CPR1000核島儀用壓縮空氣流量測(cè)量?jī)x表?yè)Q型研究及實(shí)踐

徐 穎，許金泉，楊宗偉，于 航

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

安全殼是核電廠防止一回路放射性物質(zhì)外泄的最后一道安全屏障，其泄漏率監(jiān)測(cè)及完整性判斷對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行非常重要。CPR1000核電廠通過(guò)安全殼泄漏率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(containment leakage monitoring system,EPP)，在線監(jiān)測(cè)安全殼泄漏率。泄漏率計(jì)算模型遵循安全殼內(nèi)氣體質(zhì)量守恒原理。其中，核島儀用壓縮空氣流量測(cè)量值是泄漏率計(jì)算模型的重要輸入。CPR1000核電廠核島儀用壓縮空氣系統(tǒng)(instrument compressed air distribution system,SAR)流量計(jì)SAR001MD初始選型為渦輪流量計(jì)，在使用過(guò)程中儀表本體故障率高、測(cè)量值波動(dòng)幅度大、頻繁歸零等異常嚴(yán)重影響安全殼的泄漏率監(jiān)測(cè)，同時(shí)帶來(lái)了較高的運(yùn)行和維修成本。綜合SAR系統(tǒng)運(yùn)行工況、原始儀表連接方式的匹配、各類型儀表的應(yīng)用特點(diǎn)、數(shù)字化儀控系統(tǒng)(digital control system,DCS)信號(hào)接口等多方面因素考慮，最終選用恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)其進(jìn)行換型改造。換型后的熱式質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量值波動(dòng)幅度明顯減小，有效保障了安全殼泄漏率監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

1 SAR001MD初始選型及應(yīng)用情況

SAR系統(tǒng)分為核島、常規(guī)島、核電廠配套設(shè)施(balance of plant,BOP)三部分。其中，核島部分為島內(nèi)氣動(dòng)閥提供動(dòng)力氣源。其壓縮空氣管網(wǎng)通過(guò)空壓機(jī)自動(dòng)帶卸載功能將壓力維持在760 000～900 000 Pa。因此，在核島入口管線設(shè)置1臺(tái)流量計(jì)SAR001MD，以監(jiān)測(cè)島內(nèi)用氣量。

1.1 渦輪流量計(jì)測(cè)量原理及儀表布置

CPR1000核電站SAR001MD初始選型為法國(guó)福爾赫曼(FAURE HERMAN)雙螺旋氣體渦輪流量計(jì)，型號(hào)為T(mén)GN25G6.5(150#)。其儀表管徑尺寸(DN)為25 mm,最大測(cè)量流量為6.5 m3/h，壓力等級(jí)為1 034 kPa,量程比為10∶1，操作溫度為-30～+180 ℃，測(cè)量精度可以達(dá)到±0.15%，重復(fù)性為±0.02%，可承受暫時(shí)的超量程流量。

渦輪流量計(jì)是典型的速度式流量計(jì)，具有壓力損失小、精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在氣體和液體流量測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。其測(cè)量原理是以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的。當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量計(jì)時(shí)，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩克服摩擦力矩和流體阻力后帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。其轉(zhuǎn)速與管道流體流速成正比。由于帶導(dǎo)磁性的旋轉(zhuǎn)葉片周期性地改變檢測(cè)線圈的磁通量，從而通過(guò)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，經(jīng)儀表自帶的前置放大器放大整形后，最終以脈沖信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。脈沖信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比，渦輪流量計(jì)實(shí)用流量方程為：

(1)

式中：Qv為被測(cè)流體體積流量，m3/s；f為脈沖信號(hào)頻率，Hz；K為流量計(jì)儀表系數(shù)，P/m3。

儀表系數(shù)K通過(guò)流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，與渦輪的材料、結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)等有關(guān)。渦輪流量計(jì)運(yùn)行區(qū)間分線性段和非線性段。當(dāng)氣體流量低于渦輪流量計(jì)始動(dòng)流量Qmin時(shí)，受軸承摩擦力、流體粘性阻力影響，氣體不具備足夠能量吹動(dòng)渦輪，即無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出Qmin以下的流量值[1]。由于渦輪流量計(jì)受上游流體流動(dòng)狀態(tài)影響很大，為減少上游局部阻力件的影響，渦輪流量計(jì)的安裝嚴(yán)格要求上、下游保持一定長(zhǎng)度的等徑直管段。根據(jù)福爾赫曼渦輪流量計(jì)設(shè)備運(yùn)行維修手冊(cè)，要求儀表在水平安裝的情況下：上游直管段大于10D(D表示儀表管徑為25 mm)，即250 mm；下游直管段大于5D，即125 mm。換型前，CPR1000核電站SAR001MD安裝圖如圖1所示。儀表采用水平法蘭連接方式，上游直管段(CD)和下游直管段(AB)均為300 mm左右,滿足設(shè)備運(yùn)行維修手冊(cè)要求。

