三門核電站主蒸汽流量測(cè)量淺析

摘要：文章簡(jiǎn)單介紹了三門核電基于文丘利管束節(jié)流的主蒸汽流量直接測(cè)量方法，通過(guò)分析文丘利管束對(duì)于核電站安全的特殊意義，對(duì)比常規(guī)主蒸汽流量測(cè)量方法，闡述了基于文丘利管束測(cè)量蒸汽流量的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：核電站；蒸汽發(fā)生器；蒸汽限流器；文丘利

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0141-03

1 研究背景

蒸汽流量參數(shù)對(duì)于發(fā)電機(jī)組而言非常關(guān)鍵，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況、過(guò)程控制和性能監(jiān)測(cè)等有著相當(dāng)重要的作用。對(duì)于核電機(jī)組，蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站一、二回路的樞紐，一回路反應(yīng)堆冷卻劑與二回路給水在蒸汽發(fā)生器中進(jìn)行熱交換，主蒸汽流量參數(shù)還直接影響反應(yīng)堆堆芯熱量導(dǎo)出，故還需關(guān)注其特殊的核安全意義。一般電站的蒸汽流量測(cè)量方法主要分為直接測(cè)量方法和間接計(jì)算測(cè)量?jī)煞N。直接測(cè)量方法是利用節(jié)流元件直接獲取蒸汽流量，間接計(jì)算測(cè)量則是根據(jù)弗留格爾公式間接計(jì)算得出主蒸汽流量。

三門核電站采用基于文丘利管束的蒸汽限流器作為節(jié)流元件的直接測(cè)量方法測(cè)量主蒸汽流量。本文分析了直接測(cè)量法在三門核電主蒸汽流量測(cè)量中的實(shí)現(xiàn)，以及節(jié)流元件對(duì)于電站安全的特殊意義。

2 間接法測(cè)量主蒸汽流量

采用間接換算法測(cè)量主蒸汽流量，其理論依據(jù)為汽輪機(jī)理論中著名的弗留格爾公式。因?yàn)闆](méi)有節(jié)流元件造成蒸汽的壓力損失，間接法測(cè)量主蒸汽流量的顯著優(yōu)點(diǎn)為減少汽耗，可靠性和穩(wěn)定性也較高。

基于弗留格爾公式的間接計(jì)算測(cè)量法，有著明確的條件限制：（1）通流面積不變；（2）機(jī)組內(nèi)各級(jí)流量相同；（3）級(jí)組內(nèi)各級(jí)前溫度變化率相同；（4）級(jí)組內(nèi)不得串有其他非線性元件。對(duì)于條件（1），只要避開(kāi)調(diào)節(jié)級(jí)，一般容易得到滿足。而對(duì)于條件（2），則情況較為復(fù)雜。通?；?zé)崾綑C(jī)組各級(jí)抽汽量在相當(dāng)范圍內(nèi)與機(jī)組的進(jìn)汽量近似成正比，且其量與進(jìn)汽量相比較小，故間接法測(cè)量也能獲得較高的準(zhǔn)確性。但對(duì)于再熱機(jī)組，由于再熱器的存在和對(duì)外供汽等因素條件（2）～（4）均不能得到滿足。現(xiàn)在工程應(yīng)用上，通常采取將高壓缸全體壓力級(jí)作為一個(gè)級(jí)組，引入加熱器運(yùn)行修正系數(shù)、使用改進(jìn)型弗留格爾公式進(jìn)行蒸汽流量

測(cè)量。

3 直接測(cè)量法在三門核電主蒸汽流量測(cè)量中的實(shí)現(xiàn)

