海外華龍一號(hào)蒸汽流量測(cè)量通道驗(yàn)證

胡家成

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，武漢 430223）

卡拉奇K2 機(jī)組是海外第一臺(tái)華龍一號(hào)堆型，反應(yīng)堆熱功率3050MW，電功率1145MW，機(jī)組于2015 年8 月20日開工建設(shè)，2021 年5 月20 日移交巴方。

主蒸汽流量是監(jiān)測(cè)核電廠運(yùn)行的重要參數(shù)，核電廠的主蒸汽流量信號(hào)用于啟動(dòng)安全注射和啟動(dòng)主蒸汽管線的隔離、控制主給水閥開度，并在蒸汽和給水流量失配與任何一臺(tái)蒸汽發(fā)生器低水位符合時(shí)觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆，也可用于發(fā)電功率的計(jì)算。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入裝料后啟動(dòng)階段，需要對(duì)蒸汽發(fā)生器蒸汽流量通道進(jìn)行全面的檢查驗(yàn)證，確保各功率平臺(tái)下所有蒸汽流量通道精度滿足要求。

1 主蒸汽系統(tǒng)介紹及蒸汽流量測(cè)量

1.1 主蒸汽系統(tǒng)

主蒸汽系統(tǒng)（TSM）用于將蒸汽由蒸汽發(fā)生器輸送到汽輪機(jī)及凝汽器、汽水分離再熱器、除氧器等設(shè)備。主蒸汽系統(tǒng)與主給水流量控制系統(tǒng)（TFM），啟動(dòng)給水系統(tǒng)（TFS）和輔助給水系統(tǒng)（TFA）一起，用于在電廠正常運(yùn)行工況、緊急工況及事故工況下排出由反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量。主蒸汽系統(tǒng)主要由主蒸汽管線、主蒸汽隔離閥（MSIV）、蒸汽發(fā)生器安全閥（MSSV）、疏水管線及其他閥門等設(shè)備組成，主蒸汽系統(tǒng)的正常運(yùn)行是指機(jī)組運(yùn)行在5%以上汽輪機(jī)負(fù)荷且發(fā)電機(jī)處于并網(wǎng)狀態(tài)。在該負(fù)荷下，堆芯功率和汽輪機(jī)負(fù)荷處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)堆和汽輪機(jī)控制系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)（TSA/TSC）隔離。正常運(yùn)行工況下，主蒸汽隔離閥開啟，主蒸汽安全閥關(guān)閉，MSIV 旁路管線關(guān)閉，輔助給水泵汽輪機(jī)供氣管線上的隔離閥開啟，讓管線處于連續(xù)加熱狀態(tài)，MSIV 上游疏水管線隔離。當(dāng)處于廠用電負(fù)荷或者汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，堆芯功率和汽輪機(jī)負(fù)荷不平衡，多余蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)排到凝汽器中[1]。

1.2 主蒸汽流量測(cè)量

主蒸汽差壓流量測(cè)量的壓力來(lái)源取自于不同的系統(tǒng)：高壓端取自于主給水流量控制系統(tǒng)（TFM）蒸發(fā)器液位測(cè)量?jī)x表的低壓端；低壓端取自于主蒸汽流量測(cè)量的節(jié)流件管段末端。高、低壓測(cè)量管線均將蒸汽介質(zhì)引至冷凝罐的側(cè)面接口，并在冷凝罐形成標(biāo)高穩(wěn)定的引壓液面，從冷凝罐的下側(cè)接口通過(guò)儀表管線與差壓變送器連接，將蒸汽流量節(jié)流件前后的壓差通過(guò)冷凝水傳導(dǎo)至差壓變送器的高、低壓測(cè)量端口[2]，如圖1 所示。

圖1 主蒸汽流量測(cè)量示意圖Fig.1 Schematic diagram of main steam flow measurement

主蒸汽流量測(cè)量信號(hào)由12 臺(tái)流量測(cè)量變送器及相關(guān)DCS 卡件組成，每個(gè)環(huán)路有4 臺(tái)流量變送器，3 個(gè)環(huán)路共計(jì)12 臺(tái)，分別是TSM001MD ～TSM012MD。主蒸汽流量變送器是上海光華生產(chǎn)的CECC(H3)/K-55E0G22B5S1(T)型變送器，設(shè)計(jì)量程是0t/h ～2500t/h，變送器差壓范圍是0Kpa ～99.6Kpa，變送器的精度等級(jí)是0.777%，安全級(jí)控制系統(tǒng)卡件精度等級(jí)是0.25%，非安全級(jí)控制系統(tǒng)卡件精度等級(jí)是0.05%。主蒸汽流量測(cè)量通道信號(hào)用于引發(fā)反應(yīng)堆停堆、安全注入和蒸汽管線隔離等。