圖1 SAR001MD安裝圖(換型前)

1.2 溫壓補(bǔ)償及測(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)式(2)，其直接測(cè)量值Qv為體積流量。由于氣體體積流量受溫度和壓力影響較大，故必須將氣體體積流量通過(guò)溫壓補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量。溫度和壓力值通過(guò)核島儀用壓縮空氣注入管線上的溫度傳感器SAR001MT和壓力變送器SAR001MP測(cè)得，補(bǔ)償后的質(zhì)量流量單位為Nm3/h。標(biāo)準(zhǔn)立方米(Nm3)看似體積單位，實(shí)則為質(zhì)量單位，與使用地點(diǎn)的壓力、溫度無(wú)任何關(guān)系。國(guó)內(nèi)外對(duì)氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的壓力定義均采用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101.325 kPa，但對(duì)溫度定義卻不盡相同。當(dāng)前，國(guó)際上較常見(jiàn)的氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)定義主要有以下三種。

①1954年第十屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是：溫度273.15 K(0 ℃)、壓力101.325 kPa。世界各國(guó)科技領(lǐng)域廣泛采用這一標(biāo)態(tài)。

②國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以溫度288.15 K(15 ℃)、壓力101.325 kPa作為計(jì)量氣體體積流量的標(biāo)態(tài)。

③我國(guó) 《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算方法》規(guī)定以溫度293.15 K(20 ℃)、壓力101.325 kPa作為計(jì)量氣體體積流量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

CPR1000核島儀用壓縮空氣(SAR001MD)質(zhì)量流量單位采用第3種氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)定義，即溫度293.15 K(20 ℃)、壓力101.325 kPa。依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，修正公式為：

(2)

式中：Qvn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)質(zhì)量流量，Nm3/h；Qv為體積流量測(cè)量值；Pn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體絕對(duì)壓力，即101 32.5 kPa；P為氣體壓力測(cè)量值；Tn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣體溫度，即293.15 K；T為氣體溫度測(cè)量值；Zn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣壓縮系數(shù)，為0.999 63；Z為實(shí)際狀態(tài)下空氣壓縮系數(shù)。根據(jù)ISO 12213空氣壓縮系數(shù)表，空氣壓縮系數(shù)在本儀表工作條件下變化范圍極小，可將Z設(shè)為1。

溫壓補(bǔ)償算法通過(guò)DCS內(nèi)部功能模塊實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后的質(zhì)量流量經(jīng)累計(jì)計(jì)算和I/O分配，最終輸出5路信號(hào)，分別為EPP安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、后備盤(pán)(BUP)日累計(jì)流量顯示、主控(KIC)日累計(jì)流量顯示、主控(KIC)總累計(jì)流量顯示、主控(KIC)實(shí)時(shí)流量顯示。換型前，SAR001MD測(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 SAR001MD測(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)(換型前)