3.1 流量測(cè)量的基本原理

3.2 理論模型與功率運(yùn)行流量計(jì)算

三門核電1號(hào)機(jī)，節(jié)流元件為文丘利管束，又稱為蒸汽限流器，布置于蒸發(fā)器蒸汽出口管嘴內(nèi)，如圖1-3所示。中心文丘利管位于蒸汽出口管嘴正中心，其余六個(gè)文丘利管環(huán)狀分布于中心文丘利管四周，呈正六邊形。蒸汽限流器有兩種工作模式，蒸汽限流工況和非蒸汽限流工況。非蒸汽限流工況下文丘利管束作為蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的節(jié)流元件。文丘利管組為幾何對(duì)稱布置，根據(jù)并聯(lián)管路計(jì)算原則，可以近似認(rèn)為通過(guò)每個(gè)文丘利管的流量相同。下文基于一個(gè)文丘利管進(jìn)行流量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果乘以文丘利管數(shù)量即為蒸汽管嘴出口蒸汽總

流量。

4 節(jié)流元件對(duì)電站安全的特殊意義

由上文可知，蒸汽限流器作為節(jié)流元件有兩種工作模式，在非蒸汽限流工況下，文丘利管束作為主蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的節(jié)流元件，產(chǎn)生靜壓差以直接測(cè)量主蒸汽流量。在非蒸汽限流工況下，即在蒸汽管道發(fā)生破口事故時(shí)，蒸汽發(fā)生器限流器則為臨界文丘利，承擔(dān)限制蒸汽排放的速率，降低蒸發(fā)器從一回路冷卻劑的吸熱速度，留給安全停堆、專設(shè)安全設(shè)施啟動(dòng)的裕量，從而避免冷卻劑過(guò)冷引入的正反應(yīng)性使得堆芯熔毀的功能。

4.1 基本原理

假設(shè)維持蒸汽限流器入口壓力、溫度的情況下，不斷降低出口壓力時(shí)，通過(guò)文丘利管的流體質(zhì)量流量將會(huì)逐漸增加。當(dāng)出口壓力下降達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，蒸汽限流器喉部流速達(dá)到最大，為當(dāng)?shù)匾羲伲藭r(shí)通過(guò)限流器的蒸汽流量也達(dá)到最大值。此時(shí)蒸汽流量為臨界流量，喉部壓力與入口壓力之比為臨界壓力比。進(jìn)一步降低出口壓力，限流器喉部的蒸汽流速將處于當(dāng)?shù)芈曀俨辉俑淖?，通過(guò)限流器的蒸汽流量也不再隨著出口壓力的降低而變化。這是因?yàn)槲⑿毫Σ▌?dòng)是以聲速傳播的，當(dāng)限流器喉部流速達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀贂r(shí)，出口壓力的波動(dòng)將傳遞不到限流器喉部。蒸發(fā)器出口限流器正是根據(jù)文丘利式蒸汽限流器這一特性，來(lái)限制蒸汽管線破口的時(shí)蒸汽排放速度。

4.2 非蒸汽限流工況下數(shù)學(xué)模型

5 與其他主蒸汽流量測(cè)量方法的對(duì)比

5.1 與主蒸汽流量間接測(cè)量法相比

顯然，三門核電主蒸汽直接測(cè)量法與主蒸汽流量間接方法相比，最突出的優(yōu)勢(shì)在于其節(jié)流元件對(duì)核電站的特殊安全意義。在主蒸汽管道破口的事故工況下限制蒸汽泄漏速度，限制最大蒸汽排放量，避免因?yàn)橐换芈防鋮s劑過(guò)冷所引入的正反應(yīng)性導(dǎo)致偏離泡核沸騰（DNB）。從核安全的角度來(lái)講，采用文丘利管束限流功能的安全意義高過(guò)于其作為節(jié)流元件的功能。這也是不同于大容量火電機(jī)組，核電機(jī)組大多采用節(jié)流裝置測(cè)量主蒸汽流量的原因之一。此外，基于弗留格爾公式應(yīng)用有著嚴(yán)格的限制條件，對(duì)于再熱機(jī)組，間接法測(cè)量蒸汽流量并不準(zhǔn)確，需要對(duì)通流系數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的修正。且需要進(jìn)行定期的流量試驗(yàn)，比較主蒸汽流量與給水流量之間的關(guān)系，確定通流面積是否改變。

