邵會福，杜正建，王建國，凌學會

（紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

在電站正常運行工況或事故運行工況下，核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)所傳輸?shù)臒崃慷夹枰ㄟ^重要廠用水系統(tǒng)的換熱器傳輸?shù)胶Ｋ校?］，換熱器的熱力性能將直接影響到機組的安全運行。根據(jù)安全監(jiān)督要求，各核電廠均需要定期執(zhí)行重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評價。

對于核電廠重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評價，國內(nèi)CPR1000機組普遍采用對數(shù)平均溫度法。考慮到測量誤差將對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定影響，而目前的評價方法中并沒有詳細的誤差分析計算。通過對對數(shù)平均溫度法進行詳細的誤差分析推導，結(jié)合實際運行數(shù)據(jù)給出各試驗參數(shù)測量誤差對試驗結(jié)果的影響分析。

1 換熱器熱力評價方法

對于逆流板式換熱器，忽略熱量損失，根據(jù)能量守恒其熱平衡方程為

式中：W 為熱負荷；Qm為質(zhì)量流量；CP為定壓比熱；t1、t3為熱流體進出口溫度；t2、t4為冷流體進出口溫度；K為傳熱系數(shù)；A為換熱面積；Tm為對數(shù)平均溫差，為

對數(shù)平均溫度法。根據(jù)換熱器數(shù)設(shè)計原理及傳熱學的理論［2］，換熱器的傳熱系數(shù)是與換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)、板片參數(shù)、實際運行工況下冷熱流體的流量及入口溫度相關(guān)的參數(shù)?；趥鳠嵯禂?shù)的影響因素，結(jié)合核電廠對換熱器換熱能力的多種工況要求，計算出換熱器傳熱系數(shù)的最低安全限值，進而求得傳熱系數(shù)的評價標準值［3］。試驗要求計算KA大于評價標準視為換熱器性能滿足要求。

式中：KS為傳熱系數(shù)評價標準值。

2 誤差分析公式推導

2.1 誤差分析理論

在計算各試驗參數(shù)的測量偏差時需要測量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)偏差進行合成。根據(jù)ASME PTC19.1第6.2節(jié)對測量參數(shù)的系統(tǒng)偏差的描述［4］，測量參數(shù)的系統(tǒng)偏差bx為所有測量環(huán)節(jié)偏差bxi平方和的平方根，計算公式如下

根據(jù)間接測量參數(shù)的不確定度理論，對間接測量參數(shù)誤差計算通過誤差合成實現(xiàn)。對于n個獨立變量 xi，i=1，2，…，n，y=f（x1，x2，…，xn），方和根合成法求標準偏差傳遞公式［5］

2.2 對數(shù)平均溫度法誤差分析

根據(jù)誤差分析理論，對數(shù)平均溫度法的誤差計算推導

綜合以上公式，對數(shù)平均溫度法總誤差公式：

3 應用實例

圖1為某核電廠的重要廠用水系統(tǒng)換熱器效率試驗參數(shù)測量示意圖。換熱器的熱流體流量測量采用標準孔板結(jié)合羅斯蒙特差壓變送器進行測量，冷流體流量采用外置式超聲波流量計進行測量，換熱器進出口溫度采用A級鉑電阻結(jié)合溫度變送器進行測量。

對于超聲波流量計，流量測量不確定度

式中：ε1為超聲波流量計測量不確定度，1%；ε2為采集板卡精度，0.02%。

對于孔板測量流量的不確定度推導過程如下：

式中：ε3為差壓變送器精度，0.25%；εKD為孔板測量不確定度，0.684 89%。

圖1 換熱器熱力參數(shù)測量方法

對于換熱器冷側(cè)和熱側(cè)流體進口溫度，采用A級鉑電阻結(jié)合溫度變送器進行測量，根據(jù)公式（4）溫度測量不確定度：

式中：ε5為溫度變送器精度，0.1%；ε4i為溫度傳感器測量不確定度；對于A級鉑電阻，根據(jù)國家計量檢定規(guī)程［6］，鉑電阻測量偏差

在某核電機組實際運行過程中，由于海水溫度變化范圍較大，設(shè)計運行范圍為-2.5～31.5℃，在低溫條件下容易導致熱側(cè)流體溫度過低甚至結(jié)冰，為了確保熱側(cè)流體始終處于設(shè)計溫度范圍內(nèi)，對換熱器海水側(cè)流體采用旁流設(shè)計，同時為了避免換熱器內(nèi)冷側(cè)流體流速過低導致泥沙沉積等問題，在冬季溫度較低時采用冷側(cè)單換熱器運行方案。換熱器現(xiàn)場運行流程如圖2～3所示。

圖2和圖3中，MT，YT表示溫度測量儀表；SEC表示冷流體側(cè)；RRI表示熱流體側(cè)；MD表示流量測量儀表；RF表示換熱器。

對于冷側(cè)流體單換熱器運行方案，熱側(cè)流體平均流過兩個換熱器，熱側(cè)流體流量測量偏差絕對值參照全流量減半。

對于換熱器出口溫度測量偏差，當雙換熱同時運行時：

對于冷側(cè)單換熱器運行時，換熱器出口溫度偏差計算方法參照式（22）。

對于冷側(cè)流量測量偏差，當沒有冷側(cè)流體旁流時，計算方法參照式（16），對于有有旁流情況，需要考慮旁路流量測量偏差的影響。

δQ′m2、δQ′m2計算方法參照式（16）。

根據(jù)以上對數(shù)平均溫度法誤差計算理論，結(jié)合現(xiàn)場實際運行工況，對雙換熱器無旁流、雙換熱器有旁流及單換熱器有旁流3種工況進行數(shù)據(jù)計算。3種運行工況原始參數(shù)參見表1，誤差計算中間過程數(shù)據(jù)及計算結(jié)果參見表2。

表1和表2中，工況Ⅰ：雙換熱器運行，無旁路流量；工況Ⅱ：雙換熱器運行，有旁路流量；工況Ⅲ：單換熱器運行，有旁路流量。

圖2 熱側(cè)流體流程

圖3 冷側(cè)流體流程

4 結(jié)語

針對當前CPR1000核電機組重要廠用水系統(tǒng)換熱器熱力性能評價方案，通過詳細誤差計算的公式推導和實例驗證，解決了當前試驗方案中缺少誤差分析的問題；通過表1和表2中數(shù)據(jù)，3種工況計算傳熱系數(shù)偏差分別為：4.8%、5.75%和1.26%。

表2 總體誤差計算

機組實際運行中熱側(cè)流體始終流過雙換熱器，計算中假設(shè)流體平均分配到2個換熱器，實際運行中2個換熱器流體分配中定然會存在一定偏差，冷側(cè)流體雙換熱器運行工況同樣存在該問題。對于雙換熱器運行工況，2個換熱器相當于一個整體，流體分配偏差對誤差計算結(jié)果基本無影響。對于單換熱器運行工況，由于熱側(cè)流體依然流過兩個換熱器，試驗換熱器流量采用總流量減半方案，流體分配均勻性對試驗計算結(jié)果和誤差分析結(jié)果均會產(chǎn)生較大影響，需要重點關(guān)注。因此，當單換熱器運行工況時需要重點關(guān)注熱側(cè)和冷側(cè)換熱量偏差，如果兩側(cè)換熱量偏差較大需要關(guān)注流體分配偏差對整體試驗結(jié)果的影響。