一回路壓差式流量計(jì)對調(diào)試試驗(yàn)的影響及改進(jìn)

楊 抒

（中核國電漳州能源有限公司，福建漳州 363300）

0 引言

某核電機(jī)組調(diào)試啟動過程中，熱停堆平臺時(shí)，在停運(yùn)一臺主泵后準(zhǔn)備執(zhí)行穩(wěn)壓器連續(xù)噴霧調(diào)節(jié)試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)閮蓚€主泵運(yùn)行中的環(huán)路流量出現(xiàn)波動，制約了試驗(yàn)需要停運(yùn)第二臺主泵的操作，同時(shí)影響到后續(xù)主泵冷卻劑流量驗(yàn)證等調(diào)試試驗(yàn)的執(zhí)行。

1 某核電廠一回路流量測量和顯示原理

某核電廠一回路流量計(jì)以百分比數(shù)的形式參與DCS 邏輯閾值判斷和主控室顯示，顯示量程范圍為0～120%。一回路流量測量通過在每臺主泵進(jìn)出口并聯(lián)4 個正式壓差測量傳感器以及一個調(diào)試時(shí)使用的試驗(yàn)儀表，測量主泵進(jìn)出口壓差。

在這種設(shè)計(jì)特性下，能夠采用基于主泵電功率計(jì)算流量的方法計(jì)算出主泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的出口體積流量，即該環(huán)路的體積流量Q=P有效功率/（ρgH）。其中，P有效功率=ηPe，Pe為主泵電功率，通過現(xiàn)場功率表測量；η 為主泵效率，由廠家提供數(shù)據(jù)；H 為主泵揚(yáng)程，通過壓差表測量到的主泵進(jìn)、出口壓差，結(jié)合主泵進(jìn)、出口引壓管高度差，以及阻力修正計(jì)算得出。

在該回路體積流量Q 工況下，以此時(shí)壓差測量傳感器測量的主泵進(jìn)出口壓差數(shù)值基準(zhǔn)，通過修正系數(shù)k 標(biāo)定壓差傳感器輸出的控制電流，使其在DCS 上輸出顯示為100%，并用于邏輯判斷的控制信號。

2 異常情況及分析排查

熱停平臺，3 臺主泵同時(shí)運(yùn)行，一回路流量表顯示約為105%FP（此時(shí)修正系數(shù)k 尚未最終標(biāo)定，流量顯示數(shù)值略大）。為配合調(diào)試試驗(yàn)RCS51 穩(wěn)壓器連續(xù)噴霧調(diào)節(jié)試驗(yàn)和RCS59 反應(yīng)堆流量驗(yàn)證試驗(yàn)執(zhí)行，需要停運(yùn)一、二環(huán)路的主泵，維持三環(huán)主泵運(yùn)行工況。在停運(yùn)一環(huán)主泵后，發(fā)現(xiàn)停運(yùn)的一環(huán)路顯示流量從約105%FP 降低至35%FP，而另外兩臺主泵環(huán)路顯示流量從105%FP 降至約96%FP、降幅約8%～9%（FP 為滿功率）。

假設(shè)每停一臺主泵會導(dǎo)致在運(yùn)行的環(huán)路流量計(jì)下降9%，此時(shí)若再停運(yùn)一臺主泵則有可能導(dǎo)致3 個環(huán)路流量均低于88.8%FP 低定值，觸發(fā)防誤稀釋保護(hù)信號。

3 一回路實(shí)際流量變化分析

首先需要判斷停運(yùn)一臺主泵后，另外兩個主泵運(yùn)行中的環(huán)路的流量真實(shí)變化情況如何。通過一回路2.8 MPa 平臺試驗(yàn)執(zhí)行RCS59 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，主泵功率法計(jì)算環(huán)路流量與實(shí)測的流量計(jì)壓差見表1。