5.2 與采用孔板作為節(jié)流元件相比

雖然臨界孔板也可實(shí)現(xiàn)限流的功能，但在非蒸汽限流工況下，蒸汽流經(jīng)孔板的壓損更高，較高的熱損對(duì)機(jī)組的熱效益不利。文丘利管束節(jié)流元件，還有便于整體鑄造、降低取壓前后直管段要求，減少成本等優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

文丘利管壓損小，制造維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)優(yōu)于孔板，且其臨界限流特性，對(duì)于核安全有著特殊的意義。采用文丘里管束節(jié)流元件在事故工況下固有的安全特性，為保證堆芯安全添加了一道屏障，為后續(xù)的事故緩解爭(zhēng)取了裕量。這樣的設(shè)計(jì)也暗合了三代核電機(jī)組“非能動(dòng)”理念。這也是三門核電項(xiàng)目采用基于文丘利管束的蒸汽限流器作為節(jié)流元件的直接測(cè)量方法測(cè)量主蒸汽流量的優(yōu)勢(shì)所在。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉世勛，高擁軍.蒸汽發(fā)生器用蒸汽限流器的理論分析與設(shè)計(jì)[R].中國(guó)核科技報(bào)告.

[2] 楊萍，曹振新，陳德新，張健.主蒸汽流量直接與間接測(cè)量方法研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2008，（4）.

[3] 蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[4] 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量（GB/T2624-2006）[S].

[5] AP1000SteamGeneratorAnalysis：GENFPerformanceModelCalculations，2001.

[6] AP1000SteamGeneratorUpperShellAssembly，2010.

作者簡(jiǎn)介：王超（1988—），男，中核集團(tuán)三門核電有限公司助理工程師，研究方向：熱工儀表測(cè)量。endprint

摘要：文章簡(jiǎn)單介紹了三門核電基于文丘利管束節(jié)流的主蒸汽流量直接測(cè)量方法，通過(guò)分析文丘利管束對(duì)于核電站安全的特殊意義，對(duì)比常規(guī)主蒸汽流量測(cè)量方法，闡述了基于文丘利管束測(cè)量蒸汽流量的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：核電站；蒸汽發(fā)生器；蒸汽限流器；文丘利

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0141-03

1 研究背景

蒸汽流量參數(shù)對(duì)于發(fā)電機(jī)組而言非常關(guān)鍵，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況、過(guò)程控制和性能監(jiān)測(cè)等有著相當(dāng)重要的作用。對(duì)于核電機(jī)組，蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站一、二回路的樞紐，一回路反應(yīng)堆冷卻劑與二回路給水在蒸汽發(fā)生器中進(jìn)行熱交換，主蒸汽流量參數(shù)還直接影響反應(yīng)堆堆芯熱量導(dǎo)出，故還需關(guān)注其特殊的核安全意義。一般電站的蒸汽流量測(cè)量方法主要分為直接測(cè)量方法和間接計(jì)算測(cè)量?jī)煞N。直接測(cè)量方法是利用節(jié)流元件直接獲取蒸汽流量，間接計(jì)算測(cè)量則是根據(jù)弗留格爾公式間接計(jì)算得出主蒸汽流量。

三門核電站采用基于文丘利管束的蒸汽限流器作為節(jié)流元件的直接測(cè)量方法測(cè)量主蒸汽流量。本文分析了直接測(cè)量法在三門核電主蒸汽流量測(cè)量中的實(shí)現(xiàn)，以及節(jié)流元件對(duì)于電站安全的特殊意義。

2 間接法測(cè)量主蒸汽流量

采用間接換算法測(cè)量主蒸汽流量，其理論依據(jù)為汽輪機(jī)理論中著名的弗留格爾公式。因?yàn)闆](méi)有節(jié)流元件造成蒸汽的壓力損失，間接法測(cè)量主蒸汽流量的顯著優(yōu)點(diǎn)為減少汽耗，可靠性和穩(wěn)定性也較高。

