全 勝

（中核檢修有限公司，連云港222000）

隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜，對現(xiàn)場設(shè)備安全及穩(wěn)定輸出要求越來越高，流量測量是生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制的重要參數(shù)，常用于表征被測對象的出力，重要壓力容器液位調(diào)節(jié)的前饋變量，以及密封裝置泄漏量的監(jiān)測等[1]。常規(guī)的流量測量方法有：孔板、噴嘴及文丘里管等。重復(fù)性和趨勢穩(wěn)定性是流量測量的目標(biāo)。

電站的流量測量方式多種多樣，用途廣泛，主要是監(jiān)測泵的出力情況；工藝系統(tǒng)流量分配，如冷卻水系統(tǒng)流量監(jiān)測用于不同用戶的流量分配調(diào)節(jié)；參數(shù)調(diào)節(jié)，如上充、下泄流量是用于一回路冷卻劑體積的控制，同樣主給水流量及主蒸汽流量則用于蒸汽發(fā)生器的液位控制等。

參與調(diào)節(jié)和表征出力的流量測量的一次元件（節(jié)流裝置）的精度要求不低于2%，基本上全部采用標(biāo)準(zhǔn)孔板測量。一些重要的密封裝置的泄漏量，如主冷卻劑泵的密封軸瓦的泄漏量檢測等，需要檢測的是變化趨勢，測量方式則兼顧兩相流類流體介質(zhì)。

調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)一些原設(shè)計的流量測量存在一定問題，主要集中在安全系統(tǒng)和重要用戶冷卻水流量測量系統(tǒng)。通過與設(shè)計方人員的共同探討、分析和試驗驗證，進(jìn)行局部參數(shù)調(diào)整和一次元件的替換等處理，滿足工藝系統(tǒng)要求。

1 主要問題

在流量測量發(fā)現(xiàn)的主要問題有：設(shè)計問題，主要集中在孔板計算錯誤導(dǎo)致量程不足；根閥選型和安裝不合理造成取壓管口斷裂；角接取壓存在堵塞的測量隱患；測量孔板安裝位置不合理導(dǎo)致測量不準(zhǔn)以及管道振動對穩(wěn)定測量的影響幾個方面。

1.1 設(shè)計問題

電站給水流量測量（KKS 編碼為LAB10/20/30/40CF811/821/831/841）采用“一拖四”的設(shè)計，如圖1所示，即一套孔板通過儀表測量管道連接了4 臺流量變送器。這樣的設(shè)計方式弊端較多，首先，儀表管任何一處發(fā)生堵塞、泄漏等故障，直接導(dǎo)致其它3臺流量變送器無法正常工作；其次，變送器正常運行時，有一臺流量變送器的平衡閥發(fā)生內(nèi)漏問題，必然會引起同一管線安裝的另外3 臺流量計也無法正常工作，從而導(dǎo)致相關(guān)保護(hù)動作。同時，這種設(shè)計也給儀表的正常校驗、維護(hù)和故障處理帶來極大風(fēng)險。而且，這樣的設(shè)計方式只實現(xiàn)了儀表信號的冗余，并沒有真正實現(xiàn)流量測量通道的冗余和隔離，應(yīng)改成4 個獨立的流量測量回路。

圖1 給水系統(tǒng)“一拖四”設(shè)計示意圖Fig.1 Design diagram of “one drag and four”water supply system

1.2 根閥選型和安裝不合理

現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)安全殼噴淋變送器根閥與工藝管道連接管被拉斷。由于根閥設(shè)計布置的原則是盡量靠近被測介質(zhì)流過的管段取壓口或被測介質(zhì)冷凝罐壁的取壓口，確保儀表測量管線破裂后的隔離，電站的根閥安裝遵循這一原則。

現(xiàn)場大量采用俄羅斯供貨的根閥有3 種，重量分別為11.8 kg，8.6 kg 和6.3 kg，閥門本身相對脈沖管線較重，現(xiàn)場安裝都用支架進(jìn)行固定。因根閥與工藝管道的連接管道較短，工藝管道運行時振動造成脈沖管道疲勞而斷裂，后采用在根閥和工藝管道之間用膨脹彎管道連接，對于根閥較輕的取消固定支架。