表1 主泵功率法計(jì)算環(huán)路流量與實(shí)測流量計(jì)壓差

以RCS001PO 為例，當(dāng)一環(huán)路上RCS001PO 單泵運(yùn)行時(shí)，此時(shí)單臺主泵運(yùn)行在一回路流道結(jié)構(gòu)中的最大機(jī)械流量為Qmax；三泵運(yùn)行時(shí)，形成3 臺泵并聯(lián)運(yùn)行的工況，此時(shí)單臺主泵運(yùn)行在當(dāng)前流場下的最低流量為Qmin。Qmax實(shí)測的本環(huán)路主泵進(jìn)出口壓差ΔP三泵運(yùn)行小于Qmin時(shí)實(shí)測的本環(huán)路主泵進(jìn)出口壓差ΔP單泵運(yùn)行，相應(yīng)地壓差表的輸出電流I1小于I3，反映到DCS 示數(shù)中即QDCS1小于QDCS3。因此，在主泵逐臺啟動的過程中，運(yùn)行中的主泵流量逐漸降低：Qmin=Q3

兩臺泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行中的兩個環(huán)路，每個環(huán)路的流量Q2分別小于單臺主泵運(yùn)行時(shí)的流量Q1。

因此當(dāng)熱停堆平臺從3 臺主泵運(yùn)行的工況下停運(yùn)一臺主泵時(shí)，對應(yīng)另外兩個有主泵運(yùn)行的環(huán)路，應(yīng)有每環(huán)流量Q2'>Q3。

在現(xiàn)場確認(rèn)主泵轉(zhuǎn)速正常、母線電壓正常，并排除一回路流量儀表遷移、充水排氣不充分等影響儀表測量的問題后，還需要從主泵和儀表設(shè)計(jì)特性上進(jìn)一步查明和佐證流量顯示變化的原因。

3.1 主泵流量特性排查

主泵為軸流式泵，具有流量上升、揚(yáng)程降低的特性（表2）。

表2 測量主泵一環(huán)路停運(yùn)前后的輸出功率變化 kW

停運(yùn)一臺主泵后，在運(yùn)行的兩臺主泵輸出功率下降。結(jié)合前文中對一回路實(shí)際流量變化情況的分析結(jié)果，主泵因流量上升導(dǎo)致輸出功率下降，符合主泵特性曲線。

3.2 儀表特性排查

5 號機(jī)組一回路差壓測量傳感器低壓側(cè)從主泵入口管線引出壓力測點(diǎn)，高壓側(cè)從主泵出口管線引出壓力測點(diǎn)，該布置下測量的壓差近似等于主泵運(yùn)行時(shí)的進(jìn)出口壓差ΔP。通過軸流泵揚(yáng)程簡化公式H=ΔP/ρg 可知，ΔP 與H 存在正相關(guān)性：當(dāng)主泵流量增大，揚(yáng)程減小，ΔP 降低，儀表測量的壓差減小，儀表輸出電流減小，在比例系數(shù)k 不變時(shí)，在主控顯示和參與邏輯控制的流量百分比數(shù)降低。

3.3 分析結(jié)論

采用的主泵進(jìn)、出口壓差測量儀表換算的一回路測量流量，在3 個環(huán)路主泵均正常運(yùn)行時(shí)，能夠較好地測量一回路的流量。但是當(dāng)一回路出現(xiàn)偏環(huán)運(yùn)行時(shí)，有主泵運(yùn)行的環(huán)路中壓差式流量計(jì)的流量顯示變化與實(shí)際流量變化可能呈現(xiàn)相反的變化趨勢。

