文丘里管在核電廠主給水流量測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

李小波 向秋芳

(中核集團(tuán)海南核電有限公司，海南 ?？?572733)

文丘里管在核電廠主給水流量測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

李小波 向秋芳

(中核集團(tuán)海南核電有限公司，海南 ?？?572733)

詳細(xì)介紹了高壓文丘里管在核電廠主給水流量測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用和標(biāo)定情況，提供了大量有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，對(duì)于核電站運(yùn)行和維護(hù)人員加深對(duì)文丘里管的認(rèn)識(shí)和優(yōu)化應(yīng)用起到了極大的作用。

核電廠，主給水系統(tǒng)，文丘里管，流出系數(shù)

0 引言

蒸汽發(fā)生器傳熱能力的大小和效率高低，直接影響著汽輪發(fā)電機(jī)組出力和整個(gè)核電廠的熱效率，主給水系統(tǒng)的流量大小是反映機(jī)組出力情況的重要依據(jù)之一。對(duì)于主給水系統(tǒng)的流量測(cè)量系統(tǒng)的要求是：既要使主給水在管道里順暢通過(guò)，準(zhǔn)確測(cè)量出主給水系統(tǒng)管道里流量大小，又不致引起較大的壓力損失，以提高效能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成概述

以該核電廠二期擴(kuò)建工程3號(hào)機(jī)組主給水系統(tǒng)文丘里管和孔板為例，單臺(tái)機(jī)組只有兩個(gè)環(huán)路，每臺(tái)機(jī)組包含2臺(tái)文丘里管和2臺(tái)孔板，分A列和B列布置，并在實(shí)體上和電氣上均進(jìn)行隔離放置(包括流量變送器在內(nèi))。主給水流量測(cè)量系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：主給水文丘里管、電容式差壓變送器(分寬量程和窄量程)、標(biāo)定孔板、顯示和控制單元。其中以A列為例，主給水流量測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

主給水系統(tǒng)文丘里管和孔板在工藝結(jié)構(gòu)上串行連接，文丘里管在上游，而孔板安裝在下游。從廠房布置上文丘里管(ARE009KD)安裝在NX廠房的主給水管道上，每臺(tái)文丘里管含3對(duì)取壓孔(正負(fù)壓腔采用環(huán)室取壓)，每對(duì)取壓孔又分出2個(gè)取壓口，通過(guò)6臺(tái)差壓變送器(寬量程和窄量程變送器各3臺(tái))用于測(cè)量主給水系統(tǒng)的給水流量；而主給水系統(tǒng)孔板(ARE101KD)安裝在WX廠房，僅僅在調(diào)試試驗(yàn)和運(yùn)行期間用于對(duì)文丘里管測(cè)得的流量進(jìn)行對(duì)比，或在超雷諾數(shù)工況時(shí)檢驗(yàn)文丘里管測(cè)得的流量。

2 文丘里管工作原理

由于文丘里管是主給水流量系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)的源頭，又是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的核心部件，以下將對(duì)其測(cè)量原理進(jìn)行介紹[1]。秦山二期擴(kuò)建工程主給水系統(tǒng)文丘里管按照GB/T 2624—93(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167—1991)標(biāo)準(zhǔn)中的粗焊鐵板收縮段型經(jīng)典文丘里管進(jìn)行設(shè)計(jì)，由上游直管段、環(huán)室取壓孔、圓錐收縮段、圓筒喉部、喉部取壓孔、圓錐擴(kuò)散段和下游直管段依次連接而組成的取壓裝置(文丘里管簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2)。

主給水文丘里管的取壓裝置共包括3對(duì)正負(fù)取壓孔，取壓孔之間按120°角均勻分布，每一對(duì)取壓孔都分兩路，并將各自測(cè)得的差壓信號(hào)分別送往一個(gè)寬量程和一個(gè)窄量程差壓式流量變送器。通過(guò)變送器將相應(yīng)的流量信號(hào)送到主控室、給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、蒸發(fā)器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和ATWT系統(tǒng)。

3 主給水文丘里管的特點(diǎn)

根據(jù)GB/T 2624—93中對(duì)各種文丘里管特點(diǎn)的描述和比較，三種常用類型的文丘里管流出系數(shù)不確定度參考值、缺點(diǎn)和適用范圍見(jiàn)表1，也是一般工程上選擇采用何種文丘里管類型的基本依據(jù)。

表1 常見(jiàn)文丘里管類型和特點(diǎn)對(duì)比

根據(jù)表1，GB/T 2624—93中各種文丘里管主要特點(diǎn)，某核電二期工程主給水系統(tǒng)文丘里管總體特點(diǎn)是一個(gè)要求耐高壓、高測(cè)量精度、高運(yùn)行年限(正常運(yùn)行40年以上)的高技術(shù)要求的文丘里管[3]。

4 誤差分析

考慮到主給水系統(tǒng)文丘里管實(shí)際工作范圍，本次標(biāo)定試驗(yàn)考核的雷諾數(shù)范圍為：0.80×106～1.56×106，在分析和計(jì)算中選取的參數(shù)為后六個(gè)點(diǎn)。