1.3 環(huán)室取壓存在的隱患

在用角接取壓法測量含硼介質(zhì)的流量時，因儀表根閥、儀表管、閥組和變送器工作環(huán)境溫度是常溫，在含硼水進(jìn)入測量系統(tǒng)后由于溫度低于硼結(jié)晶溫度，必然造成硼的析出并產(chǎn)生結(jié)晶，引起儀表根閥、儀表管與閥組的堵塞，影響流量的測量。此外，部分安全系統(tǒng)停運后，安裝孔板的管段未充滿介質(zhì)，在對其檢修時，勢必會造成孔板處硼晶體析出，影響環(huán)室狹縫的取壓阻尼。

用于“三廢”系統(tǒng)的部分流量測量系統(tǒng)，因測量介質(zhì)含有雜質(zhì)，當(dāng)其進(jìn)入流量測量系統(tǒng)很容易造成儀表測量管道及閥門的堵塞，造成流量系統(tǒng)無法正常工作。

1.4 安全系統(tǒng)流量測量的主要問題

安全系統(tǒng)流量問題主要有3 個方面：

（1）設(shè)計量程錯誤，產(chǎn)生大量的驗證工作和相應(yīng)的設(shè)計變更。儀控主要是負(fù)責(zé)變送器的調(diào)整，包括差壓值調(diào)整，或變送器更換采購，以及重新設(shè)計所需配合的計算和驗證工作。

（2）工藝管線振動和循環(huán)管線孔板位置安裝不合適，定期試驗期間，循環(huán)試驗管線內(nèi)介質(zhì)發(fā)生汽化，引起測量波動和不穩(wěn)定，導(dǎo)致定期試驗不合格。解決辦法主要是從工藝設(shè)備和管線著手改善。

（3）現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)中壓安注和安全殼噴淋等流量波動大。起初分析為內(nèi)部壓頭波動較大，故將所對應(yīng)的變送器阻尼時間（Damping time）在1～5 s 的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整試驗，通過試驗仍無法消除流量的上下波動。多次查找后，對中壓安注和安全殼噴淋系統(tǒng)管線進(jìn)行測振試驗時，確認(rèn)流量波動大的根本原因是管線振動大造成的，而且是管道振動越強烈流量波動越大。解決流量波動大的根本辦法是根治管線的劇烈振動問題，從而為流量測量創(chuàng)造一個正常的工作環(huán)境，這也是用孔板作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測量流量的基本技術(shù)要求。

1.5 小流量切除

標(biāo)準(zhǔn)孔板和變送器組成的流量測量系統(tǒng)，是通過流體介質(zhì)流過標(biāo)準(zhǔn)孔板在孔板前后產(chǎn)生的差壓，并且變送器開方后顯示相應(yīng)的流量值。理論上流體停止流動孔板前后差壓為0，流量顯示為0，但由于孔板安裝及工藝等原因，流體停止流動孔板前后也會產(chǎn)生微小的差壓，而由于變送器的輸出和差壓成平方根關(guān)系，尤其是在小差壓低流量量程段，微小的差壓就會引起很大的流量波動，這是由于開方特性決定的。舉例說明差壓與流量在量程低段的對應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

表1 差壓與流量對應(yīng)關(guān)系Tab.1 Relationship between differential pressure and flow

孔板差壓量程為0～100 kPa，對應(yīng)流量量程為0～100 kg/s。當(dāng)系統(tǒng)停運時在孔板前后產(chǎn)生1 kPa 的微小差壓，由于差壓與流量成開方關(guān)系，差壓1/100開方后是流量的1/10，即1 kPa 的微小差壓對應(yīng)的流量是10 kg/s。為了克服小差壓對流量測量的影響，利用智能變送器內(nèi)置的小流量切除功能。由于流量測量趨勢的重要性和流量顯示的準(zhǔn)確范圍在30%～70%之間，調(diào)試時根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對流量變送器設(shè)置小于10%的小信號切除。