4 流量計(jì)特性對調(diào)試試驗(yàn)的影響

熱停堆平臺時(shí)執(zhí)行的調(diào)試試驗(yàn)RCS51 穩(wěn)壓器連續(xù)噴霧調(diào)節(jié)試驗(yàn)。該試驗(yàn)為標(biāo)定穩(wěn)壓器噴淋閥控制開度、測量穩(wěn)壓器熱損失，需停運(yùn)兩個與穩(wěn)壓器噴淋管線所在的環(huán)路的主泵，維持三環(huán)主泵單泵運(yùn)行工況。根據(jù)主泵運(yùn)行趨勢，單臺主泵停運(yùn)后運(yùn)行中的兩個環(huán)路的流量變化趨勢，停一臺主泵導(dǎo)致另外兩個環(huán)顯示流量減低8%～9%。若再停運(yùn)一臺主泵，兩個環(huán)路已經(jīng)產(chǎn)生冷卻劑流量低信號，此時(shí)受壓差式流量計(jì)測量特性的影響，主泵在運(yùn)行的環(huán)路的顯示流量將進(jìn)一步降低，從而三環(huán)流量讀數(shù)均低于88.8%FP，產(chǎn)生失去強(qiáng)迫循環(huán)信號，疊加RHR（余排系統(tǒng)）隔離信號，P16 非（功率量程＜40%）信號將觸發(fā)ADP 防誤稀釋保護(hù)信號，防誤稀釋保護(hù)邏輯動作，RCV 泵入口從容控箱切換至內(nèi)置換料水箱，破壞機(jī)組正常運(yùn)行工況，影響機(jī)組運(yùn)行控制和RCS51試驗(yàn)的進(jìn)行。

同時(shí)，RCS59 試驗(yàn)也需要單臺主泵輪流運(yùn)行的工況來測量主泵單泵運(yùn)行時(shí)的ΔP 參數(shù)和電機(jī)功率參數(shù)，用于計(jì)算單臺主泵的機(jī)械流量。

為避免因停運(yùn)第二臺主泵觸發(fā)防誤稀釋保護(hù)信號，調(diào)試時(shí)通過臨時(shí)調(diào)整k 值，增大流量測量的輸出結(jié)果，避免單泵運(yùn)行環(huán)路的流量低于88.8%FP，并通過TMOD（臨時(shí)控制變更）手動閉鎖防誤稀釋保護(hù)功能，造成試驗(yàn)期間防誤稀釋保護(hù)功能不可用，進(jìn)入運(yùn)行限制條件。

嚴(yán)格限制RCS51 和RCS59 的試驗(yàn)時(shí)間，這在一定程度上增加了試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，對試驗(yàn)準(zhǔn)備提出更高的要求。RCS59 要求單泵下主要是記錄壓差、主泵電氣數(shù)據(jù)，所需時(shí)間較短，影響較小。RCS51 要求三環(huán)主泵單泵穩(wěn)定運(yùn)行30 min 以上，勉強(qiáng)滿足運(yùn)行限制條件的1 h 內(nèi)回復(fù)防誤稀釋保護(hù)可用的要求。

5 優(yōu)化改進(jìn)方向

分析可采用“主泵壓差測量+彎管式流量計(jì)”的方式，消除壓差式流量計(jì)在偏環(huán)運(yùn)行工況對調(diào)試試驗(yàn)的影響。

5.1 彎管流量計(jì)特性

彎管流量計(jì)的本質(zhì)是測量管道彎頭處同一截面上內(nèi)徑流體與外徑流體的動壓差。當(dāng)流體流過管道彎頭時(shí)，彎管上同一截面上內(nèi)外側(cè)流體所受的向心力不同，通過彎管內(nèi)徑的流體與彎管外徑的流體將產(chǎn)生壓差，彎管內(nèi)徑與外徑的壓差與流過該截面的體積流量存在比例關(guān)系。因此，在彎管處同一截面的內(nèi)徑和外徑處引出壓力測量口，精確測量內(nèi)、外徑之間的壓差便可以計(jì)算出該回路的體積流量。

彎管流量計(jì)測量的壓差變化能直接反應(yīng)該回路流量的變化，且不受該回路主泵運(yùn)行與否的影響。我國從嶺澳核電站開始在M310 和AP1000 堆型上普遍采用彎管式流量計(jì)，有成熟的設(shè)計(jì)、工程經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)秀的運(yùn)行業(yè)績，且彎管式流量有耐高溫、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

