文丘里管在核電廠主給水流量測量系統中的應用

李小波 向秋芳

(中核集團海南核電有限公司，海南 海口 572733)

文丘里管在核電廠主給水流量測量系統中的應用

李小波 向秋芳

(中核集團海南核電有限公司，海南 海口 572733)

詳細介紹了高壓文丘里管在核電廠主給水流量測量系統中的應用和標定情況，提供了大量有價值的經驗和數據，對于核電站運行和維護人員加深對文丘里管的認識和優化應用起到了極大的作用。

核電廠，主給水系統，文丘里管，流出系數

0 引言

蒸汽發生器傳熱能力的大小和效率高低，直接影響著汽輪發電機組出力和整個核電廠的熱效率，主給水系統的流量大小是反映機組出力情況的重要依據之一。對于主給水系統的流量測量系統的要求是：既要使主給水在管道里順暢通過，準確測量出主給水系統管道里流量大小，又不致引起較大的壓力損失，以提高效能。

1 系統結構及組成概述

以該核電廠二期擴建工程3號機組主給水系統文丘里管和孔板為例，單臺機組只有兩個環路，每臺機組包含2臺文丘里管和2臺孔板，分A列和B列布置，并在實體上和電氣上均進行隔離放置(包括流量變送器在內)。主給水流量測量系統由以下幾個部分組成：主給水文丘里管、電容式差壓變送器(分寬量程和窄量程)、標定孔板、顯示和控制單元。其中以A列為例，主給水流量測量系統結構圖見圖1。

主給水系統文丘里管和孔板在工藝結構上串行連接，文丘里管在上游，而孔板安裝在下游。從廠房布置上文丘里管(ARE009KD)安裝在NX廠房的主給水管道上，每臺文丘里管含3對取壓孔(正負壓腔采用環室取壓)，每對取壓孔又分出2個取壓口，通過6臺差壓變送器(寬量程和窄量程變送器各3臺)用于測量主給水系統的給水流量；而主給水系統孔板(ARE101KD)安裝在WX廠房，僅僅在調試試驗和運行期間用于對文丘里管測得的流量進行對比，或在超雷諾數工況時檢驗文丘里管測得的流量。

2 文丘里管工作原理

由于文丘里管是主給水流量系統測量信號的源頭，又是整個測量系統的核心部件，以下將對其測量原理進行介紹[1]。秦山二期擴建工程主給水系統文丘里管按照GB/T 2624—93(國際標準ISO5167—1991)標準中的粗焊鐵板收縮段型經典文丘里管進行設計，由上游直管段、環室取壓孔、圓錐收縮段、圓筒喉部、喉部取壓孔、圓錐擴散段和下游直管段依次連接而組成的取壓裝置(文丘里管簡圖見圖2)。

主給水文丘里管的取壓裝置共包括3對正負取壓孔，取壓孔之間按120°角均勻分布，每一對取壓孔都分兩路，并將各自測得的差壓信號分別送往一個寬量程和一個窄量程差壓式流量變送器。通過變送器將相應的流量信號送到主控室、給水流量調節系統、蒸發器水位調節系統、保護系統和ATWT系統。

3 主給水文丘里管的特點

根據GB/T 2624—93中對各種文丘里管特點的描述和比較，三種常用類型的文丘里管流出系數不確定度參考值、缺點和適用范圍見表1，也是一般工程上選擇采用何種文丘里管類型的基本依據。

表1 常見文丘里管類型和特點對比

根據表1，GB/T 2624—93中各種文丘里管主要特點，某核電二期工程主給水系統文丘里管總體特點是一個要求耐高壓、高測量精度、高運行年限(正常運行40年以上)的高技術要求的文丘里管[3]。

