tǒng)的狀態(tài)診斷的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。 在核電廠建設(shè)及調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)不符和選型安裝不合 理等問(wèn)題。 通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題研究，采取針對(duì)性的解決措施，提高了流量測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而保證了電廠的儀控設(shè)備安全及可靠運(yùn)行，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化不斷興起和過(guò) 程控制要求的日益復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全及穩(wěn)定輸 出要求越來(lái)越高，流量測(cè)量是生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和控制的重要參數(shù)，常用于表征被測(cè)對(duì)象的出力，重要壓 力容器液位調(diào)節(jié)的前饋?zhàn)兞浚约懊芊庋b置泄漏量的監(jiān)測(cè)等[1]。 常規(guī)的流量測(cè)量方法有：孔板、噴嘴及文 丘里管等。 重復(fù)性和趨勢(shì)穩(wěn)定性是流量測(cè)量的目標(biāo)。
電站的流量測(cè)量方式多種多樣， 用途廣泛，主要是監(jiān)測(cè)泵的出力情況；工藝系統(tǒng)流量分配，如冷卻水系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)用于不同用戶的流量分配調(diào)節(jié)；參數(shù)調(diào)節(jié)，如上充、下泄流量是用于一回路冷卻劑 體積的控制，同樣主給水流量及主蒸汽流量則用于 蒸汽發(fā)生器的液位控制等。
參與調(diào)節(jié)和表征出力的流量測(cè)量的一次元件 （節(jié)流裝置）的精度要求不低于 2%，基本上全部采 用標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量。 一些重要的密封裝置的泄漏量，如 主冷卻劑泵的密封軸瓦的泄漏量檢測(cè)等，需要檢測(cè)的是變化趨勢(shì)，測(cè)量方式則兼顧兩相流類流體介質(zhì)。調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)一些原設(shè)計(jì)的流量測(cè)量存在 一定問(wèn)題，主要集中在安全系統(tǒng)和重要用戶冷卻水流量測(cè)量系統(tǒng)。 通過(guò)與設(shè)計(jì)方人員的共同探討、分 析和試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)行局部參數(shù)調(diào)整和一次元件的替換等處理，滿足工藝系統(tǒng)要求。
1 主要問(wèn)題
在流量測(cè)量發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題有： 設(shè)計(jì)問(wèn)題，主 要集中在孔板計(jì)算錯(cuò)誤導(dǎo)致量程不足；根閥選型和 安裝不合理造成取壓管口斷裂；角接取壓存在堵塞的測(cè)量隱患；測(cè)量孔板安裝位置不合理導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)以及管道振動(dòng)對(duì)穩(wěn)定測(cè)量的影響幾個(gè)方面。
1.1 設(shè)計(jì)問(wèn)題
電站給水流量測(cè)量（KKS 編碼為 LAB10/20/30/40CF811/821/831/841）采用“一拖四”的設(shè)計(jì)，如圖 1所示，即一套孔板通過(guò)儀表測(cè)量管道連接了 4 臺(tái)流量變送器。 這樣的設(shè)計(jì)方式弊端較多，shou先，儀表管 任何一處發(fā)生堵塞、 泄漏等故障， 直接導(dǎo)致其它 3 臺(tái)流量變送器無(wú)法正常工作；其次，變送器正常運(yùn)行時(shí)， 有一臺(tái)流量變送器的平衡閥發(fā)生內(nèi)漏問(wèn)題， 必然會(huì)引起同一管線安裝的另外 3 臺(tái)流量計(jì)也無(wú) 法正常工作，從而導(dǎo)致相關(guān)保護(hù)動(dòng)作。 同時(shí)，這種設(shè) 計(jì)也給儀表的正常校驗(yàn)、維護(hù)和故障處理帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。 而且，這樣的設(shè)計(jì)方式只實(shí)現(xiàn)了儀表信號(hào)的 冗余， 并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量通道的冗余和隔 離，應(yīng)改成 4 個(gè)好立的流量測(cè)量回路。
1.2 根閥選型和安裝不合理