5.2 優(yōu)化方案設(shè)想

5.2.1 增設(shè)主管道彎管處流量測量

在每個環(huán)路主管道過渡段彎管處同一截面位置的內(nèi)側(cè)引出取壓管線，外側(cè)引出一個取壓管線，設(shè)置流量傳感器進(jìn)行流量測量，分別由對應(yīng)保護(hù)子組供電。在每個環(huán)路上，形成本環(huán)路的“冷卻劑流量低1（88.8%FP）”與“冷卻劑流量低2（50%FP）”信號：P8 信號存在時(shí)，任意一個環(huán)路觸發(fā)冷卻劑流量低1 信號，產(chǎn)生反應(yīng)堆自動停堆信號；P7 信號存在時(shí)，任意兩個環(huán)路觸發(fā)冷卻劑流量低1 信號，產(chǎn)生反應(yīng)堆自動停堆信號；當(dāng)3 個環(huán)路都出現(xiàn)冷卻劑流量低1 信號，產(chǎn)生“失去強(qiáng)迫循環(huán)”信號；當(dāng)3 個環(huán)路都出現(xiàn)冷卻劑流量低2 信號，疊加一回路壓力低和熱段溫度低信號，產(chǎn)生P15 信號。

5.2.2 優(yōu)化主泵進(jìn)出口壓差測量儀表數(shù)量

在有彎管式流量計(jì)的情況下，可以減少主泵進(jìn)出口壓差測量儀表。例如，每個回路保留2 個主泵進(jìn)出口壓差測量傳感器，分別由兩個保護(hù)子組供電，當(dāng)一個子組下3 個壓力測量傳感器中的任意2 個低于設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生主泵壓差低信號。在中破口以上事故工況中，安注信號和停堆信號同時(shí)存在，任意一個保護(hù)子組的主泵壓差低信號產(chǎn)生都將觸發(fā)主泵自動停運(yùn)信號。

5.3 優(yōu)化方案的分析

壓差式流量計(jì)+彎管式流量計(jì)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了3 種計(jì)算一回路冷卻劑流量的方式。本文原來的方法仍具有可行性，改進(jìn)后的兩個主泵進(jìn)、出口壓差表仍然可以用于測量主泵進(jìn)、出口壓差，基于主泵電功率得到一回路流量。同時(shí)，新增的彎管式流量計(jì)也提供了兩種M310 堆型傳統(tǒng)的計(jì)算一回路流量的方案：

5.3.1 在彎管式流量計(jì)下基于反應(yīng)堆冷卻劑泵電功率

通過近似公式W=a-bQ2，其中W 為主泵電功率、a 和b 為廠家提供的試驗(yàn)系數(shù)。單臺主泵運(yùn)行時(shí)，有W1=a-bQ12，3 臺主泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，有W3=a-bQ32。因?yàn)镼12/Q32=ΔP1/ΔP3，而ΔP1和ΔP3分別是單環(huán)主泵運(yùn)行和3 個環(huán)路主泵全運(yùn)行時(shí)從彎管流量計(jì)處測得的平均壓降，所以Q32=（W3-W1）/［b（ΔP1/ΔP3-1）］。

因此，只要從測量主泵電功率和彎管式流量計(jì)讀取內(nèi)徑和外徑之間的壓差，便可得到主泵的流量。

5.3.2 基于彎管式流量計(jì)主管道內(nèi)外徑之間壓差ΔP 計(jì)算流量

6 結(jié)論

采用主泵進(jìn)出口壓差表加彎管流量計(jì)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，增加了調(diào)試期間一回路流量測量試驗(yàn)的多樣性。降低調(diào)試期間停運(yùn)主泵觸發(fā)保護(hù)信號的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)試期間執(zhí)行RCS51 和RCS59 試驗(yàn)時(shí)不用額外閉鎖防誤稀釋保護(hù)信號，減少機(jī)組記錄運(yùn)行限制條件的情況，同時(shí)為調(diào)試期間一回路流量測量提供多種對比手段，增加調(diào)試試驗(yàn)靈活性。