誤差分析和計(jì)算參數(shù)計(jì)算方法：

2)標(biāo)定值流出系數(shù)C標(biāo)定值的大小為Ci中最大值和最小值的算術(shù)平均值，計(jì)算公式為：

在表中可以看出最大值和最小值分別為C10和C7，代入計(jì)算得出：C標(biāo)定值=0.982 4。

3)相對(duì)誤差δCi/Ci(線性度e1i)的計(jì)算公式為：

子彈從艙內(nèi)被拋出后,各層速度大小不同,各枚速度方向不同,從而形成一定的散布,根據(jù)子彈出艙后的受力情況,建立其質(zhì)心運(yùn)動(dòng)模型。

最終的相對(duì)誤差大小為δCi/Ci中的最大值，即δC/C=0.14%，線性度e1=0.14%，是誤差分析和計(jì)算的必備元素。

4)重復(fù)性e2i，根據(jù)GB/T 2624—1993附件B中的計(jì)算公式B5，如下：

其中，ta為置信度為95%的n次檢定的t分布的置信系數(shù)，在計(jì)算中ta是根據(jù)6次檢定的進(jìn)行分析和計(jì)算，取ta=2.571，而e2的大小同樣取e2i中的最大值0.12%，即重復(fù)性e2=0.12%，是誤差計(jì)算的必備元素。

5)標(biāo)定裝置的精度e3，國(guó)家權(quán)威計(jì)量部門對(duì)上海熱工所的標(biāo)定裝置本身進(jìn)行檢定，精度為：e3=0.105%。

6)e(Hi)為差壓測(cè)量裝置的基本誤差限，標(biāo)定試驗(yàn)中使用的是威爾泰變送器，其精度經(jīng)過(guò)檢定滿足0.1%的精度等級(jí)，e(ΔP)=e(Hi)=0.1%，為變送器精度。

該誤差分析的結(jié)果顯示，主給水文丘里管流出系數(shù)的不確定度為0.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB/T 2624—1993標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)粗焊鐵板收縮段型(卷板)文丘里管規(guī)定的不確定度(1.5%)。該流出系數(shù)的不確定度(0.3%)即為整套節(jié)流裝置的綜合精度(包含變送器、測(cè)量裝置等的綜合誤差)。

5 應(yīng)用注意及優(yōu)化建議

1)由于文丘里管等節(jié)流設(shè)備會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)壓力損失，而壓力的損失將導(dǎo)致能量的無(wú)形損失，進(jìn)而直接影響到機(jī)組出力和熱效率，在設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程中一定要注意嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)壓力損失，不能超過(guò)設(shè)計(jì)限值[2]。目前主給水文丘里管在18 kPa左右(遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的30 kPa)。

設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)于文丘里管前后直管段的設(shè)計(jì)，提高機(jī)械加工的精度，對(duì)于需要嚴(yán)格保證機(jī)械加工精度和尺寸的部件，一定要采用高精度的加工設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)在的機(jī)加工行業(yè)水平，一般要求將公差控制在0.05%以內(nèi)，以充分保障在機(jī)加工環(huán)節(jié)有很高的精度。

2)重要參數(shù)選取，對(duì)于文丘里管前后直管段的設(shè)計(jì)，特別是管道內(nèi)徑在200 mm～1 200 mm的大口徑文丘里管，盡量將重要參數(shù)孔徑比β控制在0.4～0.7之間(本項(xiàng)目中文丘里管的β值為0.589)；對(duì)于文丘里管的收縮段前直管道最小長(zhǎng)度應(yīng)不低于D(管道內(nèi)徑)，保證進(jìn)入收縮段的流體為穩(wěn)定流體；而對(duì)于擴(kuò)散段的加工一定將擴(kuò)散角控制在7°～15°之間[2]，利于流體的平穩(wěn)擴(kuò)張，避免壓力突降，也能有效地減少壓力損失。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)某核電二期工程3號(hào)機(jī)組主給水系統(tǒng)文丘里管及特點(diǎn)的介紹和實(shí)流標(biāo)定分析，可以看出該文丘里管適用于核電廠高溫高壓使用環(huán)境，測(cè)量精度和壓力損失指標(biāo)都遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保使用壽命能達(dá)到40年以上。因此該主給水系統(tǒng)的文丘里管在各項(xiàng)技術(shù)方面都滿足核電站工藝系統(tǒng)的要求，完全能勝任對(duì)主給水系統(tǒng)的流量測(cè)量工作。

[1] GB/T 2624—1993，流量測(cè)量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴、文丘里管測(cè)量充滿圓管的流體流量[S].

[2] 孫淮清，王建中.流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Application of the main water flow measurement system of nuclear power plant Venturi

Li Xiaobo Xiang Qiufang

(CNNCHainanNuclearPowerCo.,Ltd,Haikou572733,China)

This paper introduces the high voltage application of Venturi tube in the main water flow measurement and calibration system in nuclear power plant, this paper provides a lot of valuable experience and data, for the nuclear power plant operation and maintenance personnel to deepen the understanding and application of the optimization of the Venturi tube to help very large.

nuclear power plant, the main water supply system, the Venturi tube, discharge coefficient

2015-02-27

李小波(1982- )，男，工程師; 向秋芳(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)13-0134-02

TU991

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