1.3 渦輪流量計(jì)在CPR1000各電廠應(yīng)用情況

福爾赫曼雙螺旋氣體渦輪流量計(jì)TGN25G6.5(150#)最大測(cè)量流量為6.5 m3/h，量程比為10∶1,渦輪流量計(jì)始動(dòng)流量為Qmin=0.65 m3/h。正常運(yùn)行情況下，壓縮空氣管網(wǎng)壓力維持在760～900 kPa。通過(guò)體積流量修正公式(2)，將始動(dòng)流量(Qmin=0.65 m3/h)通過(guò)管網(wǎng)平均壓力值900 kPa轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，約為6.0 Nm3/h。根據(jù)EPP系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值，SAR001MD測(cè)量值始終在6.0 Nm3/h以上。當(dāng)氣體流量低于6.0 Nm3/h時(shí)，由于低于渦輪始動(dòng)流量從而導(dǎo)致測(cè)量值頻繁歸零。根據(jù)EPP系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的計(jì)算理論值，核島內(nèi)理論用氣量Qvn約為6.5～9 Nm3/h，與渦輪始動(dòng)流量接近，故很難保障測(cè)量值的準(zhǔn)確性。并且，當(dāng)實(shí)際流量偶爾低于始動(dòng)流量時(shí)，出現(xiàn)異常歸零現(xiàn)象[2]。表1為CPR1000陽(yáng)江核電站1#～3#號(hào)機(jī)組在2014年11月至2015年10月間SAR001MD的異常事件,總計(jì)12起。綜合渦輪流量計(jì)(SAR001MD)在CPR1000其他核電站的應(yīng)用情況，總結(jié)存在如下三類問(wèn)題。

①低量程范圍儀表線性度低，測(cè)量精度無(wú)法保證，測(cè)量值波動(dòng)幅度較大。

②當(dāng)氣體實(shí)際流量達(dá)不到渦輪始動(dòng)流量時(shí)，頻繁出現(xiàn)異常歸零現(xiàn)象。

③渦輪流量計(jì)測(cè)量值為體積流量，需設(shè)置溫壓補(bǔ)償儀表和DCS后處理環(huán)節(jié)，整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

對(duì)此，研究一種能夠適應(yīng)核島儀用壓縮空氣小流量的運(yùn)行特性、最大限度適應(yīng)當(dāng)前儀表和管線布置情況、減小壓縮空氣的壓力損失、滿足EPP系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性要求的換型方案極為必要。

表1 CPR1000陽(yáng)江核電站1#～3#號(hào)機(jī)組SAR001MD異常事件記錄

2 SAR001MD換型研究

針對(duì)氣體流量測(cè)量，除渦輪流量計(jì)外，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的還有差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)以及直接測(cè)量質(zhì)量流量的熱式質(zhì)量流量計(jì)[3]。

2.1 差壓式流量計(jì)換型研究

差壓式流量計(jì)測(cè)量原理以伯努利方程為基礎(chǔ)。當(dāng)氣體流經(jīng)如孔板、錐形管等節(jié)流元件時(shí)，在節(jié)流元件附近形成局部收縮、流速增快，在節(jié)流元件前后形成壓差[4]。壓差的平方根與流量成正比，測(cè)量公式為：

(3)

式中：Q為流體流量；K為測(cè)量系數(shù)(與節(jié)流元件孔徑、流體特性等參數(shù)有關(guān))；ΔP為孔板前后差壓。

在核電領(lǐng)域，孔板式差壓流量計(jì)應(yīng)用廣泛，但主要應(yīng)用于液體流量測(cè)量領(lǐng)域。根據(jù)式(4)可知，在小流量情況下，流量測(cè)量值對(duì)ΔP的變化非常敏感，故差壓式流量計(jì)普偏量程比偏小，一般僅為3∶1至4∶1，在小流量范圍內(nèi)測(cè)量精度無(wú)法保證。工程應(yīng)用領(lǐng)域甚至大多會(huì)作小流量切除。同時(shí)，差壓式流量計(jì)受節(jié)流裝置影響，對(duì)流體壓損很大，需要對(duì)節(jié)流元件前后增加取壓管線。這也進(jìn)一步增加了現(xiàn)場(chǎng)改造量。

2.2 渦街流量計(jì)換型研究

渦街流量計(jì)與渦輪流量計(jì)均屬速度式流量計(jì)，其測(cè)量原理以卡門(mén)漩渦原理為基礎(chǔ)。在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦。這種旋渦稱為卡門(mén)旋渦。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)定的漩渦產(chǎn)生頻率f與流體流速v有確定關(guān)系。當(dāng)管道內(nèi)徑及漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸確定后，可采用簡(jiǎn)化的實(shí)用流量方程：

(4)

式中：Qv為被測(cè)流體體積流量，m3/s；f為脈沖信號(hào)頻率，Hz；K為儀表系數(shù)，P/m3，一般通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得。

渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)固、量程比大、精度高、壓損小；但其對(duì)安裝要求很高。表2為渦街流量計(jì)根據(jù)管道布置情況對(duì)上下游等徑直管段的一般要求。根據(jù)圖1所示，儀表上游的管道布置存在于不同平面的兩個(gè)∠90°彎頭，所以若換型為渦街流量計(jì)，其上游應(yīng)至少保持40D，即1 000 mm的等徑直管段長(zhǎng)度，遠(yuǎn)超原渦輪流量計(jì)上游CD段的實(shí)際長(zhǎng)度(300 mm)。因此，要重新大范圍調(diào)整儀表上游管道和閥門(mén)的布置，這極大地增加了額外改造工作和改造成本。

表2 渦街流量計(jì)安裝要求

2.3 超聲波流量計(jì)換型研究

超聲波流量計(jì)工作原理為：在流體流道兩側(cè)安裝兩個(gè)超聲波發(fā)生器，超聲波入射到管道流體中，順流傳播時(shí)間與逆流傳播的時(shí)間之差與流體的流速有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣可根據(jù)該時(shí)間差的測(cè)量來(lái)推算流體流速，進(jìn)一步通過(guò)溫度和壓力補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為流體的質(zhì)量流量。

超聲波流量計(jì)最大的優(yōu)勢(shì)為非接觸式儀表，對(duì)流體無(wú)壓力損失。但超聲波流量計(jì)測(cè)量精度普遍偏低，對(duì)探頭入射角度安裝要求很高，抗振及抗干擾能力較差，儀表故障率較高。同時(shí)，由于探頭與管道接觸面涂抹有耦合劑，在高溫、潮濕等環(huán)境下容易導(dǎo)致耦合劑失效[5]。綜合上述原因，超聲波流量計(jì)的應(yīng)用受到較大限制，一般應(yīng)用于大管徑、高流速、精度要求較低的液體流量測(cè)量。CPR1000核電站海水循環(huán)泵出口流量測(cè)量(SEC001MD)采用超聲波流量計(jì)。針對(duì)核島儀用壓縮空氣的小流量特點(diǎn),超聲波流量計(jì)在精度和穩(wěn)定性方面都無(wú)法保證。

2.4 熱式質(zhì)量流量計(jì)換型分析及選型總結(jié)

熱式質(zhì)量流量計(jì)是一種雖起步較晚、但發(fā)展迅速的流量計(jì)。其采用熱擴(kuò)散原理，能夠直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，而無(wú)需溫度、壓力補(bǔ)償，并且具有量程比高、對(duì)微小流量測(cè)量響應(yīng)快、精度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、安裝簡(jiǎn)單、無(wú)移動(dòng)部件、對(duì)流體壓力損失小等特點(diǎn)。目前，其在國(guó)內(nèi)外液體及氣體流量測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

插入式熱式質(zhì)量流量計(jì)由兩個(gè)鉑電阻溫度傳感器以及補(bǔ)償電路構(gòu)成：其中一個(gè)鉑電阻用于測(cè)量流體自身溫度T2，稱為測(cè)溫探頭；另一個(gè)鉑電阻由補(bǔ)償電路加熱至T1(高于環(huán)境溫度)，稱為測(cè)速探頭。熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

測(cè)溫探頭一般放置于測(cè)速探頭上游，并與測(cè)速探頭保持一定距離。當(dāng)流體流經(jīng)鉑電阻時(shí)，測(cè)速探頭在補(bǔ)償電路加熱的作用下，其溫度T1高于周圍氣體環(huán)境溫度。在熱擴(kuò)散作用下，T1下降。故根據(jù)熱效應(yīng)的金氏定律,測(cè)速探頭的耗散功率P(加熱功率)、測(cè)速探頭與測(cè)溫探頭的溫差ΔT及質(zhì)量流量Qm的關(guān)系如下：

(5)