2 解決辦法

2.1 管道振動

管道振動的主要原因是由于泵、管道、閥門等都安裝在狹小的房間內(nèi)，加上工藝管道設(shè)計布置不合理，彎頭、閥門等節(jié)流件較多，以及支吊架設(shè)計不合理造成的。避免振動影響的辦法是合理布置工藝管道，減少彎頭，增加直管段的距離。但對于已建電廠顯然比較困難，因此是逐步改造的過程。

2.2 管線節(jié)流裝置

噴淋泵定期試驗流量循環(huán)期間，由于流量低、波動大多次試驗不成功。其根本原因是在部分泵，如應(yīng)急補水和安全殼噴淋泵的小流量循環(huán)管線，在測量孔板前受節(jié)流設(shè)備的影響，在定期試驗中因介質(zhì)汽化造成小流量和雷諾數(shù)變化，從而導(dǎo)致測量波動[2]。解決的辦法是移動測量孔板增加節(jié)流級數(shù)，提高流量的穩(wěn)定性。

2.3 環(huán)室取壓測量

解決環(huán)室取壓測量存在問題的方法是改變設(shè)計，即改變?nèi)悍绞絒3]。但對于已建電站，會引起大量的設(shè)計變更，并需要試驗驗證，此方法顯然是不切實際的。鑒于存在的測量問題，可以采用濕吹掃的辦法，即在工藝管線退出運行前，對安裝孔板管線段立即進(jìn)行吹掃。具體過程：在管線的介質(zhì)剛斷流不久，用除鹽水向節(jié)流件對象連續(xù)沖洗，使有腐蝕性、粘稠性、結(jié)晶性、熔融性及沉淀性等介質(zhì)不停留在孔板環(huán)室內(nèi)部以及儀表測量部件中，達(dá)到保護(hù)儀表和節(jié)流裝置的目的。

預(yù)防性維修期間，當(dāng)在孔板對空后立即實施濕態(tài)吹掃和預(yù)防性濕態(tài)吹掃，是降低常溫布置的含硼管線測量孔板堵塞風(fēng)險最有效的辦法。

3 其它測量方式的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

關(guān)于風(fēng)量和飽和蒸汽流量測量還有一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)可以借鑒，如皮托管測量暖通（HVAC）系統(tǒng)風(fēng)量測量，風(fēng)量60000 m3/h，管內(nèi)壓力100 kPa 下，對應(yīng)節(jié)流差壓一般在1.5 kPa 以內(nèi)。主蒸汽流量為飽和蒸汽，對應(yīng)6.27 mPa，278 ℃，1600 t/h 的差壓為100 kPa左右，與風(fēng)量測量相差很大。

在介質(zhì)成分比較復(fù)雜的流體中，如“三廢”系統(tǒng)包含來自地坑的廢棄介質(zhì)，含固體泥砂介質(zhì)等，測量裝置可選擇用電磁流量計，即使這樣，表計也無法穩(wěn)定工作。

利用設(shè)備固有的節(jié)流裝置，通過變工況下的參數(shù)標(biāo)定，獲得節(jié)流壓力和流量的對應(yīng)關(guān)系，如在電站中主蒸汽流量測量，是一種很好的工程案例。

此外，冷凍機冷卻水流量測量還采用了超聲波測量方式，該測量方式現(xiàn)場無法標(biāo)定，流量信號參與冷凍機保護(hù)只能依靠其穩(wěn)定性和重復(fù)性好的特點。

4 結(jié)語

流量測量孔板安裝管線的振動問題和環(huán)室角接取壓是目前核電廠流量測量的最大問題，其中振動問題對流量測量準(zhǔn)確性的影響是變化的。通過改善管線的布置，降低振動，可以提高準(zhǔn)確度。

通過本文對上述這些問題研究，采取針對性的解決措施，大大提高了流量測量的準(zhǔn)確性，從而保證了電廠的儀控設(shè)備安全及可靠運行，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時，流量的精確測量，一方面可以為操作員提供可靠的工藝參數(shù)指示，減少系統(tǒng)誤動作；另一方面可以提供電站運行的持續(xù)續(xù)航能力，減少人力、設(shè)備的投資，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時上述改進(jìn)措施也可以用于其他同類型流量測量儀表的修正和改良，可以做到良好實踐，也取得了巨大的社會效益。