基于弗留格爾公式的間接計(jì)算測(cè)量法，有著明確的條件限制：（1）通流面積不變；（2）機(jī)組內(nèi)各級(jí)流量相同；（3）級(jí)組內(nèi)各級(jí)前溫度變化率相同；（4）級(jí)組內(nèi)不得串有其他非線性元件。對(duì)于條件（1），只要避開(kāi)調(diào)節(jié)級(jí)，一般容易得到滿足。而對(duì)于條件（2），則情況較為復(fù)雜。通?；?zé)崾綑C(jī)組各級(jí)抽汽量在相當(dāng)范圍內(nèi)與機(jī)組的進(jìn)汽量近似成正比，且其量與進(jìn)汽量相比較小，故間接法測(cè)量也能獲得較高的準(zhǔn)確性。但對(duì)于再熱機(jī)組，由于再熱器的存在和對(duì)外供汽等因素條件（2）～（4）均不能得到滿足。現(xiàn)在工程應(yīng)用上，通常采取將高壓缸全體壓力級(jí)作為一個(gè)級(jí)組，引入加熱器運(yùn)行修正系數(shù)、使用改進(jìn)型弗留格爾公式進(jìn)行蒸汽流量

測(cè)量。

3 直接測(cè)量法在三門核電主蒸汽流量測(cè)量中的實(shí)現(xiàn)

3.1 流量測(cè)量的基本原理

3.2 理論模型與功率運(yùn)行流量計(jì)算

三門核電1號(hào)機(jī)，節(jié)流元件為文丘利管束，又稱為蒸汽限流器，布置于蒸發(fā)器蒸汽出口管嘴內(nèi)，如圖1-3所示。中心文丘利管位于蒸汽出口管嘴正中心，其余六個(gè)文丘利管環(huán)狀分布于中心文丘利管四周，呈正六邊形。蒸汽限流器有兩種工作模式，蒸汽限流工況和非蒸汽限流工況。非蒸汽限流工況下文丘利管束作為蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的節(jié)流元件。文丘利管組為幾何對(duì)稱布置，根據(jù)并聯(lián)管路計(jì)算原則，可以近似認(rèn)為通過(guò)每個(gè)文丘利管的流量相同。下文基于一個(gè)文丘利管進(jìn)行流量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果乘以文丘利管數(shù)量即為蒸汽管嘴出口蒸汽總

流量。

4 節(jié)流元件對(duì)電站安全的特殊意義

由上文可知，蒸汽限流器作為節(jié)流元件有兩種工作模式，在非蒸汽限流工況下，文丘利管束作為主蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的節(jié)流元件，產(chǎn)生靜壓差以直接測(cè)量主蒸汽流量。在非蒸汽限流工況下，即在蒸汽管道發(fā)生破口事故時(shí)，蒸汽發(fā)生器限流器則為臨界文丘利，承擔(dān)限制蒸汽排放的速率，降低蒸發(fā)器從一回路冷卻劑的吸熱速度，留給安全停堆、專設(shè)安全設(shè)施啟動(dòng)的裕量，從而避免冷卻劑過(guò)冷引入的正反應(yīng)性使得堆芯熔毀的功能。

4.1 基本原理

假設(shè)維持蒸汽限流器入口壓力、溫度的情況下，不斷降低出口壓力時(shí)，通過(guò)文丘利管的流體質(zhì)量流量將會(huì)逐漸增加。當(dāng)出口壓力下降達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，蒸汽限流器喉部流速達(dá)到最大，為當(dāng)?shù)匾羲?，此時(shí)通過(guò)限流器的蒸汽流量也達(dá)到最大值。此時(shí)蒸汽流量為臨界流量，喉部壓力與入口壓力之比為臨界壓力比。進(jìn)一步降低出口壓力，限流器喉部的蒸汽流速將處于當(dāng)?shù)芈曀俨辉俑淖?，通過(guò)限流器的蒸汽流量也不再隨著出口壓力的降低而變化。這是因?yàn)槲⑿毫Σ▌?dòng)是以聲速傳播的，當(dāng)限流器喉部流速達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀贂r(shí)，出口壓力的波動(dòng)將傳遞不到限流器喉部。蒸發(fā)器出口限流器正是根據(jù)文丘利式蒸汽限流器這一特性，來(lái)限制蒸汽管線破口的時(shí)蒸汽排放速度。