2 蒸汽流量通道試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康暮拖葲Q條件

在反應(yīng)堆功率上升階段，驗(yàn)證二回路主蒸汽流量等儀表通道的有效性，確保主蒸汽流量的測(cè)量值和參考值的誤差滿足設(shè)計(jì)要求。

主蒸汽流量傳感器TSM001MD、002MD、003MD、004MD、005MD、006MD、007MD、008MD、009MD、010MD、011MD、012MD 和主蒸汽母管壓力變送器TSM024、025MP 已正確安裝且校驗(yàn)合格可用，相關(guān)的TSM通道試驗(yàn)已執(zhí)行。蒸汽流量變送器零點(diǎn)檢查應(yīng)在電站臨界狀態(tài)之前或者蒸汽發(fā)生器（SG）處于隔離狀態(tài)時(shí)的額定熱備用狀態(tài)，主蒸汽隔離閥、旁路隔離閥及旁排閥關(guān)閉之后進(jìn)行。蒸汽流量變送器零點(diǎn)檢查是在每臺(tái)蒸汽發(fā)生器上逐個(gè)進(jìn)行，該蒸發(fā)器應(yīng)與二回路其它部分的蒸汽與給水側(cè)隔離。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

2.2.1 零位調(diào)整

主蒸汽流量變送器在正常運(yùn)行工況下容易出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，因此機(jī)組在熱停堆工況下，需要驗(yàn)證蒸汽流量變送器的零點(diǎn)。

在熱停堆期間，分別對(duì)12 臺(tái)蒸汽流量變送器進(jìn)行零位調(diào)整，每個(gè)環(huán)路須單獨(dú)操作，零位調(diào)整前需主控室操縱員配合關(guān)閉3 臺(tái)主蒸汽隔離閥，關(guān)閉一個(gè)環(huán)路汽輪機(jī)旁路-A系統(tǒng)（TSA）大氣釋放閥，確保當(dāng)前環(huán)路無(wú)蒸汽流動(dòng)，將環(huán)路壓力保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍，避免對(duì)零位調(diào)整造成干擾。由于長(zhǎng)時(shí)間憋壓，會(huì)導(dǎo)致一回路溫度和壓力升高，所以必須同時(shí)確保其他兩個(gè)環(huán)路汽輪機(jī)旁路-A 系統(tǒng)大氣釋放閥開啟。根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，將變送器零點(diǎn)輸出調(diào)整為4.02mA，由于管線可能有蒸汽波動(dòng)，故需多次驗(yàn)證變送器零位準(zhǔn)確性。在保證零位調(diào)整準(zhǔn)確的前提下，盡量快速完成3 個(gè)環(huán)路蒸汽流量計(jì)零位調(diào)整工作，然后恢復(fù)TSA 大氣釋放閥為自動(dòng)狀態(tài)。

2.2.2 通道驗(yàn)證

在變送器零位調(diào)整完成后，分別在15%FP、25%FP、50%FP、75%FP、90%FP、100%FP 功率平臺(tái)，對(duì)TSM 系統(tǒng)蒸汽流量通道進(jìn)行驗(yàn)證。蒸汽流量通道驗(yàn)證參考以下參數(shù)及公式：

1）Qfw0：參考流量，2TFM005-007YD 孔板變送器測(cè)量流量。

2）Qfw：文丘里管測(cè)量的給水流量。

3）ξ0、ξfw：測(cè)量不確定性。

4）Qbd：蒸發(fā)器排污流量。

5）Qst0：蒸汽流量，2TSM001 ～012MD 變送器測(cè)量流量。

6）ξbd、ξst：排污精度，蒸汽流量精度。

7）Pref：參考?jí)毫Α?/p>

8）Ptsm：蒸汽母管壓力。

9）ξref、ξtsm：測(cè)量不確定性。

用ΔP計(jì)算蒸汽流量。

ρ：在PV 時(shí)的密度。

ΔP：傳感器差壓。

K：由邊界條件定義。

Qst=Qr0（Qr0：流量變送器量程[T/h]）。

ΔP=R0（R0：流量變送器量程[kPa]）。

ρ=ρ0，ρ0為壓力P0時(shí)的密度。

流量計(jì)算公式如下：

由ΔP測(cè)量產(chǎn)生的誤差：

飽和蒸汽測(cè)量范圍是6.8MPa ～7.63MPa，設(shè)計(jì)院根據(jù)蒸汽壓力和飽和蒸汽密度擬合出壓力-蒸汽密度曲線，ρ=5.9P-4.82 且ρAVG=38 Kg/m3。

