核電站差壓流量計(jì)的誤差來(lái)源和控制策略

王首斌

（中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 防城港 538000）

1 引言

核電機(jī)組機(jī)冷試期間，先后多次出現(xiàn)差壓式流量變送器的示值波動(dòng)，現(xiàn)在從儀表特性、安裝、參數(shù)設(shè)置等方面來(lái)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析。

2 差壓變送器的安裝規(guī)范

差壓變送器對(duì)流體特性、儀表安裝位置、取樣管線等方面要求較多，主要是如下幾點(diǎn)：

2.1 對(duì)流體和流動(dòng)狀態(tài)的要求

壓縮流體和不可壓縮流體均可測(cè)量，但必須是均勻單相流體；流體要充滿管道，管道流量應(yīng)隨時(shí)間推移基本維持不變。

2.2 管道條件

安裝時(shí)要求節(jié)流件的上下游需要有一定長(zhǎng)度的直管段（一般要求上游側(cè)＞10D，下游側(cè)＞5D）；節(jié)流件安裝在管道中應(yīng)保證與管道的同心度滿足要求。

2.3 對(duì)于不同流體，管道取樣點(diǎn)位置的區(qū)別

液體測(cè)量：測(cè)量液體流量時(shí)，為防止渣滓的沉淀，取壓口應(yīng)取在被測(cè)管道的側(cè)面。同時(shí)變送器需要安裝在取壓口以下，以免氣泡在引壓管線內(nèi)聚集造成測(cè)量波動(dòng)，且取樣管道朝儀表側(cè)需保持一定的傾斜角度，以防止取樣管內(nèi)的氣體聚集，影響測(cè)量值。

氣體測(cè)量：測(cè)量氣體流量時(shí)，取壓口應(yīng)開(kāi)在流程管道的頂部或側(cè)面。變送器應(yīng)安裝在流程管道以上高度，以便積聚的液體流入流程管道。

蒸汽測(cè)量：測(cè)量蒸汽流量時(shí)，取壓口應(yīng)開(kāi)在流程管道的側(cè)面，并且變送器安裝在取壓口的下面，以便冷聚液能充滿在導(dǎo)壓管里。被測(cè)介質(zhì)為蒸汽時(shí)，導(dǎo)壓管中要充滿水，以防止蒸汽直接和變送器接觸，這樣變送器工作時(shí)，其容積變化量是很微不足道的，不需要安裝冷凝罐。

2.4 對(duì)孔板的要求

孔板入口直角銳利度合格，管徑尺寸與計(jì)算正確，孔板厚度誤差合格，節(jié)流件附件不能產(chǎn)生臺(tái)階、偏心，孔板上游端面平度合格，環(huán)室尺寸不能產(chǎn)生臺(tái)階、偏心，取壓位置的焊縫不能突出，取壓孔加工規(guī)范等等。

2.5 抑制脈動(dòng)流常用的措施

當(dāng)管道中流體流速和壓力發(fā)生突然變化時(shí)，容易造成脈動(dòng)流，它能引起差壓的波動(dòng)，當(dāng)發(fā)生脈動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，會(huì)產(chǎn)生計(jì)量誤差。抑制脈動(dòng)流常用的措施有：①在滿足計(jì)量能力的條件下，應(yīng)選擇內(nèi)徑較小的測(cè)量管，為提高差壓和孔徑比；②采用短引壓管線，減少管線中的阻力件，并使上下游管線長(zhǎng)度相等，減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動(dòng)振幅增加。

3 流量波動(dòng)、誤差分析

核電站中非核級(jí)差壓變送器主要使用的是ROSEMOUNT生產(chǎn)的3051CD型差壓變送器，核級(jí)差壓變送器主要使用的是1151～1154型差壓變送器。

下面對(duì)產(chǎn)生誤差的原因逐一分析：

3.1 被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素

①標(biāo)準(zhǔn)中要求管道內(nèi)的流體應(yīng)為單相的牛頓流體，若含有一定比例的懸浮粒雜質(zhì)則為非牛頓流體，非牛頓流體會(huì)影響可膨脹性系數(shù)ε，牛頓流體中的雜質(zhì)越多，流量測(cè)量的不確定度會(huì)增加，而孔板流量計(jì)的計(jì)算公式中ε為恒1，故而流量測(cè)量的誤差會(huì)偏大。②流體相對(duì)密度的影響：密度參數(shù)是測(cè)量中非常重要的參數(shù)，密度測(cè)量的不確定度直接影響整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的不確定度，由于壓力、溫度的波動(dòng)，流體相對(duì)密度并不是一個(gè)固定值。因此其流量測(cè)量會(huì)出現(xiàn)一定程度的誤差。

