核电站旋进旋涡流量计的应用案例

摘要：介绍旋进旋涡流量计在三门核电一回路流量测量中的应用，并与常规旋进旋涡流量计进行对比分析。
O、引言
近年来.旋进旋涡流量计以其突出的节能效果、高稳定性、高准确性和高适应性，在热力、热电、冶金、石化等领域的介质流量测量应用中迅速推广在核电领域.特别是在反应堆一回路冷却剂系统的流量测量中.旋进旋涡流量计作为一回路工艺管道的组成部分，不产生附加阻力.前后直管段要求低.在这些方面相比其它流量测量方式有着一定的优势然而.由于反应堆一回路介质的高温高压特性和工艺管道的特殊性.
旋进旋涡流量计在反应堆一回路中还没有得到广泛应用据了解.大亚湾核电站在每个环路蒸发器出口旋进旋涡处.都采用了旋进旋涡流量计对一回路流量进行测量。介绍旋进旋涡流量计在三门核电站一回路冷管段和热管段的流量测量应用情况
1、旋进旋涡流量计的工作原理
旋进旋涡流量计属于差压式流量计的一种.它利用了流体的惯性原理.对流体在旋进旋涡处产生的差压进行测量当流体通过旋进旋涡时，由于旋进旋涡的约束作用，流体在旋进旋涡内作类似的圆周运动.从而产生惯性离心力。离心力与流体的流速具有单一的函数关系.其大小可以通过测量旋进旋涡内外侧的差压确定.进而可计算出流体的流速.将流速与管道的截面积和流体的密度相乘，即可确定流体的流量利用伯努利方程推导出的旋进旋涡流量计流量计算公式为：

式中，Q为体积流量，m3／s；R为旋进旋涡曲率半径，m；D为旋进旋涡内径，m；△p为旋进旋涡内外侧压力差，Pa；ρ为流体密度，kg/m；C为流量系数。
实际工况必须对计算公式中的流量系数加以修正。当R、D、ρ、C已知时，利用差压变送器测量出旋进旋涡处内外侧的差压△p值，经过温度压力补偿运算就可以计算出流量Q。
2、旋进旋涡流量计的应用
在三门核电站反应堆一回路冷却剂系统的流量测量中，采用旋进旋涡流量计测量流量。反应堆冷却剂回路如图1所示反应堆一回路的流量测点设置在热管段和冷管段管线的弯曲部位.2条热段管线和4条冷段管线是对称一致的流量测点共12个。每条冷管段有1个流量测点.每条热管段有4个流量测点(如图2所示).每条热管段的4个流量测点共用1个旋进旋涡高压侧取压口.由1条引压管引出后再分支成4路，每2个流量测点共用1个旋进旋涡低压侧取压口。3个取压口在同一截面上.该截面偏离直线管道的角度为22.5。±0.1o(如图3所示)，2个低压侧取压口与高压侧取压口对应位置如图4所示。

2.1流量测量工况
反应堆一回路流量测量的介质为高温、高压和高辐射的流体.旋进旋涡流量计作为一回路系统工艺管道的一部分.对旋进旋涡的制造工艺和材质都提出了很高要求.测量仪表也需要满足抗辐照、耐高温高压、抗干扰、低噪声和高绝缘等要求热管段的流量参与停堆保护，用来测量旋进旋涡差压的变送器为安全级设备.量程范围为0276.5kPa.冷管段流量不参与停堆保护.用来测量旋进旋涡差压的变送器为非安全级设备.量程范围为0～75.8kPa。反应堆满功率运行工况工艺参数见表1。
反应堆一回路的工艺管道布置.无法满足常规旋进旋涡流量计旋进旋涡角度(90。)和前(5倍管径长)、后(2倍管径长)直管段的要求。旋进旋涡流量计的相关参数见表2

2.2流量测量的实现
三门核电站采用美国西屋公司研发的AP1000第3代压水堆设计.西屋公司给出了反应堆冷却剂系统关于旋进旋涡流量测量的计算数据，见表3。

根据表3的计算数据，将流量Q、差压△p、密度ρ、内径D、曲率半径代人流量计算公式中.求得流量系数C经计算.3种工况下热管段旋进旋涡的流量系数均为1.008.冷管段旋进旋涡的流量系数均为1.007流量系数确定后，即可根据测量的差压值计算出当前的流量值。差压变送器将测量信号传至上位机.上位机进行相关的计算，在计算过程中。还必须考虑温度、压力等因素变化对流体密度的影响.并进行相关的修正补偿，使得测量更加准确3、与常规旋进旋涡流量计的对比
3.1旋进旋涡弯度和直管段的对比
常规旋进旋涡流量计在管道转弯处和直管道上均能安装，管道的转弯处用90。标准传感器.直管道上用“V”型传感器，目前市场应用的旋进旋涡流量计.直管段要求至少前5(5D1、后2(2D)倍管径长的直管段由于三门核电反应堆一回路工艺管道的局限性.流量测量的旋进旋涡流量计在热管段旋进旋涡的弯度为56.4度.在冷管段旋进旋涡的弯度为66.62。.热管段旋进旋涡前后直管段长度分别为3.253D和1.638D.冷管段旋进旋涡前后直管段长度分别为5.770D和0.182D可以看出.旋进旋涡弯度和直管段均不符合常规旋进旋涡流量计的测量要求.但设计认为仍然可以进行测量.这主要通过实流和流量修正方法来实现
3.2取压口设置的对比
常规旋进旋涡流量计的取压口一般设置在90。旋进旋涡的45。断面上.且取压口中心处于曲率半径所在的平面上.这是由于45~断面的流体较稳定.内外差压也大.是理想的测流断面选择而三门核电反应堆一回路流量测量的旋进旋涡流量计取压口设置有别于常规
旋进旋涡流量计.热管段旋进旋涡的取压口中心设置在22.5。旋进旋涡断面与曲率平面成30o夹角相交处.冷段管路的取
压口中心设置在44.12~旋进旋涡断面与曲率平面相交处.两者均不是设置在旋进旋涡弯度的中间断面处有关研究结果表明：当弯径比和管径一定时。在取压断面旋进旋涡角度从22.5。～67.5。之间.流量系数随流量的变化很小.基本为一常数由此可见.反应堆一回路流量测量的取压口设置虽然有别于常规旋进旋涡流量计.但对流量测量影响较小3.3测量精度的对比常规旋进旋涡流量计的测量精度一般可以达到±0.2％～±0.1％.而在该电站应用中设计精度为热管段±1.5％和冷管段±1.2％.设计精度相对低的原因为：
(1)该电站应用中流体的各项工艺参数较高管道内充满了高温高压的流体.温度和压力的波动将导致流体密度的变化.直接影响测量的参数.在应用中虽然对温度压力进行了补偿.但补偿的数值必然有误差.同时补偿也只能减少误差。
(2)该电站应用中旋进旋涡流量计取压口所处的断面并不是理想的测流断面取压口所处的断面对流量测量精度带来一定影响.虽然影响较小.但对于高精度测量要求.此影响不可忽略。
4、结语
三门核电站一路回流量测量中应用的旋进旋涡流量计和常规旋进旋涡流量计区别非常明显.其应用更具灵活性.对工艺管道的布局要求不高.这对拓宽旋进旋涡流量计的应用领域很有借鉴意义