M310核電站用在線安裝流量計的選型與應(yīng)用問題研究

李玉榮 李昌磊

（中國核電工程有限公司北京核工程研究設(shè)計院 電氣儀控所，中國 北京 100840）

0 引言

目前國內(nèi)M310 核電站使用的在線安裝流量計主要有浮子（轉(zhuǎn)子）流量計、橢圓齒輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計、渦輪流量計和旋進(jìn)旋渦流量計等。由于現(xiàn)場的安裝條件往往會直接影響流量計的準(zhǔn)確度，因此人們更加關(guān)注在實際安裝條件下所選用的流量計的準(zhǔn)確度。但由于流量計的種類很多，而選型中又涉及許多技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素。必須要綜合考慮這些因素，才有可能同時做到技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上合理[1]。

1 在線安裝流量計選型依據(jù)文件

流量儀表規(guī)格書

流量儀表數(shù)據(jù)表

國際、國內(nèi)相關(guān)的流量計標(biāo)準(zhǔn)

其他相關(guān)技術(shù)文件（如涉及抗震分析、涂裝、清潔和過程連接有關(guān)的技術(shù)文件）

2 在線安裝流量計的選型

流量計在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，由于流量測量技術(shù)與流量計類型繁多，測量對象復(fù)雜多樣，決定了流量計在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性。因此，流量計選型具有很強的技術(shù)性和實用性[2]。核電站在線安裝流量計的選型需要綜合考慮2.1 節(jié)的技術(shù)要求、經(jīng)驗反饋以及供貨商的資質(zhì)及供貨業(yè)績等。

2.1 技術(shù)要求

在線安裝流量計在選型時需要考慮的技術(shù)要求主要包括以下內(nèi)容：

1）工藝參數(shù)：包括系統(tǒng)運行期間可能出現(xiàn)的最小/正常/最大流量值、設(shè)計/正常壓力值、設(shè)計/正常溫度值、介質(zhì)類型、介質(zhì)密度和粘度、導(dǎo)電率等。

2）參考精度、重復(fù)性、回差和壓力損失：為了滿足顯示和控制精度，需要規(guī)定全量程或分段量程內(nèi)的精度和重復(fù)性；為了正確觸發(fā)和消除報警，開關(guān)量儀表要規(guī)定可接受的回差要求；為了減小輸運流體的動力，需要規(guī)定流量計可接受的壓力損失。

3）就地指示、輸出信號：一般對于遠(yuǎn)傳流量計要求送出4-20mA的信號。

4）供電：對于需要外供電才能工作的儀表，供電電壓為220VAC/50Hz；對于二線制儀表，信號電壓為24VDC；對于流量開關(guān)，觸點容量要求48VDC，1A；對于在失去廠供電源而就地仍有指示要求的流量計，則需流量計自帶電池供電。

5）安全分級和抗震等級：所有的在線安裝流量計的安全分級均為非安全級；當(dāng)所安裝管道有抗震要求時，流量計相應(yīng)的需滿足1I 要求，即在安全停堆地震（SSE）下必須保持結(jié)構(gòu)完整性。

6）清潔度要求、涂漆要求：根據(jù)介質(zhì)情況規(guī)定清潔度要求，在線安裝流量計的清潔度等級有A22、B、C 級；非不銹鋼組件應(yīng)涂去污漆。

7）電氣連接方式：通常要求供貨商根據(jù)買方提供的電纜外徑配備電纜密封頭；對于分體安裝的且傳感器送出特殊信號的電磁流量計和超聲波流量計，由供貨商提供規(guī)定長度的電纜與轉(zhuǎn)換器相接。電纜最低要求為低煙、無鹵、阻燃。

8）材質(zhì)要求：位于反應(yīng)堆廠房的儀表，限用鋁。接液材質(zhì)應(yīng)選用奧氏體不銹鋼；有些儀表安裝在輻照區(qū)域，其采用的非金屬材料應(yīng)考慮抗輻照能力。

9）過程連接方式、尺寸與布置要求：流量計在管路上的安裝方式主要有法蘭、焊接、螺紋和軟管這幾種；考慮到現(xiàn)場安裝與維護(hù)，要規(guī)定流量計可接受的最大外形尺寸；為了正確選型和便于就地讀數(shù)，要規(guī)定流經(jīng)流量計的介質(zhì)流動方向。