因而

試驗(yàn)壓力表的δP值為0.0125Mpa：

另外

2.3 試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題

根據(jù)設(shè)計(jì)院的指導(dǎo)文件《主給水和主蒸汽系統(tǒng)名義值的確定和儀表通道標(biāo)定檢查》要求，蒸汽流量必須滿足：|Qfw0-Qbd-Qst|＜ξst+ξ0+ξbd。其中，Qfw0 為熱平衡給出的給水參考流量；Qbd 為蒸汽排污流量；Qst 為蒸汽流量；ξ0 為孔板測(cè)量精度；ξbd 為排污精度；ξst 為蒸汽流量精度[3]。在15%FP、25%FP、50%FP 平臺(tái)，所有蒸汽流量通道均滿足要求。在75%FP、90%FP、100%FP 功率平臺(tái)，蒸汽流量通道精度不符合誤差要求。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 75%FP、90%FP、100%FP功率平臺(tái)蒸汽流量通道數(shù)據(jù)Table 1 Steam flow channel data of 75% FP, 90% FP, and 100% FP power platforms

表2 一環(huán)各功率平臺(tái)蒸汽流量通道數(shù)據(jù)Table 2 Steam flow channel data of each power platform in the first ring

3 蒸汽流量通道解決方案

在反應(yīng)堆功率重新升至各平臺(tái)后，對(duì)參考流量和實(shí)測(cè)流量的偏差進(jìn)行重新判定。如果偏差再次超過(guò)要求值，使用臨時(shí)方案對(duì)需要再次調(diào)整量程的通道進(jìn)行單獨(dú)在線修正。

3.1 新量程計(jì)算

如果差壓變送器零點(diǎn)被正確調(diào)整，并且冗余通道之間的偏差不超過(guò)允許范圍，就需要計(jì)算變送器的新量程；執(zhí)行校驗(yàn)可使測(cè)量通道的指示值和100%FP 下熱平衡獲得的參考值一致。如果在100%FP 不滿足準(zhǔn)則，需使Qref=Q。Qref由熱平衡給出，Q由相關(guān)通道給出。于是：

Rn：新量程

以一環(huán)為例，在反應(yīng)堆功率達(dá)到90%FP 時(shí)，整理收集各功率平臺(tái)數(shù)據(jù)，根據(jù)功率平臺(tái)和平均蒸汽流量擬合出FP - AVE(Qst)曲線，y=1935.6x-60.144。根據(jù)功率平臺(tái)和平均參考蒸汽流量擬合出FP - AVE(Qref)曲線，y=2087.1x-82.157。根據(jù)?P 和(Qref/Qr)2擬合出?P-(Qref/Qr)2曲線，y =87.242x+ 0.0996。提前預(yù)估出變送器新的量程，初步制定量程修改方案，等待功率升至100%FP 時(shí)讀取相關(guān)參數(shù)，然后計(jì)算真正的新量程，將初步估算值和最終計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，兩者數(shù)值非常接近。

根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算預(yù)估新量程為Rn1=99.6×1875.46×1875.46÷2004.94÷2004.94=87.15，實(shí)際新量程為Rn1=99.6×1894.97×1894.97÷2018.20÷2018.20=87.8。

根據(jù)100%FP 滿功率平臺(tái)實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算，3 個(gè)環(huán)路新量程不一致。分別是一環(huán)新量程為0kPa ～87.8kPa，二環(huán)新量程為0kPa ～88.8kPa，三環(huán)新量程為0kPa ～87.2kPa。計(jì)算出新量程后組織交流討論，新量程數(shù)據(jù)得到調(diào)試專家組及設(shè)計(jì)院代表認(rèn)可。

3.2 新量程驗(yàn)證

在100%FP 下計(jì)算出的新量程可以通過(guò)?P 和Qref之間的線性反演算來(lái)驗(yàn)證，即Qref=f（?P）的反演算。在不同功率水平下：