4 誤差分析

考慮到主給水系統文丘里管實際工作范圍，本次標定試驗考核的雷諾數范圍為：0.80×106～1.56×106，在分析和計算中選取的參數為后六個點。

誤差分析和計算參數計算方法：

2)標定值流出系數C標定值的大小為Ci中最大值和最小值的算術平均值，計算公式為：

在表中可以看出最大值和最小值分別為C10和C7，代入計算得出：C標定值=0.982 4。

3)相對誤差δCi/Ci(線性度e1i)的計算公式為：

子彈從艙內被拋出后,各層速度大小不同,各枚速度方向不同,從而形成一定的散布,根據子彈出艙后的受力情況,建立其質心運動模型。

最終的相對誤差大小為δCi/Ci中的最大值，即δC/C=0.14%，線性度e1=0.14%，是誤差分析和計算的必備元素。

4)重復性e2i，根據GB/T 2624—1993附件B中的計算公式B5，如下：

其中，ta為置信度為95%的n次檢定的t分布的置信系數，在計算中ta是根據6次檢定的進行分析和計算，取ta=2.571，而e2的大小同樣取e2i中的最大值0.12%，即重復性e2=0.12%，是誤差計算的必備元素。

5)標定裝置的精度e3，國家權威計量部門對上海熱工所的標定裝置本身進行檢定，精度為：e3=0.105%。

6)e(Hi)為差壓測量裝置的基本誤差限，標定試驗中使用的是威爾泰變送器，其精度經過檢定滿足0.1%的精度等級，e(ΔP)=e(Hi)=0.1%，為變送器精度。

該誤差分析的結果顯示，主給水文丘里管流出系數的不確定度為0.3%，遠遠高于GB/T 2624—1993標準中對粗焊鐵板收縮段型(卷板)文丘里管規定的不確定度(1.5%)。該流出系數的不確定度(0.3%)即為整套節流裝置的綜合精度(包含變送器、測量裝置等的綜合誤差)。

5 應用注意及優化建議

1)由于文丘里管等節流設備會給系統帶來壓力損失，而壓力的損失將導致能量的無形損失，進而直接影響到機組出力和熱效率，在設計和計算過程中一定要注意嚴格控制設計壓力損失，不能超過設計限值[2]。目前主給水文丘里管在18 kPa左右(遠小于設計要求的30 kPa)。

設計時關于文丘里管前后直管段的設計，提高機械加工的精度，對于需要嚴格保證機械加工精度和尺寸的部件，一定要采用高精度的加工設備，根據現在的機加工行業水平，一般要求將公差控制在0.05%以內，以充分保障在機加工環節有很高的精度。

2)重要參數選取，對于文丘里管前后直管段的設計，特別是管道內徑在200 mm～1 200 mm的大口徑文丘里管，盡量將重要參數孔徑比β控制在0.4～0.7之間(本項目中文丘里管的β值為0.589)；對于文丘里管的收縮段前直管道最小長度應不低于D(管道內徑)，保證進入收縮段的流體為穩定流體；而對于擴散段的加工一定將擴散角控制在7°～15°之間[2]，利于流體的平穩擴張，避免壓力突降，也能有效地減少壓力損失。

6 結語

通過以上對某核電二期工程3號機組主給水系統文丘里管及特點的介紹和實流標定分析，可以看出該文丘里管適用于核電廠高溫高壓使用環境，測量精度和壓力損失指標都遠高于國家標準的要求，確保使用壽命能達到40年以上。因此該主給水系統的文丘里管在各項技術方面都滿足核電站工藝系統的要求，完全能勝任對主給水系統的流量測量工作。

[1] GB/T 2624—1993，流量測量節流裝置用孔板、噴嘴、文丘里管測量充滿圓管的流體流量[S].

[2] 孫淮清，王建中.流量測量節流裝置設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2005.

Application of the main water flow measurement system of nuclear power plant Venturi

Li Xiaobo Xiang Qiufang

(CNNCHainanNuclearPowerCo.,Ltd,Haikou572733,China)

This paper introduces the high voltage application of Venturi tube in the main water flow measurement and calibration system in nuclear power plant, this paper provides a lot of valuable experience and data, for the nuclear power plant operation and maintenance personnel to deepen the understanding and application of the optimization of the Venturi tube to help very large.

nuclear power plant, the main water supply system, the Venturi tube, discharge coefficient

2015-02-27

李小波(1982- )，男，工程師; 向秋芳(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)13-0134-02

TU991

A