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)安全殼噴淋變送器根閥與工藝 管道連接管被拉斷。 由于根閥設(shè)計(jì)布置的原則是盡量靠近被測(cè)介質(zhì)流過(guò)的管段取壓口或被測(cè)介質(zhì)冷 凝罐壁的取壓口， 確保儀表測(cè)量管線破裂后的隔 離，電站的根閥安裝遵循這一原則。 現(xiàn)場(chǎng)大量采用俄羅斯供貨的根閥有 3 種，重量分別為 11.8 kg，8.6 kg 和 6.3 kg，閥門本身相對(duì)脈沖 管線較重，現(xiàn)場(chǎng)安裝都用支架進(jìn)行固定。 因根閥與工藝管道的連接管道較短，工藝管道運(yùn)行時(shí)振動(dòng)造 成脈沖管道疲勞而斷裂，后采用在根閥和工藝管道 之間用膨脹彎管道連接，對(duì)于根閥較輕的取消固定 支架。
1.3 環(huán)室取壓存在的隱患
在用角接取壓法測(cè)量含硼介質(zhì)的流量時(shí)，因儀 表根閥、儀表管、閥組和變送器工作環(huán)境溫度是常溫，在含硼水進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)后由于溫度低于硼結(jié)晶 溫度，必然造成硼的析出并產(chǎn)生結(jié)晶，引起儀表根 閥、儀表管與閥組的堵塞，影響流量的測(cè)量。 此外， 部分安全系統(tǒng)停運(yùn)后， 安裝孔板的管段未充滿介 質(zhì)，在對(duì)其檢修時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成孔板處硼晶體析出，影響環(huán)室狹縫的取壓阻尼。 用于“三廢”系統(tǒng)的部分流量測(cè)量系統(tǒng)，因測(cè)量 介質(zhì)含有雜質(zhì)，當(dāng)其進(jìn)入流量測(cè)量系統(tǒng)很容易造成儀表測(cè)量管道及閥門的堵塞，造成流量系統(tǒng)無(wú)法正常工作。
1.4 安全系統(tǒng)流量測(cè)量的主要問(wèn)題
安全系統(tǒng)流量問(wèn)題主要有 3 個(gè)方面： （1）設(shè)計(jì)量程錯(cuò)誤，產(chǎn)生大量的驗(yàn)證工作和相 應(yīng)的設(shè)計(jì)變更。 儀控主要是負(fù)責(zé)變送器的調(diào)整，包括差壓值調(diào)整，或變送器更換采購(gòu)，以及重新設(shè)計(jì)所需配合的計(jì)算和驗(yàn)證工作。
（2）工藝管線振動(dòng)和循環(huán)管線孔板位置安裝不 合適，定期試驗(yàn)期間，循環(huán)試驗(yàn)管線內(nèi)介質(zhì)發(fā)生汽 化，引起測(cè)量波動(dòng)和不穩(wěn)定，導(dǎo)致定期試驗(yàn)不合格。 解決辦法主要是從工藝設(shè)備和管線著手改善。
（3）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)中壓安注和安全殼噴淋等流量波動(dòng)大。 起初分析為內(nèi)部壓頭波動(dòng)較大，故將所 對(duì)應(yīng)的變送器阻尼時(shí)間（Damping time）在 1～5 s 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)仍無(wú)法消除流量的 上下波動(dòng)。 多次查找后，對(duì)中壓安注和安全殼噴淋系統(tǒng)管線進(jìn)行測(cè)振試驗(yàn)時(shí)，確認(rèn)流量波動(dòng)大的根本原因是管線振動(dòng)大造成的，而且是管道振動(dòng)越強(qiáng)烈 流量波動(dòng)越大。 解決流量波動(dòng)大的根本辦法是根治 管線的劇烈振動(dòng)問(wèn)題，從而為流量測(cè)量創(chuàng)造一個(gè)正常的工作環(huán)境，這也是用孔板作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量流量的基本技術(shù)要求。
1.5 小流量切除
標(biāo)準(zhǔn)孔板和變送器組成的流量測(cè)量系統(tǒng)，是通過(guò)流體介質(zhì)流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孔板在孔板前后產(chǎn)生的差壓， 并且變送器開(kāi)方后顯示相應(yīng)的流量值。 理論上流體停止流動(dòng)孔板前后差壓為 0，流量顯示為 0，但由于孔板安裝及工藝等原因，流體停止流動(dòng)孔板前后也 會(huì)產(chǎn)生微小的差壓，而由于變送器的輸出和差壓成 平方根關(guān)系，尤其是在小差壓低流量量程段，微小 的差壓就會(huì)引起很大的流量波動(dòng)，這是由于開(kāi)方特 性決定的。 舉例說(shuō)明差壓與流量在量程低段的對(duì)應(yīng) 關(guān)系，如表 1 所示。
孔板差壓量程為 0～100 kPa， 對(duì)應(yīng)流量量程為0～100 kg/s。 當(dāng)系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)在孔板前后產(chǎn)生 1 kPa 的 微小差壓，由于差壓與流量成開(kāi)方關(guān)系，差壓 1/100開(kāi)方后是流量的 1/10， 即 1 kPa 的微小差壓對(duì)應(yīng)的 流量是 10 kg/s。 為了克服小差壓對(duì)流量測(cè)量的影 響，利用智能變送器內(nèi)置的小流量切除功能。 由于流量測(cè)量趨勢(shì)的重要性和流量顯示的準(zhǔn)確范圍在30%～70%之間，調(diào)試時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)流量 變送器設(shè)置小于 10%的小信號(hào)切除。
2 解決辦法
2.1 管道振動(dòng)