式（8）中：Qref為參考流量（熱平衡）；ρ為密度（熱平衡）；ρ0為傳感器在校驗(yàn)時(shí)的密度。

用獲得的值?P 進(jìn)行線性反演算：

如果符合下列條件，則標(biāo)定結(jié)果正確：

A ≈Rn B ≈0

在此情況下，線性反演算校正系數(shù)≈1。在功率提升結(jié)束前，不能重新調(diào)整量程和零點(diǎn)，否則，線性反演算的結(jié)果就不可靠。

新量程驗(yàn)證，根據(jù)調(diào)整前75%FP、90%FP、100%FP功率平臺(tái)數(shù)據(jù)，利用?P 反推新量程后對(duì)應(yīng)的流量，然后計(jì)算所有通道誤差，所有通道滿足精度要求。表3 是調(diào)整后75%功率平臺(tái)反推數(shù)據(jù)。

表4 調(diào)整量程后90%FP平臺(tái)蒸汽流量通道反推數(shù)據(jù)Table 4 Reverse extrapolation data of 90% FP platform steam flow channel after adjusting the range

3.3 變送器量程調(diào)整及零位調(diào)整

調(diào)整就地變送器量程，將12 塊變送器的量程從99.6kPa 調(diào)整到新量程，同時(shí)在合適的窗口重新調(diào)整零位。

在熱停堆期間準(zhǔn)備好變送器、萬(wàn)用表、打壓儀、呆扳手、螺絲刀等備件和工器具。由于流量測(cè)量變送器安裝在反應(yīng)堆廠房，屬于輻射控制區(qū)，因而在去現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整前先在辦公室進(jìn)行預(yù)操作，提前讓工作組成員熟悉操作步驟和注意事項(xiàng)，提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率，減少輻射環(huán)境下的工作時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行量程調(diào)整時(shí)，關(guān)閉變送器三閥組，將變送器正壓腔引壓管拆除，連接打壓儀，確認(rèn)管線無(wú)漏氣后用打壓儀輸出壓力為新的量程值，同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量此時(shí)的電流值，順時(shí)針調(diào)整滿量程旋鈕，萬(wàn)用表顯示接近20mA 時(shí)進(jìn)行微調(diào)，20mA 時(shí)停止調(diào)整。多次重復(fù)該操作，確保新量程調(diào)整無(wú)誤。單個(gè)變送器量程調(diào)整完成后，恢復(fù)連接管線，投用變送器。變送器量程調(diào)整工作可3 個(gè)環(huán)路同時(shí)進(jìn)行，加快現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)度。

3.4 DCS量程修改

主蒸汽流量變送器流量信號(hào)送非安全級(jí)控制系統(tǒng)參與蒸發(fā)器水位調(diào)節(jié)控制，送安全級(jí)控制系統(tǒng)參與反應(yīng)堆保護(hù)控制。在IPC 和IPG 系統(tǒng)分別對(duì)12 塊蒸汽流量變送器進(jìn)行量程修改下裝，確保DCS 側(cè)量程參數(shù)和就地儀表量程參數(shù)保持一致。

4 重新試驗(yàn)

主蒸汽流量變送器量程調(diào)整完成及DCS 通道量程修改完成后，根據(jù)工期安排，按照《驗(yàn)證蒸汽發(fā)生器給水流量和蒸汽流量測(cè)量通道》調(diào)試規(guī)程要求，分別在15%FP、25%FP、50%FP、75%FP、90%FP、100%FP 功率平臺(tái)，重新對(duì)TSM 系統(tǒng)流量通道進(jìn)行試驗(yàn)分析，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)讀取試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出所有蒸汽流量通道精度均滿足誤差要求。

5 結(jié)論

本文主要對(duì)卡拉奇K2 機(jī)組的蒸汽流量通道參數(shù)在不同的功率平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)分析，針對(duì)蒸汽流量變送器通道精度不滿足要求進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，完美解決了蒸汽流量通道精度不滿足要求的缺陷。調(diào)試方案優(yōu)化后，顯著提高了蒸發(fā)器水位控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保機(jī)組更加安全穩(wěn)定運(yùn)行。

卡拉奇K2 機(jī)組作為海外首臺(tái)華龍一號(hào)機(jī)組，調(diào)試經(jīng)驗(yàn)非常寶貴，特別是對(duì)后續(xù)將開展調(diào)試同樣的華龍一號(hào)堆型來(lái)說(shuō)，有大量可以借鑒的地方，為機(jī)組后續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也可為其他電廠調(diào)試提供思路，對(duì)于加快核電調(diào)試進(jìn)度有著重要意義。