4.2 非蒸汽限流工況下數(shù)學(xué)模型

5 與其他主蒸汽流量測(cè)量方法的對(duì)比

5.1 與主蒸汽流量間接測(cè)量法相比

顯然，三門核電主蒸汽直接測(cè)量法與主蒸汽流量間接方法相比，最突出的優(yōu)勢(shì)在于其節(jié)流元件對(duì)核電站的特殊安全意義。在主蒸汽管道破口的事故工況下限制蒸汽泄漏速度，限制最大蒸汽排放量，避免因?yàn)橐换芈防鋮s劑過(guò)冷所引入的正反應(yīng)性導(dǎo)致偏離泡核沸騰（DNB）。從核安全的角度來(lái)講，采用文丘利管束限流功能的安全意義高過(guò)于其作為節(jié)流元件的功能。這也是不同于大容量火電機(jī)組，核電機(jī)組大多采用節(jié)流裝置測(cè)量主蒸汽流量的原因之一。此外，基于弗留格爾公式應(yīng)用有著嚴(yán)格的限制條件，對(duì)于再熱機(jī)組，間接法測(cè)量蒸汽流量并不準(zhǔn)確，需要對(duì)通流系數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的修正。且需要進(jìn)行定期的流量試驗(yàn)，比較主蒸汽流量與給水流量之間的關(guān)系，確定通流面積是否改變。

5.2 與采用孔板作為節(jié)流元件相比

雖然臨界孔板也可實(shí)現(xiàn)限流的功能，但在非蒸汽限流工況下，蒸汽流經(jīng)孔板的壓損更高，較高的熱損對(duì)機(jī)組的熱效益不利。文丘利管束節(jié)流元件，還有便于整體鑄造、降低取壓前后直管段要求，減少成本等優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

文丘利管壓損小，制造維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)優(yōu)于孔板，且其臨界限流特性，對(duì)于核安全有著特殊的意義。采用文丘里管束節(jié)流元件在事故工況下固有的安全特性，為保證堆芯安全添加了一道屏障，為后續(xù)的事故緩解爭(zhēng)取了裕量。這樣的設(shè)計(jì)也暗合了三代核電機(jī)組“非能動(dòng)”理念。這也是三門核電項(xiàng)目采用基于文丘利管束的蒸汽限流器作為節(jié)流元件的直接測(cè)量方法測(cè)量主蒸汽流量的優(yōu)勢(shì)所在。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉世勛，高擁軍.蒸汽發(fā)生器用蒸汽限流器的理論分析與設(shè)計(jì)[R].中國(guó)核科技報(bào)告.

[2] 楊萍，曹振新，陳德新，張健.主蒸汽流量直接與間接測(cè)量方法研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2008，（4）.

[3] 蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[4] 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量（GB/T2624-2006）[S].

[5] AP1000SteamGeneratorAnalysis：GENFPerformanceModelCalculations，2001.

[6] AP1000SteamGeneratorUpperShellAssembly，2010.

作者簡(jiǎn)介：王超（1988—），男，中核集團(tuán)三門核電有限公司助理工程師，研究方向：熱工儀表測(cè)量。endprint

摘要：文章簡(jiǎn)單介紹了三門核電基于文丘利管束節(jié)流的主蒸汽流量直接測(cè)量方法，通過(guò)分析文丘利管束對(duì)于核電站安全的特殊意義，對(duì)比常規(guī)主蒸汽流量測(cè)量方法，闡述了基于文丘利管束測(cè)量蒸汽流量的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：核電站；蒸汽發(fā)生器；蒸汽限流器；文丘利

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0141-03

1 研究背景

蒸汽流量參數(shù)對(duì)于發(fā)電機(jī)組而言非常關(guān)鍵，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況、過(guò)程控制和性能監(jiān)測(cè)等有著相當(dāng)重要的作用。對(duì)于核電機(jī)組，蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站一、二回路的樞紐，一回路反應(yīng)堆冷卻劑與二回路給水在蒸汽發(fā)生器中進(jìn)行熱交換，主蒸汽流量參數(shù)還直接影響反應(yīng)堆堆芯熱量導(dǎo)出，故還需關(guān)注其特殊的核安全意義。一般電站的蒸汽流量測(cè)量方法主要分為直接測(cè)量方法和間接計(jì)算測(cè)量?jī)煞N。直接測(cè)量方法是利用節(jié)流元件直接獲取蒸汽流量，間接計(jì)算測(cè)量則是根據(jù)弗留格爾公式間接計(jì)算得出主蒸汽流量。