10）環(huán)境條件：對于安裝在易燃易爆區(qū)的流量計，應(yīng)當(dāng)考慮防爆要求；為了便于運行維護(hù)并降低人員的輻照劑量，對于安裝在紅區(qū)和橙區(qū)的，流量計應(yīng)采用分體安裝；根據(jù)流量計儲存和安裝的環(huán)境條件，規(guī)定適宜的防護(hù)等級。

2.2 流量計選型過程

一般而言，可首先對流量計的特殊要求（防爆要求、輻照要求、抗震要求、防護(hù)要求）、被測介質(zhì)的類型（蒸汽、氣體、液體）、介質(zhì)導(dǎo)電性、介質(zhì)密度、介質(zhì)粘度、介質(zhì)是否含固體顆粒、介質(zhì)流向、儀表功能要求（就地還是遠(yuǎn)傳，是否需要累積，是否要求測量雙向流）、安裝條件（環(huán)境條件和空間位置）等大的方面進(jìn)行考慮，利用排除法排除不適用的儀表類型，再將具體設(shè)計要求（如量程、精度、安裝方式、供電條件、特殊功能要求等）與廠家樣本結(jié)合起來，綜合考慮各種儀表類型的優(yōu)缺點，并最終篩選出能夠滿足測量要求并兼具經(jīng)濟(jì)性的型號。

2.2.1 特殊要求

對于有防爆要求、抗震1I 要求或安裝在紅區(qū)、橙區(qū)的流量計，首先要確保其在供貨商已有的防爆證書、抗震試驗或抗震分析報告、輻照試驗報告或應(yīng)用業(yè)績的包絡(luò)范圍內(nèi)。對于無法包絡(luò)的，供貨合同中要明確處理方案及完成時限。

2.2.2 流量計選型代碼確定

對照供貨商樣本，根據(jù)設(shè)計要求逐一確定流量計的產(chǎn)品選型代碼，這一組代碼即代表了流量計的完整產(chǎn)品信息。

對于某些儀表（如橢圓齒輪流量計、電磁流量計），查閱選型樣本即可選定合適的儀表量程；而對于某些儀表（如浮子流量計），則需要將過程參數(shù)輸入選型軟件后計算得出與量程相對應(yīng)的錐管號。

3 核電站用在線安裝流量計現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)有不少流量計廠家投入大量資金研制適用于核電站的在線安裝流量計，并通過了抗震和輻照試驗，形成了具有一定成熟度的產(chǎn)品系列，如承德熱河克羅尼儀表有限公司生產(chǎn)的浮子流量計、合肥精大儀表股份有限公司生產(chǎn)的橢圓齒輪流量計以及開封儀表有限公司生產(chǎn)的電磁流量計。這些流量計由國內(nèi)供貨已經(jīng)相對比較成熟，無需再由國外采購。

但是還有一些流量計由于性能要求高或安裝空間限制，目前國內(nèi)還沒有滿足要求的成熟產(chǎn)品，如以下4.2、4.3 節(jié)所提到的流量計。

4 選型經(jīng)驗總結(jié)與反饋

4.1 RCV 系統(tǒng)大量程比浮子流量計

嶺澳二期測量主泵泄漏流量的窄量程流量計RCV036/038/040MD，需測量的流量范圍為25～500 L/h，量程比達(dá)到20：1。而管路內(nèi)的最大流量可達(dá)1400L/h，流量計有可能長期處于超量程狀態(tài)。儀表還要滿足抗震1I 和清潔度A22 的要求。

開封儀表有限公司針對以上要求率先成功研制出滿足寬量程比，并可長期承受超量程的浮子流量計AMH251DY，成功通過了抗震試驗，目前已應(yīng)用于嶺澳二期核電站，使用情況良好。

4.2 REN 系統(tǒng)低電導(dǎo)率流量計

流量計REN363-366MD 的抗震等級為1I，清潔度等級為A22。所測介質(zhì)為反應(yīng)堆冷卻劑，流量最小值為40L/h，最大值為250L/h。測點位于紅區(qū)，儀表考慮分體安裝。