管道振動(dòng)的主要原因是由于泵、管道、閥門等 都安裝在狹小的房間內(nèi)，加上工藝管道設(shè)計(jì)布置不 合理，彎頭、閥門等節(jié)流件較多，以及支吊架設(shè)計(jì)不 合理造成的。 避免振動(dòng)影響的辦法是合理布置工藝 管道，減少?gòu)濐^，增加直管段的距離。 但對(duì)于已建電廠顯然比較困難，因此是逐步改造的過(guò)程。
2.2 管線節(jié)流裝置
噴淋泵定期試驗(yàn)流量循環(huán)期間， 由于流量低、 波動(dòng)大多次試驗(yàn)不成功。 其根本原因是在部分泵， 如應(yīng)急補(bǔ)水和安全殼噴淋泵的小流量循環(huán)管線，在 測(cè)量孔板前受節(jié)流設(shè)備的影響，在定期試驗(yàn)中因介 質(zhì)汽化造成小流量和雷諾數(shù)變化，從而導(dǎo)致測(cè)量波 動(dòng)[2]。 解決的辦法是移動(dòng)測(cè)量孔板增加節(jié)流級(jí)數(shù)，提 高流量的穩(wěn)定性。
2.3 環(huán)室取壓測(cè)量
解決環(huán)室取壓測(cè)量存在問(wèn)題的方法是改變?cè)O(shè) 計(jì)，即改變?nèi)悍绞絒3]。 但對(duì)于已建電站，會(huì)引起大 量的設(shè)計(jì)變更，并需要試驗(yàn)驗(yàn)證，此方法顯然是不 切實(shí)際的。 鑒于存在的測(cè)量問(wèn)題，可以采用濕吹掃 的辦法，即在工藝管線退出運(yùn)行前，對(duì)安裝孔板管 線段立即進(jìn)行吹掃。 具體過(guò)程：在管線的介質(zhì)剛斷 流不久，用除鹽水向節(jié)流件對(duì)象連續(xù)沖洗，使有腐 蝕性、粘稠性、結(jié)晶性、熔融性及沉淀性等介質(zhì)不停 留在孔板環(huán)室內(nèi)部以及儀表測(cè)量部件中，達(dá)到保護(hù)儀表和節(jié)流裝置的目的。 預(yù)防性維修期間，當(dāng)在孔板對(duì)空后立即實(shí)施濕 態(tài)吹掃和預(yù)防性濕態(tài)吹掃，是降低常溫布置的含硼 管線測(cè)量孔板堵塞風(fēng)險(xiǎn)#有效的辦法。
3 其它測(cè)量方式的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
關(guān)于風(fēng)量和飽和蒸汽流量測(cè)量還有一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以借鑒，如皮托管測(cè)量暖通（HVAC）系統(tǒng)風(fēng) 量測(cè)量，風(fēng)量 60000 m3/h，管內(nèi)壓力 100 kPa 下，對(duì)應(yīng) 節(jié)流差壓一般在 1.5 kPa 以內(nèi)。 主蒸汽流量為飽和蒸 汽，對(duì)應(yīng) 6.27 mPa，278 ℃，1600 t/h 的差壓為100 kPa左右，與風(fēng)量測(cè)量相差很大。 在介質(zhì)成分比較復(fù)雜的流體中，如“三廢”系統(tǒng)包含來(lái)自地坑的廢棄介質(zhì)， 含固體泥砂介質(zhì)等，測(cè) 量裝置可選擇用電磁流量計(jì)，即使這樣，表計(jì)也無(wú)法穩(wěn)定工作。 利用設(shè)備固有的節(jié)流裝置，通過(guò)變工況下的參 數(shù)標(biāo)定，獲得節(jié)流壓力和流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如在電站中主蒸汽流量測(cè)量，是一種很好的工程案例。 此外，冷凍機(jī)冷卻水流量測(cè)量還采用了超聲 波測(cè)量方式，該測(cè)量方現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法標(biāo)定，流量信號(hào) 參與冷凍機(jī)保護(hù)只能依靠其穩(wěn)定性和重復(fù)性好的特點(diǎn)。
4 結(jié)語(yǔ)
流量測(cè)量孔板安裝管線的振動(dòng)問(wèn)題和環(huán)室角 接取壓是目前核電廠流量測(cè)量的#大問(wèn)題，其中振 動(dòng)問(wèn)題對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確性的影響是變化的。 通過(guò)改善管線的布置，降低振動(dòng)，可以提高準(zhǔn)確度。 通過(guò)本文對(duì)上述這些問(wèn)題研究，采取針對(duì)性的解決措施，大大提高了流量測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而保證了電廠的儀控設(shè)備安全及可靠運(yùn)行，取得了巨大 的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 同時(shí)，流量的精que測(cè)量，一 方面可以為操作員提供可靠的工藝參數(shù)指示，減少系統(tǒng)誤動(dòng)作；另一方面可以提供電站運(yùn)行的持續(xù)續(xù)航能力，減少人力、設(shè)備的投資，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 同時(shí)上述改進(jìn)措施也可以用于其他同類型流量測(cè)量?jī)x表的修正和改良， 可以做到良好實(shí)踐，也取得了巨大的社會(huì)效益。
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