三門核電站采用基于文丘利管束的蒸汽限流器作為節(jié)流元件的直接測(cè)量方法測(cè)量主蒸汽流量。本文分析了直接測(cè)量法在三門核電主蒸汽流量測(cè)量中的實(shí)現(xiàn)，以及節(jié)流元件對(duì)于電站安全的特殊意義。

2 間接法測(cè)量主蒸汽流量

采用間接換算法測(cè)量主蒸汽流量，其理論依據(jù)為汽輪機(jī)理論中著名的弗留格爾公式。因?yàn)闆](méi)有節(jié)流元件造成蒸汽的壓力損失，間接法測(cè)量主蒸汽流量的顯著優(yōu)點(diǎn)為減少汽耗，可靠性和穩(wěn)定性也較高。

基于弗留格爾公式的間接計(jì)算測(cè)量法，有著明確的條件限制：（1）通流面積不變；（2）機(jī)組內(nèi)各級(jí)流量相同；（3）級(jí)組內(nèi)各級(jí)前溫度變化率相同；（4）級(jí)組內(nèi)不得串有其他非線性元件。對(duì)于條件（1），只要避開(kāi)調(diào)節(jié)級(jí)，一般容易得到滿足。而對(duì)于條件（2），則情況較為復(fù)雜。通?；?zé)崾綑C(jī)組各級(jí)抽汽量在相當(dāng)范圍內(nèi)與機(jī)組的進(jìn)汽量近似成正比，且其量與進(jìn)汽量相比較小，故間接法測(cè)量也能獲得較高的準(zhǔn)確性。但對(duì)于再熱機(jī)組，由于再熱器的存在和對(duì)外供汽等因素條件（2）～（4）均不能得到滿足。現(xiàn)在工程應(yīng)用上，通常采取將高壓缸全體壓力級(jí)作為一個(gè)級(jí)組，引入加熱器運(yùn)行修正系數(shù)、使用改進(jìn)型弗留格爾公式進(jìn)行蒸汽流量

測(cè)量。

3 直接測(cè)量法在三門核電主蒸汽流量測(cè)量中的實(shí)現(xiàn)

3.1 流量測(cè)量的基本原理

3.2 理論模型與功率運(yùn)行流量計(jì)算

三門核電1號(hào)機(jī)，節(jié)流元件為文丘利管束，又稱為蒸汽限流器，布置于蒸發(fā)器蒸汽出口管嘴內(nèi)，如圖1-3所示。中心文丘利管位于蒸汽出口管嘴正中心，其余六個(gè)文丘利管環(huán)狀分布于中心文丘利管四周，呈正六邊形。蒸汽限流器有兩種工作模式，蒸汽限流工況和非蒸汽限流工況。非蒸汽限流工況下文丘利管束作為蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的節(jié)流元件。文丘利管組為幾何對(duì)稱布置，根據(jù)并聯(lián)管路計(jì)算原則，可以近似認(rèn)為通過(guò)每個(gè)文丘利管的流量相同。下文基于一個(gè)文丘利管進(jìn)行流量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果乘以文丘利管數(shù)量即為蒸汽管嘴出口蒸汽總

流量。

4 節(jié)流元件對(duì)電站安全的特殊意義

由上文可知，蒸汽限流器作為節(jié)流元件有兩種工作模式，在非蒸汽限流工況下，文丘利管束作為主蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的節(jié)流元件，產(chǎn)生靜壓差以直接測(cè)量主蒸汽流量。在非蒸汽限流工況下，即在蒸汽管道發(fā)生破口事故時(shí)，蒸汽發(fā)生器限流器則為臨界文丘利，承擔(dān)限制蒸汽排放的速率，降低蒸發(fā)器從一回路冷卻劑的吸熱速度，留給安全停堆、專設(shè)安全設(shè)施啟動(dòng)的裕量，從而避免冷卻劑過(guò)冷引入的正反應(yīng)性使得堆芯熔毀的功能。