式中：A、B、K均為與氣體物理性質(zhì)(如熱導(dǎo)率、比熱容、黏度等)有關(guān)的系數(shù)[6]。

工業(yè)領(lǐng)域一般設(shè)計(jì)有兩種熱式質(zhì)量流量計(jì)：一種為恒功率熱式質(zhì)量流量計(jì)，即保持測(cè)速探頭加熱功率P不變，通過(guò)測(cè)量探頭間溫差ΔT來(lái)獲得質(zhì)量流量值；另一種為恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)，即保持ΔT不變，通過(guò)電路自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募訜峁β蔖來(lái)獲得質(zhì)量流量值。恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)為保持對(duì)溫度的快速響應(yīng)和恒定溫差，其鉑電阻一般做得比較細(xì)。受電路電源功率及鉑電阻通流能力影響，故其最大測(cè)量值受限，適用于小管徑小流量工況。而恒功率式熱式質(zhì)量流量計(jì)鉑電阻設(shè)計(jì)較粗，所以其可測(cè)流量較大，并且適用于臟濕介質(zhì)。但其響應(yīng)偏慢，在小流量工況下測(cè)量精度較差，適用于大管徑大流量工況。綜合上述分析，針對(duì)核島儀用壓縮空氣流量小、介質(zhì)干凈等特點(diǎn)，相對(duì)于恒功率熱式質(zhì)量流量計(jì)，恒溫差熱式質(zhì)量計(jì)明顯更適合作為換型儀表。

2.5 換型總結(jié)

總結(jié)上述章節(jié)的差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)換型研究，綜合比較小流量測(cè)量精度、量程比、適用范圍、管道布置要求、溫壓補(bǔ)償?shù)榷喾矫嬉蛩?，可得各類型流量?jì)對(duì)比分析如表3所示。最終，恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)以其小流量測(cè)量精度高、適用范圍廣、量程比高、壓損小、無(wú)需溫壓補(bǔ)償、管道布置匹配性強(qiáng)、改造工程量小等顯著優(yōu)勢(shì)，被確定為換型儀表[7-8]。

表3 各類型流量計(jì)對(duì)比分析

3 恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)換型實(shí)踐

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研及應(yīng)用情況考察，CPR1000核電站最終選用FOX公司的FT3型恒溫差熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，具體型號(hào)為FT3-10F-SS-ST-E1-DD-B0-G1，流量測(cè)量范圍為0～60 Nm3/h，量程比為1∶100,溫度范圍為0～50℃，壓力范圍為200～1 000 kPa。

3.1 管道改造

FT3型熱式質(zhì)量流量計(jì)長(zhǎng)度為305 mm,管徑為25 mm，換型后儀表長(zhǎng)度比改造前渦輪流量計(jì)長(zhǎng)度增加175 mm,管徑保持不變，連接方式依然為水平法蘭連接。根據(jù)FOX公司FT3型熱式質(zhì)量流量計(jì)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)手冊(cè)要求，必須在儀表上游至少保持8倍管徑、下游保持4倍管徑。所以改造實(shí)施中，將上游直管段切割50 mm,下游直管段切割125 mm。

換型前后的上下游直管段數(shù)據(jù)對(duì)比如表4所示。

表4 換型前后上下游直管段對(duì)比

切割后，直管段長(zhǎng)度能夠滿足選型質(zhì)量流量計(jì)上下游直段管要求。

由于熱式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量值直接為質(zhì)量流量，無(wú)需溫度和壓力補(bǔ)償，所以原溫壓補(bǔ)償儀表SAR001MP/SAR001MP在儀表?yè)Q型后可取消。SAR001MP取消后，儀表引壓管可用1/2堵頭焊接封堵。SAR001MT采用插入式熱電阻測(cè)量，取消后取樣口使用3/8實(shí)心BOSS頭焊接封堵，封堵材質(zhì)均為碳鋼。換型后，SAR001MD安裝圖如圖4所示。而未完成施工項(xiàng)目可以在施工設(shè)計(jì)中直接取消SAR001MP/SAR001MT，將大大簡(jiǎn)化管道布置，降低整體成本。

圖4 SAR001MD安裝圖(換型后)

3.2 電源改造及信號(hào)分配

換型后，SAR001MD測(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 SAR001MD測(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖(換型后)

由于熱式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)速探頭需要反饋電路持續(xù)加熱，根據(jù)FT3熱式質(zhì)量流量計(jì)設(shè)備運(yùn)維手冊(cè)，F(xiàn)T3-10F-SS-ST-E1-DD-B0-G1供電電壓要求(24±10%)V DC,平均電流約為0.7 A,平均功耗約為16.8 W。相對(duì)原渦輪流量計(jì)，需要單獨(dú)提供電源。具體實(shí)施方式如下。在現(xiàn)場(chǎng)儀表房間增加一臺(tái)電源柜SAR901CR及相關(guān)電源轉(zhuǎn)換模塊，上游電源取至220 V AC不間斷電源LNE，通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為24 V DC后為熱式質(zhì)量流量計(jì)供電。電源轉(zhuǎn)換模塊型號(hào)選用施耐德ABL8MEM24012，其輸出電流為1.2 A,額定功率為30 W，滿足FT3熱式質(zhì)量流量計(jì)供電要求。