儀表安裝位置在除鹽床出口，導(dǎo)電離子被除去，介質(zhì)中僅有硼酸，電導(dǎo)率在5us/cm 以下。秦山二期這四臺流量計選用的是橢圓齒輪流量計，但應(yīng)用不理想，現(xiàn)場反饋存在管道中腐蝕產(chǎn)物堵塞齒輪通道，不能轉(zhuǎn)動的問題。大亞灣和嶺澳核電站選用的是福爾赫曼的渦輪流量計，至今現(xiàn)場未反饋問題，但價格非常昂貴。針對以上情況，目前已有多個流量計廠家開始研制可以和福爾赫曼渦輪流量計相媲美的渦輪流量計，設(shè)計中考慮抗震及輻照的要求，將樣機設(shè)計的更加堅固，非金屬部件選用耐輻照材料。

4.3 SAR 系統(tǒng)氣體流量計

SAR001MD 測量安全殼內(nèi)壓空母管的壓縮空氣流量，壓力波動范圍為0.6-0.9MPa。安裝于水平1”管道上，前后直管段都非常有限，上游不遠(yuǎn)處為隔離閥且閥后管道有縮徑，下游不遠(yuǎn)處為異徑三通。

SAR001MD 在秦山二期選用的是浮子流量計，同時采用溫度計和壓力變送器分別測量壓空母管的溫度和壓力，最后在流量積算儀中進(jìn)行溫度與壓力的修正，并折算成標(biāo)準(zhǔn)工況下的流量輸出。儀表的最大流量可達(dá)80Nm3/h，所選量程為0-80Nm3/h。正常工作流量只有7Nm3/h，處于量程的10%左右，在儀表的不穩(wěn)定工作區(qū)，現(xiàn)場反饋儀表指示一直存在大幅度波動的現(xiàn)象。經(jīng)咨詢浮子流量計廠家，充硅油可減小壓力波動對儀表輸出的影響，但核電站壓縮空氣品質(zhì)要求較高，因此充硅油不可行。

秦山二期改造時將2 號機組儀表更換為FOX 熱式質(zhì)量流量計，量程比可達(dá)100：1。但現(xiàn)場使用的經(jīng)驗反饋標(biāo)明，效果也不太理想，運行檢修人員多次到儀表安裝現(xiàn)場觀察后，分析產(chǎn)生波動的原因為：流量變送器的出口處離擴(kuò)大管較近，在此處氣體流動會產(chǎn)生波動，造成氣體流量的不穩(wěn)定。于是對流量計前后管路進(jìn)行了優(yōu)化改造，在儀表安裝位置前后增加口字型的測量環(huán)路用于穩(wěn)流，增大前后直管段以及將測量管線改為與儀表口徑一致不再進(jìn)行縮擴(kuò)管處理。經(jīng)過兩次改造，之后沒有再收到現(xiàn)場關(guān)于儀表問題的反饋。

嶺澳一期和二期均選用的是福爾赫曼的氣體渦輪流量計。但無論是熱式質(zhì)量流量計還是渦輪流量計，價格都非常高昂。為此在后續(xù)核電站設(shè)計中嘗試選用自帶溫壓補償?shù)男M(jìn)旋渦流量計，從設(shè)計上旋進(jìn)旋渦流量計對介質(zhì)壓力波動不敏感，前后直管段要求比較低（前3 后2），價格相對熱式質(zhì)量流量計和福爾赫曼渦輪流量計具有很大的優(yōu)勢。不過旋進(jìn)漩渦流量計的使用效果還需在后續(xù)系統(tǒng)調(diào)試、運行中進(jìn)行檢驗。

5 結(jié)束語

核電站使用的在線安裝流量計與普通工業(yè)過程用流量計相比，工作環(huán)境更為嚴(yán)酷，應(yīng)當(dāng)充分考慮輻照、抗震等特殊要求。核電站用在線安裝流量計的國產(chǎn)化率已達(dá)到較高水平，設(shè)計人員要密切關(guān)注國產(chǎn)化進(jìn)程并跟蹤核電現(xiàn)場的使用情況，對于少數(shù)目前仍由國外供貨的儀表，爭取早日由國內(nèi)提供可靠的成熟產(chǎn)品。

［1］孫延祚.論流量計的合理選型[J].自動化儀表：增刊，2007，28：52-55.

［2］張羽.淺談流量計的選型及其應(yīng)用[J].自動化與儀表，2007（1）：22-24.

注釋：

①文中提到的RCV、REN 和SAR 均為M310 核電站工藝系統(tǒng)代碼.