4.1 基本原理

假設(shè)維持蒸汽限流器入口壓力、溫度的情況下，不斷降低出口壓力時(shí)，通過(guò)文丘利管的流體質(zhì)量流量將會(huì)逐漸增加。當(dāng)出口壓力下降達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，蒸汽限流器喉部流速達(dá)到最大，為當(dāng)?shù)匾羲?，此時(shí)通過(guò)限流器的蒸汽流量也達(dá)到最大值。此時(shí)蒸汽流量為臨界流量，喉部壓力與入口壓力之比為臨界壓力比。進(jìn)一步降低出口壓力，限流器喉部的蒸汽流速將處于當(dāng)?shù)芈曀俨辉俑淖?，通過(guò)限流器的蒸汽流量也不再隨著出口壓力的降低而變化。這是因?yàn)槲⑿毫Σ▌?dòng)是以聲速傳播的，當(dāng)限流器喉部流速達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀贂r(shí)，出口壓力的波動(dòng)將傳遞不到限流器喉部。蒸發(fā)器出口限流器正是根據(jù)文丘利式蒸汽限流器這一特性，來(lái)限制蒸汽管線破口的時(shí)蒸汽排放速度。

4.2 非蒸汽限流工況下數(shù)學(xué)模型

5 與其他主蒸汽流量測(cè)量方法的對(duì)比

5.1 與主蒸汽流量間接測(cè)量法相比

顯然，三門核電主蒸汽直接測(cè)量法與主蒸汽流量間接方法相比，最突出的優(yōu)勢(shì)在于其節(jié)流元件對(duì)核電站的特殊安全意義。在主蒸汽管道破口的事故工況下限制蒸汽泄漏速度，限制最大蒸汽排放量，避免因?yàn)橐换芈防鋮s劑過(guò)冷所引入的正反應(yīng)性導(dǎo)致偏離泡核沸騰（DNB）。從核安全的角度來(lái)講，采用文丘利管束限流功能的安全意義高過(guò)于其作為節(jié)流元件的功能。這也是不同于大容量火電機(jī)組，核電機(jī)組大多采用節(jié)流裝置測(cè)量主蒸汽流量的原因之一。此外，基于弗留格爾公式應(yīng)用有著嚴(yán)格的限制條件，對(duì)于再熱機(jī)組，間接法測(cè)量蒸汽流量并不準(zhǔn)確，需要對(duì)通流系數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的修正。且需要進(jìn)行定期的流量試驗(yàn)，比較主蒸汽流量與給水流量之間的關(guān)系，確定通流面積是否改變。

5.2 與采用孔板作為節(jié)流元件相比

雖然臨界孔板也可實(shí)現(xiàn)限流的功能，但在非蒸汽限流工況下，蒸汽流經(jīng)孔板的壓損更高，較高的熱損對(duì)機(jī)組的熱效益不利。文丘利管束節(jié)流元件，還有便于整體鑄造、降低取壓前后直管段要求，減少成本等優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

文丘利管壓損小，制造維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)優(yōu)于孔板，且其臨界限流特性，對(duì)于核安全有著特殊的意義。采用文丘里管束節(jié)流元件在事故工況下固有的安全特性，為保證堆芯安全添加了一道屏障，為后續(xù)的事故緩解爭(zhēng)取了裕量。這樣的設(shè)計(jì)也暗合了三代核電機(jī)組“非能動(dòng)”理念。這也是三門核電項(xiàng)目采用基于文丘利管束的蒸汽限流器作為節(jié)流元件的直接測(cè)量方法測(cè)量主蒸汽流量的優(yōu)勢(shì)所在。

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作者簡(jiǎn)介：王超（1988—），男，中核集團(tuán)三門核電有限公司助理工程師，研究方向：熱工儀表測(cè)量。endprint