3.2 測(cè)量中重要設(shè)備的不確定度因素

該項(xiàng)不確定度因素主要體現(xiàn)在孔板β比選擇方面，還包括二次儀表的不確定度。

3.3 阻尼系數(shù)不合適

由于阻尼系數(shù)為廠家設(shè)定，在調(diào)試前期僅會(huì)對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，不會(huì)修改內(nèi)部參數(shù)。ROSEMOUNT說(shuō)明書(shū)中對(duì)降低噪聲的方法為：輸出阻尼和用于表壓測(cè)量的參考側(cè)濾波。阻尼時(shí)間在出廠時(shí)設(shè)定為3.2s，如果變送器輸出仍有噪音，增加阻尼時(shí)間，如果需要快速響應(yīng)，需減少阻尼時(shí)間。還有另外一種降低噪音的方法是在變送器的參考側(cè)附加一段小管作為壓力緩沖器。因此本次冷試期間，阻尼系數(shù)不合適就可能是示值波動(dòng)的原因，故可以嘗試從增加阻尼系數(shù)修改方面來(lái)驗(yàn)證。

3.4 供電電壓波動(dòng)

ROSEMOUNT說(shuō)明書(shū)對(duì)電源要求進(jìn)行了說(shuō)明，要求用直流電源供電時(shí)，紋波應(yīng)小于2%，即電源波動(dòng)范圍應(yīng)小于0.48VDC。RRI這三塊表為雙線制，供電為安全級(jí)DCS的卡件，對(duì)儀表的電壓進(jìn)行測(cè)量，其電壓值穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，故該項(xiàng)可排除。

3.5 管道污物堵塞

由于液體的取樣管線一般安裝在流體管道的側(cè)面，因此常有雜質(zhì)沉淀在取樣管線中，充水排氣后，大直徑的顆粒沉積依然無(wú)法完全排盡，這對(duì)儀表波動(dòng)同樣有影響。

3.6 取樣點(diǎn)前后直管段長(zhǎng)度

差壓式流量計(jì)對(duì)取樣點(diǎn)前后直管段長(zhǎng)度有嚴(yán)格的要求，節(jié)流件應(yīng)安裝在兩段有恒定橫截面積的圓筒形直管段之間，最短直管段長(zhǎng)度與節(jié)流件形式，阻流件形式和直徑比有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)前后直管段的長(zhǎng)度分別為＞10D和＞5D。

3.7 引壓管線的影響

引壓管應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)，選用相應(yīng)的材料制造，其內(nèi)徑需大于6mm，長(zhǎng)度在16m以內(nèi)；引壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，其傾斜度需大于1：12，黏度較高的流體，其傾斜度還需增大。為了避免差壓信號(hào)失真，正負(fù)壓導(dǎo)引管內(nèi)應(yīng)將氣體排空。嚴(yán)寒地區(qū)的引壓管線應(yīng)做好防凍措施。

3.8 節(jié)流件同軸度安裝偏差

節(jié)流裝置在工藝管線上安裝時(shí)，應(yīng)注意上下游直管段與工藝管道的同軸度。產(chǎn)品加工中要確保下列要求：

當(dāng)節(jié)流件的軸線與上、下游側(cè)管道軸線之間距離ex滿足下式時(shí)流出系數(shù)C無(wú)附加不確定度。

如上式不能滿足，而滿足下式時(shí)，流出系數(shù)C的不確定度應(yīng)算術(shù)相加0.3%。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的儀表安裝參數(shù)，直徑比β=0.45，管道內(nèi)徑為D=82.54mm，計(jì)算可得流出系數(shù)C在無(wú)附加不確定的情況下應(yīng)ex<1mm，在附加0.3%不確定的情況下應(yīng)1mm

4 控制誤差提高計(jì)量準(zhǔn)確度的方法

因?yàn)榱髁繙y(cè)量計(jì)算的不確定度是在其他影響因素都不存在附加誤差的情況下計(jì)算得到的，但是使用中由于各種原因會(huì)帶來(lái)一定的附加誤差，這是需要消除的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，提出以下控制方法及建議。

4.1 孔板節(jié)流裝置必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求

孔板節(jié)流裝置在使用前的安裝中應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和安裝，應(yīng)根據(jù)孔板前阻力件形式配有足夠長(zhǎng)度的直管段。

4.2 流體中存在脈動(dòng)流的改善措施

核電站中使用的除鹽水一般能達(dá)到牛頓流體，但在流量測(cè)量中有多種原因會(huì)使得流體脈動(dòng)，可以采取以下措施減小脈動(dòng)流的影響。①在滿足計(jì)量能力的條件下，應(yīng)盡量選擇內(nèi)徑較小的測(cè)量管，以保證系統(tǒng)在較高的雷諾數(shù)下運(yùn)行。②減小引壓管線長(zhǎng)度，盡量減少引壓管線系統(tǒng)中的阻力件，并使上下游管線長(zhǎng)度相等，以減小諧振和壓力脈動(dòng)振幅。③減少流體中的雜質(zhì)，使流體保持均勻的單相牛頓流體。

4.3 加強(qiáng)計(jì)量管理，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度

在孔板流量計(jì)日常使用過(guò)程中，要確保準(zhǔn)確的計(jì)量，還應(yīng)至少每月一次清洗檢測(cè)孔板、檢查儀表零點(diǎn)、儀表D/A轉(zhuǎn)換通道、核對(duì)流量計(jì)算程序，對(duì)有坑蝕及劃痕的孔板應(yīng)及時(shí)更換，同時(shí)還配備孔板綜合測(cè)試儀定期對(duì)孔板進(jìn)行幾何尺寸檢定。