SAR001MD初始選型渦輪流量計(jì)輸出信號(hào)為脈沖頻率信號(hào)。CPR1000示范項(xiàng)目嶺澳二期核電站NC級(jí)DCS采用西門(mén)子SPPA T2000平臺(tái)，而其他CPR1000項(xiàng)目目前均采用國(guó)產(chǎn)HOLLiAS MACS6平臺(tái)。SPPA T2000平臺(tái)無(wú)單獨(dú)處理頻率信號(hào)的卡件，所以需要設(shè)置PLC I/O模塊向渦輪流量計(jì)提供24 V DC供電，并將其輸出的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)最終被SPPA T2000平臺(tái)FUM230電流輸入模塊采集。HOLLiAS MACS6平臺(tái)單獨(dú)開(kāi)發(fā)有采集和處理頻率信號(hào)的卡件NM640，頻率測(cè)量范圍為0～7 kHz，滿足渦輪流量計(jì)輸出信號(hào)測(cè)量要求，故無(wú)需設(shè)置PLC I/O轉(zhuǎn)換模塊。渦輪流量計(jì)換型為熱式質(zhì)量流量計(jì)后，儀表輸出信號(hào)為4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。嶺澳二期SPPA T2000平臺(tái)可直接通過(guò)FUM230卡件采集，取消原PLC I/O接口。國(guó)產(chǎn)HOLLiAS MACS6平臺(tái)則通過(guò)電流輸入模塊NM480卡件采集。DCS組態(tài)中，如圖2所示的原溫壓補(bǔ)償組態(tài)可全部刪除，邏輯組態(tài)將得到很大簡(jiǎn)化。

3.3 應(yīng)用情況

SAR001MD換型改造首先在CPR1000示范項(xiàng)目嶺澳二期核電站完成，是熱式質(zhì)量流量計(jì)在CPR1000核電站的首次應(yīng)用。換型后，熱式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用情況良好。后續(xù)可將其逐漸推廣至紅沿河/陽(yáng)江/防城港等其他CPR1000核電站，同時(shí)也為三代核電站小流量氣體流量測(cè)量的設(shè)計(jì)選型提供了良好反饋。AP1000三門(mén)核電站針對(duì)放射性廢氣處理系統(tǒng)、儀用壓縮空氣系統(tǒng)、主控室應(yīng)急可居留系統(tǒng)氣體流量測(cè)量便選用了Delta M公司TM6000系列恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于核島儀用壓縮空氣小流量的運(yùn)行特點(diǎn)，初始選型渦輪流量計(jì)受量程比低及渦輪始動(dòng)流量影響，并不適用于小流量氣體流量的測(cè)量,導(dǎo)致應(yīng)用過(guò)程中測(cè)量值波動(dòng)幅度大、頻繁歸零等異常情況，無(wú)法保障安全殼泄漏率監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性要求。本文對(duì)流量測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行換型研究。其中：差壓式流量計(jì)由于壓損大、小流量測(cè)量精度低、額外改造工作量大而被否定，渦街流量計(jì)由于直管段長(zhǎng)度要求高而被否定，超聲波流量計(jì)由于精度低、穩(wěn)定性差等因素而被否定。最終，恒溫差熱式質(zhì)量流量以其精度高、量程比高、壓損小、安裝簡(jiǎn)單、改造工作量小、無(wú)需溫壓補(bǔ)償?shù)蕊@著優(yōu)勢(shì)而被確定為換型儀表。這也是熱式質(zhì)量流量計(jì)在CPR1000核電站的首次應(yīng)用。換型后的熱式質(zhì)量流量計(jì)取消了溫壓補(bǔ)償儀表和后端DCS補(bǔ)償組態(tài)，大大簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及儀表和管道布置，運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量值波動(dòng)幅度大幅減小、異常歸零現(xiàn)象未再發(fā)生。該設(shè)計(jì)有效保障了安全殼泄漏率監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，為操作員對(duì)機(jī)組的判斷提供了良好保障，降低了由于儀表頻繁故障而帶來(lái)的運(yùn)行和維修成本,同時(shí)為后續(xù)三代核電站儀表選型提供了借鑒。